RU142120U1

RU142120U1 - EXPANDABLE FILTER

Info

Publication number: RU142120U1
Application number: RU2012138006/03U
Authority: RU
Inventors: Юрий Валентинович Данченко; Олег Михайлович Перельман; Евгений Вячеславович Пошвин
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь"
Priority date: 2012-09-05
Filing date: 2012-09-05
Publication date: 2014-06-20

Abstract

1. Способный к расширению фильтр, включающий опорную трубу с прорезями и размещенную на ней фильтрующую оболочку из проволоки, отличающийся тем, что фильтрующая оболочка изготовлена из проволочной спирали, спрессованной в толстостенные цилиндры.2. Способный к расширению фильтр по п.1, отличающийся тем, что толстостенные цилиндры состыкованы между собой с помощью кольцевых выступов и ответных кольцевых канавок, сформированных на их сопрягаемых торцах.1. An expandable filter comprising a support pipe with slots and a filter shell made of wire placed on it, characterized in that the filter shell is made of a wire spiral pressed into thick-walled cylinders. 2. The expandable filter according to claim 1, characterized in that the thick-walled cylinders are joined together by means of annular protrusions and reciprocal annular grooves formed at their mating ends.

Description

Изобретение относится к оборудованию для добычи нефти и газа, а именно к внутрискважинным фильтрам, предназначенным для предотвращения выноса твердых частиц из коллектора в эксплуатационную колонну вместе с добываемым продуктом.The invention relates to equipment for oil and gas production, namely to downhole filters, designed to prevent the removal of solid particles from the reservoir into the production string along with the produced product.

Известен скважинный раскрывающийся фильтр, состоящий из перфорированного корпуса, пружины кручения и многослойного фильтрующего элемента из гофрированной сетки, который выполнен с возможностью увеличения размеров в радиальном направлении при раскрутке пружины (Патент РФ №224,4103 Е21В 43/08, 2005).A well-known drop-down filter consisting of a perforated housing, a torsion spring and a multilayer filter element made of corrugated mesh, which is configured to increase the size in the radial direction when unwinding the spring (RF Patent No. 224,4103 ЕВВ 43/08, 2005).

Недостатком данной конструкции является неполное перекрытие фильтрующим элементом перфораций в эксплуатационной колонне из-за выхода части перфораций во впадины между гофрами сетки, которые в дальнейшем заполняются выносимым из призабойной зоны песком, что способствует суффозии пласта.The disadvantage of this design is the incomplete overlapping of the perforations in the production string by the filter element due to the release of part of the perforations into the hollows between the corrugations of the mesh, which are subsequently filled with sand removed from the bottomhole zone, which contributes to the formation suffusion.

Известен расширяемый скважинный фильтр, содержащий выполненную с возможностью расширения несущую трубу с прорезями и множество прямоугольных фильтровальных листов в форме ирисовой диаграммы, закрепленных на несущей трубе с перекрытием друг друга в осевом и окружном направлении (Патент РФ №2197600 Е21В 43/08, 1998).An expandable well filter is known comprising an expandable support pipe with slots and a plurality of rectangular filter sheets in the form of an iris diagram mounted on the support pipe overlapping each other in the axial and circumferential direction (RF Patent No. 2197600 ЕВВ 43/08, 1998).

Недостаток известного фильтра состоит в том, что при перекрытии перфораций эксплуатационной колонны фильтровальные листы перемещаются друг относительно друга, что может привести к их зацеплению, разрыву и нарушению фильтрационных свойств фильтра.A disadvantage of the known filter is that when the perforations of the production casing are blocked, the filter sheets move relative to each other, which can lead to their engagement, rupture and violation of the filtering properties of the filter.

Известен скважинный раскрывающийся фильтр, состоящий из перфорированного корпуса, нескольких фильтровальных лопастей криволинейной формы и цилиндрического кожуха с вертикальными прорезями снаружи, причем лопасти закреплены одним прямолинейным краем на корпусе с возможностью выдвижения противоположного края сквозь прорези (Патент РФ №2289680, Е21В 43/08, 2006).A well-known drop-down filter consisting of a perforated housing, several filter blades of a curved shape and a cylindrical casing with vertical slots from the outside, the blades fixed with one straight edge on the housing with the ability to extend the opposite edge through the slots (RF Patent No. 2289680, ЕВВ 43/08, 2006 )

Недостаток описанного фильтра заключается в ограниченной изгибной жесткости фильтровальных лопастей, перекрывающих перфорации в эксплуатационной колонне, в результате чего возникающий при работе фильтра перепад давления отжимает лопасти от колонны, и твердые частицы мигрируют через перфорации внутрь скважины.The disadvantage of the described filter is the limited bending stiffness of the filter blades, overlapping the perforations in the production string, as a result of which the pressure drop that occurs during the filter operation presses the blades away from the string, and solid particles migrate through the perforations into the borehole.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способный к расширению фильтр, включающий опорную трубу с множеством прорезей, дренажный слой и, по крайней мере, одну фильтрующую оболочку, выполненную из металлической сетки, проволоки основы и утка которой расположены под углом к продольной оси трубы (Pat. US №6607032, Е21В 43/08, 2003).The closest in technical essence to the claimed is an expandable filter, including a support pipe with many slots, a drainage layer and at least one filter sheath made of a metal mesh, the warp wire and weft of which are located at an angle to the longitudinal axis of the pipe ( Pat. US No. 6607032, E21B 43/08, 2003).

Недостатком принятого за прототип фильтра является возможность задира единственной фильтрующей оболочки из тонкой сетки при расширении, и как следствие - нарушение однородности размера ее проходных сечений и резкое ухудшение способности к задержанию частиц. Кроме того, наличие дренажного слоя, служащего для увеличения потока жидкости между сеткой и прорезями опорной трубы, усложняет и удорожает фильтр.The disadvantage of the filter adopted for the prototype is the possibility of scuffing a single filtering shell of a thin mesh during expansion, and as a result, a violation of the uniformity of the size of its passage sections and a sharp deterioration in the ability to retain particles. In addition, the presence of a drainage layer, which serves to increase the flow of fluid between the grid and the slots of the support pipe, complicates and increases the cost of the filter.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции фильтра и повышение надежности его работы по предупреждению выноса песка из призабойной зоны в скважину.The objective of the present invention is to simplify the design of the filter and increase the reliability of its work to prevent the removal of sand from the bottomhole zone into the well.

Указанный технический результат достигается тем, что в способном к расширению фильтре, включающем опорную трубу с прорезями и размещенную на ней фильтрующую оболочку из проволоки, согласно изобретению, фильтрующая оболочка изготовлена из проволочной спирали, спрессованной в толстостенные цилиндры.The specified technical result is achieved in that in an expandable filter, including a support pipe with slots and a filter shell made of wire placed on it, according to the invention, the filter shell is made of a wire spiral pressed into thick-walled cylinders.

Фильтрующая оболочка набирается на опорной трубе из множества толстостенных цилиндров, состыкованных между собой с помощью кольцевых выступов и ответных кольцевых канавок на их сопрягаемых торцах.The filtering shell is drawn on a support pipe from a plurality of thick-walled cylinders joined together by means of annular protrusions and reciprocal annular grooves at their mating ends.

На фиг.1 показан способный к расширению фильтр в эксплуатационной колонне скважины, общий вид; на фиг.2 приведена пространственная структура фильтрующей оболочки фильтра.Figure 1 shows a expandable filter in the production casing of the well, a General view; figure 2 shows the spatial structure of the filter shell of the filter.

Способный к расширению фильтр содержит опорную трубу 1 с прорезями 2 и фильтрующую оболочку 3 (фиг.1), изготовленную из спрессованной проволочной спирали (см., например, Конструирование рабочих органов машин и оборудования из упругопористого материала MP: Учеб.-справ, пособие. Ч.1 / Д.Е. Чегодаев, О.П. Мулюкин, Е.В. Колтыгин. - НПЦ «Авиатор»: Самара, 1994. 156 с). На проволочные спирали может быть нанесено антифрикционное покрытие для уменьшения трения между витками и снижения общего усилия при последующем расширении фильтрующей оболочки в скважине. Форма, количество и расположение прорезей 2 на опорной трубе 1 определяются из условия минимизации усилия, необходимого для ее расширения, и сохранения ею приемлемой остаточной прочности. Структурными элементами фильтрующей оболочки 3 являются хаотически уложенные и спрессованные проволочные спирали 4, между витками которых находятся сообщающиеся поры 5 (фиг.2). Фильтрующая оболочка 3 состоит из проволочных толстостенных цилиндров 6 с кольцевыми выступами 7 на одном торце и ответными кольцевыми канавками 8 на другом торце (фиг.1). Фильтрующая оболочка из спрессованной проволочной спирали за счет трехмерной структуры обладает высоким потенциалом к задержанию частиц, а также не требует дренажного слоя, что упрощает конструкцию фильтра.The expandable filter contains a support pipe 1 with slots 2 and a filter sheath 3 (Fig. 1) made of a compressed wire spiral (see, for example, Designing the working bodies of machines and equipment from elastic-porous material MP: Textbook-reference, manual. Part 1 / D.E. Chegodaev, O.P. Mulyukin, E.V. Koltygin .-- SPC “Aviator”: Samara, 1994. 156 s). An anti-friction coating can be applied to the wire spirals to reduce friction between the turns and reduce the total force during subsequent expansion of the filter sheath in the well. The shape, quantity and location of the slots 2 on the support pipe 1 are determined from the condition of minimizing the force required to expand it, and maintaining an acceptable residual strength. The structural elements of the filter shell 3 are randomly stacked and pressed wire spirals 4, between the turns of which are connected pores 5 (figure 2). The filtering shell 3 consists of thick-walled wire cylinders 6 with annular protrusions 7 at one end and reciprocal ring grooves 8 at the other end (Fig. 1). Due to the three-dimensional structure, the filtering shell made of a compressed wire spiral has a high potential for particle retention, and also does not require a drainage layer, which simplifies the design of the filter.

Способный к расширению фильтр, снабженный по концам центраторами, спускается вместе с расширяющим конусом 9 в интервал перфорации 10 эксплуатационной колонны 11, при этом фильтрующая оболочка 3 пропитана воском для предотвращения закупоривания поверхностных пор 5 механическими частицами. В скважине воск растворяется в нефти, и проволочная структура фильтрующей оболочки 3 становится проницаемой.The expandable filter, equipped with centralizers at the ends, is lowered together with the expansion cone 9 into the perforation interval 10 of the production string 11, while the filter shell 3 is impregnated with wax to prevent mechanical particles from clogging the surface pores 5. In the well, the wax dissolves in the oil, and the wire structure of the filter sheath 3 becomes permeable.

После спуска фильтра в скважину между фильтрующей оболочкой 3 и стенкой эксплуатационной колонны 11 остается зазор 12. При последующем протягивании через фильтр расширяющего конуса 9 происходит увеличение диаметра опорной трубы 1 и диаметра размещенной на ней фильтрующей оболочки 3 с увеличением ее размера пор 5 до рабочего значения. Происходящие изменения в фильтрующей оболочке 3 при расширении учитываются при выборе ее начальных структурных параметров. Процесс расширения фильтра проводится за несколько циклов вплоть до устранения кольцевого зазора 12 и прижатия фильтрующей оболочки 3 к эксплуатационной колонне 11 с перекрытием проволочными спиралями 4 перфораций 10. Фильтрующая оболочка 3 из спрессованной проволочной спирали 4 обладает высокими прочностными и упругими свойствами и может претерпевать высокую степень деформации без ущерба для структурной однородности. Кольцевой выступ 7 и ответная кольцевая канавка 8 на сопрягаемых торцах проволочных толстостенных цилиндров 6 образуют своеобразный замок, обеспечивающий расширение наборной фильтрующей оболочки 3 как единой конструкции и герметизирующий стыки между цилиндрами 6. В процессе расширения фильтра изменяется форма и увеличивается ширина прорезей 2 на опорной трубе 1. После расширения межтрубное пространство выше фильтра перекрывается пакером (не показан).After the filter is lowered into the well, a gap 12 remains between the filter shell 3 and the wall of the production casing 11. When the expansion cone 9 is subsequently pulled through the filter, the diameter of the support pipe 1 and the diameter of the filter shell 3 placed on it increase with an increase in its pore size 5 to the operating value. The occurring changes in the filtering shell 3 during expansion are taken into account when choosing its initial structural parameters. The process of expanding the filter is carried out for several cycles until the annular gap 12 is removed and the filter shell 3 is pressed against the production string 11 with wire perforations 4 overlapping perforations 10. The filter shell 3 made of compressed wire spiral 4 has high strength and elastic properties and can undergo a high degree of deformation without prejudice to structural uniformity. The annular protrusion 7 and the reciprocal annular groove 8 on the mating ends of the wire thick-walled cylinders 6 form a kind of lock that expands the stacked filter shell 3 as a single structure and seals the joints between the cylinders 6. In the process of filter expansion, the shape changes and the width of the slots 2 on the support pipe 1 increases After expansion, the annulus above the filter is blocked by a packer (not shown).

При включении электроцентробежного насоса (не показан) жидкость поступает из прифильтровой зоны продуктивного пласта 13 через перфорации 10 эксплуатационной колонны 11 непосредственно к фильтрующей оболочке 3 и попадает в поры 5 между проволочными спиралями 4. Отсутствие кольцевого зазора и наличие пакера исключают вертикальную составляющую потока жидкости в порах фильтра, а также уменьшает входную скорость жидкости в фильтр. Частицы породы, находящиеся в жидкости, наталкиваются на витки проволочной спирали 4 фильтрующей оболочки 3, застревают и накапливаются в поверхностных порах 5. Образующиеся из частиц проницаемые структуры, функционируют как искусственный фильтр с повышенной тонкостью очистки, препятствуя попаданию новых частиц из продуктивного пласта 13 внутрь фильтрующего слоя 3. Благодаря пространственной структуре и высокому уровню механических свойств фильтрующая оболочка 3 способна противостоять возникающему при работе фильтра перепаду давления, не вминаясь в расширенные прорези 2 опорной трубы 1 и сохраняя свою целостность. Очищенная жидкость продолжает двигаться в радиальном направлении, попадает в расширенные прорези 2 опорной трубы 1, изменяет направление на 90° и поднимается на дневную поверхность.When you turn on the electric centrifugal pump (not shown), the fluid enters from the prefilter zone of the reservoir 13 through perforations 10 of the production string 11 directly to the filter shell 3 and enters the pores 5 between the wire spirals 4. The absence of an annular gap and the presence of a packer exclude the vertical component of the fluid flow in the pores filter, and also reduces the inlet fluid velocity into the filter. The particles of the rock that are in the liquid run into the turns of the wire spiral 4 of the filter shell 3, get stuck and accumulate in the surface pores 5. The permeable structures formed from the particles function as an artificial filter with an increased fineness of cleaning, preventing new particles from entering the reservoir 13 inside the filter layer 3. Due to the spatial structure and a high level of mechanical properties, the filter shell 3 is able to withstand the pressure drop that occurs during the operation of the filter without digging into the extended slots 2 of the support pipe 1 and maintaining its integrity. The purified liquid continues to move in the radial direction, enters the extended slots 2 of the support pipe 1, changes direction by 90 ° and rises to the day surface.

Способный к расширению фильтр за счет перекрытия перфораций 10 в эксплуатационной колонне 11 уменьшает скорость жидкости в призабойной зоне пласта 13, что снижает способность жидкости к транспортировке частиц породы в скважину. В результате предотвращается разрушение и повышается породоудерживающая способность пласта, а также сохраняется производительность скважины и удлиняется период между ее ремонтами. Одновременно уменьшается износ и увеличивается наработка внутрискважинного оборудования.A expandable filter due to overlapping perforations 10 in the production casing 11 reduces the fluid velocity in the bottomhole formation zone 13, which reduces the ability of the fluid to transport rock particles to the well. As a result, fracture is prevented and the rock-retaining ability of the formation is increased, and well productivity is maintained and the period between its repairs is extended. At the same time, wear is reduced and the operating time of downhole equipment is increased.

Claims

1. A expandable filter comprising a support pipe with slots and a filter shell made of wire placed on it, characterized in that the filter shell is made of a wire spiral pressed into thick-walled cylinders.

2. The expandable filter according to claim 1, characterized in that the thick-walled cylinders are joined together by means of annular protrusions and reciprocal annular grooves formed at their mating ends.