Обзор патентов на полезную модель скважинного фильтра для очистки от механических примесей и песка

Патент РФ № 2485289 – Фильтр скважинный самоочищающийся

Фильтр скважинный самоочищающийся, включающий корпус, фильтрующий элемент, ультразвуковой излучатель, соединенный через кабель с источником электроэнергии, находящимся на поверхности земли, отличающийся тем, что ультразвуковой излучатель жестко соединен с фильтрующим элементом посредством кронштейна, а фильтрующий элемент оборудован смывателем технологической средой под давлением через систему шлангов посредством насосов, расположенных на поверхности земли.

Патент РФ № 2478775 – Скважинный фильтр

Скважинный фильтр, включающий выполненные из немагнитного материала перфорированный каркас, фильтровую рубашку в виде автономных секций с обмоткой, прокладочными элементами в виде опорных стержней и соединительные элементы, отличающийся тем, что на перфорированный каркас установлены кольцевые постоянные магниты на расстоянии друг от друга и являющиеся центраторами фильтра, обмотка фильтровой рубашки перфорированного каркаса образована внутренним и внешним слоями в виде немагнитного капронового шнура единого профиля, внутренний слой обмотки образован витками, расположенными на расстоянии друг от друга, внешний слой обмотки образован витками плотно расположенными друг к другу или в виде синтетической тканевой сетки, соединительные элементы выполнены в виде верхнего и нижнего переводника, причем верхний переводник выполнен как лево-правый, а также фильтр дополнительно снабжен отстойником, соединенным с нижним переводником и расположенным в нижней части фильтра промывочным клапаном.

Патент РФ № 2473786 – Скважинный щелевой фильтр

Скважинный щелевой фильтр, содержащий каркас, щелевой фильтровальный элемент из профилированной проволоки, установленный на каркасе, отстойник, соединенный с каркасом, и верхний патрубок, связанный с приемом насоса, отличающийся тем, что отстойник заполнен реагентом, на поверхности которого размещены гранулы с положительной плавучестью, а внизу отстойника установлен дозатор для подачи реагента в скважину.

Патент РФ № 2453682 – Скважинный фильтр

Скважинный фильтр, содержащий перфорированный каркас, размещенные на каркасе полимерные диски, образующие щели между собой, отличающийся тем, что диски выполнены из армированного скотча, на клейкой стороне которого закреплен монослой дисперсных частиц.

Патент РФ № 2446275 – Щелевой скважинный фильтр

Щелевой скважинный фильтр, содержащий перфорированную трубу, на которой установлены фильтрующие элементы, содержащие стрингеры, к внешней поверхности которых приварена проволока с образованием зазоров между витками, отличающийся тем, что применено не менее двух фильтрующих элементов, а между каждой парой фильтрующих элементов установлена пружина.

Патент РФ № 2485289

Рисунок 8 – Патент РФ № 2485289

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение производительности нефтегазодобычи, снижение массовой доли примесей и повышение срока эксплуатации фильтра.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом техническом решении, включающем корпус, фильтрующий элемент, ультразвуковой излучатель, соединенный через кабель с источником электроэнергии, находящимся на поверхности земли, согласно изобретению, ультразвуковой излучатель жестко соединен с фильтрующим элементом посредством кронштейна, а фильтрующий элемент оборудован смывателем технологической средой под давлением через систему шлангов посредством насосов, находящихся на поверхности земли. Кроме того, в качестве технологической среды используют воздух, или инертные газы или жидкости, например воду.

Соединение ультразвукового излучателя жестко с фильтрующим элементом посредством кронштейна позволяет эффективно удалять с поверхности фильтрующего элемента застрявшие твердые частицы, что повышает производительность.

Использование омывателя технологической средой позволяет комплексно быстро и качественно очищать фильтрующий элемент за счет ультразвуковых колебаний и обратного смыва. При этом пропускная способность скважины увеличивается в 1, 5 раза.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

На нем приведена схема работы фильтра скважинного самоочищающегося с основными элементами конструкции устройства.

Фильтр скважинный самоочищающийся состоит из корпуса 1, фильтрующего элемента 2, ультразвукового излучателя 3, соединенного через кабель с источником электроэнергии, находящимся на поверхности земли. Ультразвуковой излучатель 3 жестко соединен с фильтрующим элементом 2 посредством кронштейна 4, а фильтрующий элемент 2 оборудован омывателем 5 технологической средой под давлением через систему шлангов. В качестве технологической среды используют воздух или инертный газ или жидкости, например воду.

Принцип работы устройства заключается в комплексном использовании ультразвуковых колебаний и механизма обратного смыва, который представляет собой мощную гидравлическую систему, удаляющую с поверхности фильтрующего элемента 2 застрявшие твердые частицы с помощью потока либо воздуха, либо инертного газа, либо жидкости.

Процесс обработки фильтрующего элемента проводят следующим образом. В размещенном предварительно в скважине устройстве в зоне продуктивного пласта включают ультразвуковой излучатель 3 частотой сигнала 10-15 КГц и мощностью 4-6 КВт. Затем подают по системе шлангов технологическую среду в омыватель 5 под давлением, величина которого выбирается экспериментально. При воздействии ультразвукового излучателя 3 на фильтрующий элемент 2 комплексно со смывом потоком технологической среды застрявших твердых частиц происходит высокоэффективная очистка фильтрующего элемента 2.

Процесс очистки фильтрующего элемента занимает около 1-1, 5 часов, после чего процесс добычи нефти или газа возобновляется.

Предлагаемая конструкция фильтра скважинного самоочищающегося позволяет повысить производительность нефтегазодобычи и качества за счет комплексного использования ультразвуковых колебаний и механизма обратного смыва, который представляет собой мощную гидравлическую систему, удаляющую с поверхности фильтрующего элемента застрявшие твердые частицы. При этом повышается срок эксплуатации фильтра.

Патент РФ № 2439293

Рисунок 9 - Патент РФ № 2439293

Задачей заявляемого технического решения является увеличение времени работы фильтра за счет удаления частиц с фильтрующей поверхности в процессе работы.

Поставленная задача решается тем, что скважинный фильтр, включающий перфорированную трубу с муфтой, проволочную обмотку, ребра, расположенные по спирали, снабжен перфорированным защитным кожухом, ловильной камерой, ребра выполнены на внутренней поверхности защитного кожуха, между кожухом и трубой в верхней и нижней частях установлены кольца, причем нижнее кольцо выполнено с отверстиями, соединяющими пространство между трубой и защитным кожухом с ловильной камерой, направление проволочной обмотки и рядов отверстий трубы противоположно направлению ребер и рядов отверстий на кожухе, внутреннее пространство трубы отделено от ловильной камеры крышкой. Поток жидкости, поступивший в фильтр, меняет направление своего движения, при этом твердые частицы приобретают на некоторое время тангенциальную скорость, равную нулю, и под действием силы тяжести и других сил оседают в ловильную камеру.

На фиг.1 изображен вид скважинного фильтра - продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;

Скважинный фильтр (фиг.1-3) состоит из перфорированной трубы 1 с выполненными на ее поверхности рядами отверстий 2 и муфты 3, проволочной обмотки 4, намотанной на трубу 1 с зазором между ее витками, размер которого должен быть равен минимальному размеру задерживаемых частиц, ребер 5. Проволочная обмотка 4 может быть нанесена в несколько слоев. Защитный кожух 6 выполнен в виде перфорированной трубы, на его поверхности выполнены ряды отверстий 7. Перфорированные отверстия 2 и 7 на трубе 1 и защитном кожухе 6 соответственно могут быть выполнены любой формы и размещаться как по спирали параллельно ребрам 5, так и в шахматном порядке или в прямоугольном. Направление проволочной обмотки 4 и рядов отверстий 2 трубы 1 противоположно направлению ребер 5 и рядов отверстий 7 на кожухе 6. Труба 1 имеет резьбу на внешней поверхности в верхней и нижней частях, а защитный кожух 6 имеет резьбу в верхней части на внутренней поверхности и в нижней части на внешней поверхности. Между трубой 1 и защитным кожухом 6 установлены кольца 8 и 9. Кольцо 8 имеет резьбу на внутренней и внешней поверхностях, взаимодействующую с резьбовыми соединениями трубы 1 и защитного кожуха 6 в их верхней части, а в нижней части, немного выше их резьбы, между внутренней и внешней поверхностями соответственно приварено кольцо 9. На внутренней поверхности защитного кожуха 6 выполнены ребра 5 в виде спирали. Внутреннее пространство трубы 1 отделено от ловильной камеры 10 крышкой 11, причем нижняя часть крышки выполнена из металлической сетки 12. Крышка 11 выполнена с резьбой на внутренней боковой ее поверхности и взаимодействует с внешней резьбовой поверхностью трубы 1. Защитный кожух 6 соединен с ловильной камерой 10 посредством взаимодействия их резьбовых поверхностей. В кольце 9 выполнены выходные отверстия 13, через которые примеси поступают в ловильную камеру 10.

Скважинный фильтр работает следующим образом.

При включении в работу глубинного скважинного насоса жидкость с содержанием песка начинает поступать в перфорированные отверстия 7 защитного кожуха 6. Ребра 5, выполненные на внутренней поверхности защитного кожуха 6, придают жидкости спиралеобразное движение, при этом направление движения жидкости противоположно направлению проволочной обмотки 4. При изменении направления движения потока жидкости твердые частицы приобретают на некоторое время тангенциальную скорость, равную нулю, и т.к. они имеют плотность, большую, чем у жидкости, поэтому под действием силы тяжести и других сил осаждаются на дно фильтра и поступают через выходные отверстия 13 в ловильную камеру 10. Затем жидкость проходит через проволочную обмотку 4 и поступает в отверстия 2 трубы 1. Механические примеси с размерами больше межвитковых зазоров не могут попасть внутрь трубы 1 и с потоком жидкости поступают в ловильную камеру 10 через выходные отверстия 13. Жидкость, поступившая в ловильную камеру 10, может попасть в трубу 1 через металлическую сетку 12 крышки 11.

Таким образом, предлагаемый фильтр позволяет увеличить время работы фильтрующей поверхности за счет введения в него защитного кожуха и ловильной камеры, а также за счет изменения направления движения потока жидкости.

Скважинный фильтр, включающий перфорированную трубу с муфтой, проволочную обмотку, ребра, расположенные по спирали, отличающийся тем, что фильтр снабжен перфорированным защитным кожухом, ловильной камерой, ребра выполнены на внутренней поверхности защитного кожуха, между кожухом и трубой в верхней и нижней частях установлены кольца, причем нижнее кольцо выполнено с отверстиями, соединяющими пространство между трубой и защитным кожухом с ловильной камерой, направление проволочной обмотки и рядов отверстий трубы противоположно направлению ребер и рядов отверстий на кожухе, внутреннее пространство трубы отделено от ловильной камеры крышкой.

Патент № 2575370

Рисунок 10 - Патент № 2575370

Задачей настоящего изобретения является увеличение ресурса работы скважинного фильтрующего устройства за счет самоочистки щелевых фильтров и повышение его компактности при сохранении площади фильтрующей поверхности.

Указанный технический результат достигается тем, что в скважинном фильтрующем устройстве, содержащем трубчатый каркас, верхний патрубок с отводящими отверстиями, наружный и внутренний щелевой фильтр из навитого профиля и продольных стержней, равномерно размещенных по окружности с образованием между собой продольных каналов, которые обращены друг к другу и сообщены сверху с отводящими отверстиями верхнего патрубка, кольцевую перегородку, перекрывающую продольные каналы снизу, и предохранительный клапан, согласно изобретению, продольные стержни наружного и внутреннего щелевого фильтра выполнены примыкающими друг к другу, продольные каналы обоих фильтров сообщены между собой, трубчатый каркас перфорирован, размещен во внутреннем щелевом фильтре и снабжен ниже него предохранительным клапаном.

На фиг. 1 схематично изображено скважинное фильтрующее устройство, продольный разрез; на фиг. 2 - поперечный разрез по А-А на фиг. 1.

Скважинное фильтрующее устройство содержит наружный и внутренний щелевые фильтры 1 и 2, трубчатый каркас 3 с перфорациями 4, перекрытый снизу предохранительным клапаном 5, верхний патрубок 6 с отводящими отверстиями 7 и кольцевую перегородку 8 (фиг. 1). Щелевые фильтры 1 и 2 состоят соответственно из навитых профилей 9 и 10 и продольных стержней 11 и 12, которые примыкают друг к другу и размещены по окружности через равные промежутки, являющиеся наружными и внутренними продольными каналами 13 и 14 (фиг. 2). Продольные каналы 13 и 14 сообщены между собой в радиальном направлении, закрыты снизу кольцевой перегородкой 8 и вверху соединены с отводящими отверстиями 7 верхнего патрубка 6. Между витками профилей 9 и 10 образуются непрерывные спиралевидные щели 15 и 16 соответственно, открытая площадь каждой из которых сопоставима с площадью отводящих отверстий 7 верхнего патрубка 6 и с суммарной площадью поперечного сечения каналов 13 и 14.

В скважинном фильтрующем устройстве наружный 1 и внутренний 2 щелевые фильтры могут быть выполнены как единая конструкция, состоящая из одного окружного ряда продольных стержней и навитых на них снаружи и внутри профилей, при этом продольные стержни имеют увеличенные поперечные размеры (не показано).

Скважинное фильтрующее устройство работает следующим образом.

Под действием создаваемого погружным насосом разряжения пластовая жидкость фильтруется через наружный щелевой фильтр 1, при этом содержащиеся в ней частицы породы с размером более ширины щели 15 остаются снаружи и укрупняются со временем в конгломераты (фиг. 1). Далее очищенная жидкость увлекается в расширяющиеся щели 15 между витками профиля 9, а затем попадает в каналы 13 и сообщающиеся с ними каналы 14. Оказавшись в каналах 13, 14, жидкость изменяет направление движения на 90° и поднимается к отводящим отверстиям 7 в верхнем патрубке 6, после чего покидает скважинное фильтрующее устройство. В конечном счете на прием погружного насоса попадает жидкость, очищенная от частиц породы, благодаря чему создаются благоприятные условия для его безотказной работы.

При работе наружного щелевого фильтра 1 предохранительный клапан 5 находится в закрытом положении, поэтому жидкость не циркулирует через трубчатый каркас 3 и внутренний щелевой фильтр 2. По мере перекрытия сечения щели 15 частицами породы поток жидкости через наружный щелевой фильтр 1 снижается, что при работающем погружном насосе приводит к созданию разряжения в гидравлически связанных каналах 13, 14 и трубчатом каркасе 3 и возрастанию перепада давления на предохранительном клапане 5.

При последующем открытии клапана 5 пластовая жидкость попадает в трубчатый каркас 3, проходит через перфорации 4 к внутреннему щелевому фильтру 2, где фильтруется через щель 16. Частицы породы задерживаются между витками навитого профиля 10, а очищенная жидкость оказывается сначала во внутренних 14, а затем в наружных 13 продольных каналах и по ним движется к отводящим отверстиям 7 верхнего патрубка 6.

При движении по наружным каналам 13, имеющим переменное сечение по длине за счет навитого профиля 9, в жидкости возникают пульсации поля скоростей и поля давлений, которые передаются изнутри наружу непрерывной щели 15. Это порождает отделение налипших частиц от навитого профиля 9, открытие щели 15 и восстановление пропускной способности наружного щелевого фильтра 1. Отделению частиц способствует также гидравлический удар, возникающий в трубчатом каркасе 3 при открытии предохранительного клапана 5, который передается через перфорации 4, щель 16 и каналы 14, 13 в щель 15 наружного щелевого фильтра 1. По мере очистки щели 15 движение жидкости через наружный щелевой фильтр 1 возобновляется и клапан 5 закрывается. При этом описанным выше образом происходит отделение частиц от навитого профиля 10 внутреннего фильтра 2 и восстановление его пропускной способности.

При таком движении пластовой жидкости наружный и внутренний щелевой фильтр периодически очищаются и в меньшей степени подвержены необратимому загрязнению частицами породы, благодаря чему увеличивается ресурс работы скважинного фильтрующего устройства в целом.

Патент № 2543247

Рисунок 11 - Патент № 2543247

Настоящее изобретение направлено на поддержание стабильной пропускной способности и увеличение ресурса работы фильтрующего скважинного устройства за счет одновременной очистки пластовой жидкости на щелевом фильтре и удаления задержанных частиц механических примесей с его фильтрующего слоя. Кроме того, заявляемое фильтрующее скважинное устройство устраняет пересыпание зумпфа скважины механическими примесями, что удлиняет период между ее ремонтами.

Указанный технический результат достигается тем, что в фильтрующем скважинном устройстве, содержащем корпус с верхними входными отверстиями, расположенную коаксиально корпусу отводящую трубу с участком радиальных отверстий и предохранительным клапаном на нижнем торце, шнек, насаженный на отводящую трубу, щелевой фильтр в виде внутреннего опорного и наружного фильтрующего слоя из призматического профиля, перекрывающий участок с радиальными отверстиями отводящей трубы, и контейнер внизу корпуса, согласно изобретению, отводящая труба установлена внутри корпуса, а шнек размещен между верхними входными отверстиями и щелевым фильтром.

Предпочтительно выполнение щелевого фильтра с внутренним опорным слоем в виде окружных призматических профилей и наружным фильтрующим слоем из продольных призматических профилей, образующих между собой продольные щели, при этом на цилиндрической поверхности окружных призматических профилей со стороны отводящей трубы могут быть выполнены продольные прорези.

Кроме того, отводящая труба может быть дополнительно оснащена, по крайней мере, одним шнеком и одним щелевым фильтром, при этом шнеки и щелевые фильтры расположены в чередующемся порядке.

На фиг.1 схематично изображено заявляемое фильтрующее скважинное устройство с одним шнеком и щелевым фильтром на отводящей трубе; на фиг.2 - то же, но с двумя шнеками и щелевыми фильтрами; на фиг.3 - показано поперечное сечение предлагаемого устройства.

Фильтрующее скважинное устройство содержит корпус 1 с верхними входными отверстиями 2 в стенке, к которому присоединен контейнер 3 (фиг.1). Внутри корпуса 1 коаксиально установлена отводящая труба 4, имеющая предохранительный клапан 5 на нижнем торце и расположенный выше участок с радиальными отверстиями 6. На отводящей трубе 4 ниже уровня верхних входных отверстий 2 насажен шнек 7. Ниже шнека 7 отводящая труба 4 охвачена щелевым фильтром 8, перекрывающим ее участок с радиальными отверстиями 6. Геометрические размеры шнека, определяющие его сепарационные свойства, подбираются с учетом предполагаемого фракционного состава примесей в пластовой жидкости. Между щелевым фильтром 8 и корпусом 1 имеется кольцевой зазор 9.

Щелевой фильтр 8 состоит из внутреннего опорного слоя в виде окружных призматических профилей 10, к которым приварены и на которые опираются продольные призматические профили 11, образующие наружный фильтрующий слой с равновеликими продольными щелями 12 (фиг.1, 3). В зависимости от требований к очистке пластовой жидкости, поступающей на прием ЭЦН, ширина продольных щелей может быть выбрана из интервала 100…1000 мкм. Расстояние между окружными профилями 10 находится из условия сохранения прямолинейности продольными профилями 11 при возникновении перепада давления на щелевом фильтре 8. Между отводящей трубой 4, продольными профилями 11 и смежными окружными профилями 10 образуются кольцевые полости 13, каждая из которых перекрывает полностью или частично, по меньшей мере, одно отверстие 6 на отводящей трубе 4. Этим обеспечивается беспрепятственный сток в отводящую трубу 4 пластовой жидкости, прошедшей через участки фильтрующего слоя, расположенные над кольцевыми полостями 13. Дополнительно на внутренней поверхности окружных профилей 10, примыкающей к отводящей трубе 4, могут быть выполнены продольные прорези 14, сообщающие кольцевые полости 13 между собой.

Для повышения пропускной способности при сохранении качества очистки в некоторых вариантах исполнения фильтрующее скважинное устройство дополнительно оснащено, по крайней мере, одним шнеком 15 и одним щелевым фильтром 16, которые расположены на отводящей трубе 4 в чередующемся порядке со шнеком 7 и щелевым фильтром 8 (фиг.2).

Фильтрующее скважинное устройство работает следующим образом.

При включении ЭЦН (не показан) пластовая жидкость с частицами механических примесей различной дисперсности поступает через верхние входные отверстия 2 в пространство между стенкой корпуса 1 и отводящей трубой 4 и движется вниз вдоль находящегося там шнека 7, приобретая вращательное движение (фиг.1). Под действием возникающих центробежных сил крупнодисперсные частицы смещаются в наружную часть потока жидкости, то есть к стенке корпуса 1, а мелкодисперсные частицы остаются во внутренней части вблизи отводящей трубы 4.

После прохождения шнека поток жидкости с разделенными на фракции частицами продолжает движение вниз и попадает в кольцевой зазор 9 между щелевым фильтром 8 и стенкой корпуса 1. Движущиеся в периферийной части потока жидкости более крупные частицы проскакивают по инерции мимо щелевого фильтра 8 и под действием собственного веса опускаются в контейнер 3. Очищенная от крупных частиц жидкость сливается с текущим вдоль щелевого фильтра 8 потоком жидкости с более мелкими частицами, и совместно фильтруется через продольные щели 12 (фиг.3), при этом частицы с размером, превышающим ширину щели, задерживаются между продольными профилями 11. Очищенная жидкость попадает в кольцевые полости 13, откуда через отверстия 6 проходит внутрь отводящей трубы 4 и покидает фильтрующее скважинное устройство. Прорези 14 в окружных профилях 10 уравнивают давление в кольцевых полостях 13, тем самым, исключая деформирование продольных профилей 11. Предохранительный клапан 5 на этом этапе работы устройства закрыт.

Задержанные частицы удерживаются между продольными профилями 11 за счет прижимающего действия радиального потока жидкости, втекающей в щелевой фильтр 8. По мере перекрытия налипшими частицами продольных щелей 12 радиальный поток жидкости через них ослабевает, что уменьшает силу, удерживающую частицы на щелевом фильтре 8. Одновременно с ослаблением радиального потока возрастает скорость направленного вниз потока жидкости в кольцевом зазоре 9. Под его воздействием и действием силы тяжести задержанные частицы сползают вдоль продольных профилей 11 вниз, отрываются от фильтрующего слоя щелевого фильтра 8 и оседают в контейнер 3. Описанный процесс происходит тем интенсивнее, чем больше толщина слоя из задержанных частиц. За счет непрерывной очистки щелей 12 от задержанных частиц пропускная и фильтрационная способности щелевого фильтра 8 поддерживаются практически в неизменном состоянии.

В случае залпового выброса частиц породы из пласта в скважину и быстрого закупоривания продольных щелей 12 проницаемость щелевого фильтра 8 резко снижается. Это приводит к созданию разряжения внутри отводящей трубы 4 и возрастанию действующего на предохранительный клапан 5 давления, поскольку полость корпуса 1 остается сообщенной со скважиной через верхние входные отверстия 2. При достижении заранее заданного давления предохранительный клапан 5 открывается и жидкость под напором попадает в опорную трубу 4. Возникающий при этом в опорной трубе 4 гидравлический удар передается через отверстия 6 в кольцевые полости 13, вызывая отделение частиц, налипших снаружи продольных профилей 11, и их осаждение в контейнер 3. В результате раскрытия продольных щелей 12 перепад давления между полостями корпуса 1 и опорной трубы 4 падает до исходного значения, предохранительный клапан 5 закрывается и движение пластовой жидкости через щелевой фильтр 8 возобновляется.

⇐ Предыдущая 1 23