СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК E21B43/08 

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для скважинной добычи жидких и газообразных полезных ископаемых, а также может найти применение в других отраслях промышленности, связанных с фильтрацией жидких и газообразных агентов.

Известен скважинный фильтр, включающий базовый элемент в виде трубы с отверстиями, прокладочные звенья, уложенные в продольном направлении на базовом элементе, и фильтрующую рубашку, выполненную из проволоки в виде спирали на прокладочных звеньях. Способ изготовления такого фильтра заключается в укладке на базовый элемент прокладочных звеньев с последующим образованием фильтрующей рубашки путем навивки проволоки в виде спирали с зазором между витками (А.с. N 1337117, кл. B 01 D 29/48).

К недостаткам данного скважинного фильтра следует отнести то, что при спуске такого фильтра в искривленную скважину при контакте фильтрующей рубашки со стенками возникают усилия, направленные перпендикулярно виткам, в результате чего происходит смещение и разрыв проволок, так как они не скреплены с прокладочными звеньями и базовым элементом, что снижает эффективность его работы.

Кроме того, в качестве фильтрующей рубашки используют стальную проволоку, имеющую недостаточную стойкость к эрозионному износу, а коррозионную стойкость повышают за счет применения нержавеющей стали, что существенно увеличивает стоимость фильтра.

Наиболее близким является скважинный фильтр, содержащий базовый элемент в виде трубы с отверстиями и концентрично на нем установленные фильтрующие секции, каждая из которых включает продольные прокладочные звенья и фильтрующую рубашку, выполненную из спирально намотанной на них проволоки и приваренной в местах контакта и концевых колец, параллельных друг другу и соединенных посредством сварки с прокладочными звеньями. Причем для искривленных скважин фильтрующая рубашка выполняется двухуровневой.

Способ изготовления такого фильтра включает последовательную сборку фильтрующих секций, каждая из которых изготавливается следующим образом. На базовый элемент с отверстиями устанавливаются концевые кольца, между которыми на базовом элементе закрепляют прокладочные звенья. На прокладочные звенья наматывается проволока с фиксированным зазором между витками и прикрепляется посредством сварки к прокладочным звеньям. В такой же последовательности изготавливается каждая из последующих секций (Пат. РФ N2074313, Кл. E 21 B 43/08).

К недостаткам данного скважинного фильтра также следует отнести возможность его повреждения в процессе спуска и трудность проведения сварки витков проволоки к прокладочным звеньям и контроля ее качества, так как место сварки находится под витками проволоки с очень малым зазором (0,1 - 0,3 мм).

Кроме того, для данного фильтра характерна недостаточная эрозионная стойкость и высокая стоимость, причем для искривленных скважин стоимость изготовления двухуровнего фильтра увеличивается.

Задача изобретения состоит в разработке конструкции скважинного фильтра, в том числе и для искривленных скважин, и способа его изготовления, обеспечивающего возможность контроля качества изготовления, высокую эрозионную и коррозионную стойкость.

Техническим результатом настоящего изобретения является упрощение технологии сборки, более высокая стойкость фильтра при сниженной стоимости его изготовления.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что фильтрующая рубашка выполнена из поперечных крепежных полос и продольных стержней, жестко соединенных с концевыми кольцами, причем разность наружных диаметров концевых колец и фильтрующей рубашки определяется по формуле

где K - разность диаметров колец и рубашки;
R_скв - радиус искривления скважины;
l - расстояние между кольцами.

Для повышения долговечности фильтра продольные стержни изготавливаются из эрозионно- и коррозионно-стойких материалов или с их покрытием.

В части способа технические задачи решаются тем, что изготавливают фильтрующую рубашку путем укладки под крепежные полосы перпендикулярно их длинным сторонам армированные стержни и жестко, например посредством сварки, соединяют с полосами, затем полученную конструкцию изгибают полосами вовнутрь, образуя цилиндрическую поверхность, ось которой параллельна осям стержней, скрепляют концы полос между собой, а концы стержней - с концевыми кольцами, причем размер щелей фильтрующей рубашки определяется соотношением:
для стержней круглого или полукруглого сечения

где δ - ширина щели;
r - радиус стержня;
t - толщина крепежной полосы;
R - внутренний радиус окружности, образованной крепежными полосами;
δ′ - первоначально установленный зазор между стержнями;
для стержней эллипсного сечения

где b, c - соответственно наибольший и наименьший диаметры эллипса;
для стержней прямоугольного, треугольного или трапецеидального сечений

где a - размер стороны фигуры, уложенной на крепежную полосу.

На фиг. 1 показан участок фильтра, на фиг. 2, 3, 4 - разрез фильтра по сечению А-А, на фиг. 5 - развертка фильтрующей рубашки, на фиг. 6 - спуск фильтра в искривленном стволе скважины.

Фильтр содержит (см. фиг. 1) базовый элемент в виде трубы 1 с отверстиями 2 и установленные на ней фильтрующие секции 3. Каждая секция содержит фильтрующую рубашку 4, включающую крепежные полосы 5 и продольные стержни 6, соединенные с концевыми кольцами 7 и крепежными полосами 5.

Способ изготовления фильтра заключается в следующем (см. фиг. 5). На рабочем столе продольные стержни 6 в зависимости от требуемой ширины щели укладываются вплотную друг к другу или с первоначальным зазором. К ним прижимаются перпендикулярно длинным сторонам и прикрепляются (например, контактной или точечной сваркой, клеем) поперечные крепежные полосы 5. Длина крепежных полос определяется диаметром базового элемента 1 (трубы). На станке вся конструкция по крепежным полосам загибается в кольца полосами вовнутрь и скрепляются концы колец. При изгибе крепежные полосы деформируются, внутренняя поверхность сжимается, и наружная растягивается, в результате чего между продольными стержнями образуется щель шириной δ (см. фиг. 2, 3, 4). Ширина щели определяется конфигурацией стержней, толщиной крепежных полос и диаметром базового элемента по формулам:
для стержней круглого или полукруглого сечений

где δ - ширина щели;
r - радиус стержня;
t - толщина крепежной полосы;
R - внутренний радиус окружности, образованной крепежными полосами;
δ′ - первоначально установленный зазор между стержнями;
для стержней эллипсного сечения

где b, c - соответственно наибольший и наименьший диаметры эллипса;
для стержней прямоугольного, треугольного или трапецеидального сечений

где a - размер стороны фигуры, уложенной на крепежную полосу.

Для повышения абразивной и коррозионной стойкости продольные стержни могут быть изготовлены из недорогих, но хрупких, материалов, например чугуна или керамики, или же стальные стержни по наружной поверхности армированы твердыми и сверхтвердыми сплавами или упрочнены (хромирование, цементация, напыление и др.).

После загиба фильтрующей рубашки 4 в цилиндр она скрепляется с концевыми кольцами 7 (см. фиг. 1) посредством сварки или другим способом. Наружный диаметр концевых колец выбирается таким образом, чтобы при спуске в искривленную скважину фильтрующая рубашка не соприкасалась со стенками скважины (см. фиг. 6). С этой целью наружный диаметр колец должен быть больше наружного диаметра фильтрующей рубашки на величину, определяемую из формулы

где K - разность диаметров колец и рубашки;
R_скв - радиус искривления скважины;
l - расстояние между кольцами.

Фильтр собирается следующим образом (см. фиг. 1 и 6). На базовый элемент 1 с отверстиями 2 устанавливаются фильтрующие секции 3. Концевые секции посредством сварки или другим образом прикрепляются к базовому элементу, а отдельные секции скрепляются между собой по кольцам 7.

В неосложненных скважинных условиях фильтрующие секции могут также использоваться без базового элемента, образуя фильтр необходимой длины последовательным соединением секций между собой посредством сварки или резьбы, выполненной на концевых кольцах.

Фильтр работает следующим образом.

В скважину 8 (см. фиг. 6), имеющую искривленный ствол радиуса R_скв, спускается колонна труб 9, имеющая в нижней части фильтр 10, состоящий из отдельных секций 3.

Благодаря тому, что диаметр колец 7 больше диаметра фильтрующей рубашки, предотвращается истирание стержней 6 и закупоривание горной породой щелей, что сохраняет ее фильтрующую способность. Даже в случаях, если фильтрующая рубашка будет контактировать с уступами в скважине, возникающая при этом сила направлена вдоль продольных стержней и вызывает только сжимающие усилия, что предотвращает их порыв. После установки фильтра в скважине пластовый флюид, проходя через щели в фильтрующей рубашке, очищается от песка.

Благодаря тому, что фильтрующая поверхность выполнена из коррозионно- и эрозионно-стойких стержней, повышается его долговечность и надежность работы.

Таким образом, предлагаемая конструкция скважинного фильтра проста в изготовлении, позволяет даже визуально контролировать качество, более надежна в эксплуатации при меньшей стоимости.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для скважинной добычи жидких и газообразных полезных ископаемых, а также может найти применение в других отраслях промышленности, связанных с фильтрацией жидких и газообразных агентов. Обеспечивает разработку фильтра, в том числе и для искривленных скважин, обеспечивающего возможность контроля качества изготовления, высокую эрозионную и коррозионную стойкость. Сущность изобретения: фильтр содержит фильтрующие секции. Каждая из них включает фильтрующую рубашку, снабженную по торцам концевыми кольцами. Фильтрующая рубашка выполнена из поперечных крепежных полос и продольных стержней, жестко соединенных с концевыми кольцами. Их диаметр больше диаметра фильтрующей рубашки на величину, определяемую по формуле

где К - разность диаметров колец и рубашки; R_скв - радиус искривления скважины; l - расстояние между кольцами. Причем продольные стержни, образующие фильтрующую рубашку, изготавливаются из эрозионно- и коррозионностойких материалов или с их покрытием. По способу изготовления фильтра предусматривают изготовление фильтрующей рубашки путем укладки под крепежные полосы перпендикулярно их длинным сторонам армированных стержней. Жестко, например посредством сварки, соединяют их с полосами. Затем полученную конструкцию изгибают полосами вовнутрь. Образуют цилиндрическую поверхность. Ее ось параллельна осям стержней. Скрепляют концы полос между собой, а концы стержней - с концевыми кольцами. 2 с.п.ф-лы, 6 ил.

1. Скважинный фильтр, содержащий фильтрующие секции, каждая из которых включает фильтрующую рубашку, снабженную по торцам концевыми кольцами, отличающийся тем, что фильтрующая рубашка выполнена из поперечных крепежных полос и продольных стержней, жестко соединенных с концевыми кольцами, причем разность наружных диаметров концевых колец и фильтрующей рубашки определяется по формуле

где K - разность диаметров колец и рубашки;
R_скв - радиус искривления скважины;
l - расстояние между кольцами. 2. Способ изготовления скважинного фильтра, содержащий выполнение фильтрующих секций с образованием фильтрующей рубашки с концевыми кольцами, отличающийся тем, что изготавливают фильтрующую рубашку путем укладки продольных стержней под крепежные полосы перпендикулярно их длинным сторонам и жестко, например, посредством сварки соединяют с полосами и полученную конструкцию изгибают полосами вовнутрь, образуя цилиндрическую поверхность, ось которой параллельна осям продольных стержней, скрепляют концы полос между собой, а концы продольных стержней - с концевыми кольцами.