ЩЕЛЕВОЙ ФИЛЬТР Российский патент 2023 года по МПК E21B43/08 

Изобретение относится к горной и нефтедобывающим отраслям и может быть использовано для защиты установок погружных насосов при перекачке скважинных жидкостей с высоким содержанием механических примесей.

Известен щелевой самоочищающийся фильтр [патент RU №2715774 С1, МПК Е21В 43/08, опубл. 23.10.2019], который содержит трубу с перфорацией в виде отверстий и установленный концентрично трубе фильтрующий элемент, снабженный по торцам концевыми кольцами. Фильтрующий элемент выполнен из продольных стержней, закрепленных с образованием щелей между ними в концевых кольцах, и поперечных крепежных полос, формирующих зазор между внешней поверхностью трубы и фильтрующим элементом. Фильтр снабжен приспособлением для очистки от механических примесей, выполненным в виде надетого на фильтрующий элемент подвижного кольца. По периферии подвижного кольца закреплен упругий элемент, опирающийся на эксплуатационную колонну и имеющий сквозные отверстия, каналы или полости. На внутренней стороне подвижного кольца расположены опорно-очищающие средства. Очистка фильтра осуществляется за счет движения очищающего кольца относительно фильтрующего элемента в результате изменения длины колонны насосно-компрессорных труб при их деформации при изменении давления в них. Известным устройством достигается повышение эффективности работы щелевого фильтра в скважине за счет возможности его очистки в скважине без проведения дорогостоящих спускоподъемных операций и, как следствие, увеличение наработки скважинной насосной установки на отказ.

Известное устройство имеет ряд следующих недостатков. Невозможность контроля точного положения и перемещения очищающего кольца и, следовательно, невозможность обеспечения равномерной и гарантированной полной очистки фильтра; риск перекоса очищающего кольца, поскольку оно не имеет центрирующих элементов, обеспечивающих соосность кольца и фильтрующего элемента в процессе эксплуатации, и, как следствие, риск деформации фильтрующего элемента, нарушения его целостности и отказа фильтра.

Наиболее близким к заявляемому устройству является известный щелевой самоочищающийся фильтр [патент RU №2709580 С1, МПК Е21В 43/08, опубл. 18.12.2019], который содержит трубу, имеющую фильтровальный участок с перфорациями в виде отверстий и пазы для перемещения подвижного двустороннего упора. Вокруг трубы концентрично установлен фильтрующий элемент, выполненный в виде навитой по спирали проволоки, между витками которой формируются щели. Размер щелей регулируется посредством пружины, усилие которой превышает упругую деформацию проволоки фильтрующего элемента. На окончаниях трубы смонтированы верхний и нижний неподвижные упоры, а на внешней поверхности фильтровального участка установлены ребра жесткости. Фильтр дополнительно снабжен упругим элементом со сквозными отверстиями, каналами или полостями, который закреплен на подвижном двустороннем упоре. Фильтрующий элемент размещен между подвижным двусторонним и верхним неподвижным упорами с жестким присоединением к ним торцевых витков проволоки. Пружина расположена между двусторонним и нижним неподвижным упорами. Очистка фильтра осуществляется за счет изменения размера щелей при растяжении фильтрующего элемента за счет движения двустороннего подвижного упора при деформации колонны насосно-компрессорных труб. Известным устройством достигается повышение удобства обслуживания и эффективности работы щелевого фильтра в скважине за счет сокращения времени на его очистку и, как следствие, увеличение наработки скважинной насосной установки на отказ.

Признаками прототипа, совпадающими с признаками заявляемого устройства, являются: наличие трубы с закрепленным на ее конце неподвижным упором, при этом на поверхности трубы выполнены направляющие пазы и фильтровальный участок с перфорацией в виде отверстий, коаксиально трубе установлены фильтрующий элемент и подвижный упор, на котором закреплен упругий элемент, контактирующий с внутренней поверхностью обсадной колонны.

К недостаткам известного устройства, принятого за прототип, относится следующее. Неравномерность очистки фильтрующего элемента, поскольку он выполнен в виде спиральной пружины, а, следовательно, обладает малой жесткостью, из-за чего невозможно единовременное изменение размеров щелей на одинаковую величину. Малая жесткость фильтрующего элемента определяет его деформацию при работе, обусловливает изменение размеров щелей и ухудшение эффективности очистки жидкости. Большое количество деталей и, как следствие, низкая надежность.

Задачами, на решение которых направлено предлагаемое изобретение, являются: обеспечение эффективной работы фильтра в скважинных условиях с отделением частиц заданной крупности из потока перекачиваемой жидкости, обеспечение равномерной самоочистки и восстановление проницаемости фильтроэлемента в скважинных условиях, повышение надежности фильтра в целом.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном щелевом фильтре, включающем трубу с закрепленным на конце неподвижным упором, при этом на поверхности трубы выполнены направляющие пазы и фильтровальный участок с перфорацией в виде отверстий, установленные коаксиально трубе фильтрующий элемент и подвижный упор, на котором закреплен упругий элемент, контактирующий с внутренней поверхностью обсадной колонны согласно изобретению, содержит расположенный коаксиально трубе между упоров диаметрально расширяемый упругий элемент, установленное на диаметрально расширяемом упругом элементе поперечное крепление с возможностью изменения диаметра при деформации, при этом фильтрующий элемент состоит из вертикальных продольных стержней, установленных на поперечном креплении, например, с помощью точечной сварки.

Диаметрально расширяемый упругий элемент, выполненный, например, в виде центратора из пружинной стали 60С2ХФА, за счет деформации, вызванной перемещением под действием усилия подвижного упора вниз, обеспечивает деформацию и увеличение диаметра поперечного крепления, установленного на нем. При снятии усилия с подвижного упора за счет накопленной энергии упругой деформации диаметрально расширяемый упругий элемент обеспечивает возвращение в исходное положение всех элементов.

За счет увеличения диаметра при деформации поперечного крепления обеспечивается перемещение в радиальном направлении установленных на нем вертикальных продольных стержней и, как следствие, увеличение размера щелей, т.е. самоочистка фильтрующего элемента. Благодаря этому обеспечивается эффективная работа фильтра в скважинных условиях с отделением частиц заданной крупности из потока перекачиваемой жидкости, равномерная самоочистка и восстановление проницаемости фильтроэлемента в скважинных условиях, повышается надежность фильтра в целом.

Признаками заявляемого изобретения, отличительными от устройства-прототипа, являются: расположенный коаксиально трубе между упоров диаметрально расширяемый упругий элемент; выполненное на диаметрально расширяемом упругом элементе поперечное крепление с возможностью изменения диаметра при деформации, фильтрующий элемент, состоящий из вертикальных продольных стержней, установленных на поперечном креплении, например, с помощью точечной сварки.

Сущность заявляемого устройства поясняется рисунками, представленными на фиг. 1…5.

На фиг. 1 показана схема принципиальная заявляемого устройства в варианте исполнения скважинного фильтра в состоянии работы.

На фиг. 2 показана схема принципиальная заявляемого устройства в варианте исполнения скважинного фильтра в состоянии очистки.

На фиг. 3 показана схема принципиальная заявляемого устройства в варианте исполнения входного фильтра скважинной насосной установки в состоянии работы.

На фиг. 4 показана схема принципиальная заявляемого устройства в варианте исполнения входного фильтра скважинной насосной установки в состоянии очистки.

На фиг. 5 показан один из возможных видов диаметрально расширяемого упругого элемента в виде центратора с установленным на нем поперечным креплением.

Сущность заявляемого изобретения заключается в следующем. Щелевой фильтр (фиг.1-4), соединенный с колонной НКТ (на фиг. 1-5 не показана), состоит из трубы 1, на поверхности которой выполнены направляющие пазы 2 и фильтровальный участок с перфорацией в виде отверстий 3. В вариантах исполнения в трубе могут быть установлены заглушка 4 (фиг. 1-2) или подшипниковые узлы 5, через которые проходит вал 6 (фиг. 3-4), соединяемый с валами выше- и ниже-расположенного оборудования (на фиг. 1-5 не показано), например, посредством шлицевого соединения через муфты. На конце трубы 1 закреплен неподвижный упор 7, например, посредством установочных винтов 8. На другом конце трубы расположен подвижный упор 9, в котором закреплены элементы, перемещающиеся в пазах 2 трубы 1, например, в виде установочных винтов 10. Притом с помощью установочных винтов 10 на подвижном упоре 9 закреплен упругий элемент 11, который контактирует с внутренней поверхностью обсадной трубы 12 и может быть выполнен, например, в виде манжеты. Между неподвижным упором 7 и подвижным упором 9 коаксиально трубе 1 расположен диаметрально расширяемый упругий элемент 13, выполненный, например, в виде центратора из пружинной стали 60С2ХФА, на котором, в свою очередь, выполнено поперечное крепление 14, имеющее возможность изменять диаметр при деформации (фиг.5). Коаксиально трубе 1 расположен фильтрующий элемент 15. Фильтрующий элемент 15 состоит из продольных вертикальных стержней 16, которые установлены в точках 17 на поперечном креплении 14, например, посредством точечной сварки. Вертикальные продольные стержни 16 расположены таким образом, что между ними образованы щели 18 заданного размера.

Щелевой фильтр функционирует следующим образом.

Посредством трубы 1 с направляющими пазами 2, имеющей фильтровальный участок с перфорацией в виде отверстий 3 щелевой фильтр в вариантах исполнения устанавливается в нижней части колонны НКТ с установкой в конце трубы 1 заглушки 4, либо в составе компоновки насосной установки с размещением в трубе 1 подшипниковых узлов 5, в которых проходит вал 6, соединяемый с валами выше и ниже-расположенного оборудования, например, посредством шлицевого соединения через муфты (на фиг. 1-5 не показаны). При перемещении колонны насосно-компрессорных труб вниз или их деформации в результате повышения давления внутри них происходит перемещение фильтра вниз. При перемещении колонны насосно-компрессорных труб вверх или их обратной деформации при снижении давления внутри них происходит перемещение фильтра вверх, при этом происходит сближение неподвижного упора 7, закрепленного на конце трубы 1, например, установочными винтами 8, и подвижного упора 9, в котором закреплены элементы, перемещающиеся в пазах 2 трубы 1, например, в виде установочных винтов 10. Сближение неподвижного упора 7 и подвижного упора 9 обеспечивается благодаря наличию упругого элемента 11, например, в виде манжеты, контактирующего с поверхностью обсадной трубы 12 и тормозящего движение вверх подвижного упора 9, относительно остального фильтра. Из-за сближения неподвижного упора 7 и подвижного упора 9 происходит сжатие расположенного между ними и коаксиально трубе 1 диаметрально-расширяемого упругого элемента 13, выполненного, например, в виде центратора из пружинной стали 60С2ХФА. При деформации диаметрально расширяемого упругого элемента 13 происходит его расширение в области установленного на нем поперечного крепления 14, которое в результате тоже деформируется и увеличивается в диаметре. Расположенный коаксиально трубе 1 и диаметрально расширяемому упругому элементу 13 фильтрующий элемент 15, деформируется, так как продольные вертикальные стержни 16, из которых он состоит, закреплены на поперечном креплении 14 в точках 17, например, посредством точечной сварки. Очистка фильтрующего элемента 15 происходит из-за перемещения вертикальных продольных стержней 16 в радиальном направлении, при увеличении диаметра (расширении) поперечного крепления 14, и, как следствие, увеличения размера щелей 18. После очистки фильтрующего элемента 15 благодаря запасенной энергии упругой деформации упругим диаметрально расширяемым элементом 13 и поперечным креплением 14 происходит возвращение подвижного упора 9 и стержней 16 в исходное положение.

Таким образом, обеспечивается эффективная работа фильтра в скважинных условиях с отделением частиц заданной крупности из потока перекачиваемой жидкости, равномерная самоочистка и восстановление проницаемости фильтроэлемента в скважинных условиях, повышается надежность фильтра в целом.

Изобретение относится к горной и нефтедобывающим отраслям и может быть использовано для защиты установок погружных насосов при перекачке скважинных жидкостей с высоким содержанием механических примесей. Щелевой фильтр включает трубу с закрепленным на конце нижним неподвижным упором, при этом на поверхности трубы выполнены направляющие пазы и фильтровальный участок с перфорацией в виде отверстий. Коаксиально трубе установлены фильтрующий элемент с подвижным упором, на котором закреплен упругий элемент, контактирующий с внутренней поверхностью обсадной колонны. Новым является то, что коаксиально трубе расположен между упоров диаметрально расширяемый упругий элемент, на котором установлено поперечное крепление с возможностью изменения диаметра при деформации. Фильтрующий элемент состоит из продольных вертикальных стержней, установленных на поперечном креплении. Изобретение позволяет обеспечить эффективную работу фильтра в скважинных условиях с отделением частиц заданной крупности из потока перекачиваемой жидкости, равномерную самоочистку и восстановление проницаемости фильтроэлемента в скважинных условиях, повысить надежность фильтра в целом. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Щелевой фильтр, включающий трубу с закрепленным на конце неподвижным упором, при этом на поверхности трубы выполнены направляющие пазы и фильтровальный участок с перфорацией в виде отверстий, коаксиально трубе установлены фильтрующий элемент с подвижным упором, на котором закреплен упругий элемент, контактирующий с внутренней поверхностью обсадной колонны, отличающийся тем, что содержит расположенный коаксиально трубе между упоров диаметрально расширяемый упругий элемент и установленное на диаметрально расширяемом упругом элементе поперечное крепление с возможностью изменения диаметра при деформации, при этом фильтрующий элемент состоит из вертикальных продольных стержней, установленных на поперечном креплении.

2. Щелевой фильтр по п.1, отличающийся тем, что вертикальные продольные стержни фильтрующего элемента установлены на поперечном креплении с помощью точечной сварки.