СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2017 года по МПК E21B43/08 

Изобретение относится к оборудованию, применяемому при добыче нефти, а именно к самоочищающимся скважинным фильтрам, защищающим погружные насосы от механических примесей.

Известен скважинный фильтр, содержащий корпус с коническими перфорациями и введенные в них с зазором упругие скобы (А.с. СССР №685810, Е21В 43/08, 1979).

Несмотря на простоту конструкции фильтра процесс очистки его фильтрующей поверхности от задержанных частиц является сложным. Для очистки в корпус спускается диск, который при последующем возвратно-поступательном движении касается скоб, разбивающих при покачивании образовавшийся в перфорациях конгломерат из частиц.

Известен скважинный фильтр, состоящий из перфорированной трубы с резьбой на концах, соединительной муфты, фильтрующего элемента и изолированной обмотки, подсоединенной к источнику питания (Пат. №2338871 РФ, Е21В 43/08, 2008).

Недостаток скважинного фильтра состоит в том, что во время очистки, осуществляемой нагревом фильтрующего элемента, с поверхности удаляются главным образом асфальтосмолистые и парафиногидратные осадки, а не твердые частицы.

Известен скважинный фильтр, присоединяемый посредством хвостовика к кожуху на погружном насосе, закрепленному на лифте труб выше подпружиненного клапана, сообщающего лифт труб с полостью кожуха (Пат. №2415253 РФ, Е21В 43/00, 2011).

Недостаток скважинного фильтра состоит в его сложности и громоздкости, а также в необходимости прерывания добычи жидкости на период его очистки.

Известен скважинный фильтр, содержащий цилиндрический каркас со сквозными пазами, фильтрующий элемент из пружины, поршень с обращенными внутрь выступами и регулировочными винтами, вал с лопастями и коромыслом, взаимодействующим с выступами (А.с. СССР №1036343, В01D 25/20, 1983).

Недостаток фильтра заключается в сложности конструкции и ограниченных функциональных возможностях: фильтр не пригоден для фильтрации жидкости с твердыми частицами, поскольку они изнашивают коромысло и выступы, обеспечивающие циклическое изменение зазоров в пружине, при котором из них выпадают застрявшие частицы.

В качестве прототипа взят скважинный фильтр, содержащий щелевой фильтрующий элемент, вал, укрепленный в подшипниковых опорах по торцам фильтрующего элемента, и лопасти со щетками, размещенные по длине вала (А.с. СССР №1165427, В01D 25/20, 1985).

Недостатком принятого за прототип скважинного фильтра является наличие длинного вала с большим числом лопастей и щеток, который необходим для очистки всей поверхности щелевого фильтрующего элемента. Однако при вращении вала между щетками и щелевым фильтрующим элементом возникает значительная сила трения, которая может остановить вал и прервать процесс самоочистки.

Настоящее изобретение решает задачу создания простого в конструктивном исполнении скважинного фильтра, обладающего повышенной способностью к самоочистке, повышающего ресурс погружной насосной установки.

Указанный технический результат достигается тем, что скважинный фильтр содержит щелевой фильтрующий элемент, насаженный на перфорированную трубу, крыльчатку, связанную с валом, укрепленным в подшипниковых опорах, установленных в трубе с возможностью вращения, при этом перфорированная труба выполнена со сплошной верхней частью, в пределах которой размещены подшипниковые опоры крыльчатки, причем лопасти крыльчатки выполнены с дисбалансом масс не менее 20 г⋅мм.

Отличительной особенностью предлагаемого технического решения является то, что перфорированная труба выполнена со сплошной верхней частью, в пределах которой размещены подшипниковые опоры крыльчатки, причем лопасти крыльчатки выполнены с дисбалансом масс не менее 20 г⋅ мм.

Предлагается также вариант технического решения, отличительной особенностью которого является то, что перфорированная труба выполнена со сплошной верхней частью, в пределах которой размещены подшипниковые опоры крыльчатки, фильтр снабжен дополнительной массой, подвижно закрепленной на радиально установленной оси, связанной с крыльчаткой и снабженной упорами с двух сторон относительно дополнительной массы, причем между массой и дальним относительно вала упором установлен упругий элемент.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено продольное сечение заявляемого скважинного самоочищающего фильтра, на фиг. 2 - схема соединения дополнительной массы в варианте технического решения.

Скважинный фильтр содержит щелевой фильтрующий элемент 1, насаженный на перфорированную трубу 2 со сплошной верхней частью 3 и равномерно распределенными перфорациями 4 на остальной части, подшипниковые опоры 5, запрессованные в трубу 2 в пределах сплошной части 3 трубы 2, и вал 6 с лопастями 7 крыльчатки, установленный в опорах 5. Лопасти 7 выполнены с дисбалансом масс не менее 20⋅г мм, который может быть получен за счет выполнения лопастей с разной длиной, толщиной или массой.

Щелевой фильтрующий элемент 1 представляет цельносварную конструкцию, которая состоит из наружного навитого профиля 8 и внутренних аксиальных профилей 9, размещенных по окружности через равные промежутки, являющиеся продольными каналами 10. Между витками наружного профиля 8 имеется щель 11, при этом ширина щели определяет тонкость очистки пластовой жидкости. Аксиальные профили 9 имеют плотный механический контакт с перфорированной трубой 2. В подшипниковых опорах 5 выполнены осевые проточки 12 для продольного движения очищенной жидкости на прием погружного насоса (не показан). Размещение вала 6 с лопастями 7 в пределах сплошной части 3 перфорированной трубы 2, то есть на выходе из щелевого фильтрующего элемента 1, исключает течение очищенной жидкости в обход лопастей 7, что способствует увеличению крутящего момента и частоты вращения вала 6.

В предлагаемом варианте технического решения фильтр снабжен дополнительной массой (дополнительным грузом) 13, подвижно закрепленной на радиально установленной оси 14, связанной с крыльчаткой и снабженной упорами 15, 16 с двух сторон относительно дополнительной массы 13, причем между массой 13 и дальним относительно вала упором 16 установлен упругий элемент 17.

Скважинный самоочищающийся фильтр работает следующим образом. В составе погружной насосной установки скважинный самоочищающийся фильтр опускают в скважину. Под действием создаваемого погружным насосом разрежения загрязненная пластовая жидкость фильтруется через щель 11 между витками профиля 8, а находящиеся в ней частицы породы остаются снаружи. Очищенная жидкость попадает в продольные каналы 10, движется по ним к перфорациям 4 и, пройдя сквозь них, оказывается в перфорированной трубе 2. Очищенная жидкость течет в перфорированной трубе 2 сквозь осевые проточки 12 в подшипниковых опорах 5 и давит на лопасти 7. Лопасти 7 преобразуют потенциальную энергию потока жидкости в кинетическую энергию вала 6, порождая его вращение в подшипниковых опорах 5. Дисбаланс масс лопастей 7 вызывает колебания вращающегося вала 6, которые передаются на подшипниковые опоры 5, а от них - к перфорированной трубе 2, в которую они запрессованы. Далее колебания последовательно распространяются к аксиальным профилям 9, имеющим механический контакт с трубой 2, и навитому профилю 8, приваренному к профилям 9. При этом задержанным между витками профиля 8, то есть над щелью 11, частицам породы сообщается ускорение, приводящее к их отрыву от фильтрующего элемента 1, причем действие инерционных сил проявляется тем сильнее, чем больше размеры частиц или образовавшихся из частиц конгломератов. Отделенные частицы опускаются под действием силы тяжести в зумпф скважины.

Определенный в настоящей заявке дисбаланс масс лопастей на уровне не менее 20 г⋅мм обеспечивает необходимые параметры низкочастотных колебаний щелевого фильтрующего элемента, которые разрушают образующиеся конгломераты частиц по мере их укрупнения.

В предлагаемом варианте фильтра дополнительная масса 13 находится вблизи упора 15. При раскручивании крыльчатки 7 масса 13 смещается к упору 16 и производит по нему ударное воздействие. Вследствие чего возникает интенсивное воздействие на частицы, оседающие на фильтрующем элементе, которые от этого опадают. Кроме того, дополнительная масса вызывает дисбаланс вращающейся крыльчатки, которая препятствует оседанию частиц на фильтре. В процессе остановки вращения крыльчатки дополнительная масса перемещается к упору 15 и также производит на него ударное воздействие, что вызывает опадания осевших на фильтр частиц.

В заявляемом скважинном самоочищающемся фильтре задержанные частицы удаляются с поверхности щелевого фильтрующего элемента по мере образования из них конгломератов. Таким образом, ширина щели и соответственно пропускная способность щелевого фильтрующего элемента и скважинного самоочищающегося фильтра в целом поддерживается практически на исходном уровне в течение длительного времени, что увеличивает ресурс работы погружной насосной установки.

Группа изобретений относится к оборудованию, применяемому при добыче нефти, а именно к самоочищающимся скважинным фильтрам, защищающим погружные насосы от механических примесей. По первому варианту устройство содержит щелевой фильтрующий элемент, насаженный на перфорированную трубу, крыльчатку, связанную с валом, укрепленным в подшипниковых опорах, установленных в трубе с возможностью вращения. Перфорированная труба выполнена со сплошной верхней частью, в пределах которой размещены подшипниковые опоры крыльчатки. Лопасти крыльчатки выполнены с дисбалансом масс не менее 20 г⋅мм. Во втором варианте выполнения фильтр снабжен дополнительной массой, подвижно закрепленной на радиально установленной оси, связанной с крыльчаткой и снабженной упорами с двух сторон относительно дополнительной массы. Между массой и дальним относительно вала упором установлен упругий элемент. Упрощается изготовление, повышается способность к самоочистке, повышается ресурс погружной насосной установки. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Скважинный фильтр, содержащий щелевой фильтрующий элемент, насаженный на перфорированную трубу, крыльчатку, связанную с валом, укрепленным в подшипниковых опорах, установленных в трубе с возможностью вращения, отличающийся тем, что перфорированная труба выполнена со сплошной верхней частью, в пределах которой размещены подшипниковые опоры крыльчатки, причем лопасти крыльчатки выполнены с дисбалансом масс не менее 20 г⋅мм.

2. Скважинный фильтр, содержащий щелевой фильтрующий элемент, насаженный на перфорированную трубу, крыльчатку, связанную с валом, укрепленным в подшипниковых опорах, установленных в трубе с возможностью вращения, отличающийся тем, что перфорированная труба выполнена со сплошной верхней частью, в пределах которой размещены подшипниковые опоры крыльчатки, фильтр снабжен дополнительной массой, подвижно закрепленной на радиально установленной оси, связанной с крыльчаткой и снабженной упорами с двух сторон относительно дополнительной массы, причем между массой и дальним относительно вала упором установлен упругий элемент.