Способ изготовления фильтра Российский патент 2021 года по МПК E21B43/08 

Изобретение относится к области устройств для фильтрации скважинного флюида при добыче полезных ископаемых из скважины.

При добыче нефти и газа для предотвращения попадания песка из пласта в скважину требуется использовать внутрискважинный фильтр, который может эффективно фильтровать многофазную смесь нефть-газ-вода. Нарушение целостности внутрискважинного фильтра может повлечь за собой эрозию и разрушение внутрискважинного и наземного оборудования. Фильтр так же может использоваться не только как защита от выноса песка и мехпримесей при добыче жидкости, но и для увеличения эффективности добычи нефти и газа. Таким образом, фильтровальные материалы фильтра должны обладать полным объемом следующих свойств: точно контролируемая тонкость фильтрации, контролируемая проницаемость и фазовая проницаемость, эрозийная прочность в целом, гибкость, отличная коррозийная устойчивость и высокая надежность.

В настоящее время большинство материалов, используемых для фильтров, не позволяют предоставить выполнение всего объема требований и необходимых параметров, кроме того, существующие технологии делают фильтр высокого качества очень дорогим, сделанным из искусственного аналога пористой среды, фильтра с гравийной набивкой или многослойной синтезированной металлической сетки. Многослойная синтезированная металлическая сетка - фильтрующий пористый материал, производимый при помощи вакуумной технологии сварки. Составной частью подобного фильтра может быть многослойная металлическая сетка, металлическое волокно или металлическая пудра. Технология основана на электродуговой сварке или плазменной сварке без течи и с гарантированной прочностью сварки. Тем не менее, подобные фильтрующие материалы имеют высокую себестоимость, низкую продуктивность, их размер ограничен устройством вакуумной сварки.

Известен (RU, патент 2583466, опубл. 10.05.2016) элемент скважинного инструмента для извлечения углеводородных ресурсов, содержащий формованный корпус из смолы на основе полигликолевой кислоты, смешанной с неорганическим или органическим коротковолокнистым армирующим материалом, и имеющий характеристики скорости уменьшения толщины при удержании в воде при 120°С, включая начальную скорость уменьшения толщины, в среднем за период удержания 4 часа, составляющую максимум 0,8 значения для формованного корпуса только из смолы на основе полигликолевой кислоты, а также имеющий конечную скорость уменьшения толщины, после того, как толщина уменьшится до 50% или менее от начальной толщины, более чем в 1,5 раза превышающую начальную скорость уменьшения толщины.

Недостатком известного элемента скважинного инструмента следует признать сложность подбора компонентов.

Известен также (RU, патент 2470695, опубл. 27.12.2012) проволочный фильтр, содержащий фильтрующую часть, выполненную в виде тела вращения и состоящую из проволоки, навитой в виде спиралей, уложенных рядами, смещенными друг относительно друга в плоскости оси фильтра и в перпендикулярной ей плоскости и подвергнутых прессованию с возможностью образования многослойной пористой структуры фильтрующей части. Фильтрующая часть выполнена в виде кольца с цилиндрической образующей, а проволочный фильтр дополнительно снабжен соосными с фильтрующей частью обечайками, охватывающими каждый из обоих торцов фильтрующей части и выполненными в виде колец с цилиндрической образующей, параллельной цилиндрической образующей кольца фильтрующей части, и П-образным сечением в плоскости, проходящей вдоль оси вращения фильтрующей части, открытым со стороны торцов фильтрующей части с возможностью заглубления последних вовнутрь колец обечаек, и соединение обеих обечаек с заглубленными в них торцами фильтрующей части по цилиндрическим поверхностям примыкания выполнено жестким с образованием единой детали и герметизацией торцов фильтрующей части, причем проволока взята цельнотянутой с постоянным диаметром поперечного сечения, а минимальная толщина «В1» кольца фильтрующей части, по меньшей мере, в 10 раз превышает величину диаметра «d» проволоки, длина «h» цилиндрической образующей каждой обечайки выполнена равной (0,8-1,0) толщины «В» стенки кольца обечайки в радиальном направлении, которая выполнена, по меньшей мере, равной толщине «В1» кольца фильтрующей части, толщина «В» стенки кольца обечайки выполнена равной (0,01-0,2) его наружного диаметра «D», и длина фильтра «Н» выполнена равной (0,5-5,0) наружного диаметра «D» кольца обечайки, а прессование выполнено в направлении оси фильтра с возможностью образования в пористой структуре фильтрующей части серповидных пор перекрещиванием проволоки в соседних рядах и пересечением осей спиралей при укладке рядов проволоки, средний размер «δ» пор фильтрующей части в зависимости от диаметра «d» поперечного сечения проволоки математической зависимостью.

Недостатком известного фильтра следует признать сложность его изготовления.

Известен (RU, патент 147791, опубл. 20.11.2014) фильтр для скважин, содержащий жестко и герметично соединенные друг с другом секции, набранные из состыкованных по торцам с осевым натягом цилиндрических тонкостенных фильтрующих элементов, изготовленных холодным прессованием из проволочного материала, и двух опор, на которые также с осевым натягом опираются первый и последний фильтрующие элементы секции, и последняя опора последней секции герметично закрыта крышкой, а первая опора первой секции герметично и жестко соединена с погружным насосом. Фильтрующие элементы каждой секции изготовлены из материала «Металлорезина» осевым прессованием или объемным прессованием с применением полиуретана, выполнены в трех модификациях: фильтрующие элементы с одним плоским торцом, которым они опираются на опору, и другим коническим с углом конуса α от 60 до 90°, у одного элемента с внешним конусом, а другого - с внутренним, и промежуточные фильтрующие элементы секции выполнены с коническими торцами, с одним внешним и другим внутренним с конусом с углом α, причем фильтрующие элементы секции стыкуются друг с другом таким образом, что внешний конус одного элемента с осевым натягом входит во внутренний конус другого элемента, образуя жесткий герметичный стык, внутрь секции фильтрующих элементов без радиального зазора или с возможно меньшим радиальным зазором вставлена спиральная пружина сжатия с нешлифованными торцами, свитая таким образом, что первые три или четыре витка пружины у каждого из двух ее торцов свиты вплотную друг с другом с минимально возможным углом подъема, а на длине каждого фильтрующего элемента секции пружина свита с таким шагом, что на его длине равномерно располагаются два, три или четыре витка пружины, а следующие два витка пружины свиты вплотную друг с другом с минимально возможным углом подъема и располагаются в собранной секции у стыка фильтрующих элементов так, что один виток располагается на конце одного элемента, а другой - на конце другого, длина пружины каждой секции фильтра подобрана так, чтобы у каждой собранной секции при навинчивании на пружину опор секции и создании заданной величины натяга в стыках фильтрующих элементов витки пружины не выступали за торцы опор, обе опоры каждой секции выполнены с внутренней круглой резьбой, по которой они навинчены на пружину с созданием заданного осевого натяга в стыках фильтрующих элементов секции друг с другом и с опорами секции, причем секция фильтрующих элементов сцентрирована в опорах, как по центрирующему буртику опоры, так и по последнему витку пружины в каждой группе свитых вплотную витков, расположенной на концах пружины, и на одной из них выполнен хвостовик с наружной круглой резьбой, по которой одна секция ввинчена в пружину другой секции до упора с натягом в уплотнительную прокладку, установленную встык между торцами опор соседних секций, в каждую опору до упора с натягом в витки пружины и упора головки винта в уплотнительную прокладку под ней ввинчены три или четыре стопорных винта, равнорасположенных по окружности, причем высота головки винта подобрана таким образом, что зазор между стенкой скважины или обсадной трубой и торцом головки винта не превышал 0.2÷0.3 мм, и первая опора первой секции фильтра выполнена с хвостовиком с метрической резьбой, на которую до упора в уплотнительную прокладку навернута промежуточная проставка с ввернутыми в нее шпильками для крепления к погружному насосу, а в последнюю опору последней секции фильтра, в ее пружину, хвостовиком с круглой резьбой до упора в уплотнительную прокладку, установленную встык между проставкой и опорой, ввернута промежуточная проставка, на которой закреплена крышка.

Недостатком известного фильтра следует признать сложность конструкции и технологии изготовления.

Известен (RU, патент 2361069, опубл. 10.07.2009) способ изготовления скважинного фильтра, состоящего из соединенных сваркой базовой трубы с множеством проникающих отверстий на ее поверхности, размещенной на ней с возможностью закрывания внешней части базовой трубы оболочки фильтра и кожуха с множеством отверстий, размещенного с возможностью закрывания внешней части оболочки фильтра, включающий образование оболочки фильтра, для чего внешнюю стенку опорной оболочки обертывают металлической фильтрующей сеткой и закрепляют металлическую фильтрующую сетку к внешней части опорной оболочки путем контактной сварки таким образом, что металлическая фильтрующая сетка полностью закрывает все проникающие отверстия оболочки, прикрепление полученной оболочки фильтра к внешней поверхности базовой трубы с тем, чтобы оболочка фильтра полностью закрывала все проникающие отверстия базовой трубы, размещение указанного кожуха вокруг внешней части оболочки фильтра и закрепление его к внешней части базовой трубы таким образом, что указанный кожух полностью закрывает внешнюю поверхность фильтрующего элемента оболочки фильтра.

Недостатком фильтра, изготовленного по указанной технологии, следует признать его низкую эффективность по очистке скважинного флюида.

Данное решение принято в качестве ближайшего аналога.

Техническая проблема, решаемая с использованием разработанного способа, состоит в получении эффективных фильтров для очистки скважинной жидкости.

Технический результат, достигаемый при реализации разработанного способа изготовления скважинного фильтра, состоит в создании фильтров для жидкости с повышенным задержанием инородных частиц скважинного флюида.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ изготовления фильтров. Согласно разработанному способу предварительно экспериментально определяют типичный гранулометрический состав твердых включений во флюиде, для фильтрования которого будет использован фильтр, затем для прессовочного оборудования, а также для протяженных заготовок, выполненных из устойчивых к воздействию флюида материалов, экспериментально определяют условия прессования для получения фильтровальных элементов, способных задерживать строго определенную часть твердых включений, присутствующих в фильтруемом флюиде, заполняют протяженными заготовками форму, выполненную с возможностью формирования фильтровального элемента, способного к соединению в единое целое с другими фильтровальными элементами, формируют фильтр путем соединения предварительно изготовленных фильтровальных элементов, при этом область соединения фильтровальных элементов выполнена с возможностью удерживания необходимой части твердых включений ранее определенного размера.

В некоторых вариантах реализации разработанного способа протяженные заготовки предварительно гидрофобилизируют. Гидрофобилизацию заготовок проводят по известной технологии. Но не исключен вариант реализации способа, когда операции гидрофобилизации подвергают весь сформированный фильтр или отдельный фильтровальный элемент.

Предпочтительно в качестве протяженных заготовок используют заготовки в виде волокон или проволоки. Они могут быть в виде неорганических (металлическая проволока, минеральные волокна типа базальтового или кварцевого волокна) или полимерных органических материалов (волокна из фторированных углеводородов, полиарамидные волокна и т.д.). Сформированный прессованием фильтр в предпочтительном варианте реализации размещают между внешним и внутренним перфорированными или проницаемыми кожухами, что обеспечивает провод скважинного флюида из пласта к перфорированной основной трубе.

В некоторых вариантах реализации разработанного способа фильтр формируют из предварительно приготовленных по разработанной технологии цилиндрических фильтровальных элементов.

Преимущественно изготовленный фильтр выполнен с возможностью использования в качестве скважинного фильтра нижнего заканчивания. В этом случае, предпочтительно, внутренний или внешний кожух содержит элементы крепления на трубе.

В некоторых вариантах реализации разработанного способа фильтр выполнен с возможностью спуска в скважину посредством предварительного закрепления на базовой трубе, в которой выполнены отверстия для поступления отфильтрованного скважинного флюида в трубу, при этом внутренний кожух выполнен с возможностью выполнения функции дренажного слоя между фильтром и трубой для эффективного поступления жидкости после фильтрации в отверстия в трубе.

Изготавливаемый по разработанной технологии прессованный фильтр представляет собой объемный фильтр с большой грязеемкостью.

Поскольку скважинный флюид в каждом случае имеет свой гранулометрический состав инородных примесей, а промышленно изготавливаемые скважинные фильтры имеют, в общем-то, стандартный, зависящий от технологии изготовления, размер пор (или в случае прессованных фильтров - расстояний между образующими фильтр исходными элементами), далеко не всегда удается очистить скважинный флюид от инородных примесей в процессе прохождения флюида от пласта до попадания в трубу. По этой причине желательно предварительно перед заканчиванием скважины выяснить от частиц какого размера надо очищать флюид. Вторым принципиальным вопросом при разработке технологи очистки скважинного флюида является условия производства скважинного фильтра. И если в производстве как плоских, так и объемных фильтров, выполненных из полимерного или целлюлозно-бумажного материала, известно влияние факторов производства на размер пор (точнее на размер задерживаемых частиц), то для объемных фильтров, полученных путем прессования исходных элементов, подобные зависимости не известны. Хотя экспериментально замечено, что расстояние между исходными элементами в готовом фильтре, полученном методом прессования исходных элементов, зависит от усилия прессования, условий прессования (состояние пресс-формы, динамика создания усилия, качественный и количественный состав исходных элементов). Поэтому, когда стал ясен гранулометрический состав инородных включений в скважинный флюид, логично установить условия производства фильтра, способного задерживать примеси (частицы) желательного размера. Кроме того, в силу конструкции объемного фильтра с его тупиковыми полостями, выходящими частично на границу фильтра, он будет задерживать и частицы меньшего размера в ловушках указанных полостей. Поскольку прессованием большого количества заготовок сложно добиться воспроизводимых результатов, то формируют прессованием составные элементы скважинного фильтра, которые затем объединяют в единую конструкцию. Для объединения можно использовать различные технологические приемы - спрессовывание, склеивание, использование взаимно дополняющие противоположные концы элементов скважинного фильтра. Необходимо, чтобы область соединения двух элементов не пропускала находящиеся во флюиде частицы больше чем максимальную часть всего состава мехпримесей.

Экспериментально установлено, что скважинный фильтр, изготовленный по разработанной технологии, пропускает только определенную часть примесных частиц скважинного флюида.

Изобретение относится к области устройств для фильтрации скважинного флюида при добыче полезных ископаемых из скважины. Предварительно экспериментально определяют типичный гранулометрический состав твердых включений во флюиде, для фильтрования которого будет использован фильтр. Для прессовочного оборудования, а также для протяженных заготовок, выполненных из устойчивых к воздействию флюида материалов, экспериментально определяют условия прессования для получения фильтровальных элементов, способных задерживать строго определенную часть твердых включений, присутствующих в фильтруемом флюиде. Заполняют протяженными заготовками форму, выполненную с возможностью формирования фильтровального элемента, способного к соединению в единое целое с другими фильтровальными элементами. Формируют фильтр путем соединения предварительно изготовленных фильтровальных элементов. Область соединения фильтровальных элементов выполнена с возможностью удерживания строго определенной части твердых включений ранее определенного размера. Обеспечивается контролируемая тонкость фильтрации. 6 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления фильтра, отличающийся тем, что предварительно экспериментально определяют типичный гранулометрический состав твердых включений во флюиде, для фильтрования которого будет использован фильтр, затем для прессовочного оборудования, а также для протяженных заготовок, выполненных из устойчивых к воздействию флюида материалов, экспериментально определяют условия прессования для получения фильтровальных элементов, способных задерживать строго определенную часть твердых включений, присутствующих в фильтруемом флюиде, заполняют протяженными заготовками форму, выполненную с возможностью формирования фильтровального элемента, способного к соединению в единое целое с другими фильтровальными элементами, формируют фильтр путем соединения предварительно изготовленных фильтровальных элементов, при этом область соединения фильтровальных элементов выполнена с использованием взаимно дополняющих противоположных концов элементов скважинного фильтра и с возможностью удерживания строго определенной части твердых включений, присутствующих в фильтруемом флюиде, при этом протяженные заготовки или конечные фильтровальные элементы гидрофобизуют.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют протяженные заготовки в виде волокон или проволоки.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют протяженные заготовки из неорганических или полимерных органических материалов.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сформированный фильтр размещают между внешним и внутренним перфорированными или проницаемыми кожухами.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фильтр формируют из предварительно приготовленных цилиндрических фильтровальных элементов.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изготовленный фильтр выполнен с возможностью использования в качестве скважинного фильтра нижнего заканчивания.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фильтр выполнен с возможностью спуска в скважину посредством предварительного закрепления на базовой трубе с отверстиями для поступления отфильтрованного скважинного флюида, при этом внутренний кожух выполнен с возможностью выполнения функции дренажного слоя между фильтром и трубой для эффективного поступления жидкости после фильтрации в отверстия в трубе.