ЩЕЛЕВОЙ ФИЛЬТР Российский патент 2024 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 (НКТ) при их деформации, возникающей при изменении давления в НКТ, например, при частичном перекрытии задвижки на устье скважины. 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.

К недостаткам известного устройства относятся 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 устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является щелевой самоочищающийся фильтр [патент RU №2709580 С1, МПК Е21В 43/08, опубл. 18.12.2019], содержащий 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. Данное устройство принято за прототип.

Признаками прототипа, совпадающими с признаками заявляемого устройства, являются: наличие трубы, с закрепленными на концах верхним и нижним неподвижными упорами; на поверхности трубы выполнены направляющие пазы и фильтровальный участок с перфорацией в виде отверстий и закрепленными ребрами жесткости; коаксиально трубе установлены фильтрующий элемент с регулируемым размером щелей 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.

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 без выполнения дорогостоящих спускоподъемных операций.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном щелевом фильтре, содержащем трубу с закрепленными на концах верхним и нижним неподвижными упорами, при этом на поверхности трубы выполнены направляющие пазы и фильтровальный участок с перфорацией в виде отверстий и закрепленными ребрами жесткости, коаксиально трубе установлены фильтрующий элемент с регулируемым размером щелей и подвижный упор, на котором закреплен упругий элемент, контактирующий с внутренней поверхность обсадной колонны, согласно изобретению верхний неподвижный упор выполнен составным, состоящим из втулки и накидной гайки, и коаксиально расположен внутри подвижного упора, подвижной упор снабжен крышкой, имеющей входящие в направляющие пазы трубы элементы, между верхнем неподвижным упором и крышкой подвижного упора расположена возвратная пружина, при этом подвижный упор и нижний неподвижный упор выполнены с обращенными навстречу друг другу коническими поверхностями, фильтрующий элемент расположен концентрично нижнему неподвижному упору и подвижному упору и состоит из кольцевых пружин с закрепленными на них вертикальными продольными стержнями, имеющими опорные поверхности на торцах, на наружной поверхности трубы закреплены поперечные ребра жесткости, расположенные в кольцевом пространстве между трубой и фильтрующим элементом.

Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа – верхний неподвижный упор выполнен составным, состоящим из втулки и накидной гайки, и коаксиально расположен внутри подвижного упора; подвижной упор снабжен крышкой, имеющей входящие в направляющие пазы трубы элементы; между верхнем неподвижным упором и крышкой подвижного упора расположена возвратная пружина; подвижный упор и нижний неподвижный упор выполнены с обращенными навстречу друг другу коническими поверхностями; фильтрующий элемент расположен концентрично нижнему неподвижному упору и подвижному упору и состоит из кольцевых пружин с закрепленными на них вертикальными продольными стержнями, имеющими опорные поверхности на торцах; на наружной поверхности трубы закреплены поперечные ребра жесткости, расположенные в кольцевом пространстве между трубой и фильтрующим элементом.

Выполнение верхнего неподвижного упора составным из втулки и накидной гайки позволяет устанавливать начальное положение подвижного упора, тем самым обеспечивая регулировку размера щелей фильтрующего элемента.

Возвратная пружина обеспечивает перемещение подвижного упора в начальное положение после самоочистки фильтра, а также его фиксацию его в заданном положении.

Крышка с входящими в направляющие пазы трубы элементами обеспечивает передачу усилия от возвратной пружины подвижному упору, а также препятствует его вращению относительно трубы.

За счет того, что подвижный упор и нижний неподвижный упор имеют конические поверхности, а вертикальные продольные стержни фильтрующего элемента имеют косые торцы, которыми они опираются на эти поверхности, обеспечивается центрирование фильтрующего элемента и перемещение стержней в радиальном направлении, и, соответственно, равномерное изменение размера щелей.

Кольцевые пружины фильтрующего элемента, на которых закреплены его вертикальные продольные стержни, обеспечивают постоянный плотный контакт опорных поверхностей стержней с коническими поверхностями подвижного и нижнего неподвижного упоров, а также радиальное перемещение стержней в процессе самоочистки фильтра.

Сущность заявляемого устройства поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-5.

На фиг. 1 показан чертеж заявляемого устройства в варианте исполнения скважинного фильтра при выполнении очистки скважинной жидкости.

На фиг. 2 показан чертеж заявляемого устройства в варианте исполнения скважинного фильтра при выполнении регенерации фильтроэлемента.

На фиг. 3 показан чертеж заявляемого устройства в варианте исполнения входного фильтра скважинной насосной установки при выполнении очистки скважинной жидкости.

На фиг. 4 показан чертеж заявляемого устройства в варианте исполнения входного фильтра скважинной насосной установки при выполнении регенерации фильтроэлемента.

На фиг. 5 показан один из возможных видов кольцевой пружины.

Щелевой фильтр состоит из трубы 1 с направляющими пазами 2 и фильтровальным участком с перфорацией в виде отверстий 3 (фиг. 1 и 2). В вариантах исполнения фильтра в трубе 1 могут быть смонтированы заглушка 4 или подшипниковые узлы 5 (фиг. 3 и 4), через которые проходит вал 6. Также на трубе 1 закреплены нижний неподвижный упор 7 и втулка 8 верхнего неподвижного упора 9, например, с помощью винтов 10 и 11 соответственно, а также поперечные ребра жесткости 12, закрепленные, например, посредством сварки. Нижний неподвижный упор 7 имеет коническую поверхность 13. На втулку 8 с помощью резьбы 14 навинчена накидная гайка 15 верхнего неподвижного упора 9. Навинчивание и свинчивание накидной гайки 15 может осуществляться, например, через технологические отверстия 16 ломиком или специальным ключом. На накидную гайку 15 одним своим торцом опирается возвратная пружина 17, которая вторым своим торцом упирается в крышку 18 подвижного упора 19. Крышка 18 имеет входящие в направляющие пазы 2 элементы, выполненные, например, в виде винтов 20. Помимо этого крышка 18 притянута к подвижному упору 19, например, с помощью винтов 21, при этом между ними закреплен упругий элемент 22, контактирующий с внутренней поверхностью обсадной трубы 23. Подвижный упор 19 так же, как и нижний неподвижный упор 7, имеет коническую поверхность 24. Концентрично упорам 7 и 19 расположен фильтрующий элемент 25, состоящий из кольцевых пружин 26, на которые в точках 27 (фиг. 5) закреплены вертикальные продольные стержни 28 с образованием между ними щелей 29, например, посредством точечной сварки. Стержни 28 имеют по торцам опорные поверхности 30.

Щелевой фильтр работает следующим образом. Посредством трубы 1 с направляющими пазами 2 имеющей фильтровальный участок с перфорацией в виде отверстий 3 щелевой фильтр в вариантах исполнения подвешивается одним торцом трубы 1 на колонну НКТ, в то время, как во втором торце устанавливается заглушка 4, или монтируется как входной фильтр с присоединением торцов трубы 1 к присоединительным патрубком погружного оборудования и установкой в ней подшипниковых узлов 5, в которые устанавливается вал 6, присоединяемый своими концами, например, с помощью муфт к валам погружного оборудования (на фиг. 1–5 не отображено). На трубе 1 жестко закреплены нижний неподвижный упор 7 и втулка 8 верхнего неподвижного упора 9, например, винтами 10 и 11, а также поперечные ребра жесткости 12, например, посредством сварки, при этом нижний неподвижный упор 7 имеет коническую поверхность 13. На втулку 8 верхнего неподвижного упора 9 с помощью резьбы 14 навинчена накидная гайка 15, имеющая технологические отверстия 16 для ее навинчивания и свинчивания. Навинчивая и свинчивая накидную гаку 15, через опирающуюся на нее возвратную пружину 17 осуществляется осевое перемещение крышки 18 и, соответственно, соединенного с ней подвижного упора 19. Вращению подвижного упора 19 препятствуют элементы крышки 18, например, в виде винтов 20, входящие в направляющие пазы 2. При перемещении колонны насосно-компрессорных труб или их деформации в результате изменения давления внутри них, происходит движение фильтра, однако благодаря наличию закрепленного через крышку 18 к подвижному упору 19, например, винтами 21, упругого элемента 22, контактирующего с поверхностью обсадной трубы 23, обеспечивается торможение, а, следовательно, и перемещение подвижного упора 19 относительно остального фильтра в осевом направлении и деформация пружины 17. За счет того, что нижний неподвижный упор 7 и подвижный упор 19 имеют конические поверхности 13 и 24, при их сближении происходит деформация коаксиально расположенного фильтрующего элемента 25, за счет растяжения кольцевых пружин 26 в радиальном направлении. Так как на кольцевых пружинах 26 в точках 27 закреплены продольные вертикальные стержни 28, при ее деформации происходит их перемещение в радиальном направлении, и, соответственно, увеличение размера щелей 29. На всем интервале перемещения обеспечивается равномерное перемещение стержней 28 друг от друга, увеличение размера щелей 29, и центрирование фильтрующего элемента 25 за счет того, что стержни 28 имеют опорные поверхности 30. После очистки фильтрующего элемента 25 благодаря упругой энергии пружин 17 и 26 происходит обратное движение подвижного упора 19 в осевом направлении и стержней 28 в радиальном, тем самым стержни 28 принимают исходное положение, фильтроэлемент готов к работе.

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. Устройство включает трубу с закрепленными на концах верхним и нижним неподвижными упорами. На поверхности трубы выполнены направляющие пазы и фильтровальный участок с перфорацией в виде отверстий и закрепленными ребрами жесткости в кольцевом пространстве между трубой и фильтрующим элементом. Коаксиально трубе установлены фильтрующий элемент с регулируемым размером щелей и подвижный упор, на котором закреплен упругий элемент, контактирующий с внутренней поверхность обсадной колонны. Составной верхний неподвижный упор из втулки и накидной гайки коаксиально расположен внутри подвижного упора. Возвратная пружина опирается на верхний неподвижный упор и крышку подвижного упора, которая имеет входящие в направляющие пазы трубы элементы. Верхний подвижный упор и нижний неподвижный упор выполнены с обращенными навстречу друг другу коническими поверхностями, на которые опирается фильтрующий элемент, состоящий из кольцевых пружин с закрепленными на них вертикальными продольными стержнями, имеющими опорные поверхности на торцах. Обеспечивается эффективная работа фильтра в скважинных условиях, его равномерная самоочистка и восстановление проницаемости фильтроэлемента в скважинных условиях без спускоподъемных операций. 5 ил.

Щелевой фильтр, содержащий трубу с закрепленными на концах верхним и нижним неподвижными упорами и выполненными на ее наружной поверхности направляющими пазами и фильтровальным участком с перфорацией в виде отверстий, коаксиально трубе установлены фильтрующий элемент с регулируемым размером щелей и подвижный упор, на котором закреплен упругий элемент, контактирующий с внутренней поверхность обсадной колонны, при этом на наружной поверхности трубы закреплены поперечные ребра жесткости, расположенные в кольцевом пространстве между трубой и фильтрующим элементом, отличающийся тем, что верхний неподвижный упор выполнен составным, состоящим из втулки и накидной гайки, и коаксиально расположен внутри подвижного упора, подвижный упор снабжен крышкой, имеющей входящие в направляющие пазы трубы элементы, между верхнем неподвижным упором и крышкой подвижного упора расположена возвратная пружина, при этом подвижный упор и нижний неподвижный упор выполнены с обращенными навстречу друг другу коническими поверхностями, фильтрующий элемент расположен концентрично нижнему неподвижному упору и подвижному упору и состоит из кольцевых пружин с закрепленными на них вертикальными продольными стержнями, имеющими опорные поверхности на торцах.