СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР Российский патент 2006 года по МПК E03B3/18 E21B43/08 B01D29/11 F16L9/12 

Изобретение относится к области производства фильтров для водозаборных, водопонизительных и гидрогеологических скважин.

Фильтры - один из важнейших элементов конструкции скважин, в конечном счете определяющий эффективность буровых работ и качество гидрогеологических исследований при разведке и оценке запасов подземных вод, а также при получении достоверных сведений о режиме водоносных горизонтов. К фильтрам предъявляются следующие требования: фильтр должен обладать необходимой механической прочностью и иметь достаточную устойчивость против химической, электрохимической коррозии и эрозионного воздействия воды; фильтр должен обеспечивать минимальные потери напора при сохранении суффозионной устойчивости пород в прифильтровой зоне /1/.

Известно множество фильтров, которые можно использовать в качестве водозаборных, водопонизительных и гидрогеологических. Например, скважинный фильтр, предлагаемый в авторском свидетельстве СССР /2/, включающий перфорированную трубу и металлокерамический фильтрующий элемент, установленный соосно с наружной стороной перфорированной трубы и с зазором относительно последней. С целью повышения эффективности работы фильтра за счет обеспечения его самоочистки при штанговой эксплуатации, объем зазора между металлокерамическим фильтрующим элементом и перфорированной трубой не менее чем на порядок превосходит объем одноразового всасывания жидкости насосом.

Известен скважинный фильтр, описанный в а.с. СССР /3/, который включает перфорированный корпус с размещенными концентрично внутри него фильтром-вставкой, причем он снабжен заглушкой, жестко закрепленной на нижнем торце фильтра-вставки, заглушка выполнена из материала с положительной плавучестью, большей веса фильтра-вставки.

Наиболее близким техническим решением из числа известных к предлагаемому являются многослойные проволочные фильтры /4/, которые изготавливают путем многократной проволочной обмотки перфорированной трубы. Наружный слой проволоки при намотке имеет максимальные зазоры, в которых удерживаются только крупные частицы песка. На каждом последующем слое водоприемной поверхности отсеиваются более мелкие частицы песка. Каждый слой намотанной проволоки отделяется от другого слоя продольными стержнями. Размер стержней равен размеру интервала между двумя внешними по отношению к нему слоями проволоки. Такие фильтры обеспечивают формирование естественного фильтра на каждой из проволочных водоприемных поверхностей.

Изготовление такого фильтра трудоемкий многостадийный процесс, в котором используется дорогостоящая проволока.

Цель настоящего изобретения - получение простого по конструкции и в изготовлении высокоэффективного скважинного фильтра.

Поставленная задача решается следующим образом.

Предлагаемый фильтр представляет собой волокнисто-пористую трубу, стенка которой выполнена термоскрепленными в местах пересечений волокнами полиэтилена, диаметр которых уменьшается, а плотность их укладки увеличивается по толщине стенки трубы снаружи внутрь, а на концах трубы плотность материала выше средней плотности трубы, как минимум, на 100%. Один конец трубы герметично закрыт пробкой (заглушкой). Причем волокнистый материал не только образует стенку трубы, но и нанесен на боковую поверхность пробки и приварен к ней за счет тепла, аккумулированного наносимыми волокнами в процессе формирования фильтра. Пробка выполнена с кольцевой выемкой на боковой поверхности. Усадка волокнисто-пористого материала повышается с увеличением его плотности. Поэтому нанесенный на боковую поверхность пробки слой волокнистого материала после его усадки плотно обожмет пробку. Пробка также изготавливается из полиэтилена, поэтому волокна, нанесенные на ее боковую поверхность, хорошо к ней привариваются. Прочность такого соединения большая. Причем она обеспечивается не только приваркой волокон к боковой поверхности пробки и усадкой полученного слоя волокнистого материала, но еще и за счет формирования волокнистого слоя внутри кольцевой выемки на пробке - этот слой служит как бы обвязкой пробки волокнами. Такое соединение трубы с пробкой не требует дополнительной герметизации их стыка.

Внутренний слой волокнисто-пористой трубы наиболее плотный, изготовленный из волокон наименьшего диаметра, а наружный слой наименее плотный и изготовлен из волокон наибольшего диаметра. При такой конструкции фильтра крупные частицы песка будут задерживаться наружным слоем фильтра. Таким образом, на поверхности фильтра создается надежный естественный фильтр, и при эксплуатации скважины не будет происходить дальнейшего засорения пор фильтра, фильтр будет удерживать от выноса мелкие пески, обеспечивая высокие дебиты скважин.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где 1 - цилиндр, 2 - крышка.

Технология получения предлагаемого фильтра представляет собой следующее.

Исходное полимерное сырье (гранулированный полиэтилен) загружается в приемное устройство (бункер) генератора волокон и далее вращающимся червяком транспортируется через обогреваемые зоны гильзы к специальной головке. В процессе транспортировки полимерное сырье разогревается до вязкотекучего состояния и гомогенизируется. На выходе из головки расплав полимера подхватывается закрученной струей горячего воздуха, также подаваемого в головку, при этом формируется газоволокнистый "факел". Волокна "факела", находясь в вязкотекучем состоянии, наслаиваются на установленную под углом 90° к оси "факела" формообразующую оправку - металлическую трубу, наружный диаметр которой равен внутреннему диаметру получаемой волокнисто-пористой трубы. Оправка совершает вращение и возвратно-поступательное перемещение. На одном конце оправки устанавливается пробка, изготовленная из полиэтилена. На поверхности оправки и на боковой поверхности пробки, имеющей кольцевую выемку, происходит формирование волокнисто-пористого материала за счет сплавления волокон в местах их контактов. Волокнисто-пористый материал на поверхности пробки сплавляется с последней. Меняя технологические параметры процесса формирования волокнисто-пористого материала, на протяжении всего времени формирования фильтра, меняются диаметр волокон и плотность их укладки по толщине стенки фильтра. Наиболее плотный слой из волокон наименьшего диаметра укладывается на формообразующую оправку и на боковую поверхность пробки первым. При этом средняя плотность укладки волокон на боковой поверхности пробки и на втором конце фильтра больше, как минимум, на 100% средней плотности остальной части фильтра. Это объясняется тем, что при возвратно-поступательном перемещении оправки на ее концах на еще горячие волокна сразу наслаиваются горячие волокна следующего слоя, что ведет к увеличению плотности материала за счет концентрации тепловой энергии. Кроме того, перемещение оправки перед реверсом (на концах) замедляется, что также приводит к увеличению плотности материала на концах фильтра. Помимо этого, отток тепла от металлической поверхности цилиндрической оправки, на которой формируется волокнисто-пористая труба, больше, чем от боковой поверхности полимерной пробки, что способствует увеличению плотности материала на боковой поверхности пробки. Процесс усадки полученного волокнисто-пористого фильтра приводит к тому, что волокнистый слой на боковой поверхности пробки плотно ее обжимает, упрочняя соединение трубы с пробкой. Кроме того, кольцевая выемка на пробке, куда попадают волокна при формировании фильтра, также способствует упрочнению соединения пробки с трубой - волокна в выемке как бы обвязывают пробку. Второй более плотный конец фильтра (на длине 120-150 мм) необходим для нарезки на нем резьбы. Увеличение плотности на концах фильтра менее чем на 100% не позволяет получать качественную резьбу и не обеспечивает достаточную прочность стыка трубы с пробкой.

С целью получения фильтров большей длины можно изготавливать фильтры как с пробкой, так и без нее. В этом случае путем соединения одного (конечного) участка с пробкой и одного или нескольких участков без пробки получаются фильтры требуемой длины.

Предлагаемый фильтр обладает достаточной прочностью и жесткостью, устойчивостью против коррозии, не требует использования при его изготовлении дефицитных цветных металлов, допускает обработку кислотами. Эти фильтры легки и удобны при транспортировании и установке. При смене фильтра не требуется производить сложные работы для его подъема, а в случае затруднений с подъемом, фильтр может быть раздроблен желонкой или долотом, после чего легко извлечен на поверхность.

Пример осуществления изобретения.

Изготовлен фильтр длиной 2000 мм, внутренним диаметром 100 мм, наружным 140 мм. Плотность наружного слоя волокнисто-пористой трубы 0,25 г/см³, диаметр образующих этот слой волокон 150 мкм, плотность внутреннего слоя 0,31 г/см³, диаметр волокон 100 мкм, плотность материала над боковой поверхностью пробки 0,65 г/см³, а на втором конце фильтра 0,62 г/см³. Такой фильтр может быть установлен в скважинах глубиной до 50 м.

Источники информации

1. Гаврилко В.М. Фильтры водозаборных, водопонизительных и гидрогеологических скважин. - М.: Издательство литературы по строительству, 1968.

2. А.с. СССР №1161692, кл. Е 21 В 43/08, заявл. 22.09.1982; опубл. 15.06.1985.

3. А.с. СССР №1534184, кл. Е 21 В 43/08, заявл. 08.02.1988; опубл. 07.01.1990.

4. Гаврилко В.М., Алексеев B.C. Фильтры буровых скважин. - М.: Недра, 1985, с.42-44.

Изобретение относится к области производства фильтров для водозаборных, водопонизительных и гидрогеологических скважин. Техническим результатом является получение простого по конструкции и в изготовлении высокоэффективного скважинного фильтра. Скважинный фильтр представлен волокнисто-пористой трубой, стенка которой выполнена термоскрепленными в местах пересечений волокнами полиэтилена, диаметр которых уменьшается, а плотность их укладки увеличивается по толщине стенки трубы снаружи - внутрь. Один конец трубы герметично закрыт полиэтиленовой пробкой, скрепление которой с трубой осуществлено за счет приварки волокон в процессе получения фильтра к боковой поверхности пробки, усадки волокнисто-пористого материала и заполнения волокнами кольцевой выемки пробки. Плотность волокнисто-пористого материала на концах волокнисто-пористой трубы больше средней плотности остальной ее части, как минимум, на 100%. 1 ил.

Скважинный фильтр, представленный волокнисто-пористой трубой, стенка которой выполнена термоскрепленными в местах пересечений волокнами полиэтилена, диаметр которых уменьшается, а плотность их укладки увеличивается по толщине стенки трубы снаружи - внутрь, а один конец трубы герметично закрыт полиэтиленовой пробкой, отличающийся тем, что скрепление пробки с трубой осуществлено за счет приварки волокон в процессе получения фильтра к боковой поверхности пробки, усадки волокнисто-пористого материала и заполнения волокнами кольцевой выемки пробки, причем плотность волокнисто-пористого материала на концах волокнисто-пористой трубы больше средней плотности остальной ее части как минимум на 100%.