RU139250U1

RU139250U1 - Borehole Expanding Filter

Info

Publication number: RU139250U1
Application number: RU2013105844/03U
Authority: RU
Inventors: Юрий Валентинович Данченко
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь"
Priority date: 2013-02-12
Filing date: 2013-02-12
Publication date: 2014-04-10

Abstract

1. Скважинный расширяющийся фильтр, включающий опорную трубу с множеством перфораций и фильтрующую оболочку из проволоки, отличающийся тем, что между опорной трубой и фильтрующей оболочкой размещена разбухающая эластомерная оболочка с множеством перфораций, каждая из которых является продолжением перфорации на опорной трубе.2. Скважинный расширяющийся фильтр по п.1, отличающийся тем, что фильтрующая оболочка из проволоки имеет в радиальном направлении пространственное строение.3. Скважинный расширяющийся фильтр по п.1, отличающийся тем, что фильтрующая оболочка выполнена из спрессованной проволочной спирали, при этом толщина оболочки составляет не менее трех диаметров спирали.4. Скважинный расширяющийся фильтр по п.1, отличающийся тем, что фильтрующая оболочка выполнена из двух продольно гофрированных металлических сеток, размещенных вплотную друг к другу, причем периметр наружной сетки в поперечном сечении равен периметру необсаженного ствола скважины.5. Скважинный расширяющийся фильтр по п.1, отличающийся тем, что законцовки эластомерной оболочки свободны от перфораций и фильтрующей оболочки и ограничены защитными кольцами, закрепленными на опорной трубе.1. A downhole expanding filter, including a support pipe with many perforations and a filtering shell of wire, characterized in that between the support pipe and the filtering shell there is a swellable elastomeric shell with many perforations, each of which is a continuation of the perforation on the support pipe. 2. The downhole expanding filter according to claim 1, characterized in that the filtering shell of the wire has a spatial structure in the radial direction. The downhole expanding filter according to claim 1, characterized in that the filtering shell is made of a compressed wire spiral, while the shell thickness is at least three spiral diameters. The downhole expanding filter according to claim 1, characterized in that the filtering shell is made of two longitudinally corrugated metal grids placed close to each other, and the perimeter of the outer mesh in cross section is equal to the perimeter of an open hole. The downhole expanding filter according to claim 1, characterized in that the tips of the elastomeric sheath are free from perforations and the filter sheath and are limited by protective rings fixed to the support pipe.

Description

Излбретение относится к оборудованию для заканчивания скважин, а именно к скважинным расширяющимся фильтрам (СРФ), устанавливаемым в скважинах с открытым стволом для предотвращения выноса частиц породы с добываемым продуктом.The invention relates to equipment for completing wells, namely to expanding well bore filters (SRF) installed in open-hole wells to prevent the removal of rock particles from the produced product.

Известен СРФ, состоящий из перфорированного корпуса, пружины кручения и многослойного фильтрующего элемента из гофрированной сетки, выполненного с возможностью увеличения размера в радиальном направлении при раскрутке пружины (Пат. РФ №2244103, Е21В 43/08, 2005).Known SRF, consisting of a perforated housing, a torsion spring and a multilayer filter element made of corrugated mesh, made with the possibility of increasing the size in the radial direction when unwinding the spring (Pat. RF №2244103, ЕВВ 43/08, 2005).

Недостатком данной конструкции СРФ является то, что из-за невысокой жесткости пружины кручения происходит неполное перекрытие стенки скважины гофрированной сеткой, в результате между ними остаются зазоры, которые заполняются выносимыми из призабойной зоны пласта частицами породы, способствуя его суффозии.The disadvantage of this SRF design is that due to the low rigidity of the torsion spring, the well wall is incompletely blocked by a corrugated mesh, as a result of which there are gaps between them that are filled with rock particles carried out from the bottom of the formation, contributing to its suffusion.

Известен СРФ, содержащий несущую трубу с множеством продольных прорезей, выполненную с возможностью расширения, и прямоугольные фильтровальные листы в форме ирисовой диаграммы, закрепленные на несущей трубе с перекрытием друг друга в осевом и окружном направлении (Пат. РФ №2197600, Е21В 43/08, 1998).Known SRF containing a supporting pipe with many longitudinal slots, made with the possibility of expansion, and rectangular filter sheets in the form of an iris diagram, mounted on a supporting pipe with overlapping each other in the axial and circumferential direction (Pat. RF No. 2197600, ЕВВ 43/08, 1998).

Недостаток известного СРФ заключается в возможности нарушения целостности фильтровальных листов при перемещении друг относительно друга в процессе расширения СРФ в скважине и ухудшении его фильтрационной способности.A disadvantage of the known SRF is the possibility of violating the integrity of the filter sheets when moving relative to each other during the expansion of the SRF in the well and the deterioration of its filtering ability.

Известен СРФ, включающий перфорированный корпус, цилиндрический кожух с вертикальными прорезями и фильтровальные лопасти криволинейной формы с закрепленным прямолинейным краем на корпусе и с выдвигающимся сквозь вертикальные прорези противоположным краем (Пат.РФ №2289680, Е21В 43/08, 2006).Known SRF, including a perforated housing, a cylindrical casing with vertical slots and filter blades of curved shape with a fixed straight edge on the body and with the opposite edge extending through vertical slots (Pat. RF No. 2289680, Е21В 43/08, 2006).

Недостаток описанного СРФ состоит в ограниченной изгибной жесткости фильтровальных лопастей, вследствие чего возможно их отжатие пластовым давлением от стенки скважины и миграция частиц породы через открывающиеся зазоры.The disadvantage of the described SRF is the limited bending stiffness of the filter blades, as a result of which it is possible to squeeze out reservoir pressure from the borehole wall and migrate rock particles through the opening gaps.

Наиболее близким к заявляемому является СРФ, включающий опорную трубу с множеством перфораций, дренажную и фильтрующую оболочки из металлической сетки, проволоки основы и утка которых расположены под углом к продольной оси (Пат. US №6607032, Е21В 43/08, 2003).Closest to the claimed is the SRF, including a support pipe with many perforations, a drainage and filter sheath made of metal mesh, warp wires and weft which are located at an angle to the longitudinal axis (US Pat. US No. 6607032, ЕВВ 43/08, 2003).

Недостатком принятого за прототип СРФ является сложность монтирования в скважине из-за необходимости применения специальной технологической оснастки для расширения опорной трубы и расположенных снаружи нее дренажной и фильтрующей оболочек. Кроме того, при расширении СРФ, сопровождающемся деформацией металлической сетки за счет смещения и поворота проволок основы и утка друг относительно друга, возможно нарушение структурной однородности сетки и снижение ее способности к задержанию частиц.The disadvantage of the adopted SRF prototype is the difficulty of mounting in the well due to the need to use special technological equipment to expand the support pipe and the drainage and filter shells located outside it. In addition, with the expansion of the SRF, accompanied by the deformation of the metal mesh due to the displacement and rotation of the warp and weft wires relative to each other, a violation of the structural uniformity of the mesh and a decrease in its ability to retain particles are possible.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции СРФ и технологии обустройства им скважины.The objective of the present invention is to simplify the construction of the SRF and the technology for equipping it with a well.

Указанный технический результат достигается тем, что в скважинном расширяющемся фильтре, содержащем опорную трубу с множеством перфораций и фильтрующую оболочку из проволоки, согласно изобретению, между опорной трубой и фильтрующей оболочкой размещена разбухающая эластомерная оболочка с множеством перфораций, каждая из которых является продолжением перфорации на опорной трубе.The specified technical result is achieved by the fact that in the borehole expanding filter containing a support pipe with many perforations and a filter shell of wire, according to the invention, between the support pipe and the filter shell there is a swelling elastomeric shell with many perforations, each of which is a continuation of the perforation on the support pipe .

Фильтрующая оболочка имеет в радиальном направлении пространственное строение.The filtering shell has a spatial structure in the radial direction.

Фильтрующая оболочка может быть изготовлена из спрессованной проволочной спирали, при этом толщина оболочки составляет не менее трех диаметров спирали. Кроме того, фильтрующая оболочка может быть выполнена из двух продольно гофрированных металлических сеток, размещенных вплотную друг к другу, причем периметр наружной сетки в поперечном сечении равен периметру необсаженного ствола скважины, в котором устанавливается СРФ.The filter sheath can be made of a compressed wire spiral, while the shell thickness is at least three spiral diameters. In addition, the filtering shell can be made of two longitudinally corrugated metal grids placed close to each other, and the perimeter of the outer mesh in cross section is equal to the perimeter of the uncased borehole in which the SRF is installed.

Законцовки разбухающей эластомерной оболочки свободны от перфораций и фильтрующей оболочки и снабжены защитными кольцами, закрепленными на опорной трубе.The endings of the swellable elastomeric sheath are free from perforations and the filter sheath and are equipped with protective rings fixed to the support tube.

На фиг.1, 2 показан СРФ с фильтрующей оболочкой из спрессованной проволочной спирали до и после разбухания эластомерной оболочки, продольное сечение; на фиг.3, 4 - то же, но с фильтрующей оболочкой из двух продольно гофрированных металлических сеток, поперечное сечение; на фиг.5 - структура спрессованной проволочной спирали.In Fig.1, 2 shows the SRF with a filter sheath from a compressed wire spiral before and after swelling of the elastomeric sheath, a longitudinal section; figure 3, 4 is the same, but with a filter shell of two longitudinally corrugated metal grids, cross section; figure 5 - structure of the pressed wire spiral.

СРФ содержит опорную металлическую трубу 1 с множеством перфораций 2, эластомерную оболочку 3 с множеством перфораций 4, разбухающую при контакте со скважинной жидкостью, защитные кольца 6 на концах эластомерной оболочки, зафиксированные на опорной трубе 1, и фильтрующую оболочку из спрессованной проволочной спирали 5 (фиг.1, 2) или из двух продольно гофрированных металлических сеток 10 (фиг.3, 4). Перфорации 2 и 4 попарно сообщены друг с другом, и каждая пара сообщающихся перфораций снабжена общей заглушкой 7.SRF contains a supporting metal pipe 1 with many perforations 2, an elastomeric sheath 3 with many perforations 4, swelling upon contact with the well fluid, protective rings 6 at the ends of the elastomeric sheath fixed on the support pipe 1, and a filter sheath made of a compressed wire spiral 5 (Fig. .1, 2) or of two longitudinally corrugated metal grids 10 (Figs. 3, 4). Perforations 2 and 4 are in pairs communicated with each other, and each pair of communicating perforations is equipped with a common plug 7.

В фильтрующей оболочке 5 (фиг.5) между витками проволочной спирали 8 имеются сообщающиеся щелевидные поры 9 (Конструирование рабочих органов машин и оборудования из упругопористого материала МР: Уч. - спр. пособие. Ч.1 / Д.Е. Чегодаев, О.П. Мулюкин, Е.В. Колтыгин. - Самара: НПЦ «Авиатор», 1994. С.39-41).In the filtering shell 5 (figure 5) between the coils of the wire spiral 8 there are communicating slit-like pores 9 (Designing the working bodies of machines and equipment from the elastic-porous material MR: Uch. - other manual. Part 1 / D.E. Chegodaev, O. P. Mulukin, E. V. Koltygin. - Samara: SPC "Aviator", 1994. S. 39-41).

Фильтрующая оболочка 10 состоит из внутренней дренажной сетки 11 с крупной ячейкой и наружной фильтрующей сетки 12 с мелкой ячейкой (фиг.3), причем периметр последней в поперечном сечении равен периметру скважины, обустраиваемой СРФ.The filtering shell 10 consists of an internal drainage mesh 11 with a large cell and an external filtering mesh 12 with a small cell (Fig. 3), and the perimeter of the latter in cross section is equal to the perimeter of the well being set up by the SRF.

СРФ работает следующим образом.SRF works as follows.

СРФ спускается в продуктивный интервал необсаженной скважины с зазором 13 относительно стенки 14. Скважинная жидкость, содержащая углеводородные соединения и воду, проникает в щелевидные поры 9 фильтрующей оболочки 5 или в ячейки фильтрующей и дренажной сеток 12, 11 фильтрующей оболочки 10, вступает в контакт с эластомерной оболочкой 3, инициируя тем самым процесс ее разбухания. Поскольку разбухающая эластомерная оболочка 3 размещена на прочной металлической опорной трубе 1 и по концам ограничена защитными кольцами 6, то разбухание происходит в стесненных условиях и сопровождается увеличением только ее наружного диаметра. Заглушки 7 предотвращают смятие перфораций 4 в эластомерной оболочке 3 и их смещение относительно перфораций 2 в опорной трубе 1.SRF descends into the production interval of an open-hole well with a gap 13 relative to the wall 14. A well containing hydrocarbon compounds and water penetrates into the slit-like pores 9 of the filter shell 5 or into the cells of the filter and drainage nets 12, 11 of the filter shell 10 and comes into contact with the elastomeric shell 3, thereby initiating the process of swelling. Since the swelling elastomeric sheath 3 is placed on a strong metal support tube 1 and is limited at the ends by protective rings 6, the swelling occurs in cramped conditions and is accompanied by an increase in only its outer diameter. The plugs 7 prevent crushing of the perforations 4 in the elastomeric shell 3 and their displacement relative to the perforations 2 in the support tube 1.

При разбухании эластомерная оболочка 3 оказывает изнутри давление на фильтрующую оболочку 5 или 10 и расширяет ее в радиальном направлении вплоть до устранения кольцевого зазора 13 и плотного прижатия к стенке необсаженной скважины 14 (фиг.3).When swelling, the elastomeric casing 3 exerts internal pressure on the filter casing 5 or 10 and expands it in the radial direction until the annular gap 13 is removed and it is pressed against the wall of the open hole 14 (Fig. 3).

Расширение фильтрующей оболочки 5 происходит за счет равномерного смещения большого числа проволочных спиралей 8 относительно друг друга и раскрытия щелевидных пор 9 между ними. Благодаря пространственной структуре и упруго-эластичным свойствам спрессованной проволочной спирали эластомерная оболочка при разбухании проникает лишь в ограниченную внутреннюю область фильтрующей оболочки 5, тогда как ее основной объем, контактирующий с открытым стволом скважины, остается проницаемым и в дальнейшем участвует в фильтровании скважинной жидкости. Спрессованная проволочная спираль 8 может быть покрыта антифрикционным материалом для снижения усилия на расширение фильтрующей оболочки 5.The expansion of the filter shell 5 occurs due to the uniform displacement of a large number of wire spirals 8 relative to each other and the opening of the slit-like pores 9 between them. Due to the spatial structure and the elastic properties of the compressed wire spiral, the elastomeric shell penetrates only into the limited inner region of the filter shell 5 when swelling, while its main volume in contact with the open borehole remains permeable and is subsequently involved in filtering the wellbore fluid. The compressed wire spiral 8 can be coated with antifriction material to reduce the effort to expand the filter sheath 5.

Расширение фильтрующей оболочки 10 происходит путем трансформации дренажной и фильтрующей продольно гофрированной металлической сетки 11, 12 в цилиндрические оболочки (фиг.4). Последние примыкают друг к другу и к стенке необсаженного ствола скважины благодаря выбранному соотношению между их периметрами поперечного сечения. Дренажная сетка 11 предотвращает вероятность закупоривания фильтрующей сетки 12 разбухающим эластомером, а также способствует в дальнейшем увеличению потока жидкости к перфорациям 4.The expansion of the filter shell 10 occurs by transforming the drainage and filtering longitudinally corrugated metal mesh 11, 12 into a cylindrical shell (figure 4). The latter are adjacent to each other and to the wall of the open-hole wellbore due to the selected ratio between their perimeters of the cross section. The drainage mesh 11 prevents the possibility of clogging of the filter mesh 12 with a swelling elastomer, and also contributes to a further increase in fluid flow to the perforations 4.

Законцовки разбухающей эластомерной оболочки 3, не занятые фильтрующей оболочкой 5 или 10, при разбухании герметизируют кольцевое пространство между опорной трубой 1 и стенкой скважины 14, выполняя функцию пакера. Фильтрующая оболочка 5 или 10 в сочетании с недеформирующейся в осевом направлении из-за защитных колец 6 разбухшей эластомерной оболочкой 3 способны противостоять возникающему при работе СРФ перепаду давления жидкости, а также обеспечить устойчивость и предотвратить разрушение пласта. По завершению процесса разбухания эластомерной оболочки 3 удаляют заглушки 7, обеспечивая тем самым сообщение фильтрующей оболочки 5 или 10 через перфорации 2 и 4 с полостью опорной трубы 1.The endings of the swellable elastomeric shell 3, not occupied by the filter shell 5 or 10, when swelling, seal the annular space between the support pipe 1 and the wall of the well 14, acting as a packer. The filtering casing 5 or 10 in combination with non-axially deformed due to the protective rings 6 swollen elastomeric casing 3 is able to withstand the differential pressure of the fluid that occurs during the operation of the SRF, as well as provide stability and prevent formation destruction. Upon completion of the swelling process of the elastomeric sheath 3, the plugs 7 are removed, thereby ensuring that the filter sheath 5 or 10 communicates through perforations 2 and 4 with the cavity of the support pipe 1.

При включении электроцентробежного насоса (не показан) скважинная жидкость движется в радиальном направлении из продуктивного пласта 15 непосредственно к фильтрующей оболочке 5 или 10 и фильтруется сквозь щелевидные поры или ячейки соответственно. Отсутствие кольцевого зазора 13 вокруг фильтрующей оболочки 5 или 10 исключают вертикальную составляющую потока жидкости. Мигрирующие вместе с жидкостью частицы породы застревают между витками проволочной спирали 8 или проволоками фильтрующей сетки 12, а очищенная жидкость движется в радиальном направлении и через перфорации 4 эластомерной оболочки 3 и перфорации 2 попадает в опорную трубу 1. Жидкость поднимается вверх, покидает СРФ и оказывается, в конечном счете, на приеме электроцентробежного насоса, у которого при откачке очищенной жидкости уменьшается износ и увеличивается наработка.When you turn on the electric centrifugal pump (not shown), the borehole fluid moves in the radial direction from the reservoir 15 directly to the filter shell 5 or 10 and is filtered through slit-like pores or cells, respectively. The absence of an annular gap 13 around the filter shell 5 or 10 excludes the vertical component of the fluid flow. Rock particles migrating with the liquid get stuck between the turns of the wire spiral 8 or wires of the filter mesh 12, and the purified liquid moves in the radial direction and through the perforations 4 of the elastomeric sheath 3 and perforations 2 enters the support pipe 1. The liquid rises, leaves the SRF and turns out ultimately, at the reception of an electric centrifugal pump, in which, when pumping out the purified liquid, wear decreases and the operating time increases.

Перекрытие предлагаемым СРФ продуктивного интервала необсаженной скважины максимально увеличивает область притока пластовой жидкости, благодаря чему уменьшается ее скорость и способность к транспортировке частиц породы в призабойную зону. Это сохраняет коллекторские свойства последней и производительность скважины в целом, а также удлиняет период между ее ремонтами.Overlapping with the proposed production flow interval of an open-hole well maximizes the area of formation fluid inflow, thereby reducing its speed and ability to transport rock particles to the bottomhole zone. This preserves the reservoir properties of the latter and the productivity of the well as a whole, and also lengthens the period between its repairs.

Разбухающая в скважинной жидкости эластомерная оболочка заменяет в известных СРФ движущиеся части, с помощью которых осуществляется механическая активация фильтрующих оболочек. Применение заявляемого СРФ упрощает заканчивание скважины и сокращает время и расходы на его выполнение.The elastomeric sheath swellable in the wellbore fluid replaces the moving parts in known SRFs by means of which mechanical activation of the filter sheaths is carried out. The application of the inventive SRF simplifies well completion and reduces the time and cost of its implementation.

Claims

1. A downhole expanding filter, including a support pipe with many perforations and a filtering shell of wire, characterized in that between the support pipe and the filtering shell there is a swellable elastomeric shell with many perforations, each of which is a continuation of the perforation on the support pipe.

2. The expanding downhole filter according to claim 1, characterized in that the filtering shell of the wire has a spatial structure in the radial direction.

3. The expanding downhole filter according to claim 1, characterized in that the filtering shell is made of a compressed wire spiral, while the shell thickness is at least three spiral diameters.

4. The downhole expanding filter according to claim 1, characterized in that the filtering shell is made of two longitudinally corrugated metal grids placed close to each other, and the perimeter of the outer mesh in cross section is equal to the perimeter of the open hole.

5. The downhole expanding filter according to claim 1, characterized in that the tips of the elastomeric sheath are free from perforations and the filter sheath and are limited by protective rings fixed to the support pipe.