ФИЛЬТР Российский патент 2003 года по МПК B01D29/48 

Изобретение относится к водоснабжению и осушению и может быть использовано при изготовлении фильтров для водозаборных и водопонизительных скважин.

Из предшествующего технического уровня известны конструкции фильтров с сетками на основе перфорированных труб из металла и полиэтилена. На трубах диаметром 100 мм при диаметре отверстий 10 мм число отверстий составляет 800 на 1 м; при диаметре труб 125 мм и диаметре отверстий 12 мм - 700 на 1 м. Напайка сетки и намотка проволочной спирали производятся по продольным ребрам, выполненным из проволоки диаметром 4-5 мм. Такие ребра устанавливают путем приварки к стальному каркасу или термического прокола нагретых концов проволоки в каркас. Недостатком такой конструкции является то, что намотка проволочных спиралей на трубы из металла или полиэтилена приводит к их деформации и смещению витков спирали [В.М. Гаврилко, В.С. Алексеев. Фильтры буровых скважин. М., 1985, с.49-50].

Известен также фильтр буровой скважины, включающий каркас из опорных колец с продольными спиралями и водоприемную поверхность, выполненную в виде одно- или многозаходной однослойной спиральной проволочной обмотки из проволоки большего диаметра, жестко закрепленной на каркасе, а остальные спирали, выполненные из проволоки меньшего диаметра, эквидистантно размещены между витками проволоки большого диаметра [А.с. 1000522, 28.02.83, БИ 8]. Описанное решение повышает эксплуатационную надежность фильтра, но усложняет процесс его изготовления и не устраняется недостаток: смещение витков проволочной навивки при транспортировке или спуске фильтра в скважину.

Наиболее близким по технической сущности является фильтр на основе фильтрующего щелевого элемента по а.с. 455735, представляющий собой полый каркас в виде трубы с продольными выемками прямоугольной формы (пазами) и резьбой на поверхности. В выемках выполнены сквозные отверстия, расположенные по оси выемок, для прохода фильтрующей жидкости. Проволока навита на резьбу каркаса по всей его длине. Фильтрующий элемент имеет более простую конструкцию благодаря выполнению выемок прямоугольной формы и позволяет увеличить рабочую поверхность, имеющую равномерную пропускную способность [А. с. 455739, 05.01.75, БИ 41].

Недостатком этой конструкции является значительное ослабление прочности каркаса за счет его формы и аналогично известным проволочным фильтрам не достаточно надежная фиксация витков проволоки на каркасе фильтра.

Задачей изобретения является упрощение конструкции каркаса фильтра, позволяющей облегчить технологию изготовления при минимальном снижении его прочности.

Техническими результатами, которые могут быть получены при использовании изобретения, являются:
- повышение прочности каркаса фильтра;
- обеспечение надежности фиксации проволочной навивки;
- повышение фильтрационной способности.

Решение указанной задачи и достижение вышеперечисленных результатов стали возможны благодаря тому, что в известном фильтре, содержащем каркас в форме трубы, в котором выполнен не менее чем один фильтрующий элемент в виде радиального ряда продольных по его длине пазов со сквозными отверстиями и внешней спиральной навивки из проволоки, размещенной в выемках, фильтрующий элемент дополнительно снабжен не менее чем одним радиальным рядом продольных пазов со сквозными отверстиями, а длина пазов фильтрующего элемента определяется соотношением l≤кД, где Д - диаметр каркаса, к - коэффициент, определяемый радиальной нагрузкой на каркас, выемки под проволоку выполнены в виде канавок на выступах каркаса между пазами, при этом диаметр проволоки, глубина канавки и пазов связаны зависимостью d<h_к<h_п, где d - диаметр проволоки, h_к и h_п -глубины канавки и пазов соответственно, а сквозные отверстия в пазах расположены так, что радиальное сечение каркаса не пересекает отверстия в смежных рядах. В лучшем варианте исполнения каркас фильтра выполнен из неметаллического материала.

Из проанализированного предшествующего уровня не известна заявленная совокупность существенных признаков для достижения ожидаемых технических результатов. Наличие не менее двух радиальных рядов пазов со сквозными отверстиями в пределах одного фильтрующего элемента образует участки трубы без пазов, сквозных отверстий и канавок, исполняющих функцию опорных колец жесткости фильтрующего элемента, а расстояние между кольцами жесткости задает длину пазов, определяемую заявляемой зависимостно l≤кД, где Д - диаметр каркаса, к - коэффициент, заданный предельно допустимой нагрузкой на каркас. Этот же технический результат достигается расположением сквозных отверстий в пазах таким образом, что радиальное сечение каркаса не пересекает отверстия в смежных рядах, то есть обеспечивается максимальное уменьшение радиального сечения каркаса фильтра. Равномерное распределение радиальной нагрузки на опорное кольцо достигается смещением пазов в смежных вертикальных рядах относительно друг друга, что в совокупности обеспечивает повышение прочности каркаса и удлинение срока его эксплуатации. Выполнение канавок на выступах между пазами глубиной, связанной соотношением d<h_к<h_п, где d - диаметр проволоки, h_к и h_п - глубины канавки и пазов соответственно, обеспечивает надежность фиксации проволочной навивки и сохранность межвиткового расстояния при спуске фильтра в скважину за счет того, что проволока не выпускает за внешний диаметр каркаса фильтра. Кроме того, соотношение h_к<h_п способствует свободному движению воды, поступающей через межвитковые зазоры проволоки в пазы к сквозным отверстиям и далее во внутреннюю полость фильтра.

Пазы по образующей каркаса могут быть смещены в смежных фильтрующих элементах. Сущность изобретения иллюстрируют следующие фигуры:
на фиг.1 изображен общий вид фильтра с фильтрующими элементами;
на фиг.2 изображен фрагмент сечения А-А фильтра;
на фиг.3 изображен фрагмент радиального сечения Б-Б фильтра.

Заявляемый фильтр содержит каркас 1 в форме трубы, в котором выполнены фильтрующие элементы 2 длиной l. По поверхности фильтрующих элементов 2 расположены несколько радиальных рядов удлиненных пазов 3 со сквозными отверстиями 4. Участок без пазов 3 и сквозных отверстий 4 между радиальными рядами образует опорное кольцо жесткости 5. На выступах 6, между пазами 3, выполнены канавки 7 (фиг.2), по которым проложена проволока 8, образующая проволочную навивку 9 (фиг.3) на каркасе 1 с наружным диаметром Д и внутренним Дв. Проволочная навивка 9 (фиг.3) уложена в канавки 7 (фиг.2), утопает в ней на Δh_к и в то же время остается над дном пазов 3 (фиг.1, 3) на расстоянии Δh_п.

Устройство работает следующим образом.

Фильтр с фильтрующими элементами 2 и проволочной навивкой 9 опускают в скважину (не показано). Заглубленность проволоки в канавки 7 способствует сохранности проволочной навивки 9, а опорные кольца жесткости 5 обеспечивают способность фильтра противостоять пластовому давлению на каркас и предупредить его деформацию. Вода, поступающая из пласта, проходит через межвитковое пространство в пазы к сквозным отверстиям 4, через которые поступает во внутреннюю полость фильтра.

Практическая применимость заявляемого устройства показана на следующем примере.

Пример.

Каркас фильтра выполнен из секций полиэтиленовых труб диаметром 225 мм длиной по 3 м. Фильтр содержит три секции по четыре фильтрующих элемента в каждой. Число радиальных рядов пазов в пределах одного фильтрующего элемента - 20, при этом длина пазов составляет 670 мм, глубина канавки 3,5 мм, толщина проволоки 2,5 мм, глубина пазов 5 мм, число опорных колец жесткости на секции равно 5 (включая концы каркаса). Секции соединены между собой муфтами. Общая длина фильтра в скважине 10 м (по условиям водообильности). Скважность фильтра 20%. При спуске фильтра в скважину проволочная навивка не нарушена. Каркас не деформирован под действием пластового давления.

Таким образом, заявляемая совокупность признаков решает поставленную задачу и позволяет повысить прочность фильтра, обеспечить надежность фиксации проволочной навивки, повысить фильтрационную способность.

Изобретение относится к водоснабжению и осушению и может быть использовано при изготовлении фильтров для водозаборных и водопонизительных скважин. Повышение прочности каркаса фильтров для скважин (из металла и неметаллических), обеспечение надежности фиксации проволочной навивки, повышение фильтрационной способности достигнуты благодаря снабжению фильтрующего элемента радиальными рядами продольных пазов со сквозными отверстиями, длина которых определяется соотношением l≤кД, где Д - диаметр каркаса, к - коэффициент, заданный радиальной нагрузкой на каркас, выполнению выемок в виде канавок на выступах каркаса между пазами, при этом диаметр проволоки, глубина канавки и пазов связаны зависимостью d<h_к<h_п, где d - диаметр проволоки, h_к и h_п - глубина канавки и пазов соответственно, а сквозные отверстия в пазах расположены так, что радиальное сечение каркаса не пересекает отверстия в смежных рядах. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Фильтр, содержащий каркас в форме трубы, в котором выполнен не менее чем один фильтрующий элемент в виде радиального ряда продольных по его длине пазов со сквозными отверстиями и внешней спиральной навивкой из проволоки, размещенной в выемках, отличающийся тем, что фильтрующий элемент дополнительно снабжен не менее чем одним радиальным рядом продольных пазов со сквозными отверстиями, а длина пазов фильтрующего элемента определяется соотношением l≤кД, где Д - диаметр каркаса, к - коэффициент, заданный радиальной нагрузкой на каркас, выемки под проволоку выполнены в виде канавок на выступах каркаса между пазами, при этом диаметр проволоки, глубина канавки и пазов связаны зависимостью d<h_к<h_п, где d - диаметр проволоки, h_к и h_п - глубины канавки и пазов соответственно, а сквозные отверстия в пазах расположены так, что радиальное сечение каркаса не пересекает отверстия в смежных рядах. 2. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что каркас выполнен из неметаллического материала.