Скважинный расширяющийся фильтр

Скважинный расширяющийся фильтр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к погружному оборудованию, а именно к скважинным расширяющимся фильтрам (СРФ), размещаемым в интервале перфораций эксплуатационной колонны (ЭК) для снижения попадания в нее частиц породы из призабойной зоны пласта (ПЗП).

Известен СРФ, состоящий из перфорированного корпуса, пружины кручения и нескольких слоев продольно гофрированной сетки, расширяющихся в радиальном направлении при раскрутке пружины (патент РФ №2244103, Е21В 43/08, 2005).

Недостатком данного СРФ является вероятность неполного расправления гофров и сохранение зазоров между сеткой и ЭК из-за ограниченной жесткости пружины. Вследствие перемещения в оставшиеся зазоры частиц породы происходит разрушение ПЗП.

Известен СРФ, содержащий опорную трубу с множеством продольных прорезей и закрепленные на ней с перекрытием друг друга в осевом и окружном направлении фильтровальные листы в форме ирисовой диаграммы (патент РФ №2197600, Е21В 43/08, 1998). Известен СРФ, включающий опорную трубу с множеством перфораций, дренажную и фильтрующую оболочки из металлической сетки, проволоки основы и утка, которые расположены под углом к продольной оси (патент США №6607032, Е21В 43/08, 2003).

Недостаток описанных СРФ заключается в необходимости применения расширяющего конуса для увеличения диаметра опорной трубы, способного нарушить цельность размещенных на ней фильтровальных листов или оболочек и их способность к задержанию частиц.

Известен СРФ, включающий перфорированный корпус, цилиндрический кожух с продольными прорезями и фильтровальные лопасти криволинейной формы, один край которых закреплен на корпусе, а противоположный край выдвигается сквозь прорези в кожухе (патент РФ №2289680, Е21В 43/08, 2006).

Недостатком такого СРФ является ограниченная изгибная жесткость фильтровальных лопастей и, как следствие, - их неплотное прилегание к ЭК и движение частиц породы сквозь неприкрытые перфорации из ПЗП в скважину.

Известен СРФ, включающий штангу и насаженные на нее щеточные диски с наружным диаметром, превышающим внутренний диаметр ЭК (Патент РФ №103842, Е21В 43/08, 2011).

Недостатком СРФ является высокая вероятность истирания и разрушения щетинок щеточных дисков о стенку ЭК при спуско-подъемных операциях и, как результат, - образование между ними кольцевого зазора, исключающего перекрытие щетинками перфораций в ЭК.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является СРФ, содержащий опорную трубу с отверстиями, закрепленные на ней фильтрующие круглые щетки в виде цилиндрического перфорированного корпуса и радиально ориентированных пучков щетинок, превышающих в диаметре внутренний диаметр ЭК, и разобщитель межтрубного пространства, установленный сверху (Пат. РФ №2504643, Е21В 43/08, 2014).

Недостатком принятого за прототип СРФ является то, что для его спуска в скважину используется защитный чехол, предотвращающий контакт и истирание щетинок о стенку ЭК, при этом вероятность последующего снятия чехла снижается с увеличением длины СРФ и глубины скважины. Кроме того, для направления очищенной жидкости на прием погружного насоса после СРФ необходим разобщитель межтрубного пространства, что усложняет монтаж СРФ.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции СРФ и технологии обустройства им скважины.

Указанный технический результат достигается тем, что в скважинном расширяющемся фильтре, содержащем опорную трубу и фильтрующие щетки с радиально ориентированными пучками щетинок, согласно изобретению равномерно по окружности на опорной трубе прорезаны продольные пазы с большим основанием внутри и меньшим снаружи, в пазы уложен разбухающий эластомер, а поверх него введены фильтрующие реечные щетки, способные к выдвижению наружу при разбухании эластомера, при этом форма корпуса реечных щеток соответствует форме продольного паза, а ширина корпуса превышает ширину меньшего основания паза.

Кроме того, продольные пазы могут иметь трапецеидальную или Т-образную форму поперечного сечения.

На фиг. 1, 2 показан предлагаемый СРФ до и после спуска в скважину, поперечное сечение; на фиг. 3, 4 - то же, продольное сечение; на фиг. 5, 6 - варианты выполнения продольных пазов и фильтрующих реечных щеток в них.

СРФ содержит опорную трубу 1 с равномерно распределенными по окружности открытыми продольными пазами 2, например с трапецеидальной формой поперечного сечения, обращенными большим основанием 3 внутрь и меньшим основанием 4 наружу (фиг. 1, 5). На дно каждого продольного паза 2 вплотную к боковым стенкам помещен разбухающий эластомер 5, а поверх него с технологическим зазором 6 относительно боковых стенок паза 2 введена фильтрующая реечная щетка 7 (фиг. 5). Реечная щетка 7 состоит из корпуса 8 и пучков щетинок 9. Корпус 8 имеет трапецеидальную форму поперечного сечения, соответствующую форме продольного паза 2, при этом ширина корпуса 8 больше ширины меньшего основания 4 паза 2, что предотвращает выпадение из него щетки 7 (фиг. 5). Возможность выдвижения реечной щетки 7 в радиальном направлении при разбухании эластомера 5 обеспечивается за счет выборки технологического зазора 6 (фиг. 2). В варианте исполнения продольных пазов с Т-образной формой поперечного сечения используются реечные щетки 7 с корпусом 8 подобной Т-образной формы, вводимые с технологическим зазором 6 относительно шейки паза 2 (фиг. 6). Реечные щетки 7 изготавливаются из материалов, устойчивых к воздействию пластовой жидкости и химических реагентов, применяемых для обработки скважин. Расстояние между пучками щетинок 9 по длине корпуса 8 выбирается из условия образования свободными концами щетинок непрерывного щеточного поля (фиг. 3). В окружном направлении между реечными щетками 7 остаются продольные каналы 10, наиболее широкие вблизи опорной трубы 1 (фиг. 1, 2). Плотность щетинок 9 в пучке влияет на размер задерживаемых ими частиц породы. В исходном состоянии наружный диаметр СРФ по пучкам щетинок 9 меньше внутреннего диаметра ЭК 11 на величину кольцевого зазора 12 (фиг. 1, 3), что исключает вероятность их взаимного контакта при спуске в скважину, то есть до разбухания эластомера 5 в пластовой жидкости. Продольные пазы 2 заглушены по концам ограничительными элементами (не показаны), исключающими разбухание эластомера в осевом направлении.

СРФ работает следующим образом.

СРФ подвешивают посредством трубы 1 к основанию погружного электродвигателя без каких-либо дополнительных устройств и спускают в интервал перфораций 13 ЭК 11. При спуске щетинки 9 реечных щеток 7 не истираются о стенку ЭК 11 благодаря кольцевому зазору 12 между ними (фиг. 3). В скважине пластовая жидкость проникает через зазоры 6 в продольные пазы 2 и вступает в контакт с разбухающим эластомером 5. Последний, будучи стесненным большим основанием 3 и боковыми стенками продольного паза 2, а также ограничительными элементами по торцам, увеличивается в размере при разбухании в единственно возможном направлении - наружу к меньшему основанию 4 паза 2 (фиг. 2, 4). За счет выборки технологического зазора 6 эластомер 5 перемещает расположенную перед ним реечную щетку 7 вплоть до упора ее корпуса 8 в боковые стенки продольного паза 2. Одновременно с зазором 6 исчезает кольцевой зазор 12 и пучки щетинок 9 упираются в стенку ЭК 11, а затем проникают в перфорации 13 и перегораживают их сечение (фиг. 2, 4).

При включении погружного насоса пластовая жидкость вместе с частицами породы движется из ПЗП по перфорационным каналам 14 к перфорациям 13 в ЭК 11. Наиболее крупные частицы сталкиваются и застревают между щетинками 9, внедрившимися в перфорации 13 и находящимися в ЭК 11 (фиг. 2, 4). Из уловленных частиц формируется устойчивый за счет щетинок 9 естественный фильтр с повышенными фильтрационными свойствами, который с течением времени увеличивается в объеме и заполняет перфорационные каналы 14. Благодаря этому снижается количество выносимых из ПЗП частиц породы и сохраняется производительность скважины. После фильтрации сквозь образовавшийся в пучках щетинок 9 естественный фильтр очищенная жидкость попадает в продольные каналы 10 вблизи опорной трубы 1, изменяет направление на 90° и движется на прием погружного насоса. Последующая откачка очищенной жидкости уменьшает износ и увеличивает наработку погружного насоса.

Таким образом, заявляемый СРФ исключает использование дополнительных устройств в виде защитного чехла и разобщителя межтрубного пространства, что позволяет сократить расходы и время на установку, а также повышает надежность его работы.

1. Скважинный расширяющийся фильтр, содержащий опорную трубу и фильтрующие щетки с радиально ориентированными пучками щетинок, отличающийся тем, что равномерно по окружности на опорной трубе прорезаны продольные пазы с большим основанием внутри и меньшим снаружи, в пазы уложен разбухающий эластомер, а поверх него введены фильтрующие реечные щетки, способные к выдвижению наружу при разбухании эластомера, при этом форма корпуса реечных щеток соответствует форме продольного паза, а ширина корпуса превышает ширину меньшего основания паза.

2. Скважинный расширяющийся фильтр по п. 1, отличающийся тем, что продольные пазы имеют трапецеидальную форму поперечного сечения.

3. Скважинный расширяющийся фильтр по п. 1, отличающийся тем, что пазы имеют Т-образную форму поперечного сечения.