Устройство для очистки фильтра вСКВАжиНЕ Советский патент 1981 года по МПК E21B43/08 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промьшшенности, в частности к устройствам, служащим для очистки фильтрующих элементов от засорения в условиях скважины. Известно устройство для очистки фильтрующего элемента в скважине, в котором после спуска фильтра в скважину производят замену глинистого раствора на нефть и воду. Затем удаляют изоляцию фильтра и производят прокачку яидкости изнутри через фильтр. При этом глинистая корка отделяется от наружной фильтрующей поверхности и тем самым восстана; ливается проницаемость фильтра (||. Недостаток конструкции забойного фильтра - низкая долговечность работ фильтрующего элемента на забое скважины. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для очистки фил ра в скважине, содержащее гидроцилиндр с силовым поршнем, переходник кожух со скребками, фильтрующий элемент, установленный на эксплуатационной колонне{2. Недостатком этого устройства является использование для перемещения кожуха со скребками наземного механизма, связанного с кожухом через длинное связующее звено-колонну насоснокомпрессорных труб; необходимость иметь на скважине источник давления для привода в действие механизма перемещения кожуха и для промывки фильтра,а также остановка скважины при проведении работ по очистке фильтра . Цель изобретения - повьшение долговечности работы фильтруюп;его элемента на забое скважины путем его самоочистки. Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено распределителем с золотником, подпружиненным двухступенчатым дифференциалbtMM клапаном, тягой с колытеиыми тп.штупами и коромыслом, связанным с золотником, причем поршень выполнен полым с двумя-полыми силовыми штоками, нижний из которых прикреплен к фильтрующему элементу, а верхний установлен с возможностью порчередиого взаимодействия с кольцевыми выступами тяги, полость иад золотником сообщеИа обводными каналами с полостью над поршнем и каналом в золотнике с полостью в поршне, а полость под золотником сообщена обводными каналами с полостью под поршнем и каналами со скважинным пространством,, полостью над дифференциальным кпапаном и полостью в поршней

Кроме того, с целью предохранения фильтрующего элемента от смятия при спуске в скважину, заполненную глинистым раствором, переходник снабжен втулкой и выполнен с обводным и радиальным каналами в нижней части, причем втулка установлена с возможностью поочередного перекрытия каналов переходника .

При этом с целью подачи глинистого раствора в полость скважины и защиты внутренней полости устройства и фильтрующего элемента при извлечении их из скважины, переходник снабжен дополнительной втулкой и вьтолнен с дополнительными радиальными каналами в верхней чАсти, причем дополнительная втулка установлена с возможностью перекрытия дополнительных -радиальных каналов в исходном положении.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство для очистки фклътров в скважине,разрез, -в положении замены глинистого раствораj на фиг.2 - то . же, в момент очистки фильтрующего элемента и начала его работы; на фИг.З - золотниковый клапан для переключения потока скважинной жидкости.

Устройство для очистки фильтров состоит из корпуса 1 с гидроцилиндром 2, установленным в нем с возможностью перемещения кольцевым поршнем 3i выполненным заодно с верхним штоком 4 и нижним штоком 5, которые соединеш 1 сквозным осевым каналом. На нижнем конце корпуса жестко закреплен имеющий продольные окна кожух 6 со скребками 7 на его внутренней пойерхности. Нижний шток .5 уплотнен относительно верхнего конца кожуха 6 и жестко связан с фильтром 8. Верхним концом корпус 1 жестко соединен

с корпусом канала 9 с цилиндрической расточкой 10. Внутри цилиндрической расточки 10 установлен двухступенчатый дифференциальный клапан 11, опираюпщйся на пружину 12. Корпус канала 9 своим верхним концом соединен с распределителем 13, который, в сво очередь,, неподвижно соединен с переходником 14.

В осевом канале 15 переходника 14 установлены на срезных штифтах нижняя втулка 16, перекрывающая в исходном положении обводной канал 17, и верхняя втулка 18, перекрывающая радиальньш отверстия 19 в стенке переходника 14. Нижняя втулка 16 расположена в осевом канале I5 переходника 14 над радиальными отверстиями 20.

Диаметр проходного отверстия верхней втулки I8 больше диаметра проходного отверстия нижней втулки 16. Внутренняя полость корпуса канала 9 и распределителя 13 связаны постоянно каналом 21 с обводным каналом 17 в переходнике 14. Внутри распределителя 13, корпуса канала 9 двухступенчатого дифференциального клапана I1, рерхнаго штока 4 проходит тяга 22 с кольцевыми выступами 23 в средней части и кольцевым выступом 24 на нижнем конце. Тяга 22 установлена с возможностью перемещения и взаимодействия с вилкой 25 иа торце верхнего штока 4. Верхний конец тяги 22 посредством головки 26 взаимодействует с коромыслом 27 (например, плоской пружиной, имеющей только два устойчивых положения).

Коромысло 27 постоянно взаимодействует своим концом с золотником 28, установленным в цилиндрической расточке 29 распределителя 13.

Полость над золотником 28 постоянно связана обводным каналом 30 с надпоршневой Полостью гидроцилиндра 2. Полость под золотником 28 в цилиндрической расточке 29 постоянно связана обводным каналом 31 с подпоршневой полостью гидроцилиндра 2 и каналом 32 с полостью над двухступенчатым дифференциальным клапаном 11 циливдрической расточки 10. Обводные каналы 30 и 31 условно вынесены за предепы устройства. Полость над зоЛОТ1НИКОМ 28 соединяется периодически радиальным каналом 33 с полостью скважины и через канал 34 в золотнике 28 и канал 35 в теле распределителя 13 с его внутренней, полостью. Полость подзолотником 28 периодически соединяется радиальным кана лом 36 с полостью скважины и через канал 37 в золотнике 28,и канал 38 в распределителе 13 с его внутренне полостью. При соединении, полости по золотником 28 с надпоршневой полостью гидроцилиндра 2 подпоршневая полость одновременно соединяется через канал 37 в золотнике 28 и канал 38 с внутренней полостью устрой ства и наоборот. Внутренняя полость фильтра 8 переходит во внутреннюю полость нижне штока 5 и верхнего штока и связана через отверстия 39 в двухступенчатом дифференциальном клапане 11 с внутренней полостью корпуса канала 9 и распределителя 13. Фильтр 8 может состоять из нескольких секций. На -конце фильтра 8 установлен клапан 40 прямой промывки. Фильтр 8 и скребки 7 могут иметь различное конструктивное исполнение. Устройство для очистки фильтров работает следующим образом. На насосно-компрессорных трубах, присоединенных к верхнему концу переходника 14, устройство опускает ся в скважину, заполненную глинистым раствором, который доливают так же внутрь труб при спуске. Глинистый раствор подается в сква жину через радиальные отверстия 20 в стенке переходника 14. Внутренние полости фильтра 8 и устройства запол нены фильтратом глинистого раствора и изолированы от внутренней полости насЬсно-компрессорных труб нижней втулкой 16, перекрывающей проходное сечение обводного канала 17. По окон чании спуска устройства для очистки фильтра вместе с секцией фильтра 8, связанной с нижним концом нижнего штока 5, до заданной глубины насосно компрессорные трубы подвешивают на фонтанной арматуре и осуществляют замену глинистого раствора в скважине и ее промывку. После промывки сквазшны внутрь колонны насосно-компрессорных труб бросают шар такого диаметра, который проходит свободно в осевом канале дополнительной втулки 18 и перекрывает проходное сечение осевого канала нижней втулки 16. 1« При этом давление над нижней втулкой 16 повышается. Нижняя втулка 16 срезает штифт и опускается в осевом канале 15 переходника 14 вниз, открывает проходное сечение обводного канала 17 и закрывает радиальные отверстия 20. Фильтр 8 находится в крайнем нижнем положении. Осуществляют промывку фильтра 8 подачей промывочной жидкости .изнутри, по насосно-компрессорным трубам. Рлинис-. ая корка на наружной поверхности фильтра 8 отваливается, и он готов ,к работе. Избыток промывочной жидкости выходит в скважину через клапан 40 прямой промывки и выносит отмытые глинистые частицы и песок на поверхность. Пластовая жидкость начинает поступать через фильтр 8 во внутреннюю полость устройства и далее по каналам 21, обводному каналу 17 поступает в осевой 15 переходника 14 и по колонне насосно-компрессорных труб подается на поверхность. При этом на фильтре 8 существует определенный перепад давления, поскольку фильтр 8 является местным соп ротивлением. Давление пластовой жидкости внутри фильтра; 8 и устройства для самоочистки меньше, чем в полости скважины. При засорении поверхности фильтра 8 перепад давления на нем растет. Давление пластовой жидкости через радиальный канал 36 передается во внутреннюю полость под золотником 28, который элементом 27 переведен в верхнее положение, при опускании фильтра 8 - в нижнее положение. Из полости под золотником 28 пластовая жидкость по обводному каналу 31 подается в подпоршневую полость . гидроцйлиндра 2. Одновременно пластовая жидкость по каналу 32 подается внутрь цилиндрической расточки 10 корпуса канала 9 в подпоршневую полость над двухступенчатым клапаном 11. Надпоршневая полость гидроцилиндра 2 по обводному каналу 30 связана с полостью над золотником 28 и соединяется через канал 34 в золотнике 28 и канал, 35 в теле р51спределителя 13с внутренней полостью устройства. Поддействием перепада давления кольцевой поршень 3 вместе с верхним штоком 4 и нижним штоком 5 перемещаются вверх внутри гидроцилиндра 2 корпуса Г, а двухступенчатый диффёрейциапьный клапан 11 давлением пластовой жидкос ти на кольцевую площадь в надпоршневой ПОЛОСТИв корпусе канала 9 перемещается вниз внутри цилиндрической расточки 0, преодолевая при этом сопротивление пружины 12 и избыточного давления очищенной пластовой жидкости, находящейся внутри фильтра 8 и гидроцилиндра 2. Избыточное давление создается действием верхнего штока 4, связанного с кольцевым порш нем 3, на очищенную пластовую жидкость. Площадь поперечного сечения в надпоршневой полости корпуса канала двухступенчатого поршня клапана П больше площади поперечного сечения верхнего штока 4 в несколько раз. Двухступенчатый дифференциальный кла .пан 1i надежно перекрывает проходное сечение гидроцилиндра 2 корпуса 1 при соблйдении условия Р 5,, + , где Р - давление пластовой ; жидкости: площадь поперечного сечения кольцевой полостиj Рпр усилие, развиваемое пружиной под двухступенчатым поршнем-клапаном; , площадь поперечного сечения верхнего штока. В этом случае очищенная пластовая жидкость изнутри гидроцилиндра 2 и фильтра 8 начинает протекать через . фильтрующий элемент 8 в полость сква жнны и промьшает его. При движении кольцевого поршня 3 с верхним 4 и нижним штоком 5 вверх внутри гидроцилиндра 2 фильтр 8 своей наружной поверхностью перемещается относительно скребков 7 и очищает ся от отложений. При подходе кольцевого поршня 3 с верхним штоком 4 к верхнему положению вилка 25 взаимодействует с кольцевым утолщением. 23 тяги 22 и толкает ее вверх. Тяга 22 головкой 26 действует на коромысло 27. Коромысло 27 занимает другое крайнее положение и при этом переключает своим концом золотник 28 в цилиндрической расточке 29 расп ределителя 1 3. Золотник 28 перекры-i вает радиальное отверстие 36 и открывает радиальное отверстие 33. Одновременно полость под золотником 28 соединяется каналом 37 и каналом 38 с внутренней полостью устройства, и полость над золотником 28 изолируется от внутренней полости устройства разм 1канием канала 34 от канала 35 в распределителе 13. При этом пла товая жидкость начинает поступать в надпоршневую полость гидроцилиндра 2 корпуса 1, и кольцевой поршень 3 начинает двигаться совместно с верхним 4 и нижним 5 штоками и фильтром 8 в нижнее положение. Двухступенчатый дифференциальный клапан 11 усилием пружины 12 устанавливается в нейтральное положение и тем самым открывает проход для течения очищенной пластовой жидкости по каналу 21 в распред1алителе 13 и обводному каналу 17 в переходнике 14. При подходе кольцевого поршня 3 совместно с нижним штоком 5 и фильтром 8 к крайнему нижнему положению вилка 25 на-торце верхнего штока 4 взаимодействует с кольцевым выступом 24 и тянет тягу 22 вниз. Тяга 22 головкой 26 взаимодействует с коромыслом 27 и переключает ее в начальное положение. Коромысло 27 тем самым переключает золотник 2& в крайнее верхнее положение. Пластовая жидкость вновь подается в подпоршневую полость гидроцилиндра 2, и процесс повторяется до тех пор, пока не -очищается полностью фильтр 8. Устройство для очистки фильтра включается в работу при определенном перепаде давления, возникаемом на фильтре при его засорении. При проведении планового ремонта скважины и ревизии фильтров производят подъем устройства для очистки фильтра и фильтр 8 на поверхность. Перед этим производят подачу воды с поверхности внутрь устройства. Вода проходит через фильтр 8 и клапан 40 прямой промывки в скважину, осуществляя промывку ее от шлама. Затем в насосно-компрессорные трубы бросают шар большого диаметра, который перекрьшает осевой канал верхней втулки 18. Верхняя втулка 18 срезает штифты и опускается в осевой канал 15 переходника 14 вниз до посадки на нижнюю втулку 16. При том открываются радиальные отверстия 19 и закрывается проходное сечение ободного канала 17. Скважину через раиальные отверстия 19 задавливают глинистым раствором и производят опеацию по подъему устройства для самоочистри фильтра на поверхность. Экономический эффект от использования предлагаемого изобретения слагается из сокращения времени простоя скважины при проведении очистки филь ра. Возможность самоочистки фильтра на забое скважины, позволяет применять фильтр с большей улавливающей способностью, что позволяет уменьшить вынос песка на поверхность. Устройство для самоочистки фильтра может работать при перепаде давления между полостью скважины и внут ренней полостью фильтра порядка 510 атм и более. Время простоя скважины при очистке фильтра сокращается в 2-5 раз. Формула изобретения 1. Устройство дпя очистки фильтра в скважине, содержащее гидроцилиндр с силовым поршнем,, переходник, кожух со скребками, фильтрующий элемент, установленный на эксплуатационной колонне, отличающееся тем, что, с целью повьшения долговечности работы фильтрующего элемента на забое скважины путем его самрочистки, оно снабжено распределителе с золотником, подпружиненным двухсту пенчатым дифференциальным клапаноЯ, тягой с кольцевыми выступами и коромыслом, связанным с золотником, причем поршень выполнен полым с двумя полыми силовыми штоками, нижний из которых прикреплен к фильтрующему элементу, а верхний установлен с воз можностью поочередного взаимодействия с кольцевыми выступами тяги, полость над золотником сообщена обводн ми каналами с полостью над поршнем и каналом в золотнике с полостью в поршне, а полость под золотником сообщена обводными каналами с полостью под поршнем и каналами со скважинным пространством, полостью над дифференциальным клапаном и полостью в поршне. 2.Устройство по П.1, о т л и чающееся тем, .что, с целью предохранения фильтрующего элемента от смятия при спуске в скважину, заполненную глинистым раствором, переходиик снабжен втулкой и выполнен с обводным и радиальным каналами s нижней части, причем втулка установлена с возможностью поочередного перекрытия каналов переходника. . 3.Устройство по п.2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью подачи глинистого раствора в полость скважины и защиты внутренней полости устройства и фильтрующего элемента при извлечении их из скважины, переходнйк снабжен дополнительной втулкой и выполнен с дополнительными радиальными каналами в верхней части, причем дополнительная втулка установлена с возможностью перекрытия дополнитепьных радиальных кангшов в исходном положений.. , Источники информации, принятые во внимание при экспертизе }. Авторское свидетельство СССР К 234293, кл. Е 21 В 43/08. 2. Патент США № 3901320, кл. 166-31.1, 1975 (прототип).

JJ

2/

-t9

-И