Результат интеллектуальной деятельности: Фильтр скважинного насоса

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к фильтрам для глубинных скважинных насосов для защиты их от засорения содержащимися в жидкости частицами.

Известен фильтр скважинного насоса (патент RU № 2161696, МПК E21B 43/08, опубл. 10.01.2001 Бюл. № 1), содержащий перфорированную приемную трубу и охватывающий ее снизу патрубок, причем патрубок снабжен фрикционным башмаком для фиксации его в обсадной колонне скважины и возможности перемещения приемной трубы вверх при всасывании насоса, перемещения этой трубы вниз при нагнетании насоса, всасывания и вытеснения скважинной жидкости через отверстия приемной трубы.

Недостатками данного фильтра являются сложность изготовления из-за наличия герметичного подвижного соединения патрубка к приемной трубе и необходимости фиксации фрикционного башмака в обсадной колонне, а также отсутствие возможности сбора частиц с плотностью меньшей плотности скважинной жидкости, приводящих к быстрому засорению всего фильтра.

Известен также фильтр штангового насоса (патент на ПМ RU № 106304, МПК E21B 43/08, опубл. 10.07.2011 Бюл. № 19), состоящий из герметично соединенных между собой наружной и внутренней труб и заглушки снизу, внутренняя труба, имеющая по телу отверстия, соединена с наружной трубой, также имеющей по телу отверстия, в муфтовом соединении с патрубком с помощью шайбы, приваренной к торцу внутренней трубы, причем внутренняя труба имеет в нижней части обратный клапан в виде золотника.

Недостатками данного фильтра являются сложность изготовления из-за наличия сложного золотника и фильтров, вставленных коаксиально, и отсутствие возможности сбора частиц с плотностью меньшей плотности скважинной жидкости, приводящих к быстрому засорению всего фильтра.

Наиболее близким является фильтр скважинного штангового насоса (патент SU № 973926, МПК F04B 53/20, F04B 47/00, опубл. 15.11.1982 Бюл. № 42), содержащих два перфорированных патрубка, наружный из которых снабжен нижним переводником и на наружной поверхности которого намотана сетка, а внутренний снабжен обратным клапаном, и линию связи с приемом насоса, причем перфорированные патрубки расположены коаксиально друг другу с образованием кольцевого канала, служащего линией связи с приёмом насоса, а обратный клапан выполнен шаровым и установлен в нижнем переводнике, причем последний связан с внутренним перфорированным патрубком, который выполнен в виде стакана, имеющего общую полость с обратным клапаном.

Недостатками данного фильтра являются сложность изготовления из-за наличия сложного золотника и фильтров, вставленных коаксиально, и отсутствие возможности сбора частиц с плотностью меньшей плотности скважинной жидкости, приводящих к быстрому засорению всего фильтра, особенно при спускоподъёмных операциях и при форсированном отборе.

Технической задачей предполагаемого изобретения является создание простой и надежной конструкции фильтра скважинного насоса, позволяющей осуществлять сбор частиц с плотностью меньшей плотности скважинной жидкости, приводящих к быстрому засорению всего фильтра, особенно при спускоподъёмных операциях и при форсированном отборе.

Техническая задача решается фильтром скважинного насоса, включающим два перфорированных патрубка – фильтра, первый из которых сообщен линией связи с приёмом насоса и снабжен нижним переводником с обратным клапаном, а второй сообщен с линией связи через обратный клапан и выполнен в виде заглушенного с одного конца стакана.

Новым является то, что второй фильтр заглушен снизу и установлен соосно снизу первого фильтра за счет герметичного соединения с нижним переводником, при этом снаружи первого фильтра установлен кожух с открытым верхним краем, устанавливаемым в скважине ниже гидродинамического уровня жидкости.

На чертеже изображена схема работы фильтра в скважине в поперечном разрезе.

Фильтр скважинного насоса включает два перфорированных патрубка – фильтры 1 и 2, первый 1 из которых сообщен линией связи 3 с приёмом 4 насоса (не показан) и снабжен нижним переводником 5 с обратным клапаном 6, а второй 2 сообщен с линией связи через обратный клапан 6 и выполнен в виде закрытого заглушкой 7 снизу стакана. Второй фильтр 2 установлен соосно снизу первого фильтра 1 за счет герметичного соединения с нижним переводником 5. Снаружи первого фильтра 1 установлен кожух 8 с открытым верхним краем 9, устанавливаемым в скважине ниже гидродинамического уровня 10 жидкости.

Фильтры 1 и 2 могут быть выполнены любой известной конструкции (например, патенты на ПМ RU №№ 65123, 69144, 193381 или т.п.), применяемой исходя из вида и количества частиц в скважинной жидкости, авторы на это не претендуют. Насос может быть плунжерным с устьевым приводом (станок-качалка, цепной привод или т.п. при помощи штанг – не показаны), винтовым с устьевым приводом или скважинным электрическим приводом, электроцентробежным со скважинным электрическим приводом или т.п. – авторы на это не претендуют.

Конструктивные элементы, уплотнения и технологические соединения, не влияющие на работоспособность фильтра, на чертеже не показаны или показаны условно.

Фильтр работает следующим образом.

Часто в жидкости, находящейся в скважине 11 (показано условно), кроме взвешенных частиц и частиц плотнее жидкости присутствуют частицы (капли битума, не плотная порода пласта или т.п.) менее плотные, чем жидкость, имеющие очень часто больший объем, чем другие частицы. Менее плотные частицы, всплывая на поверхность до уровня 10 жидкости, скапливаются там, так как не захватываются фильтрами 1 и/или 2 при нормальной работе насоса. Однако при спускоподъемных операциях эти частицы налипают на поверхности фильтров 1 и/или 2 засоряя их до начала еще эксплуатации (уменьшая резко время продуктивной работы фильтров 1 и/или 2 до их загрязнения), также при форсированном отборе жидкости насосом, эти частицы, захваченные потоком жидкости быстро забивают фильтры 1 и/или 2. Для исключения подобных явлений первый фильтр 1 снаружи оснащают при сборке кожухом 8.

Перед спуском в скважину 11 определяют гидростатический уровень 10 жидкости в ней. Исходя из предполагаемого объема обора насосом и дебита скважины, прогнозируют расположение гидродинамического уровня 10 жидкости в скважине. После чего выбирают высоту кожуха 8, верхний край 9 которого после спуска фильтра в скважину 11 должен располагаться ниже гидродинамического уровня 10 при работе насоса с приемом 4, располагаемым также ниже гидродинамического уровня 10 жидкости для эффективной работы в скважине. Фильтр собирают, присоединяя к нижнему переводнику 5 сверху первый фильтр 1, а снизу – второй фильтр 2 с заглушкой 7, исключающей прямое сообщение второго фильтра 2 со скважиной 11 после спуска в нее. Первый фильтр 1 соединяют с приемом 4 насоса и вместе с ним на колонне лифтовых труб (не показаны) спускают в скважину 11 в интервал установки с соблюдением расположения приема 4 насоса и верхнего края 9 кожуха 8. Насос при помощи привода запускают в работу на откачу жидкости, в результате на приеме 4 насоса и внутри первого фильтра 1 создается разряжение. При этом жидкость из скважины 11 сверху из-под уровня 10 жидкости вместе с плавающими менее плотными частицами прокачивается по пространству 12 между кожухом 8 и фильтром 1, жидкость поступает внутрь фильтра 1, оттуда по линии связи 3 на приём 4 насоса и далее по колонне лифтовых труб на поверхность, а частицы задерживаются на поверхности первого фильтра 1. Так как клапан 6 является естественным гидравлическим сопротивлением, поэтому пока сопротивление первого фильтра 1 меньше усилия открытия клапана 6, создаваемого перепадом давлений между полостями первого фильтра 1 и второго фильтра 2, поэтому клапан 6 остается закрытым, и жидкость через второй фильтр 2 не перекачивается. По мере засорения частицами первого фильтра 1 внутри него создается большее разряжение, открывающее клапан 6, в результате жидкость из-под уровня 10 поступает через пространство 12 и первый фильтр 1 и через второй фильтр 2 и клапан 6 в линию связи 3 приёма 4 насоса для перекачки на поверхность. По мере засорения более крупными частицами первого фильтра 1 в работу все больше вступает жидкость, очищенная вторым фильтром 2, на приём 4 насоса до полного замещения. После засорения поверхности второго фильтра 2 (определяется увеличением выше допустимой нагрузки на штангах устьевого привода, увеличением выше допустимой потребляемой энергии погружных электрических приводов или. т.п.) насос вместе с фильтром поднимают на поверхность для обслуживания или замены. Допустимая нагрузка или допустимое значение потребляемой энергии берется из паспортных данных насосов и соответствующих приводов.

Как показала практика при подъеме фильтра на поверхности второго фильтра 2 даже после форсированной добычи (для увеличения депрессии на вскрытый продуктивный пласт – не показан) практически отсутствовали отложения из плавающих в скважинной жидкости частиц. При этом время до необходимого обслуживания фильтра (очистка или замена фильтров 1 и 2) за счет первоначального отбора плавающих в жидкости скважины 11 частиц с задержкой его в первом фильтре 1 увеличилось по сравнению с аналогами более чем в 2 раза.

Предлагаемый фильтр скважинного насоса прост и надежен в изготовлении и работе за счет отсутствия сложных и подвижных деталей, при этом позволяет осуществлять сбор частиц с плотностью меньшей плотности скважинной жидкости, приводящих к быстрому засорения всего фильтра, особенно при спускоподъёмных операциях и при форсированном отборе.