СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР Российский патент 2012 года по МПК E21B43/08 

Изобретение относится к погружному оборудованию, а именно к скважинным фильтрам, предотвращающим попадание механических примесей в насосный агрегат.

Известен скважинный фильтр, состоящий из перфорированного трубчатого корпуса, расположенных на корпусе плоских корундовых кругов, образующих щели между собой, поджимных и центрирующих колец (А.с. №981592 СССР, E21B 43/08, 1982).

Недостаток скважинного фильтра заключается в низкой удельной пропускной способности, так как площадь его фильтрующей поверхности, определяемая суммарной шириной щелей, составляет незначительную часть от площади боковой поверхности корундовых кругов.

Известен скважинный фильтр, содержащий перфорированный корпус и слоистый фильтрующий элемент на основе зернистого наполнителя, снаружи покрытый ворсистым материалом (А.с. №587242 СССР, E21B 43/08, 1978).

Недостатком скважинного фильтра является неэффективное использование объема слоистого фильтрующего элемента из-за протекания процесса очистки пластовой жидкости преимущественно в его поверхностных слоях и повышенное гидравлическое сопротивление слоистой структуры.

Наиболее близким к заявляемому фильтру является скважинный фильтр, содержащий перфорированный каркас, на котором концентрично размещены слои фильтрующих элементов в виде разнотолщинных пластмассовых дисков с центральным отверстием, образующих между собой щели и каналы (А.с. №1530759 СССР, E21B 43/08, 1989).

Недостатками скважинного фильтра являются повышенная потеря напора вследствие высокого отношения длины щелей к их ширине, а также неудовлетворительная тонкость очистки, определяемая шириной щелей.

Настоящее изобретение повышает качество очистки пластовой жидкости, уменьшает потери давления, увеличивает грязеемкость и ресурс работы фильтра.

Указанный технический результат достигается тем, что в скважинном фильтре, содержащем перфорированный каркас и фильтрующие элементы из чередующихся разнотолщинных дисков с центральным отверстием, концентрично размещенные на каркасе с образованием между собой щелей, согласно изобретению диски выполнены из металлической сетки и волокнистого фильтрационного материала.

Металлическая сетка может быть, например, рифленой с квадратными ячейками из предварительно деформированной проволоки или тканой полотняного переплетения с квадратными ячейками. Размер ячеек в свету может изменяться от 1 до 25 мм² и определяется фракционным составом механических примесей в фильтруемой жидкости. Возможно размещение вместо одного диска из металлической сетки двух или трех дисков с разным размером ячейки и диаметром проволоки, причем в случае трех дисков средний из них выполнен с большим размером ячейки и диаметром проволоки, чем два остальных. Это позволяет уменьшить размер щелей между контактирующими дисками из волокнистого фильтрационного материала, повысить грязеемкость скважинного фильтра.

В качестве волокнистого фильтрационного материала может быть использовано, например, полотно из термоскрепленных полипропиленовых волокон, имеющее высокоразвитую поверхность. За счет специальной обработки полотну могут быть приданы гидрофобные, гидрофильные или олеофильные свойства. Полотно также может быть выполнено из металлических волокон. В одном скважинном фильтре могут применяться диски из волокнистого фильтрационного материала с одинаковыми или разными свойствами. Размер пор волокнистого фильтрационного материала может варьироваться в диапазоне 10…100 мкм, а толщина дисков может составлять 3-10 мм. Структурно-геометрические характеристики дисков из волокнистого фильтрационного материала выбираются с учетом размеров частиц механических примесей в фильтруемой жидкости и ее состава.

Наружный диаметр дисков из металлической сетки и диаметр центрального отверстия в них выполняются большего размера, чем соответствующие диаметры у дисков из волокнистого фильтрационного материала с тем, чтобы организовать оптимальную траекторию движения жидкости с точки зрения качества ее очистки.

На фиг.1 схематично изображен скважинный фильтр, общий вид, разрез; на фиг.2, 3 - сечение фильтрующих элементов в направлении, перпендикулярном и параллельном движению жидкости соответственно.

Скважинный фильтр состоит из перфорированного каркаса 1 с отверстиями 2, фильтрующих элементов 3 в виде чередующихся дисков из металлической сетки 4 и дисков из волокнистого фильтрационного материала 5 (фиг.1). Диски из металлической сетки 4 выполнены из проволоки основы 6 и утка 7 с синусоидальным профилем, благодаря чему щели 8 между дисками из волокнистого фильтрационного материала 5 имеют извилистую форму и переменную величину просвета (фиг.2). Геометрические характеристики щелей 8 зависят от параметров металлической сетки. Щели 8 выполняют функцию раздаточных каналов для жидкости, соединяя периферийную и центральную области дисков из волокнистого фильтрационного материала 5, которые сообщаются в осевом направлении через ячейки 9 металлической сетки 4, образованные соседними проволоками основы 6 и утка 7 (фиг.3). Диски из металлической сетки 4 обеспечивают радиальную жесткость фильтрующим элементам 3.

Для вовлечения в процесс фильтрации всего объема фильтрующих элементов 3 на перфорированном каркасе 1 помещается дренажная трехмерная сетка 10. Щели 8 заканчиваются на некотором расстоянии от дренажной сетки 10 из-за разницы диаметров центральных отверстий дисков из металлической сетки 4 и волокнистого фильтрационного материала 5.

Снаружи фильтрующих элементов 3 установлен защитный кожух 11 с отверстиями 12 (фиг.1, 3). Поджимные кольца (не показаны), установленные на концах перфорированного каркаса 1, обеспечивают контакт дисков из металлической сетки 4 с дисками из волокнистого фильтрационного материала 5. Контакт осуществляется по всей поверхности оснований дисков, за исключением кольцевой области вокруг дренажной сетки 10, где диски из волокнистого фильтрационного материала 5 контактируют непосредственно друг с другом. Сжимаемость и упругость волокнистого фильтрационного материала определяют глубину его внедрения в ячейки металлической сетки при размещении дисков на перфорированном каркасе.

Скважинный фильтр работает следующим образом. Под действием создаваемого погружным насосом перепада давления пластовая жидкость, содержащая механические частицы, поступает из скважины через отверстия 12 защитного кожуха 11 к фильтрующим элементам 3. Основной поток жидкости распределяется по щелям 8, имеющим меньшее гидравлическое сопротивление по сравнению с волокнистым фильтрационным материалом, и движется вдоль проволок основы 6 и утка 7 в радиальном направлении. Наиболее крупные частицы скапливаются снаружи щелей 8, образуя естественный фильтр с повышенной тонкостью очистки. Частицы меньшего размера, прошедшие через фильтр из крупных частиц, движутся в лабиринтообразных щелях 8, претерпевая многократные столкновения с проволоками основы 6 и утка 7. Изменяя при этом траекторию движения, частицы теряют скорость и задерживаются в ячейках 9, захватываясь высокоразвитой поверхностью волокнистого фильтрационного материала. Глубина проникновения частиц в щели 8 зависит от соотношения размеров частиц и структурно-геометрических характеристик металлической сетки, в том числе диаметра проволоки и размера ячейки 9.

Очищенная от крупных и средних по размеру частиц жидкость на выходе из щелей 8 попадает в диски из волокнистого фильтрационного материала 5, где происходит ее окончательная очистка от наиболее мелких частиц загрязнителя. Качество очистки определяется размером пор материала дисков 5. Двигаясь далее в радиальном направлении, жидкость достигает дренажной трехмерной сетки 10, распределяется по ее объему, попадает в отверстия 2 перфорированного каркаса 1 и оказывается на приеме погружного насоса в очищенном состоянии.

Сочетание дисков из металлической сетки и дисков из волокнистого фильтрационного материала, имеющих незначительную толщину, увеличивает общее количество фильтрующих элементов и соответственно щелей на единицу длины скважинного фильтра, благодаря чему возрастает удельная площадь фильтрации. Это, в свою очередь, увеличивает пропускную способность и ресурс работы скважинного фильтра и уменьшает потери давления на нем. За счет подбора характеристик металлической сетки и размера пор волокнистого фильтрационного материала достигается требуемая тонкость очистки пластовой жидкости.

Изобретение относится к погружному оборудованию буровых скважин, а именно к скважинным фильтрам, предотвращающим попадание механических примесей в насосный агрегат. Устройство содержит перфорированный каркас и фильтрующие элементы из чередующихся разнотолщинных дисков с центральным отверстием, концентрично размещенные на каркасе с образованием между собой щелей. Чередующиеся диски выполнены из металлической сетки и волокнистого фильтрационного материала. Наружный диаметр дисков из металлической сетки и диаметр центрального отверстия в них выполнены превышающими соответствующие диаметры у дисков из волокнистого фильтрационного материала. Повышается качество очистки пластовой жидкости, уменьшаются потери давления, увеличивается грязеемкость и ресурс работы фильтра. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Скважинный фильтр, содержащий перфорированный каркас и фильтрующие элементы из чередующихся разнотолщинных дисков с центральным отверстием, концентрично размещенные на каркасе с образованием между собой щелей, отличающийся тем, что диски выполнены из металлической сетки и волокнистого фильтрационного материала, при этом наружный диаметр дисков из металлической сетки и диаметр центрального отверстия в них выполнены превышающими соответствующие диаметры у дисков из волокнистого фильтрационного материала.

2. Скважинный фильтр по п.1, отличающийся тем, что размер ячеек металлической сетки составляет 1…25 мм².

3. Скважинный фильтр по п.1, отличающийся тем, что диски из волокнистого фильтрационного материала выполнены чередующимися с парой дисков из металлической сетки, имеющих разный размер ячейки и диаметр проволоки.

4. Скважинный фильтр по п.1, отличающийся тем, что диски из волокнистого фильтрационного материала выполнены чередующимися с тремя дисками из металлической сетки, причем средний из них выполнен с большим размером ячейки и диаметром проволоки, чем два остальных.

5. Скважинный фильтр по п.1, отличающийся тем, что волокнистый фильтрационный материал выполнен из термоскрепленных полипропиленовых волокон.

6. Скважинный фильтр по п.1, отличающийся тем, что волокнистый фильтрационный материал выполнен из металлических волокон.

7. Скважинный фильтр по п.1, отличающийся тем, что диски из волокнистого фильтрационного материала выполнены с гидрофобными, гидрофильными или олеофильными свойствами.

8. Скважинный фильтр по п.1, отличающийся тем, что размер пор волокнистого фильтрационного материала составляет 10…100 мкм.

9. Скважинный фильтр по п.1, отличающийся тем, что толщина дисков составляет 3-10 мм.