Скважинный фильтр Советский патент 1993 года по МПК E21B43/08 

Изобретение относится к горной промышленности, а точнее к нефтегазодобыва- . кущей, и может применяться для борьбы с .поступлением песка в скважинную колонну труб. . -.- : ;ч: :-: .- . --

Целью изобретения является снижение величины механических воздействий на фильтрэлементы.

На фиг. 1 и 2 изображен скважинный фильтр в разрезе.

Скважинный фильтр (фиг, 1) включает перфорированную трубу 1, соосно и с зазором с которой установлены металлокерами- ческие фильтрующие элементы 2 сферической формы с разделительными

прокладками-кольцами 3. Поверхности торцевых частей 4 фильтрэлемента 2 выполнены по форме в .виде сферической поверхности с радиусом RL Боковые наружная и внутренняя поверхности также выполнены в виде сферических поверхностей соответственно с радиусом R2 и Ra. Эти три сферические поверхности сопряжены друг с другом плавными кривыми, а именно RI и RJ - кривой п, a R2 и Ra - кривой Г2. При этом по величине Ra RG.

; . Труба 1 является насосно-компрессион- нрй Трубой, соединяющей фильтр 2 и насос (насос на рис. 1, условно не показан), который расположен выше секции фильтра.

ч

00

00

ю

Сборка секции скважинного фильтра производится на перфорированной трубе 1, которая является несущим элементом, на нижний конец которого крепится первый ме.таллокерамический фильтрэлемент 2 с помощью упругого кольца 3. Каждый фильтрэлемент 2 охватывается с торцов упругими: кольцами 3, диаметр которого чуть больше диаметра элементов 3. Такая наборная конструкция скважинного фильтра обеспечивает гибкость секции и смягчает контакты поверхностей металлокерамиччэских фильт- рэлементов 2 при касаниях стенок обсадной колонны скважины при спуске-подъеме и эксплуатации фильтра. Это усиливает преимущества фильтрэлемента со сферическими поверхностями, обладающего свойством воспринимать пониженные механические в оздей стви я. Та к ка к еёл йчи н а д а вл ен и я и з- нутри фильтра при пульсациях больше, чём наружного давления нефтяного пласта, то радиус внутренней боковой сферы выполнен, меньшим, чем радиус наружной боковой сферы фильтрэлемента. Это позволяет отражать скачки давления при меньших значениях растягивающих напряжений в металлокерамйческих стенка х:

Скважинный фильтр работает следующим образом.

При всасе поршня насоса внутри перфорированной насосно-компрессионной трубы 1 создается разряжение, которое вы- зывает переток фильтруемой жидкости (нефти) из зоны повышенного давления (т.е. из себя в пласте) в зону разряжения через фильтрующий элемент 2 в зазор (полость) между ними трубой 1, а оттуда вовнутрь трубы 1 через ее отверстия. Далее через систему клапанов жидкость поднимается на поверхность. Находящиеся в жидкости твёрдые частицы отфильтровываются и остаются на наружной поверхности фильтрэлемента 2, образуя равномерный слой песка и ила, слабо сцепленной с поверхностью фильтра. При обратном ходе поршня насоса этот слой отделяется от поверхности фильтрэлемента 2, так как внутри трубы 1 создается импульс избыточного давления и корка сползает под действием силы тяжести и регулярно оседает в забой целыми пластами. При изгибах трубы 1 сферическая форма торца фильтрэлемента 2 позволяет резко уменьшить усилие внецентренного сжатия прокладки-кольца 3 между соседними филь- трэлёментами 2. Это повышает прочность фильтра и его эффективность. Кроме того, при сферической форме торца ширина (высота) прокладкиьЗ значительно увеличивается, что позволяет увеличить упругую линейную деформацию, что снижает также

контактные напряжения в фильтрэлементе и увеличивает срок его службы.

Кроме того при сферической форме боковых поверхностей фильтрэлемента его

стенка работает на изгиб как вогнутая балка с двумя опорами, в которой часть нагрузки перераспределяется на опоры (кольца). Это снижает величину растягивающих напряжений. Выполнение радиуса внешней боковой

0 поверхности сферы больше радиуса внутренней сферы позволяет снизить уровень Механических воздействий и увеличить прочность фильтрэлемента за счет того, что при изгибах внутренней трубы, диаметр ко5 торой меньше, 4eWi диаметр скважины, большой радиус внешней боковой поверхности лучше обкатывает поверхность скважины, а меньший радиус внутренней боковой поверхности лучше обкатывает и взаимодей0 ствует с внутренней перфорированной трубой. Это снижает величину напряжений в фильтрэлементе, возникающих при нагрузках. Кроме того, скругленная, т.е. более рациональная, чем плоская форма боковых

5 поверхностей, лучше противостоит и отражает пульсации (скачки) как внешнего так и внутреннего давления, возникающие при работе поршневых нефтяных насосов за счет того, что ударная волна плавно огибает

0 сферу своими фронтом. .

Для фильтрования используется вся поверхность фильтрэлемента 2, поэтому жидкость равномерно просачивается через ее стенку с малой скоростью, при которой рез5 ко уменьшается количество увлекаемого жидкостью песка,

Данная конструкция фильтра не имеет пазух снаружи фильтрэлемента, в которые могли бы набиваться песок и ил, и тем са0 мым исключается задержка и образование плотной оболочки вокруг фильтрэлемента 2. Образующиеся песчано-илистые слои непрерывно сползают под действием своего веса и импульса давления с гладкой повер5 хности фильтра. Таким образом к следующему циклу движения поршня насоса рабочая поверхность фильтрующего элемента полностью очищается и цикл повторяется с сохранением высокой

.0 производительности процесса очистки неф , ти. ,- .

Металлокерамический фильтр обладает высокой прочностью и суффозионной устойчивостью, большими биологической и тер5 мической инертностью, .хорошей проницаемостью и регенеративной возможностью.

Предлагаемая конструкция скважинного фильтра повышает эффективность его ра- боты, увеличивает периоды между

промывками, сокращает капитальные затраты на замену фильтрэлёментов, обладает низкой металлоемкостью, повышает надежность нефтяного оборудования. ф о рмул а из о бр ете н и я

1. Скважинный фильтр, включающий перфорированную трубу и металлокерами- ческий фильтрующий элемент, установленный соосно с наружной стороны перфорированной трубы и с зазором отно

сительно последней, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью снижения величины механических воздействий на фильтрующие элементы, торцевые и боковые наружная и внутренняя поверхности; фильтрующего элемента выполнены сферическими и плав- но сопряженными одна с другой.

2. Фильтр по п. 1, о т л и ч а ю щи и с я тем, что радиус боковой наружной сферы больше радиуса внутренней боковой сферы.

Использование: в горной промышленности, а точнее в нефтегазодобывающей, и предназначено для борьбы с пескопроявле- ниями в скважинах, С целью снижения величины механических воздействий на фильтр-элементы. Сущность изобретения; в скважинном фильтре, включающем перфо2 рированную трубу и металлокёрамический фильтрующий элемент, установленный соосно с наружной стороны перфориров анной трубы и с зазором относительно последней, торцевые и боковые наружная и внутренняя поверхности фильтрующего элемента выполнены сферическими и плавно сопряженными друг с другом. Также радиус боковой наружной сферической поверхности выполнен большим, чем радиус боковой внутренней сферической поверхности. Применение скважинного фильтра имеет следующие преимущества: увеличение срока службы фильтра, уменьшение капитальных затрат на замену фильтрэлементов, снижение числа спуска-подъемов фильтра на поверхность, снижение величины механических воздействий на фильтрэлементы, увеличение срока службы насоса и клапанов вследствие уменьшения количества песка в нефти. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. ел с