RU2348795C1

RU2348795C1 - Demountable well screen

Info

Publication number: RU2348795C1
Application number: RU2007119126/03A
Authority: RU
Inventors: Эдуард Федорович Соловьев (RU); Эдуард Федорович Соловьев; Сергей Евгеньевич Варламов (RU); Сергей Евгеньевич Варламов
Original assignee: Эдуард Федорович Соловьев; Сергей Евгеньевич Варламов
Priority date: 2007-05-22
Filing date: 2007-05-22
Publication date: 2009-03-10
Also published as: RU2007119126A

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention refers to gas-and-oil producing industry and can be used for oil and gas recovery. Demountable well screen contains load-bearing frame made of perforated pipe involving filter cells between two stop blocks. Each filter cell is made of wire material pressurised to perforated cases mounted on the perforated pipe with a gap which functions as an internal drainage layer. The adjacent cases are partially mutually overlapped due to that, one case side is provided with ring hollow of external diameter equal or less than internal diameter of the other case side.

EFFECT: higher throughput capacity and cleaning quality of liquids and gases supplied for filtration and increased service life of well screen.

11 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при добыче жидкости и газов из недр.The invention relates to the oil and gas industry and can be used in the extraction of liquids and gases from the bowels.

Известен скважинный фильтр, представляющий собой стальную трубу с отверстиями, на которую намотана профилированная проволока (Гаврилко В.М. Фильтры буровых скважин. М.: Недра, 1985, с.7-9).Known downhole filter, which is a steel pipe with holes on which a profiled wire is wound (Gavrilko V.M. Filters of boreholes. M .: Nedra, 1985, p.7-9).

Основным недостатком такой конструкции является изменение межвитковых промежутков при установке фильтра в скважину, отсутствие защиты фильтрующей сетки от механических воздействий в процессе транспортировки и установки фильтра, что отрицательно сказывается на качестве фильтрации.The main disadvantage of this design is the change in the inter-turn gaps when installing the filter in the well, the lack of protection of the filter mesh from mechanical influences during transportation and installation of the filter, which negatively affects the quality of filtration.

Известен скважинный фильтр, состоящий из несущего трубчатого перфорированного каркаса и волокнистого фильтрующего покрытия, выполненного в виде отдельных пластин из проволочного нетканого материала, жестко закрепленных внахлест при помощи сварки и пайки на трубчатом каркасе фильтра против перфорационных отверстий (авт. св. СССР №941548, МКИ 3 Е21В 43/08, опубл. 1982).Known downhole filter, consisting of a supporting tubular perforated frame and a fibrous filter coating made in the form of individual plates of wire nonwoven material, rigidly lapped by welding and soldering on a tubular filter frame against perforations (ed. St. USSR No. 941548, MKI 3 E21B 43/08, publ. 1982).

Основным недостатком данной конструкции является наличие сварных зон, что со временем активизирует процессы коррозии металла. Плотное прилегание фильтрующего элемента к перфорированной трубе существенно уменьшает зону фильтрации, которая ограничена площадью отверстия в трубе. Отсутствует защита фильтрующего элемента от механических воздействий в процессе транспортировки и установки фильтра.The main disadvantage of this design is the presence of welded zones, which over time activates the processes of metal corrosion. The snug fit of the filter element to the perforated pipe significantly reduces the filtration zone, which is limited by the area of the hole in the pipe. There is no protection of the filter element from mechanical influences during transportation and installation of the filter.

Известен фильтр по патенту РФ на полезную модель №51664, состоящий из несущего каркаса, выполненного из перфорированной трубы, и фильтрующего покрытия из проволочного нетканого материала, фильтрующее покрытие выполнено в виде трубчатого элемента и установлено на несущем каркасе в пазах опорных колец, зафиксированных переводниками. Между фильтрующим покрытием и несущим каркасом установлен дренажный слой, выполненный в виде спирали из проволоки, намотанной на несущий каркас. Эта спираль, образующая дренажный слой, может быть выполнена из пружинной проволоки. Трубчатый фильтрующий элемент изготовлен из проволочного нетканого материала, полученного путем прессования проволоки (металлорезины). Металлорезина разработана в Самарском государственном аэрокосмическом университете (ранее Куйбышевский авиационный институт) и применялась преимущественно для демпферов опор двигателей. Скважинный фильтр защищен кожухом с отверстиями.A known filter according to the patent of the Russian Federation for utility model No. 51664, consisting of a supporting frame made of a perforated pipe and a filter coating of wire non-woven material, the filter coating is made in the form of a tubular element and is installed on the supporting frame in the grooves of the support rings fixed by the sub. Between the filter coating and the supporting frame there is a drainage layer made in the form of a spiral of wire wound on a supporting frame. This spiral forming the drainage layer may be made of spring wire. The tubular filter element is made of wire non-woven material obtained by pressing wire (metal rubber). Metal rubber was developed at the Samara State Aerospace University (formerly Kuibyshev Aviation Institute) and was used primarily for engine mount dampers. The downhole filter is protected by a casing with holes.

Недостатком известной конструкции фильтра является быстрое засорение фильтрующего элемента механическими примесями. Защитный кожух с отверстиями (радиальными зазорами) не выполняет функцию защиты фильтрующего элемента от засорения крупными частицами механических примесей, выполняя функцию защиты фильтра от механических повреждений в процессе транспортировки и установки. Кроме этого, защитный кожух с радиальными зазорами создает повышенное сопротивление при прохождении жидкости через защитный кожух, что снижает скорость поступления жидкости к фильтрующему элементу и соответственно уменьшает пропускную способность скважинного фильтра.A disadvantage of the known filter design is the rapid clogging of the filter element with mechanical impurities. The protective casing with holes (radial gaps) does not fulfill the function of protecting the filter element from clogging of mechanical particles by large particles, performing the function of protecting the filter from mechanical damage during transportation and installation. In addition, the protective casing with radial clearances creates increased resistance when the fluid passes through the protective casing, which reduces the rate of fluid flow to the filter element and, accordingly, reduces the throughput of the downhole filter.

Известен скважинный фильтр по патенту РФ на полезную модель №35368, прототип. Этот фильтр содержит перфорированную трубу, на которой установлены между двумя упорами фильтрующие элементы. Фильтрующие элементы выполнены в виде металлических колец с щелями на их торцах.Known well filter according to the patent of the Russian Federation for utility model No. 35368, prototype. This filter contains a perforated pipe on which filter elements are installed between two stops. The filtering elements are made in the form of metal rings with slots at their ends.

Недостатком фильтра такой конструкции является очень низкая пропускная способность фильтра, обусловленная тем, что щели, имеющие поперечный размер 0,1…0,2 мм и толщину 5…10 мм, имеют очень низкую пропускную способность, т.к. сплошные металлические кольца в процессе фильтрации не участвуют.A disadvantage of a filter of this design is a very low filter capacity, due to the fact that slots having a transverse size of 0.1 ... 0.2 mm and a thickness of 5 ... 10 mm have a very low filter capacity, because solid metal rings are not involved in the filtration process.

Задача изобретения - повышение пропускной способности и качества очистки жидкостей и газов, поступающих на фильтрацию, и увеличение срока службы скважинного фильтра.The objective of the invention is to increase the throughput and purification quality of liquids and gases entering the filtration, and increase the service life of the downhole filter.

Решение указанной задачи достигнуто за счет того, что разборный скважинный фильтр, содержащий несущий каркас, выполненный из перфорированной трубы и установленных на ней между двумя упорами фильтрующих элементов, выполненных в корпусах, при этом каждый фильтрующий элемент выполнен из проволочного материала, запрессованного в перфорированные корпуса, установлен на перфорированной трубе с зазором, выполняющим роль внутреннего дренажного слоя, при этом соседние корпуса частично входят друг в друга за счет того, что одна из сторон корпуса выполнена с кольцевой впадиной, наружный диаметр которой равен или меньше внутреннего диаметра другой стороны корпуса.The solution to this problem was achieved due to the fact that a collapsible downhole filter containing a supporting frame made of a perforated pipe and installed on it between two stops of the filter elements made in the housings, each filter element made of wire material pressed into the perforated housings, mounted on a perforated pipe with a gap acting as an internal drainage layer, while the neighboring buildings partially enter into each other due to the fact that one of the sides of the housing made with an annular cavity, the outer diameter of which is equal to or less than the inner diameter of the other side of the housing.

Часть длины корпуса равна длине впадины, не заполненной фильтрующими элементами. Во внутреннем дренажном слое вдоль оси фильтра установлено не менее трех отрезков проволоки, закрепленных на поверхности трубы. Во внутреннем дренажном слое установлена проволока, уложенная по спирали. Каждый фильтрующий элемент выполнен многослойным, причем фильтрующие слои отделены друг от друга промежуточными дренажными слоями, выполненными из проволоки, намотанной по спирали. Направление навивки проволоки в соседних дренажных слоях отличается по направлению. Проволока дренажного слоя выполнена большего диаметра, чем проволока фильтрующего элемента. Диаметр проволоки дренажных слоев увеличивается по направлению от защитного кожуха к боковой поверхности трубы. Корпуса могут быть выполнены из листа с отверстиями. Корпуса могут быть выполнены из просечно-вытяжного листа. К просечно-вытяжному листу могут быть приварены верхнее и нижнее кольца, при этом кольцевая впадина выполнена на нижнем кольце.Part of the length of the housing is equal to the length of the cavity, not filled with filter elements. In the inner drainage layer along the axis of the filter, at least three pieces of wire are mounted on the surface of the pipe. A spiral wire is installed in the inner drainage layer. Each filter element is made multilayer, and the filter layers are separated from each other by intermediate drainage layers made of wire wound in a spiral. The direction of the wire winding in the adjacent drainage layers differs in direction. The wire of the drainage layer is made of a larger diameter than the wire of the filter element. The diameter of the wire of the drainage layers increases in the direction from the protective casing to the side surface of the pipe. Cases can be made of sheet with holes. Cases can be made of expanded metal. The upper and lower rings can be welded to the expanded metal sheet, while the annular depression is made on the lower ring.

Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью, т.е всеми необходимыми критериями для изобретения. Новизна подтверждается проведенными патентными исследованиями, изобретательский уровень-достижением нового свойства: значительным увеличение пропускной способности фильтра при высокой степени фильтрации. Промышленная применимость обусловлена тем, что для изготовления фильтра потребуются известные материалы и технологии.The proposed technical solution has novelty, inventive step and industrial applicability, that is, all the necessary criteria for the invention. The novelty is confirmed by patent research, the inventive step is the achievement of a new property: a significant increase in filter capacity with a high degree of filtration. Industrial applicability is due to the fact that well-known materials and technologies are required for the manufacture of the filter.

Сущность изобретения поясняется чертежами, The invention is illustrated by drawings,

где на фиг.1 представлен скважинный фильтр,where figure 1 shows the downhole filter,

на фиг.2 - отдельный фильтрующий элемент,figure 2 is a separate filter element,

на фиг.3 - вид А на фиг.1,figure 3 is a view a in figure 1,

на фиг.4 - вид Б на фиг.1,figure 4 is a view of B in figure 1,

на фиг.5 - корпус, выполненный из просечно-вытяжного листа,figure 5 - case made of expanded metal sheet,

на фиг.6 приведен вид корпуса снизу, вид Ж на фиг.5.in Fig.6 shows a view of the housing from below, view G in Fig.5.

Скважинный фильтр (фиг.1-3) содержит перфорированную трубу 1 с отверстиями «В». Сверху и снизу выполнены соответственно муфтовая и ниппельная части 2 и 3. На муфтовой части 2 выполнена внутренняя резьба, а на ниппельной части 3 - наружная резьба. На перфорированной трубе 1 установлены с зазором Н фильтрующие элементы 4.The downhole filter (Fig.1-3) contains a perforated pipe 1 with holes "B". Top and bottom are made respectively of the coupling and nipple parts 2 and 3. On the coupling part 2, an internal thread is made, and on the nipple part 3, an external thread. On the perforated pipe 1, filter elements 4 are installed with a gap H.

Фильтрующие элементы 4 (фиг.2) выполнены кольцевьми и установлены между муфтовой частью 2 и ниппельной частью 3. Фильтрующие элементы 4 могут быть выполнены в виде перфорированных колец 5 с отверстиями Г на поверхности фильтра, внутри которых запрессована проволока 6 (металлорезина). Соседние перфорированные кольца 5 частично входят друг в друга, образуя единый фильтрующий элемент без изменений наружного диаметра. Фильтрующие элементы 4 имеют с одной стороны кольцевые впадины Д, наружный диаметр которых D₁ равен или меньше внутреннего диаметра кольца D₀ для их центрирования относительно друг друга. Со стороны впадины Д выполнена отбортовка Е. Каждый фильтрующий элемент 4 имеет внутренний дренажный слой 7. Возможны два варианта исполнения внутреннего дренажного слоя 7: в виде продольно установленных отрезков проволоки или в виде проволоки, намотанной по спирали. По первому варианту внутренний дренажный слой 7 выполнен не менее чем из трех отрезков проволоки, установленных вдоль оси фильтра на перфорированную трубу 1 (на фиг.1-6 такой вариант исполнения не показан). Фильтр выполнен разборным, а фильтрующие элементы 4 сменными для его ремонта. Каждый съемный фильтрующий элемент 4 может состоять их одного или нескольких фильтрующих слоев 8 и 9.The filtering elements 4 (FIG. 2) are ring-shaped and installed between the coupling part 2 and the nipple part 3. The filtering elements 4 can be made in the form of perforated rings 5 with holes G on the filter surface, inside which a wire 6 (metal rubber) is pressed in. The adjacent perforated rings 5 partially enter each other, forming a single filter element without changing the outer diameter. The filter elements 4 have on one side annular cavities D, the outer diameter of which D ₁ is equal to or less than the inner diameter of the ring D ₀ for centering them relative to each other. Flange E is flanged on the side of depression D. Each filter element 4 has an internal drainage layer 7. Two versions of the internal drainage layer 7 are possible: in the form of longitudinally installed lengths of wire or in the form of a wire wound in a spiral. According to the first embodiment, the inner drainage layer 7 is made of at least three pieces of wire mounted along the axis of the filter on the perforated pipe 1 (this embodiment is not shown in Figs. 1-6). The filter is made collapsible, and the filter elements 4 replaceable for its repair. Each removable filter element 4 may consist of one or more filter layers 8 and 9.

Далее приведен пример съемного фильтрующего элемента с двумя фильтрующими слоями: с фильтрующим слоем грубой очистки 8 и фильтрующего слоя тонкой очистки 9 и промежуточного и внешнего дренажного слоев 10 и 11 соответственно, выполненного из проволоки, намотанной по спирали.The following is an example of a removable filter element with two filter layers: with a coarse filter layer 8 and a fine filter layer 9 and an intermediate and external drainage layers 10 and 11, respectively, made of spiral wound wire.

Скважинный фильтр работает следующим образом. Well filter works as follows.

Через отверстия Г в перфорированных корпусах 5 жидкость или газ поступает на фильтрацию. Если перфорированные корпуса выполнены из просечно-вытяжного листа и имеют размер ячеек 3-60 мм, то общая площадь этих отверстий составляет не менее 50% от общей площади единого фильтрующего элемента. Это обеспечивает высокую пропускную способность фильтра. Одновременно перфорированные корпуса 5 выполняют защитную функцию: предотвращают попадание крупных механических примесей в фильтрующие элементы 4. За счет большой площади отверстий защитного кожуха обеспечивается свободное поступление жидкости к фильтрующему элементу 4 с низким коэффициентом сопротивления. Перфорированные корпуса 5 также выполняют функцию защиты скважинного фильтра от механических повреждений в процессе транспортировки и установки в скважину. Дренажные слои 7, 10 и 11 выполнены из проволоки, намотанной по спирали, причем направление намотки для соседних слоев противоположное, что предотвращает соприкосновение фильтрующих слоев 8 и 9 между собой с перфорированной трубой 1. На ниппельной части 3 установлено центрирующее кольцо 12, в которое вставляется при сборке первый перфорированный корпус 5 своей впадиной Д, при этом в торец ниппеля 3 упирается отбортовка Е (фиг.4). Перфорированные корпуса 5 могут быть выполнены из просечно-вытяжного листа 13 (фиг.5). По обе стороны просечно-вытяжного листа 13 к нему приварены верхнее и нижнее кольца 14 и 15 соответственно. Перфорированный корпус 5 выполнен из просечно-вытяжного листа посредством сварки по продольному сварочному шву 16.Through the holes G in the perforated bodies 5, the liquid or gas enters the filtration. If the perforated housings are made of expanded metal and have a mesh size of 3-60 mm, then the total area of these holes is at least 50% of the total area of a single filter element. This provides a high filter capacity. At the same time, the perforated housings 5 perform a protective function: they prevent the ingress of large mechanical impurities into the filter elements 4. Due to the large area of the openings of the protective casing, free flow of liquid to the filter element 4 with a low resistance coefficient is ensured. Perforated body 5 also perform the function of protecting the downhole filter from mechanical damage during transportation and installation in the well. The drainage layers 7, 10 and 11 are made of wire wound in a spiral, and the direction of winding for adjacent layers is opposite, which prevents the filter layers 8 and 9 from touching the perforated pipe 1. A centering ring 12 is installed on the nipple part 3, into which it is inserted during assembly, the first perforated body 5 with its depression D, while the flange E abuts against the end of the nipple 3 (Fig. 4). Perforated body 5 can be made of expanded metal sheet 13 (figure 5). On both sides of the expanded metal sheet 13, the upper and lower rings 14 and 15, respectively, are welded to it. The perforated body 5 is made of expanded metal by welding along a longitudinal weld 16.

Корпус 5 может иметь кольцевую отбортовку и пазы «И» для улучшения дренажа добываемой жидкости между отдельными фильтрующими элементами.The housing 5 may have an annular flanging and grooves "And" to improve the drainage of the produced fluid between the individual filter elements.

Конкретный размер проволоки, используемой для изготовления дренажных слоев, определяется исходя из гранулометрического состава грунта и соответственно необходимого зазора между защитным экраном и фильтрующим элементом. Зазор между защитным экраном и фильтрующим элементом (внутренний дренажный слой 7) обеспечивает использование всей фильтрующей поверхности фильтра, а не только участков, расположенных над отверстиями в защитном кожухе. Попавшая на фильтрующий слой 8 грубой очистки жидкость фильтруется по всей его длине. Далее жидкость поступает на фильтрующий слой 9 тонкой очистки. За счет промежуточного дренажного слоя 10, установленного между фильтрующими слоями 8 и 9, обеспечивается равномерное поступление жидкости на фильтрующий слой 9 тонкой очистки. Отфильтрованная жидкость поступает в пространство между фильтрующим элементом 2 и трубой 1 и далее движется к отверстиям в перфорированной трубе Г. Использование для изготовления перфорированных корпусов 5 просечно-вытяжного листа с размером ячеек 3-60 мм, обеспечивает защиту фильтрующего элемента от засорения крупными механическими примесями, а также защищает скважинный фильтр от механических повреждений в процессе транспортировки и установки. Внутренний дренажный слой 7 обеспечивает использование всей фильтрующей поверхности за счет образования зазора между защитным экраном и фильтрующим элементом и соответственно более равномерное распределение потока жидкости или газа по поверхности фильтрующего элемента. Использование двухслойного (многослойного) фильтрующего элемента 4 обеспечивает более высокую степень очистки поступающей жидкости или газа от механических примесей, а также обеспечивает более длительный срок эксплуатации скважинного фильтра.The specific size of the wire used for the manufacture of drainage layers is determined based on the particle size distribution of the soil and, accordingly, the necessary clearance between the protective screen and the filter element. The gap between the protective screen and the filter element (inner drainage layer 7) ensures the use of the entire filter surface of the filter, and not just the areas located above the holes in the protective casing. The liquid that has got on the filtering layer 8 of the coarse cleaning is filtered along its entire length. Next, the fluid enters the filter layer 9 of fine cleaning. Due to the intermediate drainage layer 10, installed between the filter layers 8 and 9, provides a uniform flow of fluid to the filter layer 9 of fine cleaning. The filtered liquid enters the space between the filter element 2 and the pipe 1 and then moves to the holes in the perforated pipe G. Using perforated sheets with a mesh size of 3-60 mm for the manufacture of perforated bodies 5, protects the filter element from clogging with large mechanical impurities, and also protects the downhole filter from mechanical damage during transportation and installation. The inner drainage layer 7 allows the use of the entire filter surface due to the formation of a gap between the protective screen and the filter element and, accordingly, a more uniform distribution of the liquid or gas flow over the surface of the filter element. The use of a two-layer (multilayer) filter element 4 provides a higher degree of purification of the incoming liquid or gas from mechanical impurities, and also provides a longer life of the downhole filter.

В процессе эксплуатации фильтрующий элемент 4 засоряется и его пропускная способность резко уменьшается. При использовании скважинного фильтра в составе НКТ он может быть извлечен из скважины, разобран, а фильтрующие элементы 4 заменены или промыты.During operation, the filter element 4 becomes clogged and its throughput decreases sharply. When using the downhole filter in the tubing, it can be removed from the well, disassembled, and the filter elements 4 are replaced or washed.

Применение пазов И позволяет осуществлять дренаж добываемого продукта не только в пределах отдельного фильтрующего элемента, но и между ними, что является значительным преимуществом предложенного скважинного фильтра.The use of grooves And allows the drainage of the produced product not only within a separate filter element, but also between them, which is a significant advantage of the proposed downhole filter.

Применение изобретения позволяетThe application of the invention allows

1) создать фильтр, имеющий высокую пропускную способность и обладающий хорошими фильтрующими свойствами;1) create a filter that has a high throughput and has good filtering properties;

2) осуществлять периодическую очистку и ремонт скважинного фильтра при его использовании в составе НКТ путем промывки или замены фильтрующих элементов;2) carry out periodic cleaning and repair of the downhole filter when it is used as part of the tubing by washing or replacing the filter elements;

3) обеспечить длительную эксплуатацию фильтра без засорения за счет эффективного дренажа;3) to ensure long-term operation of the filter without clogging due to efficient drainage;

4) предотвратить засорение фильтра при его спуске в скважину;4) to prevent clogging of the filter when it is lowered into the well;

5) упростить конструкцию фильтра;5) simplify the design of the filter;

6) упростить и облегчить сборку фильтра;6) to simplify and facilitate the assembly of the filter;

7) снизить себестоимость фильтра;7) reduce the cost of the filter;

8) автоматизировать и механизировать производство фильтра.8) automate and mechanize filter production.

Скважинный фильтр прошел стендовые и промышленные испытания и показал высокую фильтрующую способность и надежность в эксплуатации.The well filter passed bench and industrial tests and showed high filtering ability and operational reliability.

Claims

1. A collapsible downhole filter containing a supporting frame made of a perforated pipe and installed on it between two stops of filter elements made in the housings, characterized in that each filter element is made of wire material pressed into perforated housings that are mounted on a perforated pipe with a gap playing the role of an internal drainage layer, while neighboring buildings partially enter into each other due to the fact that one of the sides of the body is made with an annular cavity minutes, an outer diameter equal to or smaller than the internal diameter of the other side of the housing.

2. A collapsible downhole filter according to claim 1, characterized in that a part of the body length equal to the length of the cavity is not filled with a filter element.

3. Collapsible downhole filter according to claim 1 or 2, characterized in that the housing is made with an annular bottom.

4. A collapsible downhole filter according to claim 1 or 2, characterized in that a spiral-wound wire is installed in the inner drainage layer.

5. A collapsible downhole filter according to claim 1 or 2, characterized in that each filter element is multilayer, and the filter layers are separated from each other by intermediate drainage layers made of spiral wound wire.

6. Collapsible downhole filter according to claim 5, characterized in that the direction of winding the wire in adjacent drainage layers differs in direction.

7. A collapsible downhole filter according to claim 4, characterized in that the wire of the drainage layer is made of a larger diameter than the wire of the filter element.

8. A collapsible downhole filter according to claim 4, characterized in that the wire diameter of the drainage layers increases in the direction from the protective casing to the side surface of the pipe.

9. A collapsible downhole filter according to claim 1 or 2, characterized in that the housing is made of a sheet with holes.

10. Collapsible downhole filter according to claim 1 or 2, characterized in that the housing is made of expanded metal sheet.

11. A collapsible downhole filter according to claim 10, characterized in that the upper and lower rings are welded to the expanded sheet, the annular cavity being made on the lower ring.