СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР Российский патент 1994 года по МПК E21B43/08 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли и может быть использовано в водяных скважинах. Скважинный фильтр представляет собой устройство для предотвращения выноса механических примесей из слабосцементированного коллектора призабойной зоны скважины.

Известен самоочистной скважинный фильтр, включающий две концентрично расположенные трубы с перфорационными отверстиями одинаковой формы и размеров, а также обратный клапан. Фильтр относится к разряду щелевых (1).

Недостатком его является то, что от воздействия пескоструйного потока нарушается заданная форма перфорационных отверстий, вследствие чего фильтр выходит из строя.

Наиболее близким по технической сути является скважинный фильтр, включающий соединенные телескопически трубчатые кожух с каркасом, пружину сжатия, направляющее седло и переводник (2).

Однако известный фильтр обладает рядом существенных недостатков. Вследствие того, что в процессе спуска фильтра на забой переток жидкости глушения в полость колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) осуществляется через фильтровальную перегородку утяжелитель и другие твердые частицы осаждаются в фильтровальном наполнителе. Это приводит к потере проницаемости или полной кольматации фильтра. Другим недостатком известного фильтра является отсутствие возможности самовосстановления эффективной проницаемости. И наконец удаление осадка механических примесей флюида из затрубного пространства невозможно осуществить без глушения скважины и подъема колонны НКТ на величину телескопического хода фильтра.

Целью изобретения является повышение надежности работы фильтра путем расширения периода эффективного фильтрования и удаления механических примесей флюида без глушения скважины и подъема НКТ.

С этой целью скважинный фильтр, содержащий переводники, соединенные телескопически трубчатый кожух с каркасом с фильтрационными отверстиями, установленные с образованием кольцевой полости, фильтронаполнитель и пружину, помещенные в последней, и направляющее седло, соединенное с основанием каркаса, он снабжен заглушкой, установленной в направляющем седле, при этом фильтрационные отверстия кожуха и каркаса выполнены параллельными и фильтрационные отверстия кожуха расположены перпендикулярно фильтрационным отверстиям каркаса, пружина размещена в фильтронаполнителе и высота сжатой пружины соответствует высоте кольцевой полости в пределах фильтронаполнителя.

В качестве фильтронаполнителя используют элементы правильной геометрической формы с гладкими поверхностями.

Кроме того, в качестве элемента правильной геометрической формы с гладкими поверхностями используют битое стекло.

На фиг. 1 изображен фильтр в рабочем положении, общий вид; на фиг. 2 - момент подготовки фильтра к процессу регенерации, общий вид; на фиг. 3 - процесс извлечения заглушки из направляющего седла; на фиг. 4 - поперечное сечение по А-А на фиг. 1.

Скважинный фильтр состоит из отдельных фильтроэлементов 1. Это удобно и технологично при компоновке длины фильтра, соответствующей интервалу вскрытия продуктивного пласта. Фильтроэлемент состоит из телескопически соединенных между собой каркаса 2 и кожуха 3, в кольцевое пространство которых помещены пружина сжатия 4 и фильтрующий наполнитель 5 из элементов правильной геометрической формы с плоскими гладкими гранями, например битое стекло. Пружина 4 рассчитана таким образом, чтобы остаточная сжатая ее высота от воздействия массы каркаса 2 не превышала высоты заполнения фильтронаполнителем кольцевой полости между кожухом и каркасом.

Перфорационные отверстия каркаса 2 и кожуха 3 выполнены параллельными и, как показано на фиг. 4, отверстия "а" установлены перпендикулярно отверстиям "б". Такое расположение перфорационных отверстий способствует изменению траектории движения выносимых из пласта твердых частиц с прямолинейной формы на криволинейную, тем самым уменьшая их разрушительную инерционную силу. Зазоры между контактными плоскостями этих элементов образуют щелевые лабиринтные каналы, что является идеальным условием фильтрации. Низкая шероховатость гладких поверхностей элементов фильтрующего наполнителя 5 снижает силу сцепления с механическими примесями флюида и при незначительном силовом воздействии цементирующие их связи разрушаются.

Кожух 3 фильтра левой резьбой соединен с переводником 6. Внутри переводника 6 установлены с возможностью осевого перемещения подвеска каркаса 7, подвижная втулка 8 с наружной проточкой "в", поджимная пружина 9, фиксирующие шарики подвески 10. В переводнике 6 выполнена кольцевая проточка "г". Подвеска каркаса 7 снабжена сквозными цилиндрическими гнездами для радиального перемещения шариков 10 и соединена посредством резьбы с каркасом 2. Низ скважинного фильтра оборудован направляющим седлом 11 с внутренней кольцевой проточкой "д", соединенным резьбой с основанием каркаса 2, а верх его посредством переводника 6 соединен с колонной НКТ 12. Извлекаемая заглушка 13 состоит из корпуса 14, штока 15 с наружной кольцевой проточкой "е", запорной втулки 16, прижима 17, фиксирующих шариков заглушки 18 и пружин 19, 20. Герметичность фильтра обеспечивается уплотнительными кольцами 21 и 22.

Для обеспечения процесса регенерации фильтра предусмотрено подъемное устройство 23, которое состоит из корпуса 24, подвижных упоров 25, распорных пружин 26, штоков 27, подпятника 28, силовой пружины 29 и головки зачалки троса 30. Подъем извлекаемой заглушки 13 обеспечивается ловильным инструментом глубинных приборов 31, который состоит из корпуса 32, сухарей 33 и головки зачалки троса 34. Все технологические операции осуществляются канатной техникой с помощью троса 35.

Скважинный фильтр работает следующим образом. На колонне НКТ 12 фильтр без извлекаемой заглушки 13 опускают в интервал продуктивного горизонта. Каркас 2 телескопически перемещается вниз относительно кожуха 3, сжимается пружина 4 и уплотняется фильтрующий наполнитель 5. Система находится в неустойчивом равновесии.

После освоения скважины путем сброса извлекаемой заглушки 13 перекрывают осевой канал в седле 11 и фильтр включается в работу. Перед сбросом заглушку 13 заряжают следующим образом. При натяжении штока 15, как показано на фиг. 3, совмещается его наружная кольцевая проточка "е" с плоскостью расположения фиксирующих шариков 18, которые радиально перемещаются в проточку "е" и под действием пружины 20 запираются втулкой 16. При сбросе заглушки 13, как показано на фиг. 1, запорная втулка 16, достигнув контакта с направляющим седлом 11, остается неподвижной, а корпус 14 по инерции перемещается вниз. Когда плоскость расположения фиксирующих шариков заглушки 18 достигает внутренней кольцевой проточки "д", то под действием пружины 19 шток 15 опускается, вытеснив фиксирующие шарики 19 из проточки "е" в проточку "д".

В процессе эксплуатации фильтра проницаемость его уменьшается, следовательно, увеличивается перепад давления между трубным и затрубным пространством. В результате возникает выталкивающая сила, воздействующая на каркас 2. От действия этой силы каркас 2 поднимается вверх, увеличивая при этом высоту полости между каркасом 2 и кожухом 3, в которой помещены пружина сжатия 4 и фильтрующий наполнитель 5. Энергией сжатой пружины 4 разрушаются слабо сцементированные связи фильтрующего наполнителя 5 и проницаемость фильтра увеличивается (восстанавливается).

При необходимости регенерации фильтра, как показано на фиг. 2, каркас 2 телескопически выдвигают вверх и фиксируют при помощи канатной техники следующим образом.

На тросе 35 в колонну НКТ 12 спускают подъемное устройство 23 несколько ниже расположения подвески каркаса 7. Оно свободно проходит через осевое отверстие подвижной втулки 8, так как препятствующие подвижные упоры 25 при наличии у них малого входного угла углубляются вовнутрь корпуса 24. При движении подъемного устройства 23 вверх подвижные упоры 25 упираются в торец основания подвижной втулки 8 и приподнимают ее совместно с подвеской 7 и каркасом 2. Как только плоскость расположения фиксирующих шариков подвески 7 достигает уровня внутренней кольцевой проточки "г" переводника 6, фиксирующие шарики 10 перемещают в эту проточку и подвеска 7 с каркасом 2 фиксируются подвижной втулкой 8. Последующим натяжением троса 35 подвижные упоры 25 углубляются вовнутрь корпуса 24, подъемное устройство 23 освобождается и извлекается на поверхность. После регенерации фильтра на тросе 35 спускают груз, диаметр которого немногим больше диаметра отверстия подвижной втулки 8. Под действием массы груза втулка перемещается вниз и подвеска 7 с каркасом 2 устанавливаются в первоначальное положение.

При выполнении таких технологических операций, как освоение скважины, удаление песка из ее зумпфа, освобождение от прихвата фильтра и закачка химреагентов для интенсификации продуктивного пласта открывают осевой проходной канал фильтра путем извлечения заглушки 13. Для этой цели на тросе 35 спускают в колонну НКТ 12 ловильный инструмент глубинных приборов 31 и накрывают ниппель штока 15, как показано на фиг. 3. Захват штока 15 обеспечивается сухарями 33 и натяжением троса освобождается заглушка из направляющего седла 11. Процесс освобождения извлекаемой заглушки 13 аналогичен вышеописанному процессу ее зарядки. При аварийном прихвате фильтра правым вращением рассоединяют левое резьбовое соединение между переводником 6 и кожухом 3 и производят подъем колонны НКТ. Так как детали фильтра изготавливаются из легко разбуриваемых материалов (пластмассы, алюминий и т. п. ), то с помощью глубинных режущих инструментов их легко разрушают и вымывают на поверхность.

Использование: при оборудовании нефтяных и газовых скважин. Обеспечивает повышение надежности работы фильтра путем расширения периода эффективного фильтрования и удаления механических примесей флюида без глушения скважины и подъема насосно-компрессорных труб. Сущность изобретения: устройство содержит переводники, которые соединены телескопически. Устройство содержит также кожух с каркасом с фильтрационными отверстиями, которые образуют кольцевую полость. В ней помещены фильтронаполнитель и пружина. С основанием каркаса соединено направляющее седло. Кроме того, устройство снабжено заглушкой, установленной в направляющем седле. Фильтрационные отверстия кожуха и каркаса выполнены параллельными. Фильтрационные отверстия кожуха расположены перпендикулярно фильтрационным отверстиям каркаса. Пружина размещена в фильтронаполнителе. Высота сжатой пружины соответствует высоте кольцевой полости в пределах фильтронаполнителя. Кроме того, в качестве фильтронаполнителя используют элементы правильной геометрической формы с гладкими поверхностями. В качестве элемента правильной геометрической формы с гладкими поверхностми используют также битое стекло. 4 ил.

1. СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР, содержащий переводники, соединенные телескопически, трубчатый кожух с каркасом с фильтрационными отверстиями, установленные с образованием кольцевой полости, фильтронаполнитель и пружину, помещенные в последней, и направляющее седло, соединенное с основанием каркаса, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы фильтра путем расширения периода эффективного фильтрования и удаления механических примесей флюида без глушения скважины и подъема насосно-компрессорных труб, он снабжен заглушкой, установленной в направляющем седле, при этом фильтрационные отверстия кожуха и каркаса выполнены параллельными и фильтрационные отверстия кожуха расположены перпендикулярно фильтрационными отверстиям каркаса, пружина размещена в фильтронаполнителе и высота сжатой пружины соответствует высоте кольцевой полости в пределах фильтронаполнителя. 2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что в качестве фильтронаполнителя используют элементы правильной геометрической формы с гладкими поверхностями. 3. Фильтр по п.2, отличающийся тем, что в качестве элемента правильной геометрической формы с гладкими поверхностями используют битое стекло.