Шламоуловитель надпакерный Российский патент 2023 года по МПК E21B37/00 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для улавливания механических примесей над пакером в межтрубном пространстве (межтрубье) скважины между технологической колонной и эксплуатационной колонной.

Известен также шламоуловитель скважинный надпакерный (патент RU № 2588111, МПК Е21В 37/00, опубл. 27.06.2016 Бюл. № 18) включает патрубок, закрепленные на патрубке пары металлических колец, поддерживаемые ребрами жесткости, размещенные в каждой паре металлических колец между металлическими кольцами верхний и нижний герметизаторы межтрубного пространства в виде плоского кольца, отверстия в каждой паре металлических колец и герметизаторе, при этом количество отверстий в верхней и нижней парах металлических колец и герметизаторах одинаковое, отверстия расположены на диаметрах, углы между которыми одинаковые, пары металлических колец и герметизаторы установлены так, что в проекции на горизонтальную плоскость диаметры, на которых находятся отверстия в верхней паре металлических колец и герметизаторе и нижнем металлическом кольце и герметизаторе, расположены под углом друг к другу, равным половине угла между соседними диаметрами одной пары металлических колец и герметизатора, отношение диаметров отверстий верхней пары металлических колец и герметизатора к диаметрам отверстий нижней пары металлических колец и герметизатора составляет (6-10):(1-4) мм соответственно, при этом отверстия располагают из расчета равенства расстояния между соседними отверстиями, между каждым отверстием и краем герметизатора и патрубком.

Недостатками данного шламоуловителя являются сложность в изготовлении и ремонте из-за наличия разных по размеру отверстий, которые устанавливают под точными углами относительно друг друга и ничем не перекрыты, что позволяет части механических примесей осаждаться непосредственно на пакер, что может затруднить извлечение пакера из скважины.

Известен также надпакерный уловитель механических примесей (патент на ПМ RU № 166989, МПК Е21В 37/00, опубл. 20.12.2016 Бюл. № 35), состоящий из патрубка насосно-компрессорной трубы (НКТ), фильтрующих элементов с внешним диаметром, равным внутреннему диаметру эксплуатационной колонны, причем каждый фильтрующий элемент состоит из двух резиновых колец с фильтрационными отверстиями, зажимаемых двумя металлическими кольцами, присоединяемыми к патрубку насосно-компрессорной трубы с помощью сварки, при этом между резиновыми кольцами установлено кольцо из металлической сетки, при этом содержит дополнительный подгоночный патрубок, имеющий внутреннее полимерное покрытие, и жестко установленный внутри патрубка насосно-компрессорной трубы, причем упомянутый подгоночный патрубок выполнен с возможностью установки на насосно-компрессорных трубах с внутренним полимерным покрытием.

Недостатками данного шламоуловителя являются малый срок работы из-за быстрого засорения металлической серки, расположенной на плоской поверхности, что требует частых подъемов и очисток, при этом засыпанные фильтрующие элементы создают эффект поршневания (вынос жидкости из скважины при подъеме), что может привести к изливу нефтеносной жидкости и на поверхность земли, нарушая экологию и требуя больших затрат на очистку.

Наиболее близким по своей технической сущности является уловитель механических примесей (патент на ПМ RU № 137939, МПК Е21В 43/08, опубл. 27.02.2014 Бюл. № 6), состоящий из манжет с внешним диаметром, равным внутреннему диаметру эксплуатационной колонны, причем манжеты представляют собой фильтрующий элемент, состоящий из двух резиновых колец с фильтрационными отверстиями, зажимаемых металлическими кольцами и присоединяемых к патрубку насосно-компрессорной трубы с помощью сварки, при этом между резиновыми кольцами установлено кольцо из металлической сетки, при этом снабжен центраторами, представляющими собой прямоугольные металлические призмы, присоединяемые к патрубку с помощью сварки, выше и ниже манжет.

Недостатками данного шламоуловителя являются малый срок работы из-за быстрого засорения металлической серки, расположенной на плоской поверхности, что требует частых подъемов и очисток, при этом засыпанные фильтрующие элементы создают эффект поршневания (вынос жидкости из скважины при подъеме), что может привести к изливу нефтеносной жидкости и на поверхность земли, нарушая экологию и требуя больших затрат на очистку.

Техническим результатом предполагаемого изобретения является создание шламоуловителя надпакерного, позволяющего увеличить срок работы в скважине за счет воронкообразных манжет и наличия промывочных сопел, располагаемых под фильтрационными отверстиями для промывки фильтрующих элементов потоком снизу, исключая также эффект поршневания при подъеме шламоуловителя надпакерного на поверхность и защищая экологию окружающей среды.

Техническое решение осуществляет шламоуловитель надпакерный, включающий устанавливаемый выше пакера патрубок, на котором установлены последовательно верхняя и нижняя манжеты, расположенные между металлическими упорами, фиксируемыми на поверхности патрубка, причем манжета изготовлена из парных упругих элементов, между которыми установлен соответствующий фильтрующий элемент, упругие элементы при этом снабжены фильтрационными отверстиями, расположенными равномерно по периметру и направляющими поток жидкости через фильтрующий элемент.

Новым является то, что у каждой манжеты упоры, упругие и фильтрующий элементы изготовлены конусными, расширяющимися снизу вверх, верхний упор снабжен внутренними ребрами жесткости, исключающими складывание манжет при спуске, патрубок внутри ниже манжет оснащен осевым клапаном, пропускающим снизу вверх, и кольцевой камерой, расположенной снаружи между клапаном и нижней манжетой и сообщенной радиальными каналами с внутренним пространством патрубка, сверху камеры расположены сообщенные с камерой сопла, выход которых направлен снизу на соответствующее фильтрационное отверстие манжет, причем каждое сопло оснащено подпружиненным клапаном, открывающимся при давлении, превышающим давление столба жидкости в патрубке

Новым является также то, что пропускная способность фильтрующего элемента нижней манжеты меньше пропускной способности фильтрующего элемента верхней манжеты.

На фиг. 1 изображен общий вид шламоуловителя надпакерного.

На фиг. 2 изображен продольный разрез шламоуловителя надпакерного.

Шламоуловитель надпакерный включает в себя устанавливаемый выше пакера (не показан) патрубок 1 (фиг. 1 и 2), на котором установлены последовательно верхняя 2 и нижняя 3 манжеты, расположенные между соответствующими металлическими упорами 4 и 5, фиксируемыми на поверхности патрубка 1. Каждая манжета 2 или 3 изготовлена из парных упругих элементов 6 и 7 с диаметром равным внутреннему диаметру эксплуатационной колонны скважины (не показаны), между которыми установлен соответствующий фильтрующий элемент 8. Упругие элементы 6 и 7 при этом снабжены фильтрационными отверстиями 9, расположенными равномерно по периметру и направляющими поток жидкости через фильтрующий элемент 8. У каждой манжеты упоры 4 или 5, упругие 6 и 7 и фильтрующий 8 элементы изготовлены конусными, расширяющимися снизу вверх. Рекомендуемый угол α (фиг. 2) при вершине этих конусов 4, 5, 6, 7 и 8 равен 80º÷120º, так как при угле α˃120º практически отсутствует сбор механических примесей и шлака в нижней внутренней части манжет 2 и 3 у патрубка 1, что приводит к быстрому засорению фильтрующих элементов 8 (примерно в 2 раза увеличивается межремонтный период при 80º≤α≤120º), а при α˂80º - увеличиваются габариты и масса манжет 2 и 3 при незначительном росте эффективности. Верхний упор 4 (фиг. 1) снабжен внутренними ребрами жесткости 10, исключающими складывание манжет 2 или 3 при спуске. Патрубок 1 (фиг. 2) внутри ниже манжет 2 и 3 оснащен осевым клапаном 11, пропускающим снизу вверх, и кольцевой камерой 12, расположенной снаружи между клапаном 11 и нижней манжетой 3 и сообщенной радиальными каналами 13 с внутренним пространством патрубка 1. Сверху камеры 12 расположены сообщенные с камерой 12 сопла 14, выход 15 каждой из которых направлен снизу на соответствующее фильтрационное отверстие 9 манжет 4 и 5. Каждое сопло 14 оснащено поджатым пружиной 16 клапаном 17, открывающимся при давлении, превышающим давление столба жидкости в патрубке. Для более равномерного распределения задерживаемых манжетами 2 и 3 механических примесей и шлама рекомендуется делать пропускную способность фильтрующего элемента 8 нижней манжеты 3 меньше пропускной способности фильтрующего элемента 8 верхней манжеты 2.

Конструктивные элементы, технологические соединения и уплотнения, не влияющие на работоспособность шламоуловителя, на чертежах (фиг. 1 и 2) не показаны или показаны условно.

Шламоуловитель надпакерный работает следующим образом.

Предварительно опытным путем определяют пропускную способность фильтрующих элементов 8 (фиг. 1 и 2) верхней 2 и нижней 3 манжет (например, фильтрующий элемент 8 верхней манжеты 2 изготавливают из сетки с ячейками 2 мм, а нижней 3 – 1 мм). Снаружи патрубка 1 фиксируют (сваркой, клеем, прессовой посадкой или т.п.) нижний металлический упор 5 нижней манжеты 3, на который последовательно устанавливают соответствующий нижний упругий элемент 7, фильтрующий элемент 8 и верхний упругий элемент 6. Фильтрационные отверстия 9 верхнего 6 и нижнего 7 совмещают и располагают над соответствующими соплами 14 камеры 12, после чего поджимают и фиксируют (сваркой, клеем, прессовой посадкой или т.п.) соответствующим верхним упором 4. Аналогичным образом собирают верхнюю манжету 2, располагая фильтрационные отверстия 9 над соответствующими фильтрационными отверстиями 9 нижней манжеты 3.

При необходимости использования нескольких шламоуловителей (большое количество примесей и шлама в скважине – определяют технологи, обслуживающие скважину) можно собрать аналогичным образом несколько патрубков 1 (фиг. 2) с манжетами 2 и 3 и последовательно соединить между собой (например, при помощи резьб 18, муфт, фланцев или т.п. – последнее не показано).

Патрубок 1 (фиг. 2) при помощи, резьб 18, муфт или фланцев (последние не показаны) соединяют снизу с пакером, а сверху с технологической колонной (не показана), на которой спускают в скважину в интервал установки пакера (чаще всего выше вскрытого продуктивного пласта). При спуске скважинная жидкость фильтрационные отверстия 8 упругих элементов 6 и 7 манжет 2 и 3 и открытый осевой клапан 11, не мешая спуску шламоуловителя надпакерного. Ребра жесткости 10 (фиг. 1) верхнего упора 4 исключают складывание манжет 2 или 3 потоком жидкости при спуске. После установки пакера скважину запускают в работу в виде добывающей после спуска скважинного насоса (не показан). При этом механические примеси и шлам, находящийся в скважине, оседают на манжеты 2 и 3 и задерживаются их фильтрующими элементами 8. Клапаны 17 (фиг. 2) сопел 14 остаются закрытыми, так как пружины 16 рассчитаны на удержание клапанов в закрытом состоянии при давлении столба жидкости, находящегося в патрубке 1 и технологической колонне.

Для промывки фильтрующих элементов 8 манжет 2 и 3 через соответствующие фильтрационные отверстия 9 скважину для добычи продукции останавливают, а в технологическую колонну и патрубок 1 нагнетают жидкость (техническую воду, воду с углеводородным растворителем, воду с поверхностно активными веществами (ПАВ), воду с газом и/или т.п.). Осевой клапан 11 от перепада давления закрывается, не пропуская жидкость сверху вниз, которая через радиальные каналы 13 поступает в камеру 12, открывает клапан 17, сжимая пружину 16, и потоком через соответствующие выходы 15 сопел 14 промывает фильтрующие элементы 8 манжет 2 и 3, проходя через соответствующие фильтрационные отверстия 9. Это все в совокупности дополнительно повышает межремонтный период шламоуловителя надпакерного как минимум в 2,5 раза, увеличивая его срок работы по сравнению с наиболее близким аналогом как минимум в 5 раз

По завершению работы пакер снимают или срывают, затем в в технологическую колонну и патрубок 1 нагнетают воздух, который аналогично жидкости потоком через выходы 15 сопел 14 прочищает фильтрующие элементы 8 манжет 2 и 3, проходя через соответствующие фильтрационные отверстия 9, и выдавливает жидкость из технологической колонны и патрубка 1 наружу, исключая ее излив при подъеме технологической колонны, на которой пакер вместе с шламоуловителем надпакерным поднимают на поверхность. При этом скважинная жидкость сливается через фильтрационные отверстия 9 манжет 2 и 3 и фильтрующие элементы 8, исключая поршневание и излив на поверхность.

После отсоединения от пакера и технологической колонны патрубка 1 (фиг. 2), фильтрующие элементы 8 через фильтрационные отверстия 9 очищают и промывают от механических примесей и шлама, после чего шламоуловитель надпакерный готов для дальнейшего использования.

Предлагаемый шламоуловитель надпакерный позволяет увеличить срок работы в скважине за счет воронкообразных манжет и наличия промывочных сопел, располагаемых под фильтрационными отверстиями для промывки фильтрующих элементов потоком снизу, исключая также эффект поршневания при подъеме шламоуловителя надпакерного на поверхность и защищая экологию окружающей среды.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для улавливания механических примесей над пакером в межтрубном пространстве скважины. Устройство включает устанавливаемый выше пакера патрубок, на котором установлены последовательно верхняя и нижняя манжеты, расположенные между металлическими упорами, фиксируемыми на поверхности патрубка. Манжета изготовлена из парных упругих элементов, между которыми установлен соответствующий фильтрующий элемент. Упругие элементы снабжены фильтрационными отверстиями, расположенными равномерно по периметру и направляющими поток жидкости через фильтрующий элемент. У каждой манжеты упоры, упругие и фильтрующий элементы изготовлены конусными, расширяющимися снизу вверх. Верхний упор снабжен внутренними ребрами жесткости, исключающими складывание манжет при спуске, патрубок внутри ниже манжет оснащен осевым клапаном, пропускающим снизу вверх, и кольцевой камерой, расположенной снаружи между клапаном и нижней манжетой и сообщенной радиальными каналами с внутренним пространством патрубка. Сверху камеры расположены сообщенные с камерой сопла, выход которых направлен снизу на соответствующее фильтрационное отверстие манжет. Каждое сопло оснащено подпружиненным клапаном, открывающимся при давлении, превышающем давление столба жидкости в патрубке. Увеличивается срок работы в скважине, исключается эффект поршневания, защищается экология окружающей среды. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Шламоуловитель надпакерный, включающий устанавливаемый выше пакера патрубок, на котором установлены последовательно верхняя и нижняя манжеты, расположенные между металлическими упорами, фиксируемыми на поверхности патрубка, причем манжета изготовлена из парных упругих элементов, между которыми установлен соответствующий фильтрующий элемент, упругие элементы при этом снабжены фильтрационными отверстиями, расположенными равномерно по периметру и направляющими поток жидкости через фильтрующий элемент, отличающийся тем, что у каждой манжеты упоры, упругие и фильтрующий элементы изготовлены конусными, расширяющимися снизу вверх, верхний упор снабжен внутренними ребрами жесткости, исключающими складывание манжет при спуске, патрубок внутри ниже манжет оснащен осевым клапаном, пропускающим снизу вверх, и кольцевой камерой, расположенной снаружи между клапаном и нижней манжетой и сообщенной радиальными каналами с внутренним пространством патрубка, сверху камеры расположены сообщенные с камерой сопла, выход которых направлен снизу на соответствующее фильтрационное отверстие манжет, причем каждое сопло оснащено подпружиненным клапаном, открывающимся при давлении, превышающем давление столба жидкости в патрубке.

2. Шламоуловитель надпакерный по п. 1, отличающийся тем, что пропускная способность фильтрующего элемента нижней манжеты меньше пропускной способности фильтрующего элемента верхней манжеты.