ИЗБИРАТЕЛЬНО ИЗОЛИРОВАННЫЙ ФИЛЬТР Российский патент 1997 года по МПК E21B43/08 

Изобретение относится к области бурения нефти, а, более точно, к избирательно изолированному фильтру, применяемому в нефтяных скважинах.

Фильтр, который наиболее часто используется как фильтр глубоких скважин, такой как фильтр нефтяной скважины, имеет перфорированную трубу со множеством круглых отверстий или прорезей, являющуюся базовым элементом, множество прокладочных стержней, проходящих в продольном направлении и расположенных с интервалами в периферийном направлении по наружной поверхности базового элемента, и проволоку, спирально намотанную по наружной периферии прокладочных стержней с заданным зазором. В результате расположения прокладочных стержней кольцевой канал, определяемый прокладочными элементами проходящий в продольном направлении, образуется между внутренней стороной проволоки и наружной поверхностью базового элемента по всей периферии базового элемента. Этот кольцевой канал, расположенный между внутренней стороной проволоки и наружной поверхностью базового элемента, необходим для обеспечения достаточной скорости потока жидкости путем предоставления возможности жидкости течь из зазоров проволоки, чтобы течь равномерно в отверстия базового элемента. Однако образование кольцевого канала вызывает следующие проблемы. В случае, когда происходит закупорка фильтра, предпринимается операция для растворения или удаления материалов,которые вызвали закупорку, путем локального впрыска такой жидкости, как соляная кислота, дизельное топливо, маловязкое масло или поверхностно-активное вещество под давлением в радиальном направлении изнутри базового элемента. Однако эта жидкость диспергирует вертикально через кольцевой канал, и в результате достаточное количество жидкости не впрыскивается концентрически в то место, в котором произошла закупорка, и растворение или удаление закупоривающих материалов не достигается в предполагаемой степени. В фильтре типа, в котором гравий или крупнозернистый песок заполняют в буровую скважину вокруг фильтра для предотвращения попадания песка в фильтр посредством заполненного гравия, жидкость впрыскивается в сторону гравия в радиальном направлении из внутренней части базового элемента, когда гравий заполнил буровую скважину, чтобы побудить гравий вниз под действием давления впрыскиваемой жидкости. В этом случае также впрыскиваемая жидкость диспергирует вертикально через кольцевой канал, так что гравий не движется вниз, как предполагалось, приводя в результате к потере однородности распределения гравия в буровой скважине и снижению эффекта предотвращения попадания песка в фильтр.

Для решения вышеописанных проблем патент США N 4771829 предлагает избирательно изолированный фильтр содержащий базовый элемент в целом цилиндрической формы с отверстиями и фильтрующую рубашку, выполненную в виде прокладочных элементов, размещенных в продольном направлении на наружной поверхности базового элемента, проволоки, намотанной с зазоромна прокладочных элементах и образующей с наружной поверхностью базового элемента кольцевую полость, разобщенную прокладочными элементами на продольные каналы, и кольцевых уплотнительных элементов, размещенных на базовом элементе и перекрывающих продольные каналы в поперечном сечении. В данном фильтре базовый элемент выполнен из перфорированной трубы. Проволока намотана снаружи прокладочных элементов спирально. Уплотнительные элементы выполнены в виде цилиндрических гильз, имеющих ту же радиальную длину, что и радиальная длина прокладочных стержней, расположенных внутри проволоки в выбранных местах с интервалами в продольном направлении и прикрепленных к прокладочным стержням. Путем размещения этих гильз в выбранных местах в продольном направлении, продольный канал, изолируется и герметизируется в продольном направлении. Соответственно, при проведении стадии по удалению закупорки или наполнению гравия в буровую скважину, жидкость, впрыскиваемая изнутри базового элемента в секцию фильтра, где произошла закупорка, или существует гравий, который должен быть направлен вниз, впрыскивается радиально в сторону буровой скважины через зазор проволоки для ограничения вертикального потока жидкости в продольном канале посредством гильз, предусмотренных в верхнем и нижнем местах секции фильтра, где впрыскивается жидкость. Вышеописанный избирательно изолированный фильтр обеспечивает эффективное удаление закупорки и форсирования вниз гравия, но обладает следующими недостатками. В известном избирательно изолированном фильтре проволока намотана сверху гильз. Проволока нормально-точечно привариваетсяк прокладочным стержням. Известно, что точечная сварка производится путем концентрации электрического тока на относительно небольшой площади, чтобы нагреть ее локально, то очень трудно точечно сваривать проволоку с поверхностью гильз, которые имеют относительно широкую площадь. Далее, в известном избирательно изолированном фильтре гильзы обмотаны проволокой, и зазор проволоки имеет очень небольшую величину, примерно около 0,3 мм, и соответственно гильзы не видны снаружи, и места и состояние монтажа гильз невозможно визуально проверить. Эта структура неудобна тем, что фильтр должен использоваться без проверки состояния гильз, даже если допущен некоторый дефект в монтаже гильз. Таким образом, надежность такого фильтра невелика. Техническим результатом настоящего изобретения является повышение надежности избирательно изолированного фильтра.

Этот технический результат достигается тем, что в избирательно изолированном фильтре содержащем базовый элемент в целом цилиндрической формы с отверстиями и фильтрующую рубашку, выполненную в виде прокладочных элементов, размещенных в продольном направлении на наружной поверхности базового элемента, проволоки, намотанной с зазором на прокладочных элементах и образующей с наружной поверхностью базового элемента кольцевую полость, разобщенную прокладочными элементами на продольные каналы, и кольцевых уплотнительных элементов, размещенных на базовом элементе и перекрывающих продольные каналы в поперечном сечении, согласно изобретению, фильтрующая рубашка выполнена в виде набора автономных секций, сопряженных друг с другом, при этом уплотнительные элементы размещены по концам секций и соединены с базовым элементом с помощью сварки.

На фиг.1 изображен вертикальный разрез части избирательно изолированного фильтра согласно первого варианта выполнения изобретения; на фиг.2 - вертикальный разрез фильтрующей рубашки, используемой в фильтре, показанном на фиг. 1; на фиг. 3 вертикальный разрез части избирательно изолированного фильтра согласно второго варианта выполнения изобретения; на фиг.4 - вертикальный разрез фильтрующей рубашки, используемой в фильтре, показанном на фиг. 3; на фиг. 5 вертикальный разрез части избирательно изолированного фильтра согласно третьего варианта выполнения изобретения; на фиг.6 разрез одного сварного участка смежных секций фильтрующей рубашки.

Избирательно изолированный фильтр, показанный на фиг.1 и 2, содержит базовый элемент, выполненный в виде перфорированной трубы 1, имеющей множество отверстий 2, и фильтрующую рубашку 3, установленную на трубе 1. Фильтрующая рубашка 3 выполнена в виде автономных секций 4, 5, каждая из которых состоит из прокладочных элементов 6, размещенных в продольном направлении на наружной поверхности трубы 1, проволоки 7, намотанной с зазором "d" заданной ширины на наружной периферии прокладочных элементов 6 и образующей с наружной поверхностью трубы 1 кольцевую полость, разобщенную прокладочными элементами 6 на продольные каналы, и кольцевых уплотнительных элементов, выполненных в виде гильз 8, размещенных на трубе 1 и перекрывающих продольные каналы в поперечном сечении. Проволока 7 точечно приваривается к элементам 6 в каждой точке пересечения с ним. Смежные кольцевые гильзы 8 смежных секций 4, 5 приводятся в уопрный контакт друг с другом и при необходимости свариваются вместе, в результате чего соответствующие секции 4, 5 рубашки 3 фильтра соединяются вместе. Таким образом секции 4, 5 рубашки 3 в необходимом количестве монтируются одна за другой на перфорированной трубе 4 и соединяются друг с другом. Затем, как показано на фиг.1, соответствующие кольцевые гильзы 8 свариваются на своих внутренних нижних периферийных участках с наружной поверхностью перфорированной трубы 1 посредством известного сварочного способа, например, дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа. Смежные кольцевые гильзы 8 секций 4, 5 рубашки 3, соединенные вместе, образуют уплотнительное средство. Самая верхняя гильза 9 является бесконечной гильзой.

В другом варианте выполнения фильтра, показанного на фигурах 3 и 4, фильтрующая рубашка 10, выполнена из двух секций 11, 12, каждая из которых состоит только из прокладочных элементов 6 и проволоки 7, и не имеет кольцевых гильз 8, какв рубашке 3, показанной на фиг.1 и 2.

После того, как необходимое число секций 11, 12 рубашки 10 смонтировано на перфорированной трубе 1 одна за одной с заданным расстоянием "е" между смежными секциями 11, 12, концевые участки 13 прокладочных элементов 6 сваривают с наружной поверхностью перфорированной трубы 1, чтобы герметизировать пространство между соответствующими концевыми участками 13 прокладочных элементов 6 от наружного пространства со сварочным материалом, использованном в сварочном способе, чтобы тем самым образовать сваренный участок 14. Таким образом, посредством сваренного участка 14, образованного на конце каждой секции 11, 12 рубашки 10, создается уплотнительное средство. Поверхность сварного участка 14 предпочтительно должна быть образована в одной и той же плоскости, что и поверхность секций 11, 12 рубашки 10, Благодаря такому выполнению может быть облегчено плавное заполнение гравием. Важно производить равномерное заполнение скважины гравием в кольцевом пространстве, образованном между стенкой буровой скважины и наружной поверхности фильтра. Если наружная поверхность фильтра между смежными секциями 11, 12 рубашки 10 фильтра углублена от уровня поверхности секций 11, 12 рубашки 10, гравий иногда не заполняет камеру (углубление), так что образуется полый участок в заполненном гравием кольцевом пространстве между стенкой буровой скважины и наружной поверхностью фильтра. Это полый участок позже заполняется гравием, который переносится из окружения полого участкалибо в результате нагнетания нефти, либо перепада давления в скважине, но это, в свою очередь, ведет к разрушению стенки буровой скважины, приводя к снижению добычи нефти. В настоящем варианте реализации изобретения поверхность сварного участка 14 или поверхность гильз в вариантах реализации показанных на фиг.1 и 5 образована в одно и той же плоскости, что и секции 11, 12 рубашки 10 фильтра, и соответственно обеспечивается равномерное заполнение гравием, и появление образования полного участка в слое гравия может эффективно предотвращать.

В традиционном фильтре, в котором базовый элемент выполнен в виде трубы с отверстиями, число отверстий составляет 100-180 на 30, 48 см длины фильтра. В настоящем изобретении число отверстий 2 в трубе 1 ограничено величиной 1-60 на 30, 48 см длины фильтра. Форма отверстий 2 может быть круглой или щелевой. Когда форма отверстий 2 круглая, они предпочтительно должны иметь должны иметь диаметр в диапазоне от 0,16 см до 5,08 см. Когда форма отверстий щелевая, они предпочтительно должны иметь ширину в диапазоне от 0,16 см до 5,08 см и длину в диапазоне от 2,54 см до 25,4 см. Это ограничение числа отверстий 2 вместе с образованием уплотнительного средства содействует снижению потери воды, вызываемой отклонением части воды, выливаемой сверху в кольцевое пространство между стенкой буровой скважины и наружной поверхностью фильтра, которое (отклонение) производится потоком воды через пространство между прокладочными элементами 6 внутри проволочной намотки и также потоком воды в трубе 1 через отверстия 2. Темсамым может быть обеспечена достаточная скорость потока воды для наполнения гравием нижней части фильтра.

В варианте выполнения изобретения, показанном на фиг.5, фильтр содержит дополнительную фильтрующую рубашку 15, размещенную снаружи фильтрующей рубашки 3, показанной на фиг.2. Дополнительная фильтрующая рубашка 15 также выполнена в виде секций 16, 17, каждая из которых состоит из продольных прокладочных элементов 18 и проволоки 19 намотанной с зазором "D" на наружной периферии прокладочных элементов 18. зазор "D" больше зазора "d" основной фильтрующей рубашки 3. Общие кольцевые гильзы 20 соединены с концевыми участками прокладочных элементов 6 и 18 основной и дополнительных рубашек 3, 15. Проволока 25, 19 точечно приваривается к прокладочным элементам 18, 24 в каждой точке пересечения с ними. Проволока 25, 19 не ограничивается показанной спиральной проволокой, а может быть представлена множеством колец, приваренных к прокладочным элементам 18, 24. При необходимости зазор "D" может быть сделан равным или меньше, чем зазор "d". Секции 4, 5, 16, 17 основных и дополнительных фильтрующих рубашек 3, 15 необходимого количества монтируют на перфорированной трубе 1 таким же образом, как в варианте реализации, показанном на фиг.1, и кольцевые гильзы 20 приваривают при необходимости друг к другу. Путем приваривания соответствующих кольцевых гильз 20, 26 на участках их внутренней нижней кромки к наружной поверхности перфорированной трубы 1 образуют уплотнительное средство с помощью смежных кольцевыхгильз 20, 26, 26. В случае, когда фильтр, показанный на фиг.5, используется в горизонтальной скважине, имеющей горизонтально проходящий участок, или в наклонной скважине, имеющей наклонно расположенный участок вдоль нефтяного слоя, при введении его в скважину, дополнительная фильтрующая рубашка 15, проходящая через изогнутый участок скважины, деформируется сгибом поверхности стенки скважины. Проволока 7 основной фильтрующей рубашки 3 не входит в контакт с поверхностью стенки изогнутого участка скважины, но упруго деформируется внутри дополнительной фильтрующей рубашки 15, и после этого восстанавливает свою первоначальную форму после достижения горизонтального участка скважины. Так как образован зазор между прокладочными элементами 18 дополнительной фильтрующей рубашки 15 и проволокой 7 основной фильтрующей рубашки 3, можно проводить регулировку путем правильного установления этого зазора, так что проволока 7 не будет входить в контакт с прокладочными элементами 18, когда фильтр проходит через изогнутый участок скважины, или даже если проволока 7 контактирует с прокладочными элементами 18, проволока 7 не будет пластично деформироваться под действием избыточной нагрузки. Согласно этому варианту реализации возможные повреждение или деформация фильтра, при его принудительном прохождение через изогнутый участок скважины, могут эффективно предотвращаться, и зазор "d" проволоки 7 основной фильтрующей рубашки 3 может поддерживаться постоянным. Этот двухслойный фильтр эффективен также для предотвращения образования песка и защиты фильтра от коррозии из-за перемещенияжидкости и песка.

В вышеописанных вариантах реализации фильтра в качестве базового элемента используется перфорированная труба 1. Однако, базовый элемент не ограничивается перфорированной трубой 1 и может быть, выполнен, например, в виде спиральной проволоки, проходящей в осевом направлении фильтра. Альтернативно базовый элемент может быть составлен множеством колец, расположенных параллельно с заданным интервалом в осевом направлении фильтра с расчетом образования щелей, которые продолжаются в периферийном направлении фильтра. Эти базовые элементы описаны в японской патентной публикации N 32275/1983.

Базовый элемент может быть цилиндрическим элементом, выполненным путем наматывания спиральной проволоки снаружи множества стержней, расположенных в осевом направлении с заданным интервалом для образования цилиндрической конфигурации, и сваривания стержней и проволоки вместе для образования интегрального цилиндрического тела. Этот тип базового элемента использован в фильтре двухцилиндрического типа, описанном в японской патентной публикации N 54516/1989.

В вышеописанных вариантах реализации фильтра в качестве проволоки 7 и 19 используют проволоку клиновидного поперечного сечения. Однако проволока не ограничивается указанным сечением, а может иметь, как ромбическое, круглое или квадратное, сечение. В зависимости от условий, в которых используются проволоки 7 и 19, они могут привариваться только к части прокладочных элементов 6, 18 вместо приваривания прокладочныхэлементов 6, 18 во всех точках пересечения. Длина уплотнительного средства и фильтрующих рубашек 3, 15 может быть соответственно определена в зависимости от условий скважины. Уплотнительное средство может быть длиной в диапазоне от 30, 48 ми до более, чем половины длины базового элемента. Также можно изменять длины множества уплотнительных средств на одном базовом элементе. Длина фильтрующих рубашек 3, 15 равна длине участка базового элемента, который не охвачен уплотнительным средством или который не требуется для нарезки резьбы или установки центратора. В варианте показанном на фиг.3 образование сварного участка 14 осуществлено целиком из сварочного материала. Однако, как показано на фиг.7 на трубе 1, являющейся базовым элементом между смежными секциями 11, 12, фильтрующей рубашки 10 могут быть установлены стальные короткие цилиндры 21, и каждый цилиндр 21 может быть приварен к смежным секциям 11, 12 фильтрующей рубашки 10 для образования сварного участка 14.

Использование: в области бурения нефтяных скважин и, конкретно, в фильтрах для этих скважин. Обеспечивает повышение надежности работы избирательно изолированного фильтра. Сущность изобретения: устройство содержит базовый элемент в целом циклической формы. Он имеет отверстия и фильтрующую рубашку. Она выполнена в виде прокладочных элементов. Они размещены в продольном направлении на наружной поверхности базового элемента. На прокладочных элементах намотана проволока. Она образует с наружной поверхностью базового элемента кольцевую полость. Эта полость разобщена прокладочными элементами на продольные каналы. Эти каналы перекрыты кольцевыми уплотнительными элементами в поперечном сечении. Собственно, фильтрующая рубашка выполнена в виде набора автономных секций. Они сопряжены друг с другом. При этом уплотнительные элементы размещены по концам секций и соединены с базовым элементом с помощью сварки. 8 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Избирательно изолированный фильтр, содержащий базовый элемент в целом цилиндрической формы с отверстиями и фильтрующую рубашку, выполненную в виде прокладочных элементов, размещенных в продольном направлении на наружной поверхности базового элемента, проволоки, намотанной с зазором на прокладочных элементах и образующей с наружной поверхностью базового элемента кольцевую полость, разобщенную прокладочными элементами на продольные каналы, и кольцевых уплотнительных элементов, размещенных на базовом элементе, перекрывающих продольные каналы в поперечном сечении, отличающийся тем, что фильтрующая рубашка выполнена в виде набора автономных секций, сопряженных друг с другом, при этом уплотнительные элементы размещены по концам секций и соединены с базовым элементом с помощью сварки. 2. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что базовый элемент выполнен из трубы с 1 60 отверстиями на 1 фут длины фильтра. 3. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что базовый элемент выполнен из спирально навитой проволоки. 4. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что базовый элемент выполнен из размещенных параллельно друг по отношению к другу колец, образующих между собой щели. 5. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что базовый элемент выполнен из продольных стержней и намотанной на них по спирали проволоки, приваренной к продольным стержням. 6. Фильтр по пп.1 5, отличающийся тем, что он содержит дополнительную фильтрующую рубашку, размещенную снаружи основной фильтрующей рубашки. 7. Фильтр по пп.1 6, отличающийся тем, что уплотнительные элементы выполнены в виде кольцевых гильз, упорно контактирующих друг с другом. 8. Фильтр по пп.1 6, отличающийся тем, что уплотнительные элементы соединены друг с другом с помощью сварки с возможностью герметизации стыка между ними от внешнего пространства. 9. Фильтр по пп.1 8, отличающийся тем, что наружные поверхности уплотнительных элементов и фильтрующих рубашек образуют единую наружную поверхность.