Скважинный фильтр и устройство для его сборки

Скважинный фильтр и устройство для его сборки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при оборудовании газовых, нефтяных, а также водозаборных скважин в интервале продуктивного пласта для фильтрации добываемого продукта от частиц породы.

Известен скважинный фильтр по патенту на изобретение №2284408. Фильтр включает фильтрующую оболочку, базовый элемент в виде трубы, продольные элементы в виде стержней и опорные кольца. При этом опорные кольца выполнены с наружными пазами под продольные элементы и внутренними пазами. Внутренние пазы образуют с базовым элементом продольные каналы. Продольные элементы выполнены из стержней в виде прямоугольных треугольников. Катеты последних образуют наружный диаметр фильтрующей оболочки. Острые углы стержней в виде прямоугольных треугольников установлены в продольных каналах с образованием односторонних расширений и обеспечением направленных потоков фильтруемого агента. Недостатком фильтра является высокая трудоемкость изготовления, связанная с установкой стержней, а также наличие открытых отверстий, что делает невозможной промывку скважины после установки фильтров в скважине.

Известен скважинный фильтр по патенту РФ на изобретение №2245995. Фильтр содержит полый цилиндрический корпус, фильтрующие элементы с щелевидными пазами, выполненными в стенке корпуса за счет пересечения винтовых пазов на его наружной поверхности с продольными пазами на его внутренней поверхности и деформации выступов на наружной поверхности корпуса. Поверхности выступов, образующие щелевидные пазы, параллельны друг другу, выступы снабжены винтовыми угловыми скосами и канавками, выполненными на наружной поверхности. Изобретение раскрыто в зависимых пунктах. Способ изготовления скважинного фильтра, включающий выполнение на наружной поверхности корпуса винтовых пазов, а на внутренней его поверхности - продольных пазов, пересекающихся одних с другими, пластическое деформирование выступов на наружной поверхности корпуса, заключается в том, что перед пластическим деформированием выступов на них выполняют винтовые угловые скосы с величиной угла, равной 1-45° по отношению к оси трубы, а на средних частях выступов выполняют винтовые угловые канавки с величиной угла 90-170° относительно осей поперечных сечений корпуса через вершины угла, причем стороны углов располагают симметрично относительно осей поперечных сечений корпуса через вершины угла. Недостатком фильтра является высокая трудоемкость изготовления трубы с пазами, расположенными внутри проходного отверстия, а также нарезка винтового паза. При этом снижается механическая прочность фильтра и увеличиваются объемы механической обработки.

Известен скважинный фильтр по патенту РФ на изобретение №2256780. Фильтр состоит из трубчатого фильтрующего устройства, включающего металлический корпус с перфорированным участком, и фиксирующих указанное устройство в обсадной колонне элементов. Оба фиксирующих элемента выполнены в виде резиновых уплотняющих манжет, перекрывающих с обеих сторон по оси обсадной колонны зону ее перфорации, открывающей доступ добываемой из пласта жидкости на фильтр. Корпус имеет две раздающиеся по диаметру и жестко прижимающиеся к обсадной колонне части с указанными манжетами, под которыми участок корпуса более пластичный, чем указанный перфорированный участок, выполненный из металла повышенной твердости. При этом обеспечивается сквозной свободный проход специального оборудования через внутреннее сечение фильтра для одновременной или поочередной эксплуатации нижележащих или вышележащих продуктивных пластов. Недостатком фильтра является его сложная конструкция.

Известен скважинный фильтр по патенту РФ на изобретение №2259472. Фильтр содержит трубу с выполненными на ее боковой поверхности спиральными рядами отверстий, в которых герметично установлены срезаемые пробки, по меньшей мере, одну фильтрующую сетку и защитный кожух с отверстиями, установленные концентрично на трубе. Защитный кожух выполнен из нескольких уложенных встык по длине трубы листов, продольные стыки которых, а также ряды отверстий на соседних листах смещены относительно друг друга в окружном направлении. Отверстия в защитном кожухе и трубе могут быть смещены относительно друг друга. Концы кожуха и фильтрующей сетки с торцов могут быть закрыты ограничительными кольцами, зафиксированными на трубе. Фильтрующая сетка с мелкими ячейками может быть установлена между двумя слоями фильтрующей сетки с крупными ячейками. Пробки могут быть выполнены пустотелыми, а площадь отверстий защитного кожуха может быть больше площади проходного сечения трубы. Недостатком фильтра является высокая трудоемкость изготовления, связанная с установкой герметичных пробок.

Известен скважинный фильтр по патенту на полезную модель РФ №16758, прототип. Скважинный фильтр содержит трубу с отверстиями, на боковой поверхности которой герметично установлены срезаемые пробки. Фильтр дополнительно содержит, по меньшей мере, одну фильтрующую сетку и защитный перфорированный кожух, установленные концентрично трубе. Скважинный фильтр дополнительно содержит дренажную сетку. Площадь отверстий защитного перфорированного кожуха в 3...7 раз больше площади проходного сечения трубы. Фильтрующая сетка скважинного фильтра имеет ячейки размером 0,1...1,0 мм. Дренажная сетка скважинного фильтра имеет размер ячеек больше, чем размер ячеек у фильтрующей сетки.

Недостатком фильтра является низкая надежность герметизации срезаемых пробок, высокая трудоемкость их установки, а также отсутствие фиксации до упора в определенном положении при ввертывании пробок в резьбовые отверстия в трубе. Как следствие это приводит к тому, что часть пробок недостаточно выступает внутрь трубы и в дальнейшем не срезается долотом при вводе фильтра в эксплуатацию, а другая часть не обеспечивает необходимую герметизацию фильтра во время его установки.

Задача изобретения: повышение надежности герметизации срезаемых пробок, снижение трудоемкости их установки, однозначная осевая ориентация пробок в определенном положении для их гарантированного среза при вводе фильтра в эксплуатацию, снижение стоимости фильтра.

Решение указанных задач достигнуто за счет новой конструкции пробок фильтра и нового устройства для его сборки. Скважинный фильтр, содержит дренажную и фильтрующую сетки, защитный перфорированный кожух, установленные концентрично на трубе, на боковой поверхности которой в отверстиях герметично установлены срезаемые пробки. Пробки выполнены вытяжкой из листового материала пустотелыми осесимметричной формы с упорным буртом с одной стороны и донышком с другой. Диаметр пробки, расположенный ближе к донышку, больше диаметра отверстия, выполненного на боковой поверхности трубы, что обеспечивает фиксацию пробки в трубе. Отверстия в трубе выполнены с расточкой под упорный бурт пробки, причем диаметр расточки больше диаметра упорного бурта пробки, а ее глубина обеспечивает установку пробки заподлицо с боковой поверхностью трубы. Между упорным буртом пробки и поверхностью трубы в расточке установлено уплотнительное кольцо. Уплотнительные кольца выполнены прямоугольного или круглого сечения. Пробки выполнены из коррозионно-стойкой стали. Пробки выполнены из стали, предназначенной для холодной деформации.

Устройство для сборки фильтра выполнено новой конструкции. Концентрично на стержне установлено разрезное кольцо из пружинной стали, разрезанное вдоль или под углом к оси, с наружным диаметром меньше внутреннего диаметра пробки, верхняя торцевая поверхность которого выполнена с внутренней заходной фаской, имеющей возможность взаимодействия с кольцевым ударником, установленным на стержне с возможностью осевого перемещения, причем наружный диаметр рабочей поверхности кольцевого ударника больше внутреннего диаметра разрезного кольца на величину деформации пробки необходимой для ее фиксации в трубе. Осевое перемещение разрезного кольца ограничено с одной стороны кольцевым ударником, а с другой гайкой, поверхность которой, опирающаяся на пробку, повторяет профиль ее внутренней поверхности. Наружная поверхность разрезного кольца выполнена с фасками, облегчающими деформацию пробки и последующий съем разрезного кольца. На рабочей поверхности кольцевого ударника выполнена фаска. На наружной поверхности кольцевого ударника выполнена резьба, на которой установлен съемник, функции которого выполняет гайка. Верхняя часть стержня выполнена с выступом, ограничивающим осевое перемещение кольцевого ударника. Центральная часть стержня выполнена в виде поршня, а кольцевой ударник выполнен в виде корпуса цилиндра, закрытого уплотняющей гайкой. Корпус цилиндра приводится в действие сжатым воздухом, причем на верхней части стержня установлена рукоятка, а на кольцевом ударнике и уплотняющей гайке выполнены отверстия для подвода сжатого воздуха.

Проведенные патентные исследования показали, что предложенное техническое решение обладает новизной, промышленной применимостью и изобретательским уровнем, т.е. удовлетворяет критериям изобретения. Изобретательский уровень подтверждается тем, что новая совокупность существенных признаков обеспечивает получение нового технического результата.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1 - 8, где

на фиг.1 приведен скважинный фильтр,

на фиг.2 приведен разрез фильтра А-А в месте установки пробки,

на фиг.3 и фиг.4 - подготовка отверстия в трубе,

на фиг.5 устройство для сборки перед фиксацией пробки в отверстии трубы,

на фиг.6 устройство для сборки после фиксации пробки в отверстии трубы,

на фиг.7 устройство для сборки перед извлечением из пробки,

на фиг.8 устройство для сборки с пневматическим приводом перед фиксацией пробки,

на фиг.9 устройство для сборки с пневматическим приводом после фиксации пробки,

на фиг.10 приведено разрезное кольцо, разрезанное вдоль оси.

на фиг.11 приведено разрезное кольцо, разрезанное под углом к оси.

Скважинный фильтр фиг.1 и 2 состоит из дренажной 1 и фильтрующей сетки 2, защитного перфорированного кожуха 3, установленного концентрично на трубе 4, на боковой поверхности которой в отверстиях «Б» герметично установлены срезаемые пробки 5. Пробки 5 выполнены вытяжкой из листового материала пустотелыми осесимметричной формы с упорным буртом 6 с одной стороны и дном 7 с другой. Диаметр пробки, расположенный ближе к дну 7 больше диаметра отверстия, выполненного на боковой поверхности трубы, что обеспечивает фиксацию пробки 5 в трубе 4. Отверстия «Б» в трубе фиг.3 и 4 выполнены с расточкой под упорный бурт пробки 6, причем диаметр расточки больше диаметра упорного бурта пробки 6, а ее глубина обеспечивает установку пробки 5 заподлицо с боковой поверхностью трубы 4. Между упорным буртом пробки 6 и поверхностью трубы в расточке 8 установлено уплотнительное кольцо 9. Уплотнительные кольца 9 могут быть выполнены прямоугольного или круглого сечения. Пробки 5 выполнены из коррозионно-стойкой стали. Пробки 5 могут быть выполнены из стали, предназначенной для холодной деформации.

Устройство для сборки фильтра фиг.5 и 7 выполнено новой конструкции. Концентрично на стержне 10 установлено разрезное кольцо 11 из пружинной стали, разрезанное вдоль или под углом к оси с наружным диаметром меньше внутреннего диаметра пробки 5, верхняя торцевая поверхность которого выполнена с внутренней заходной фаской 12, имеющей возможность взаимодействия с кольцевым ударником 13, установленным на стержне 10 с возможностью осевого перемещения, причем наружный диаметр рабочей поверхности кольцевого ударника больше внутреннего диаметра разрезного кольца на величину деформации пробки 5, необходимой для ее фиксации в трубе 4. Осевое перемещение разрезного кольца 11 ограничено с одной стороны кольцевым ударником 13, а с другой гайкой 14, поверхность которой опирающаяся на пробку 5 повторяет профиль ее внутренней поверхности. Наружная поверхность разрезного кольца 11 выполнена с фасками, облегчающими деформацию пробки 5 и последующий съем разрезного кольца 11. На рабочей поверхности кольцевого ударника 13 выполнена фаска. На наружной поверхности кольцевого ударника 13 выполнена резьба, на которой установлен съемник 15, функции которого выполняет гайка. Верхняя часть стержня 10 выполнена с выступом 16, ограничивающим осевое перемещение кольцевого ударника 13. На фиг.8 и 9 приведено устройство для сборки скважинного фильтра с пневматическим приводом. Центральная часть стержня 10 выполнена в виде поршня 17, а кольцевой ударник 13 выполнен в виде корпуса цилиндра 18, закрытого уплотняющей гайкой 19. Корпус цилиндра 18 приводится в действие сжатым воздухом, причем на верхней части стержня установлена рукоятка 20, а на кольцевом ударнике и уплотняющей гайке выполнены отверстия «В» и «Г» для подвода сжатого воздуха.

Скважинный фильтр работает следующим образом. В трубе 4 сверлятся отверстия «Б». Фрезой 21 с направляющим хвостовиком 22 диаметр, которого соответствует диаметру отверстия «Б», выполняется расточка 8 под упорный бурт 6 пробки 5. В расточке между телом трубы 4 и упорным буртом пробки 5 устанавливается уплотнительное кольцо 9. В отверстие «Б» устанавливается пробка 5 до упора гайки 14 устройства для сборки фильтра в дно 7 пробки 5. На кольцевой ударник 13 воздействуют ударным инструментом, например молотком. Кольцевой ударник 13 движется вдоль стержня 10 вниз, входит внутрь разрезного кольца 11. Наружный диаметр разрезного кольца 11 увеличивается. Происходит пластическая деформация пробки 5, увеличивается ее наружный диаметр, и она надежно фиксируется в теле трубы 4. При этом в месте контакта пробки 5 с внутренним диаметром трубы 4 возникают растягивающие и изгибающие нагрузки, позволяющие в дальнейшем легко срезать выступающую внутрь трубы пробку 5 с дном 7. После возврата кольцевого ударника 13 в исходное положение наружный диаметр разрезного кольца уменьшается, и устройство для сборки фильтра извлекается из пробки. При необходимости для возврата кольцевого ударника 13 в исходное положение может использоваться съемник, выполненный в виде гайки 15, которая упирается в боковую поверхность трубы. Кольцевой ударник 13 может также приводиться в действие сжатым воздухом, фиг.8 и 9. При подаче воздуха в отверстие «Г» кольцевой ударник 13 воздействует на разрезное кольцо 11, пластически деформируя пробку 5. При подаче воздуха в отверстие «В» кольцевой ударник 13 возвращается в исходное положение, после чего устройство для сборки фильтра может быть извлечено из пробки 5.

Собранный фильтр соединяется на резьбе 23 и 24 с колонной обсадных труб, другими фильтрами (не показаны) и устанавливается в продуктивном горизонте скважины. После промывки скважины и цементирования осадной колонны интервал, в котором установлены фильтры, прорабатывается породоразрушающим инструментом, например долотом. При этом пробки 5 срезаются в месте их контакта с трубой 4, отверстия в пробках открываются, через дренажную 1 и фильтрующую 2 сетки в трубу 4 поступает добываемый продукт (нефть, газ или вода) очищенный от посторонних включений.

Применение изобретения позволило:

1. Обеспечить надежную герметизацию пробок.

2. Ускорить монтаж пробок в трубе фильтра.

3. Снизить стоимость фильтра и трудоемкость сборки.

1. Скважинный фильтр, содержащий дренажную и фильтрующую сетки, защитный перфорированный кожух, установленные концентрично на трубе, на боковой поверхности которой в отверстиях герметично установлены срезаемые пробки, отличающийся тем, что пробки выполнены вытяжкой из листового материала пустотелыми осесимметричной формы с упорным буртом с одной стороны и донышком с другой, причем диаметр пробки, расположенный ближе к донышку, больше диаметра отверстия, выполненного на боковой поверхности трубы, что обеспечивает фиксацию пробки в трубе.

2. Скважинный фильтр по п.1, отличающийся тем, что отверстия в трубе выполнены с расточкой под упорный бурт пробки, причем диаметр расточки больше диаметра упорного бурта пробки, а ее глубина обеспечивает установку пробки заподлицо с боковой поверхностью трубы.

3. Скважинный фильтр по п.1 или 2, отличающийся тем, что между упорным буртом пробки и поверхностью трубы в расточке установлено уплотнительное кольцо.

4. Скважинный фильтр по п.3, отличающийся тем, что уплотнительные кольца выполнены прямоугольного или круглого сечения.

5. Скважинный фильтр по п.1, отличающийся тем, что пробки выполнены из коррозионно-стойкой стали.

6. Скважинный фильтр по п.1, отличающийся тем, что пробки выполнены из стали предназначенной для холодной деформации.

7. Устройство для сборки фильтра, отличающееся тем, что концентрично на стержне установлено разрезное кольцо из пружинной стали, разрезанное вдоль или под углом к оси, с наружным диаметром меньше внутреннего диаметра пробки, верхняя торцевая поверхность которого выполнена с внутренней заходной фаской, имеющей возможность взаимодействия с кольцевым ударником, установленным на стержне с возможностью осевого перемещения, причем наружный диаметр рабочей поверхности кольцевого ударника больше внутреннего диаметра разрезного кольца на величину деформации пробки, необходимой для ее фиксации в трубе.

8. Устройство для сборки фильтра по п.7, отличающееся тем, что осевое перемещение разрезного кольца ограничено с одной стороны кольцевым ударником, а с другой гайкой, поверхность которой, опирающаяся на пробку, повторяет профиль ее внутренней поверхности.

9. Устройство для сборки фильтра по п.7, отличающееся тем, что наружная поверхность разрезного кольца выполнена с фасками, облегчающими деформацию пробки и последующий съем разрезного кольца.

10. Устройство для сборки фильтра по п.7, отличающееся тем, что на рабочей поверхности кольцевого ударника выполнена фаска.

11. Устройство для сборки фильтра по п.7, отличающееся тем, что на наружной поверхности кольцевого ударника выполнена резьба, на которой установлен съемник, функции которого выполняет гайка.

12. Устройство для сборки фильтра по п.7, отличающееся тем, что верхняя часть стержня выполнена с выступом, ограничивающим осевое перемещение кольцевого ударника.

13. Устройство для сборки фильтра по п.7, отличающееся тем, что центральная часть стержня выполнена в виде поршня, а кольцевой ударник выполнен в виде корпуса цилиндра, закрытого уплотняющей гайкой, корпус цилиндра приводится в действие сжатым воздухом, причем на верхней части стержня установлена рукоятка, а на кольцевом ударнике и уплотняющей гайке выполнены отверстия для подвода сжатого воздуха.