СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1998 года по МПК E21B43/08 

Изобретение относится к скважинному фильтру, предназначенному для использования в скважинах, включающих нефтяные, газовые, водяные скважины и скважины для освобождения от загрязнения.

Известно в данной области техники много типов сетчатых и иных фильтровальных устройств, выполненных с возможностью предотвращения попадания песка и других твердых частиц в текучие среды и газы, добываемые из нефтяных, газовых, водяных скважин и скважин для освобождения от загрязнения, с одновременным поддерживанием подземного геологического образования.

Эти устройства часто используют с вспомогательными фильтрующими средствами, такими как гравий и/или песок, которые включают в устройство или отдельно размещают вокруг устройства.

Примерами устройств, используемых в пробуренном стволе скважины, являются фильтры с проволочной обмоткой и предварительно набитые фильтры. Пробуренный ствол скважины может быть оставлен с открытыми стенками или может иметь обсадные колонны, зацементированные и перфорированные до установки такого устройства. Отверстия в таких фильтрах могут быть выполнены так, чтобы они не пропускали нежелательные твердые частицы, содержащиеся в текущих средах или газах.

Фильтры и обсадные колонны - хвостовики скважины часто окружают вспомогательными фильтрующими средствами. Обычно фильтрующие средства состоят из гравия. При использовании вспомогательных фильтрующих средств или гравия отверстия в фильтрах и обсадных колоннах выполняют такими, чтобы они не пропускали частицы вспомогательной фильтрующей среды, а фильтрующую среду используют такую, чтобы она задерживала нежелательные твердые частицы, содержащиеся в добываемых текучих средах или газах.

Фильтровальные секции традиционных скважинных фильтров обычно состоят из отрезков (звеньев) длиной от 5 до 10 м с короткими отрезками сплошной без отверстий трубы на каждом конце. Назначение короткого отрезка сплошной трубы на каждом конце состоит в создании средства соединения звеньев фильтра друг с другом в месте нахождения скважины и в облегчении удерживания каждого звена в устье скважины при сборке звеньев для спуска в скважину.

Длина сплошных отрезков на концах каждого звена фильтра должна быть достаточно большой, чтобы выполнить резьбу, необходимую для соединения звеньев, и достаточно большой для обеспечения места, необходимого для подвешивания каждого звена в верхней части буровой установки в зоне устья скважины при соединении звеньев друг с другом. Общая длина сплошного участка после соединения двух звеньев обычно составляет от 0,5 до 1 м.

Фильтр, состоящий из соединенных вместе секций, обычно спускают с помощью буровой установки в ствол скважины и располагают по его центру вблизи несущей текучую среду или газ продуктивной подземной формации, из которой текучая среда или газ может течь в радиальном направлении сквозь фильтр. Фильтр препятствует прохождению нежелательных твердых частиц и позволяет потоку текучей среды или газа в фильтре выходить на поверхность. Общей для традиционных скважинных фильтров проблемой является то, что необходимо много времени и труда для соединения соседних секций фильтра друг с другом в месте нахождения скважины и спуска соединенных секций в скважину.

Для повышения эффективности добычи нефти из нефтяной скважины все больше стремятся добывать нефть из скважин с большим углом отклонения от вертикали (45-90^o) с установкой в такой скважине скважинного фильтра. Длина фильтра в такой сильно наклоненной скважине часто достигает 2000 м или более, и потому установка такого длинного фильтра в скважину с соединением его секций друг за другом в месте расположения скважины является серьезной проблемой.

Другой проблемой, вызываемой большим углом наклона ствола скважины, является неравномерность гравийной набивки вследствие наличия сплошной части фильтра.

Гравий обычно укладывается наиболее плотно в том месте кольцевого пространства между фильтром и стволом скважины, где сквозь фильтр проходит текучая среда, несущая гравий. Таким образом, гравий не может быть так плотно уложен в кольцевом пространстве вокруг сплошной части фильтра, как в кольцевом пространстве вокруг части фильтра, снабженной отверстиями. В вертикальном стволе скважины благодаря наличию силы тяжести гравием может быть набито до некоторой степени и кольцевое пространство вокруг сплошной части фильтра, но в скважине с большим углом отклонения от вертикали гравий движется под действием силы тяжести в направлении к нижней стороне ствола и не может быть набит в пространстве вокруг сплошной части, в результате чего вблизи сплошной части образуется пространство, не заполненное гравием.

После введения скважины в эксплуатацию гравий в кольцевом пространстве между фильтром и стволом скважины может смещаться и оползать, что может вызывать образование пустот или не имеющих набивки участков кольцевого пространства. Не набитые гравием участки кольцевого пространства образуют пути прохождения нежелательного песка или твердых частиц из неуплотненной песчаной формации в ствол скважины, в результате чего они эродируют фильтр, забивают отверстия фильтра и/или заполняют внутреннюю полость ствола скважины.

В патенте США N 4945991, кл. E 21 B 4З/04, 7.08.1990 описан фильтр, по существу, с прямоугольными перфорированными шунтирующими трубами, прикрепленными к наружной стороне фильтра продольно по всей длине фильтра и присоединенными между всеми секциями фильтров, скрепленными друг с другом, для создания путей прохождения текучей среды, несущей гравий, в пустоты (участки без набивки) кольцевого пространства между фильтром и стволом скважины и заполнения этих пустот гравием. Это устройство позволяет суспензии, состоящей из гравия и текучей среды, входить и течь по нескольким путям вблизи или выше фильтра и затем течь либо вниз по кольцевому пространству между фильтром и стволом скважины, либо вниз по одной или нескольким присоединенным перфорированным шунтирующим трубам. Дегидратации суспензии в перфорированных шунтирующих трубах препятствует ограниченная площадь отверстий в трубах и течение гравийной суспензии вниз по кольцевому пространству между фильтром и стволом скважины, в результате чего гравийная суспензия в перфорированных шунтирующих трубах, намного менее вероятно, будет дегидратироваться и, вероятнее всего, будет непрерывно течь по этим трубам, пока не подойдет близко к участку кольцевого пространства между фильтром и стволом, который не имеет гравия или не полностью набит им, после чего гравийная суспензия в перфорированных шунтирующих трубах будет течь в недостаточно заполненное гравием кольцевое пространство.

Недостатком устройства, описанного в патенте США N 4945991, является то, что оно требует много времени и труда для его сборки в месте расположения скважины, причем спуск его в скважину очень затруднен. Кроме того, очень труден подъем этого устройства из скважины в случае его застревания там или из-за необходимости ремонта. Очень трудной работой являются также соединение соответственных соседних шунтирующих труб при сборке фильтра и опускание их в скважину. Кроме того, сплошные части на концах каждой секции фильтра не имеют фильтра, через который текучая среда может течь во время набивки гравием или после начала эксплуатации скважины.

В выложенной Японской патентной заявке N 313330/1994 раскрыт скважинный фильтр, имеющий путь прохождения потока суспензии, в котором для устранения недостатка вышеописанного патента США предусмотрено несколько труб для подачи гравия внутри проволочного фильтра и выполнены отверстия для подачи суспензии, сообщающие эти подающие трубы с наружной стороной фильтра.

Однако устройство не решает вышеописанную проблему необходимости больших затрат времени и труда на соединение соседних секций фильтра и соединение шунтирующих труб.

В выложенной Японской патентной заявке 158124/1995, кл. E 03 B 3/18, E 21 B 43/08 раскрыт скважинный фильтр, который содержит опорные стержни, расположенные в круговом направлении каждой соединительной части секции фильтра и проходящие в осевом направлении этой секции, и проволоку, намотанную на наружную поверхность указанных опорных стержней с образованием щелей заданной ширины, причем в соединительной части выполнены отверстия для обеспечения возможности течения текучей среды между наружной и внутренней сторонами секции фильтра.

Этот скважинный фильтр обеспечивает возможность эффективной гравийной набивки всего кольцевого пространства скважины.

Данный скважинный фильтр тоже не решает проблемы огромных затрат времени и труда на соединение соседних секций фильтра.

Из патента США N 3658128, кл. E 21 B 43/08, 1972 известен скважинный фильтр, содержащий удлиненный и гибкий трубчатый фильтровальный элемент, имеющий опорное средство цилиндрической формы, проходящее в осевом направлении фильтра, и проволочное средство, расположенное на наружной периферии опорного средства с образованием щелей заданной ширины.

В патенте США N 3709293, кл. E 21 B 43/08, 1973 раскрыт скважинный фильтр, содержащий удлиненную и гибкую перфорированную трубу с отверстиями, расположенными с заданными между ними промежутками, и трубчатый фильтровальный элемент, расположенный на наружной ее периферии и состоящий из проволоки, намотанной спирально на наружную периферию перфорированной трубы с образованием щели заданной ширины.

Недостатком этих двух фильтров является следующее. При намотке в форме катушки фильтра, состоящего из удлиненного и гибкого трубчатого фильтровального элемента, имеющего металлические концевые части, металлические концевые части соответствующих соседних секций фильтров должны быть сварены вместе, и эти сваренные металлические концевые части, имеющие определенную длину, являются жесткими и, следовательно, их трудно будет намотать той же формы, что и гибкие части фильтра, в результате чего появляется трудность в получении ровной поверхности катушки намотанного фильтра.

Техническим результатом изобретения является создание скважинного фильтра, при изготовлении которого ровная поверхность катушки фильтра может быть получена без каких-либо трудностей при намотке фильтра.

Этот технический результат достигается тем, что в скважинном фильтре, включающем удлиненный и гибкий трубчатый фильтровальный элемент, согласно изобретению фильтровальный элемент намотан в форме катушки и содержит полотно в форме ленты, состоящее из удлиненных опорный стержней, расположенных параллельно друг другу с заданными между ними промежутками, и проволок в форме стержней, расположенных поперек опорных стержней и приваренных к ним, причем полотно намотано в форме катушки таким образом, что одна боковая кромка полотна в продольном направлении полотна примыкает вдоль к другой боковой кромке полотна и приварена к ней.

В соответствии с изобретением фильтр может быть установлен в скважине путем только лишь непрерывного разматывания спирально свернутого фильтра с катушки и опускания размотанного фильтра в скважину. Трудная работа, состоящая в соединении друг с другом секций фильтра, например, путем свинчивания концевой части последующей секции фильтра с концевой частью предыдущей секции, может быть исключена, благодаря чему заметно уменьшено рабочее время на установку фильтра. Кроме того, буровая установка, которая была необходима для соединения соседних секций фильтра, становится необязательной, что уменьшает затраты на устройство скважины.

В соответствии с этим вариантом скважинный фильтр большой длины может быть получен с использованием относительно небольшой производственной линии изготовления фильтров, вместо громоздкой и длинной линии.

Технический результат достигается также и тем, что в скважинном фильтре, включающем удлиненную и гибкую перфорированную трубу, выполненную с отверстиями, расположенными с заданными между ними промежутками, и трубчатый фильтровальный элемент, расположенный по ее наружной периферии, согласно изобретению перфорированная труба и фильтровальный элемент намотаны в форме катушки, при этом фильтровальный элемент включает полотно в форме ленты, состоящее из удлиненных опорных стержней, расположенных параллельно друг другу с заданными промежутками, и проволок в форме стержней, расположенных поперек опорных стержней и приваренных к ним, при этом полотно намотано спирально по внешней периферии перфорированной трубы таким образом, что одна боковая кромка полотна в продольном направлении полотна примыкает вдоль к другой боковой кромке полотна и приварена к ней.

Предпочтительно, чтобы удлиненная перфорированная труба состояла из перфорированного металлического полотна, которое намотано спирально таким образом, что боковая кромка металлического полотна в продольном направлении примыкает вдоль к другой боковой кромке металлического полотна и приварена к ней.

Вышеуказанный технический результат достигается также и тем, что в скважинном фильтре, включающем удлиненную и гибкую перфорированную трубу, выполненную с отверстиями, расположенными с заданными между ними промежутками, и трубчатый фильтровальный элемент, расположенный по ее наружной периферии, согласно изобретению перфорированная труба и фильтровальный элемент намотаны в форме катушки, при этом удлиненная перфорированная труба состоит из перфорированного металлического полотна, которое содержит выступы, расположенные в продольном направлении металлического полотна с заданными между ними промежутками, и намотано спирально таким образом, что боковая кромка металлического полотна в продольном направлении примыкает вдоль к другой боковой кромке металлического полотна и приварена к ней, причем трубчатый фильтровальный элемент состоит из проволок в форме стержней, расположенных поперек выступов перфорированной трубы с образованием щелей заданной ширины и приваренных к этим выступам.

Выполняя перфорированную трубу и/или трубчатый фильтровальный элемент с использованием полотна в форме ленты и свертывая это полотно спирально, при необходимости вводя одну боковую кромку полотна в продольном его направлении в соприкосновение с другой его боковой кромкой и сваривая их друг с другом, можно изготовить фильтр любой требуемой длины, используя лишь небольшую производственную линию.

Предпочтительные варианты выполнения изобретения описаны ниже.

На фиг. 1 изображается в изометрии полотно в форме ленты фильтровального элемента скважинного фильтра; на фиг. 2 - в изометрии трубчатый фильтровальный элемент скважинного фильтра; на фиг. 3 - в изометрии способ изготовления полотна, показанного на фиг. 1; на фиг. 4 - схематически в изометрии способ изготовления перфорированной трубы второго варианта выполнения скважинного фильтра; на фиг. 5 - схематически способ изготовления скважинного фильтра согласно второму варианту его выполнения; на фиг. 6 - вид в изометрии скважинного фильтра, согласно третьему варианту его выполнения.

Скважинный фильтр включает удлиненный и гибкий трубчатый фильтровальный элемент, содержащий показанное на фиг. 1 полотно 1 в форме ленты, состоящее из удлиненных опорных стержней 2, расположенных параллельно друг другу с заданными между ними промежутками, и стержнеобразных проволок 3, расположенных поперек опорных стержней 2 с образованием щелей 4 заданной ширины и приваренных к этим опорным стержням 2. Это полотно 1 (фиг. 2) намотано в виде катушки таким образом, чтобы одна боковая кромка 5 полотна 1 в продольном его направлении примыкала к другой боковой кромке 6 полотна 1 и приварена к ней.

Для изготовления полотна 1, как показано на фиг. 3, клиновидные проволоки, образующие опорные стержни 2, сматывают с барабана 7, устанавливая требуемые промежутки между ними с помощью гребеночного элемента 8. На перемещающиеся опорные стержни 2 укладывают одну за другой с заданными между ними промежутками стержнеобразные клиновидные проволоки 3 так, чтобы выступающие части каждой стержнеобразной проволоки 3 прилегали к выступающей части каждого опорного стержня 2, и опорные стержни 2 и проволоки 3 сваривают друг с другом в точках их взаимного соприкосновения. Полученное в результате этого полотно 1 в виде ленты наматывают на барабан (не показан) в форме рулона.

В этом варианте скважинный фильтр может быть получен путем разматывания полотна 1, состоящего из опорных стержней 2 и проволок 3, с барабана, наматывания этого полотна 1 в виде катушки для образования трубчатого фильтровального элемента 9 (фиг. 2) путем введения в соприкосновение и сваривания боковой кромки 5 с боковой кромкой 6 и наматывания этого трубчатого фильтровального элемента 9 на барабан. Таким образом, нет необходимости в длинной производственной линии, соответствующей всей длине этого фильтра, и фильтр требуемой длины можно изготовить, используя относительно небольшую линию для производства фильтров. Кроме того, поскольку непрерывно изготовленный указанным образом фильтр не имеет сплошной (без отверстий) трубчатой части для сварки соседних секций фильтра, то гравийная набивка может быть осуществлена эффективно по всей длине кольцевого пространства между фильтром и стволом скважины.

Скважинный фильтр, показанный на фиг. 4 и 5, включает удлиненную и гибкую перфорированную трубу 10, выполненную с отверстиями 11 с заданными между ними промежутками, и трубчатый фильтровальный элемент 12, спирально навитый на ее наружную периферию.

Перфорированную трубу 10 изготавливают, как показано на фиг. 4, путем разматывания с барабана 13 лентообразного металлического полотна 14, изготовленного, например, из углеродистой стали и снабженного отверстиями 11, и наматывания этого металлического полотна 14 спирально таким образом, что одна боковая кромка 15 в продольном направлении примыкает к другой боковой кромке 16 и приварена к ней.

Трубчатый фильтровальный элемент 12 состоит из полотна 17 в форме ленты, изготовленного, как показано на фиг. 5, из удлиненных опорных стержней 18, расположенных параллельно друг другу с заданными промежутками между ними, и проволок 19 в форме стержней, расположенных поперек опорных стержней 18 с образованием щелей 20 заданной ширины и приваренных к этим опорным стержням 18.

Для изготовления этого фильтра, как показано на фиг. 4 и 5, намотанное на барабан 13 лентообразное металлическое полотно 14 разматывают и наматывают спирально так, чтобы обе боковые кромки 15 и 16 примыкали одна к другой, после чего их сваривают, получая в результате перфорированную трубу 10. Одновременно с этим разматывают с барабана 21 лентообразное полотно 17 и наматывают его спирально на наружную периферию только что изготовленной перфорированной трубы 10 с некоторым запаздыванием по отношению к изготовлению трубы 10. В результате этого получают трубчатый фильтровальный элемент 12. При необходимости одна боковая кромка трубчатого фильтровального элемента 12 может быть приварена к другой его боковой кромке.

В варианте выполнения, показанном на фиг. 6, скважинный фильтр также включает удлиненную и гибкую перфорированную трубу и трубчатый фильтровальный элемент, спирально навитый на ее наружную периферию. Перфорированная труба состоит из перфорированного металлического полотна 22, которое содержит отверстие 23 и выступы 24, расположенные в продольном направлении металлического полотна 22 с заданными между ними промежутками, и намотано спирально таким образом, что боковая кромка металлического полотна в продольном направлении примыкает вдоль к другой боковой кромке металлического полотна и приварена к ней. Трубчатый фильтровальный элемент 25 состоит из проволок 26 в форме стержней, расположенных поперек выступов 24 перфорированной трубы с образованием щелей 27 заданной ширины и приваренных к этим выступам 24.

В соответствии с этим вариантом выполнения, поскольку выступы 24 могут быть выполнены одновременно с выполнением отверстий 23 в процессе штамповки металлического полотна 22, опорные стержни трубчатого фильтровального элемента могут быть исключены, что сделает короче процесс изготовления фильтра. Кроме того, может быть получена очень прочная конструкция.

В качестве материалов для трубчатого фильтровального элемента, используемого для получения скважинного фильтра в соответствии с изобретением, могут быть использованы иные, чем описанные выше, материалы. Например, для этого может быть использован известный многослойный составной фильтр, состоящий из нескольких фильтровальных слоев, наложенных один на другой, причем каждый фильтровальный слой содержит проволоки, по существу, треугольного или трапецеидального сечения, расположенные параллельно друг другу с образованием непрерывной щели, по существу, V-образного сечения, расширяющегося в направлении внутрь от поверхности фильтра между соответственными проволоками соседних, слоев, и проволоки одного слоя пересекаются с проволоками другого слоя, а соответственные соседние слои скреплены друг с другом в точках пересечения проволок соответственных слоев.

Полотно в форме ленты не ограничивается щелевым проволочным фильтром, и в качестве такого полотна может быть использован другой фильтровальный элемент, такой как развальцованный металлический лист, металлический лист, снабженный прорезями, и проволочная сетка.

Изобретение относится к устройствам для использования в скважинах, включая нефтяные, газовые, водяные и скважины для освобождения от загрязнений. Скважинный фильтр включает удлиненный и гибкий трубчатый фильтровальный элемент, намотанный в форме катушки. Фильтровальный элемент содержит полотно в форме ленты, состоящее из удлиненных опорных стержней, расположенных параллельно друг другу с заданными промежутками, и проволок в виде стержней, расположенных поперек опорных стержней и приваренных к ним. Фильтр может дополнительно содержать удлиненную и гибкую перфорированную трубу, выполненную с отверстиями, расположенными с заданными между ними промежутками, при этом трубчатый элемент расположен по ее наружной периферии. Это позволяет иметь при изготовлении фильтра ровную поверхность катушки без трудностей при намотке фильтра. 3 с. и. 1 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Скважинный фильтр, включающий удлиненный и гибкий трубчатый фильтровальный элемент, отличающийся тем, что фильтровальный элемент намотан в форме катушки и содержит полотно в форме ленты, состоящее из удлиненных опорных стержней, расположенных параллельно друг другу с заданными между ними промежутками, и проволок в форме стержней, расположенных поперек опорных стержней и приваренных к ним, причем полотно намотано в форме катушки таким образом, что одна боковая кромка полотна в продольном направлении полотна примыкает вдоль к другой боковой кромке полотна и приварена к ней. 2. Скважинный фильтр, включающий удлиненную и гибкую перфорированную трубу, выполненную с отверстиями, расположенными с заданными между ними промежутками, и трубчатый фильтровальный элемент, расположенный по ее наружной периферии, отличающийся тем, что перфорированная труба и фильтровальный элемент намотаны в форме катушки, при этом фильтровальный элемент включает полотно в форме ленты, состоящее из удлиненных опорных стержней, расположенных параллельно друг другу с заданными промежутками, и проволок в форме стержней, расположенных поперек опорных стержней и приваренных к ним, при этом полотно намотано спирально по внешней периферии перфорированной трубы таким образом, что одна боковая кромка полотна в продольном направлении полотна примыкает вдоль к другой боковой кромке полотна и приварена к ней. 3. Фильтр по п. 2, отличающийся тем, что удлиненная перфорированная труба состоит из перфорированного металлического полотна, которое намотано спирально таким образом, что боковая кромка металлического полотна в продольном направлении примыкает вдоль к другой боковой кромке металлического полотна и приварена к ней. 4. Скважинный фильтр, включающий удлиненную и гибкую перфорированную трубу, выполненную с отверстиями, расположенными с заданными между ними промежутками, и трубчатый фильтровальный элемент, расположенный по ее наружной периферии, отличающийся тем, что перфорированная труба и фильтровальный элемент намотаны в форме катушки, при этом удлиненная перфорированная труба состоит из перфорированного металлического полотна, которое содержит выступы, расположенные в продольном направлении металлического полотна с заданными между ними промежутками, и намотано спирально таким образом, что боковая кромка металлического полотна в продольном направлении примыкает вдоль к другой боковой кромке металлического полотна и приварена к ней, причем трубчатый фильтровальный элемент состоит из проволок в форме стержней, расположенных поперек выступов перфорированной трубы с образованием щелей заданной ширины и приваренных к этим выступам.