САМООЧИЩАЮЩИЙСЯ ФИЛЬТР ДЛЯ ЗАЩИТЫ УЭЦН Российский патент 2023 года по МПК F04D29/70 E21B43/08 

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для защиты глубинных нефтяных насосов от механических примесей, содержащихся в пластовой жидкости и может быть использовано для защиты установки электроприводного центробежного насоса (УЭЦН) за счет использования реверсивного вращения.

Основным методом защиты от механических примесей является применение щелевых и проволочно-проницаемых насосных фильтров.

Из уровня техники, патент (RU) №2585612 с приоритетом от 21.04.2015 г., известен Модуль фильтрации самоочищающийся содержащий фильтроэлемент, выполненный в виде усеченного конуса, закрепленного с возможностью перекрытия кольцевого зазора между полым корпусом и концентрично расположенным кожухом, имеющим входные и выходные отверстия на боковой поверхности, полый корпус, содержащий верхний и нижний фланцы, шлицевой вал, размещенный в полости корпуса, при этом кожух со стороны входных отверстий прикреплен к корпусу в зоне нижнего фланца, отличающийся тем, что на боковой поверхности полого корпуса в зоне верхнего фланца выполнены окна, концентрично расположенный кожух герметично соединен с полым корпусом в зоне верхнего фланца, фильтроэлемент вершиной усеченного конуса прикреплен к полому корпусу в зоне входных отверстий на кожухе, далее фильтроэлемент, раскрываясь в сторону верхнего фланца, прикреплен основанием к кожуху в интервале между выходными отверстиями и герметичным соединением кожуха с корпусом.

Самым близким по своей технической сущности является устройство описанное в патенте №2305756 с приоритетом от 10.01.2006 г. фильтр скважинный самоочищающийся, состоящий из концентрически расположенных наружной, промежуточной и внутренней труб, при этом последние две снабжены отверстиями и в верхней части соединены между собой патрубком, при этом наружная труба по обоим ее торцам соединена с промежуточной трубой кольцевыми заглушками, отличающийся тем, что внутренняя труба снабжена фильтрующим элементом, размещенным в интервале отверстий, выполненных на данной трубе, эта же труба снабжена раструбом и соединена с ним продольными ребрами, при этом раструб расположен с зазором относительно промежуточной трубы и снабжен в нижней части соплом, в кольцевом зазоре между внутренней и промежуточной трубами соосно с ними размещен фильтрующий элемент, выполненный в виде обратного усеченного конуса и прикрепленный к данным трубам выше верхних отверстий, выполненных в них, при этом средние отверстия промежуточной трубы выполнены напротив раструба и снабжены фильтрующим элементом, раструб также снабжен центратором.

Но данные фильтры не предназначены для защиты УЭЦН за счет использования возможности переключения УЭЦН на реверсивное вращение.

Техническим результатом заявленного устройства самоочищающегося фильтра для защиты УЭЦН является повышение ресурса работы насоса за счет использования возможности переключения УЭЦН на реверсивное вращение.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что самоочищающийся фильтр содержит каркас, вал на котором установлены с возможностью вращения фильтрующие элементы тонкой и грубой очистки и дополнительно содержит, внешний и внутренний игольчатый подшипник и инверсионную муфту снабженную роликами, а каркас выполнен из легированной стали и состоит из удлиненных стержней треугольной формы и соединяющего их фланца-корпуса, причем фильтрующие элементы тонкой и грубой очистки статичны при прямом вращении УЭЦН, а при реверсивном вращении динамичны, при этом внутренняя часть инверсионной муфты приходит в зацепление с фильтрующим элементов грубой очистки, на котором радиально закреплен фильтрующий элемент тонкой очистки. Заявленное устройство, позволяет избежать засорения насосного фильтра, за счет возможности переключения УЭЦН на реверсное вращение. С помощью инверсионной муфты и подшипников, позволяющих использовать обратное вращение фильтра для его очистки, за счет центробежной силы и обратного выхода жидкости, которое позволяет в реверсивном вращении удалять накопившиеся механические примеси, а при прямом вращении - удерживать статичное положение фильтра для прохождения потока ГЖС в целях защиты УЭЦН от механических примесей. Треугольная равносторонняя форма сечения фильтрующих элементов из нержавеющей легированной стали позволяет создать повышенное давление на выходе жидкости из фильтра, за счет расположения основания треугольных элементов перпендикулярно по отношению к нормали осевого сечения, что в свою очередь позволяет повысить эффективность самоочистки фильтра за счет эффекта дросселирования. Стоит отметить, что проектирование фильтрующего элемента и остальных деталей основывалось на «Методические указания компании «Единые технические требования к УЭЦН, ШСНУ, НКТ и другому оборудованию для добычи нефти» №П1-01.05 П-0005 версии 6.00». Механические примеси - вынос песка (частиц породы) из пласта в ствол скважины происходит в результате разрушения пород под воздействием фильтрационного напора при определенной скорости фильтрации или перепаде давления. Вынос песка из пласта приводит к нарушению устойчивости пород в призабойной зоне, к обвалу пород и, как следствие, к деформациям эксплуатационных колонн и нередко к выходу из строя скважин. Техническими условиями регламентируется предельное содержание механических примесей в добываемой жидкости для насоса в обычном исполнении до 0,2 г/л, для насосов в износостойком исполнении - 0,5 г/л. В добываемой жидкости могут содержаться как продукты разрушения пласта, смолы, соли, парафин, так и привнесенные с дневной поверхности при ремонтах скважины или при технологических операциях механические примеси. При содержании механических примесей в откачиваемой жидкости до 1% в течение короткого времени (даже 10-15 сут.) полностью выходят из строя торцевые поверхности рабочих колес, текстолитовые шайбы, пята, уплотнения, то есть в десятки раз снижается ресурс работы насоса. При этом происходит вибрация УЭЦН, увеличивается вероятность пропуска торцевых уплотнений, что приводит к замыканию обмотки и отказу погружного электродвигателя, при сильной вибрации нередки случаи полетов УЭЦН. Отказы по причине повышенного содержания крупных взвешенных частиц (КВЧ) характерны для скважин, стимулированных ГРП. Основные осложняющие факторы при эксплуатации этих скважин - заклинивание ЭЦН, снижение притока в течение 1,5-2 мес.и переход на периодический режим эксплуатации, вынос механических примесей в продукцию скважин. Заявленная конструкция самоочищающегося фильтра для защиты УЭЦН устраняет все перечисленные выше проблемы и повышает ресурс работы насоса.

Суть технического решения поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображен самоочищающийся фильтр для защиты УЭЦН в разрезе, фланец-корпус 1, внешний игольчатый подшипник 2, фиксирующее кольцо подшипника 3, защитный кожух кабельной линии 4, стержень 5, фильтрующий элемент тонкой очистки 6; фильтрующий элемент грубой очистки 7; вал 8; инверсионная муфта 9; внутренний игольчатый подшипник 10. На фигуре 2 изображен самоочищающийся фильтр для защиты УЭЦН в сборе, фланец-корпус 1, защитный кожух кабельной линии 4, стержень 5, фильтрующий элемент тонкой очистки 6, вал 8. На фигуре 3 изображен фланец-корпус 1, защитный кожух кабельной линии 4, стержень 5, внешний игольчатый подшипник 2.

Самоочищающийся фильтр состоит из двух основных конструктивных частей:

Несущей, представляющей из себя упрочненный каркас, состоящий из упрочненных удлиненных стержней 5, стягивающий соединения фланец-корпус 1, с помощью которых самоочищающийся фильтр устанавливается между гидрозащитой и нижней секцией УЭЦН, и вращающейся, которая статична при прямом вращении УЭЦН, и динамична при реверсе.

Самоочищающийся фильтр для защиты УЭЦН работает следующим образом. В статичном состоянии, при прямом вращении УЭЦН - нефтегазожидкостный поток проходит через фильтрующий элемент тонкой очистки 6, и жестко присоединенный к нему фильтрующий элемент грубой очистки 7. Жидкость через проходные сечения в инверсионной муфте 9 поступает в нижнюю секцию УЭЦН. Фильтрующий элемент динамичен за счет внутренних 10, внешних 2 упрочненных игольчатых подшипников, которые фиксируются кольцом 3 в каркасе фланец-корпуса 1. Самоочистка фильтра осуществляется приведением во вращательное движение фильтрующих элементов 6 и 7. За счет конструкции инверсионной муфты 9, состоящей из корпуса и внутренней сквозной части, между которыми радиально располагаются ролики-подшипники и стержни-ролики, благодаря геометрическому сечению которых, при обратном вращении, происходит зацепление внутренней сквозной части и внешнего корпуса. Во избежание повреждения кабельной линии УЭЦН, он укладывается в защитный кожух кабельной линии 4.

Самоочищающийся фильтр для защиты установки электроприводного центробежного насоса (УЭЦН) относится к горной промышленности и предназначен для защиты глубинных нефтяных насосов от механических примесей, содержащихся в пластовой жидкости. Технический результат - повышение ресурса работы насоса за счет использования возможности переключения УЭЦН на реверсивное вращение. Самоочищающийся фильтр содержит каркас, вал 8, на котором установлены с возможностью вращения фильтрующие элементы тонкой 6 и грубой 7 очистки, дополнительно содержит внешний 2 и внутренний 10 игольчатый подшипник и инверсионную муфту 9, снабженную роликами. Каркас выполнен из легированной стали и состоит из удлиненных стержней 5 треугольной формы и соединяющего их фланца-корпуса 1. Фильтрующие элементы тонкой 6 и грубой 7 очистки статичны при прямом вращении УЭЦН, а при реверсивном вращении динамичны, при этом внутренняя часть инверсионной муфты 9 приходит в зацепление с фильтрующим элементом грубой 7 очистки, на котором радиально закреплен фильтрующий элемент тонкой очистки 6. 3 ил.

Самоочищающийся фильтр содержит каркас, вал, на котором установлены с возможностью вращения фильтрующие элементы тонкой и грубой очистки, отличающийся тем, что дополнительно содержит внешний и внутренний игольчатый подшипник и инверсионную муфту, снабженную роликами, а каркас выполнен из легированной стали и состоит из удлинённых стержней треугольной формы и соединяющего их фланца-корпуса, причем фильтрующие элементы тонкой и грубой очистки статичны при прямом вращении установки электроприводного центробежного насоса (УЭЦН), а при реверсивном вращении динамичны, при этом внутренняя часть инверсионной муфты приходит в зацепление с фильтрующим элементом грубой очистки, на котором радиально закреплён фильтрующий элемент тонкой очистки.