УЗЕЛ СКВАЖИННОГО ФИЛЬТРА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И СБОРКИ Российский патент 2014 года по МПК E21B43/08 

Изобретение относится к способам и средствам обеспечения добычи нефти и газа, в частности предназначено для скважинных фильтров в добывающих и нагнетательных горизонтальных скважинах.

Известен узел скважинного фильтра (авторское свидетельство на полезную модель RU №16758, МПК Е21В 43/00, опубл. 10.02.2001 г., бюл. №4), содержащий трубу, в отверстиях которой установлены срезаемые пробки, выполненные из алюминия, фильтрующую сетку и защитный кожух с отверстиями. Отверстия и в трубе и в кожухе выполнены рядами на боковой поверхности.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, большая стоимость алюминиевых пробок, нетехнологичность и большие затраты времени и материальных ресурсов на срезание пробок при помощи фрезера, установленного в компоновке с забойным двигателем;

- во-вторых, возможно замятие части пробок из-за эластичности материала, из которого они изготовлены. В этом случае также произойдет снижение пропускной способности фильтра, уменьшится дебит добываемого продукта.

Также известен узел скважинного фильтра (патент на полезную модель RU №56946, МПК Е21В 43/08, опубл. 27.09.2006 г., бюл. №21), который выполнен стальным и пустотелым с донышком и наполнителем внутри.

Недостатком данного узла скважинного фильтра является возникновение возможных трудностей при срезании стальных пробок, некоторые из них могут не срезаться, поэтому пропускная способность скважинного фильтра будет меньше, чем расчетная.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является пробка скважинного фильтра (патент RU №2397316, МПК Е21В 43/11, опубл. 20.08.2010 г., бюл. №23), содержащая пустотелый корпус и донышко, причем донышко выполнено из магния и соединено с пустотелым корпусом по прессовой посадке посредством запрессовывания в корпус под донышко втулки, выполненной в виде кольца, или путем запрессовывания донышка внутрь кольцевой канавки, выполненной внутри корпуса, причем ширина кольцевой канавки увеличивается с увеличением диаметра и образует замок типа «ласточкин хвост», дополнительно выполнено несколько канавок треугольного поперечного сечения для формирования зубчатого замка, донышко выполнено тарельчатой формы.

А также известен способ сборки пробки скважинного фильтра (патент RU №2397316, МПК Е21В 43/11, опубл. 20.08.2010 г., бюл. №23), включающий соединение донышка с пустотелым корпусом, при этом соединение выполняют запрессовыванием донышка, при этом осуществляют осевое воздействие на торцы донышка таким образом, чтобы его диаметр увеличился за счет пластического радиального расширения, при этом пластическое радиальное расширение донышка осуществляют в пределах кольцевой канавки, выполненной внутри пустотелого корпуса, при этом запрессовывание донышка осуществляют через металлическую втулку, которую также запрессовывают внутрь пустотелого корпуса под донышком, и установку пустотелого корпуса в отверстие базового элемента скважинного фильтра.

Недостатками данной пробки скважинного фильтра и способа ее сборки являются:

- во-первых, сложность изготовления кольцевой канавки, увеличивающейся с увеличением диаметра и образующей замок типа «ласточкин хвост», также дополнительно выполнено несколько канавок треугольного поперечного сечения для формирования зубчатого замка, что приводит к увеличению затрат на изготовление и, как следствие, высокой стоимости готового изделия;

- во-вторых, сложность сборки, требующей специальных приспособлений, например пуансона для запрессовывания донышка внутрь кольцевой канавки с помощью металлической втулки, при этом осуществляют осевое воздействие на торцы донышка таким образом, чтобы его диаметр увеличился за счет пластического радиального расширения;

- в-третьих, отсутствие в отверстии пустотелого корпуса фильтрующих элементов снижает эффективность работы скважинного фильтра вследствие снижения качества фильтрации, особенно в горизонтальных скважинах;

- в-четвертых, донышко размещено внутри пустотелого корпуса, из-за этого в процессе спуска эксплуатационной колонны с фильтром в скважину, а также в процессе цементирования эксплуатационной колонны пустотелый корпус забивается породой, цементным раствором и пр., что ухудшает гидравлическую связь между фильтром и продуктивной частью залежи при последующей эксплуатации скважины;

- в-пятых, установку пустотелого корпуса в резьбовое отверстие базового элемента (трубы) осуществляют посредством резьбового соединения вворачиванием без упора, поэтому пустотелые корпусы снаружи выступают из базового элемента на различную длину. Кроме того, при спуске скважинного фильтра в скважину может произойти отворот пустотелого корпуса от базового элемента скважинного фильтра.

Техническими задачами изобретения являются снижение себестоимости изготовления устройства, упрощение сборки узла скважинного фильтра, повышение эффективности работы фильтра в горизонтальных скважинах, а также исключение забивания пустотелого корпуса в процессе спуска эксплуатационной колонны с фильтром в скважину и цементирования эксплуатационной колонны.

Поставленные технические задачи решаются узлом скважинного фильтра, содержащим пустотелый корпус, установленный в базовый элемент скважинного фильтра, и донышко, выполненное из магния и соединенное с пустотелым корпусом в кольцевой канавке, выполненной внутри пустотелого корпуса.

Новым является то, что кольцевая канавка, в которой размещено донышко, выполнена в верхней части пустотелого корпуса, при этом в кольцевой канавке пустотелого корпуса выполнена внутренняя проточка, в которой установлено разрезное стопорное кольцо, жестко фиксирующее донышко внутри пустотелого корпуса, а с противоположной стороны пустотелого корпуса выполнена цилиндрическая внутренняя проточка, в которую установлен сетчатый фильтрующий пакет с ячейками, жестко зафиксированный полой втулкой в пустотелом корпусе.

Поставленные технические задачи также решаются способом изготовления и сборки узла скважинного фильтра, включающим соединение донышка с пустотелым корпусом в кольцевой канавке, выполненной внутри пустотелого корпуса, установку пустотелого корпуса в базовом элементе скважинного фильтра.

Новым является то, что в базовом элементе выполняют отверстие с внутренним упором, выполняют резьбу в отверстии, подготавливают заготовку пустотелого корпуса, определяют длину заготовки и отрезают ее, выполняют наружную резьбу на пустотелом корпусе, внутри пустотелого корпуса выполняют кольцевую канавку и цилиндрическую внутреннюю проточку, затем в кольцевой канавке пустотелого корпуса выполняют внутреннюю проточку, устанавливают донышко в кольцевую канавку и осуществляют фиксацию донышка установкой разрезного стопорного кольца во внутреннюю проточку кольцевой канавки пустотелого корпуса, переворачивают пустотелый корпус и в цилиндрическую внутреннюю проточку устанавливают сетчатый фильтрующий пакет, жестко фиксируют его в пустотелом корпусе полой втулкой, затем вворачивают пустотелый корпус в отверстие базового элемента донышком наружу до упора.

На фиг.1 изображен разрез предлагаемого узла скважинного фильтра и способ его изготовления и сборки.

На фиг.2 изображен разрез предлагаемого узла скважинного фильтра и способ его изготовления и сборки после растворения донышка в кислотном растворе.

Узел скважинного фильтра (фиг.1) содержит пустотелый корпус 1, установленный в базовый элемент 2 скважинного фильтра, и донышко 3, соединенное с пустотелым корпусом 1 в кольцевой канавке 4, выполненной внутри пустотелого корпуса 1. Пустотелый корпус 1 выполнен из стали, например из стали 45, а донышко 3 - из магния или его сплава.

Кольцевая канавка 4, в которой размещено донышко 3, выполнена в верхней части пустотелого корпуса 1.

Донышко 3 размещено в верхней части пустотелого корпуса 1, поэтому в процессе спуска эксплуатационной колонны с фильтром в скважину, а также в процессе цементирования эксплуатационной колонны пустотелый корпус не забивается породой, цементным раствором и пр., что позволяет сохранить гидравлическую связь между фильтром и продуктивной частью залежи при последующей эксплуатации скважины.

В кольцевой канавке 4 пустотелого корпуса 1 выполнена внутренняя проточка 5, в которой размещено разрезное стопорное кольцо 6, жестко фиксирующее донышко 3 внутри пустотелого корпуса 1. Донышко 3 выполнено плоским.

Для изготовления разрезного стопорного кольца 6 используют, например, сталь 45 твердостью HRC 40-48.

С противоположной стороны пустотелого корпуса 1 выполнена цилиндрическая внутренняя проточка 7, в которую установлен сетчатый фильтрующий пакет 8, жестко зафиксированный в пустотелом корпусе 1 полой втулкой 9, например, с помощью резьбового соединения 10.

Сетчатый фильтрующий пакет 8 для нагнетательных горизонтальных скважин выполнен из ячеек сетки с уменьшением размеров снаружи внутрь. Например, сетчатый фильтрующий пакет 8 состоит из шести фильтрующих элементов с ячейками сетки, размеры которых уменьшаются снаружи внутрь от 3,0×3,0 до 0,15×0,15 мм. Сетчатый фильтрующий пакет 8 обеспечивает эффективное отфильтровывание механических примесей, взвеси и пр. из закачиваемого агента (водяного пара, жидкости), что исключает их попадание в продуктивный пласт.

Сетчатый фильтрующий пакет 8 для добывающих горизонтальных скважин выполнен с увеличением размеров ячеек сетки снаружи внутрь. Например, сетчатый фильтрующий пакет 8 состоит из восьми фильтрующих элементов с ячейками сетки, размеры которых увеличиваются снаружи внутрь от 0,2×0,2 до 3,5×3,5 мм.

Сетчатый фильтрующий пакет 8 обеспечивает надежное предотвращение выноса песка, что позволяет продлить срок службы эксплуатационного оборудования до ремонта добывающей скважины.

Элементы сетчатого фильтрующего пакета 8 могут быть выполнены из пористого металловолоконного материала и пористого спеченного материала, изготовленного из нержавеющей стали 316L или сплава с высоким содержанием никеля, что позволяет им выдерживать наиболее жесткие условия эксплуатации в горизонтальной скважине.

Сетчатый фильтрующий пакет 8 для нагнетательных горизонтальных скважин (на фиг.1 и 2 не показано) выполняют с уменьшением размеров ячеек сетки снаружи внутрь.

Сетчатый фильтрующий пакет 8 (см. фиг.1) для добывающих горизонтальных скважин (на фиг.1 и 2 не показано) выполняют с увеличением размеров ячеек сетки снаружи внутрь.

Узел скважинного фильтра работает следующим образом.

1. Принцип работы узла скважинного фильтра в горизонтальной добывающей скважине

Устанавливают узел скважинного фильтра, т.е. вворачивают в резьбовое отверстие 11 базового элемента 2 до упора 12 (фиг.1), после чего скважинный фильтр в составе эксплуатационной колонны (на фиг.1 и 2 не показано) спускают в горизонтальную добывающую скважину (на фиг.1 и 2 не показано) и цементируют эксплуатационную колонну (на фиг.1 и 2 не показано).

Перед эксплуатацией горизонтальной добывающей скважины в интервал скважинного фильтра закачивают кислоту, которая растворяет (фиг.2) донышко 3, выполненное из магния, и открывает узел скважинного фильтра с наружной стороны базового элемента 2 скважинного фильтра для прохода добываемого продукта.

Кислота не действует на материал сетчатого фильтрующего пакета 8, так как он выполнен из пористого металловолоконного материала и пористого спеченного материала, изготовленного из нержавеющей стали 316L или сплава с высоким содержанием никеля.

Добываемый продукт поступает с внешней стороны базового элемента 2 скважинного фильтра и попадает на сетчатый фильтрующий пакет 8, где происходит фильтрация добываемого продукта и отделение взвешенного песка. Например, сетчатый фильтрующий пакет 8 состоит из восьми фильтрующих элементов с ячейками сетки, размеры которых увеличиваются снаружи внутрь от 0,2×0,2 до 3,5×3,5 мм.

2. Принцип работы узла скважинного фильтра в горизонтальной нагнетательной скважине

Устанавливают узел скважинного фильтра, т.е. вворачивают в резьбовое отверстие 11 базового элемента 2 до упора 12 (фиг.1), после чего скважинный фильтр в составе эксплуатационной колонны спускают в горизонтальную нагнетательную скважину (на фиг.1 и 2 не показано) и цементируют эксплуатационную колонну (на фиг.1 и 2 не показано).

Перед эксплуатацией горизонтальной нагнетательной скважины в интервал скважинного фильтра закачивают кислоту, которая растворяет (фиг.2) донышко 3, выполненное из магния, и открывает узел скважинного фильтра с наружной стороны базового элемента 2 скважинного фильтра для закачки рабочего агента, например водяного пара. Закачиваемый рабочий агент поступает с внутренней стороны базового элемента 2 скважинного фильтра и попадает на сетчатый фильтрующий пакет 8, где происходит фильтрация рабочего агента и отделение примесей. Например, сетчатый фильтрующий пакет 8 состоит из шести фильтрующих элементов с ячейками сетки, размеры которых уменьшаются снаружи внутрь от 3,0×3,0 до 0,15×0,15 мм.

Способ изготовления и сборки узла скважинного фильтра осуществляют в следующей последовательности.

В базовом элементе 2 (фиг.1) выполняют отверстие 11 с внутренним упором 12, например, высоту Н внутреннего упора принимают равной 2 мм. В качестве базового элемента 2 применяют трубу, например, диаметром D_к=168 мм и толщиной стенки S=9 мм, а также с диаметром муфт, соединяющих между собой базовые элементы 2, D_м=188 мм.

В отверстии 12 выполняют резьбу. Подготавливают заготовку, определяют длину L заготовки пустотелого корпуса 1, например, диаметром 44 мм с толщиной стенки 5 мм по формуле:

$$L=S-2\text{ мм}+{\text{(D}}_{\text{м}}{\text{-D}}_{\text{к}}\text{)/2}\text{. (1)}$$

Подставляя числовые значения в формулу (1), получаем:

L=9 мм-2 мм + (188 мм-168 мм)/2=17 мм.

Отрезают заготовку пустотелого корпуса 1 длиной L=17 мм и выполняют наружную резьбу на пустотелом корпусе 1, соответствующую резьбовому отверстию 11 базового элемента 2.

Внутри пустотелого корпуса 1 выполняют кольцевую канавку 4 и цилиндрическую внутреннюю проточку 7.

В кольцевой канавке 4 пустотелого корпуса 1 выполняют внутреннюю проточку 5, устанавливают донышко 3 в кольцевую канавку 4.

Осуществляют фиксацию донышка 3 установкой разрезного стопорного кольца 6 во внутреннюю проточку 5 кольцевой канавки 4 пустотелого корпуса 1.

Переворачивают пустотелый корпус 1 и в цилиндрическую внутреннюю проточку 7 устанавливают сетчатый фильтрующий пакет 8. Жестко фиксируют сетчатый фильтрующий пакет 8 в пустотелом корпусе 1 полой втулкой 9, например, с помощью резьбового соединения 10.

Затем вворачивают пустотелый корпус 1 в резьбовое отверстие 11 базового элемента 2 донышком наружу до упора во внутренний упор 12 базового элемента 2.

Затем скважинный фильтр спускают в скважину для эксплуатации.

Предлагаемый узел скважинного фильтра и способ его изготовления и сборки позволяют:

- повысить эффективность работы фильтра в горизонтальных скважинах за счет установки фильтрующего элемента в пустотелый корпус узла;

- снизить себестоимость изготовления устройства;

- упростить сборку узла скважинного фильтра;

- исключить забивание пустотелого корпуса в процессе спуска эксплуатационной колонны с фильтром в скважину и цементирование эксплуатационной колонны.

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей отрасли и предназначено для скважинных фильтров в добывающих и нагнетательных горизонтальных скважинах. Устройство содержит пустотелый корпус, установленный в базовый элемент скважинного фильтра, и донышко, выполненное из магния и соединенное с корпусом в кольцевой канавке, выполненной внутри корпуса. Канавка выполнена в верхней части корпуса, в ней выполнена внутренняя проточка, в которой установлено разрезное стопорное кольцо, жестко фиксирующее донышко внутри корпуса. С противоположной стороны корпуса выполнена цилиндрическая внутренняя проточка, в которую установлен сетчатый фильтрующий пакет с ячейками, жестко зафиксированный полой втулкой. В базовом элементе выполняют отверстие с внутренним упором, выполняют резьбу в отверстии, подготавливают заготовку корпуса, определяют длину заготовки и отрезают ее, выполняют наружную резьбу на корпусе, внутри корпуса выполняют кольцевую канавку и цилиндрическую внутреннюю проточку, затем в кольцевой канавке выполняют внутреннюю проточку, устанавливают донышко и осуществляют его фиксацию. Переворачивают пустотелый корпус и в цилиндрическую внутреннюю проточку устанавливают сетчатый фильтрующий пакет, фиксируют его полой втулкой, затем вворачивают пустотелый корпус в отверстие базового элемента донышком наружу до упора. Повышается эффективность работы и срок службы фильтра, упрощается сборка. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Узел скважинного фильтра, содержащий пустотелый корпус, установленный в базовый элемент скважинного фильтра, и донышко, выполненное из магния и соединенное с пустотелым корпусом в кольцевой канавке, выполненной внутри пустотелого корпуса, отличающийся тем, что кольцевая канавка, в которой размещено донышко, выполнена в верхней части пустотелого корпуса, при этом в кольцевой канавке пустотелого корпуса выполнена внутренняя проточка, в которой установлено разрезное стопорное кольцо, жестко фиксирующее донышко внутри пустотелого корпуса, а с противоположной стороны пустотелого корпуса выполнена цилиндрическая внутренняя проточка, в которую установлен сетчатый фильтрующий пакет с ячейками, жестко зафиксированный полой втулкой в пустотелом корпусе.

2. Способ изготовления и сборки узла скважинного фильтра, включающий соединение донышка с пустотелым корпусом в кольцевой канавке, выполненной внутри пустотелого корпуса, установку пустотелого корпуса в базовом элементе скважинного фильтра, отличающийся тем, что в базовом элементе выполняют отверстие с внутренним упором, выполняют резьбу в отверстии, подготавливают заготовку пустотелого корпуса, определяют длину заготовки и отрезают ее, выполняют наружную резьбу на пустотелом корпусе, внутри пустотелого корпуса выполняют кольцевую канавку и цилиндрическую внутреннюю проточку, затем в кольцевой канавке пустотелого корпуса выполняют внутреннюю проточку, устанавливают донышко в кольцевую канавку и осуществляют фиксацию донышка установкой разрезного стопорного кольца во внутреннюю проточку кольцевой канавки пустотелого корпуса, переворачивают пустотелый корпус и в цилиндрическую внутреннюю проточку устанавливают сетчатый фильтрующий пакет, жестко фиксируют его в пустотелом корпусе полой втулкой, затем вворачивают пустотелый корпус в отверстие базового элемента донышком наружу до упора.