RU2507384C2

RU2507384C2 - Borehole aperture filter

Info

Publication number: RU2507384C2
Application number: RU2012121030/03A
Authority: RU
Inventors: Эдуард Федорович Соловьев; Сергей Евгеньевич Варламов
Original assignee: Эдуард Федорович Соловьев; Сергей Евгеньевич Варламов
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2014-02-20
Also published as: RU2012121030A

Abstract

FIELD: oil-and-gas industry.

SUBSTANCE: aperture filter comprises perforated load-bearing pipe and slot filtration element made up of wire wound on lengthwise elements in helical line. Wire cross-section feature pentahedral shape. One of wire faces is parallel with filter lengthwise axis to make its outer surface. Every cheek has two faces. Top faces make filtration gap while bottom faces converged to form acute angle. Top faces are perpendicular to filter lengthwise axis and parallel with top faces of adjacent turns. Angle of inclination of top faces from crosswise axis is larger than that of bottom faces. Angle of bottom faces connection is rounded.

EFFECT: higher reliability, efficiency and wear resistance.

11 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при добыче газа и нефти.The invention relates to the oil and gas industry and can be used in the extraction of gas and oil.

Известен щелевой фильтр по патенту РФ на изобретение №2445146. Изобретение относится к устройствам фильтрования жидких сред и может быть использовано в различных отраслях промышленности, где требуется эффективная очистка маловязких жидких сред, например воды, керосина, бензина, ацетона, дизельного топлива и других, от механических примесей. Щелевой фильтр содержит трубу, фильтровальный участок которой имеет перфорацию в виде отверстий, фильтрующий элемент в виде навитой по спирали проволоки, пружину. Фильтрующий элемент установлен концентрично трубе между неподвижно закрепленным нижним опорным элементом в виде стакана и подвижным двусторонним упором в кольцевых зазорах между наружным диаметром трубы и внутренними диаметрами нижнего опорного элемента и подвижного двустороннего упора, с опорой на кольцевую площадку-каждого. Между подвижным двусторонним упором и верхним подвижным упором в кольцевые зазоры между наружным диаметром трубы и внутренними диаметрами упоров с опорой на кольцевую площадку каждого установлена пружина, первоначальное усилие которой превышает упругую деформацию пружины фильтрующего элемента, что обеспечивает плотное прилегание витков проволоки фильтрующего элемента. Недостатком щелевого фильтра является отсутствие нормированного фильтрующего зазора.Known slot filter according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2445146. The invention relates to a device for filtering liquid media and can be used in various industries where effective cleaning of low-viscosity liquid media, such as water, kerosene, gasoline, acetone, diesel fuel and others, from mechanical impurities is required. The slit filter contains a pipe, the filter section of which has perforation in the form of holes, a filter element in the form of a spiral-wound wire, and a spring. The filter element is mounted concentrically to the pipe between the fixedly fixed lower support element in the form of a cup and a movable bilateral stop in the annular gaps between the outer diameter of the pipe and the inner diameters of the lower support element and the movable bilateral stop, with support on each annular platform. A spring is installed between the movable bilateral emphasis and the upper movable emphasis in the annular gaps between the outer diameter of the pipe and the inner diameters of the supports with a support on the annular platform of each, the initial force of which exceeds the elastic deformation of the spring of the filter element, which ensures a snug fit of the coils of the wire of the filter element. The disadvantage of a slotted filter is the lack of a normalized filter gap.

Известен щелевой скважинный фильтр по патенту РФ на полезную модель №68585. Фильтр включает несущий каркас, выполненный из перфорированной трубы, и щелевого фильтрующего элемента выполненного из проволоки, намотанной на продольные элементы по спирали, отличающийся тем, что под продольными элементами установлен сетчатый фильтрующий элемент в виде, по меньшей мере, одной фильтрующей сетки. Сетки закреплены фиксирующей проволокой, намотанной по спирали. Между фильтрующей сеткой и перфорированной трубой выполнен дренажный слой. Дренажный слой выполнен из проволоки, намотанной по спирали. Навивка проволоки в дренажном слое отличается по направлению от навивки фиксирующей проволоки. Дренажный слой выполнен из сетки. Диаметр проволоки дренажного слоя выполнен меньше, чем высота поперечного сечения проволоки щелевого фильтрующего элемента. Диаметр проволоки фильтрующей сетки выполнен меньше, чем диаметр проволоки дренажного слоя. Дренажный слой зафиксирован направляющими кольцами. Фильтрующие сетки, и фиксирующая проволока закреплены направляющими кольцами. Направляющие кольца выполнены из полосы стального листа. В начале и в конце щелевого фильтрующего элемента установлены ограничительные кольца. Недостатком фильтра является низкая надежность и быстрый износ фильтрующего элемента.Known slotted well filter according to the patent of the Russian Federation for utility model No. 68585. The filter includes a supporting frame made of a perforated pipe and a slotted filter element made of wire wound in a spiral fashion on the longitudinal elements, characterized in that a mesh filter element is installed under the longitudinal elements in the form of at least one filter mesh. The nets are fixed with a fixing wire wound in a spiral. A drainage layer is made between the filter screen and the perforated pipe. The drainage layer is made of spiral wound wire. The winding of the wire in the drainage layer differs in direction from the winding of the fixing wire. The drainage layer is made of mesh. The diameter of the wire of the drainage layer is made smaller than the height of the cross section of the wire of the slit filter element. The diameter of the wire of the filter mesh is made smaller than the diameter of the wire of the drainage layer. The drainage layer is fixed by guide rings. The filter nets and the fixing wire are fixed by guide rings. Guide rings are made of a strip of steel sheet. Boundary rings are installed at the beginning and at the end of the slit filter element. The disadvantage of the filter is the low reliability and rapid wear of the filter element.

Известен скважинный фильтр по патенту РФ на полезную модель №70300. Фильтр содержит перфорированную трубу, на которой установлен щелевой фильтрующий элемент, содержащий, в свою очередь, продольные опорные элементы, на внешней поверхности которых намотана проволока с образованием зазоров между витками, отличающийся тем, что концентрично щелевому фильтрующему элементу установлен внешний щелевой фильтрующий элемент, имеющий аналогичную конструкцию, а зазор между ними заполнен фильтрующим наполнителем. Между щелевыми фильтрующими элементами установлены дистанционные кольца. Зазор между витками внешнего щелевого элемента не менее чем зазор между витками внутреннего щелевого элемента. Внешний щелевой элемент выполнен из проволоки большего поперечного сечения, чем внутренний щелевой элемент. Внешний щелевой элемент выполнен из проволоки большего поперечного сечения, чем внутренний щелевой элемент. Размер частиц гравийной набивки превышает зазор между витками фильтрующего элемента в 1, 2…10 раз. Фильтрующий наполнитель выполнен из шариков. Шарики выполнены из нержавеющей стали. Шарики выполнены из стекла. Шарики выполнены из полимерного материала. Фильтрующий наполнитель выполнен из песка. Недостатком фильтра является низкая надежность и быстрый износ фильтрующего элемента.Known downhole filter according to the patent of the Russian Federation for utility model No. 70300. The filter contains a perforated pipe on which a slit filter element is installed, which, in turn, contains longitudinal support elements, on the outer surface of which a wire is wound to form gaps between the turns, characterized in that an external slit filter element is installed concentrically to the slit filter element, having a similar design, and the gap between them is filled with filter media. Between the slotted filtering elements, distance rings are installed. The gap between the turns of the external slot element is not less than the gap between the turns of the internal slot element. The external slot element is made of wire of a larger cross section than the internal slot element. The external slot element is made of wire of a larger cross section than the internal slot element. The particle size of the gravel pack exceeds the gap between the turns of the filter element by 1, 2 ... 10 times. The filter media is made of balls. Balls are made of stainless steel. Balls are made of glass. Balls are made of polymer material. The filter media is made of sand. The disadvantage of the filter is the low reliability and rapid wear of the filter element.

Известен щелевой фильтр с проволочным фильтрующим элементом по патенту РФ на изобретение №2378494 Изобретение относится к горной промышленности, а именно к нефтегазодобывающей, и может быть использовано при освоении нефтяных и газовых скважин. Щелевой фильтр с проволочным фильтрующим элементом содержит перфорированную трубу с ниппельной и муфтовой частями, концентрично которой выполнен фильтрующий элемент из намотанной по спирали проволоки, соединенной с проволочными продольными стрингерами. При этом проволока в спирали уложена виток к витку, как минимум, на одной из соприкасающихся сторон проволоки выполнена обеспечивающая фильтрующий зазор тангенциальная или пересекающаяся насечка. Техническим результатом является упрощение технологии изготовления и уменьшение кольматации фильтра при добыче нефти или газа. Недостатком фильтра является высокое гидравлическое сопротивление и низкая пропускная способность.Known slot filter with a wire filter element according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2378494 The invention relates to the mining industry, namely to oil and gas, and can be used in the development of oil and gas wells The slotted filter with a wire filter element contains a perforated pipe with a nipple and coupling parts, concentric to which the filter element is made of a spiral wound wire connected to a longitudinal wire stringers. At the same time, the coil is laid in a spiral to the coil, at least on one of the contacting sides of the wire there is a tangential or intersecting notch providing a filtering gap. The technical result is to simplify manufacturing techniques and reduce filter clogging during oil or gas production. The disadvantage of the filter is its high hydraulic resistance and low throughput.

Известен щелевой скважинный фильтр по патенту РФ на полезную модель №71694 (прототип). Фильтр содержит перфорированную трубу, на которой установлены продольные опорные элементы, на внешней поверхности которых намотана проволока с образованием зазоров между витками, отличающийся тем, что проволока приварена или припаяна к продольным элементам, а соотношение шага установки продольных элементов к их высоте выполнено в диапазоне от 1,0 до 10. Между трубой и продольными опорными элементами установлена фильтрующая сетка. Между опорными продольными элементами и фильтрующей сеткой намотана проволока, выполняющая роль дренажного слоя. Между трубой и фильтрующей сеткой установлена дренажная сетка. Между продольными опорными элементами и фильтрующей сеткой установлена дренажная сетка. Недостатком фильтра является низкая надежность и быстрый износ фильтрующего элемента.Known slotted well filter according to the patent of the Russian Federation for utility model No. 71694 (prototype). The filter contains a perforated pipe on which longitudinal support elements are installed, on the outer surface of which a wire is wound to form gaps between the turns, characterized in that the wire is welded or soldered to the longitudinal elements, and the ratio of the pitch of installation of the longitudinal elements to their height is made in the range from 1 , 0 to 10. A filter screen is installed between the pipe and the longitudinal support elements. A wire is wound between the supporting longitudinal elements and the filter mesh, which acts as a drainage layer. A drainage mesh is installed between the pipe and the filter screen. Between the longitudinal support elements and the filter screen, a drainage screen is installed. The disadvantage of the filter is the low reliability and rapid wear of the filter element.

Задачами создания изобретения являются: повышение устойчивости фильтра к абразивному износу, а также обеспечение необходимого уровня фильтрации в течении длительного времени.The objectives of the invention are: increasing the filter's resistance to abrasion, as well as providing the necessary level of filtration for a long time.

Решение указанных задач достигнуто за счет того, что щелевой скважинный фильтр, включающий перфорированную несущую трубу и щелевой фильтрующий элемент, выполненный из проволоки, намотанной на продольные элементы по спирали, причем поперечное сечение проволоки намотанной по спирали выполнено пяти граненным, одна из граней проволоки выполнена параллельно продольной оси фильтра и образует его наружную поверхность, а каждая боковая сторона выполнена с двумя гранями, верхние образуют фильтрующий зазор, а нижние сходятся образуя острый угол. Верхние грани выполнены перпендикулярно к продольной оси фильтра и параллельно верхним граням соседних витков. Угол наклона от поперечной оси верхних граней меньше чем нижних. Угол соединяющий нижние грани скруглен. Перфорация в несущей трубе выполнена отверстиями. Отверстия перфорации в несущей трубе закрыты срезаемыми пробками. Перфорация в несущей трубе выполнена щелями вдоль трубы. Перфорация в несущей трубе выполнена щелями поперек трубы. Перфорация в несущей трубе выполнена щелями под наклоном к продольной оси. В начале и в конце щелевого фильтрующего элемента установлены ограничительные кольца. На перфорированной трубе установлено два фильтрующих элемента, каждый из которых закреплен ограничительными кольцами.The solution to these problems was achieved due to the fact that the slotted well filter, including a perforated carrier pipe and a slotted filter element made of wire wound on the longitudinal elements in a spiral, moreover, the cross section of the wire wound in a spiral is made of five faceted, one of the faces of the wire is made in parallel the longitudinal axis of the filter and forms its outer surface, and each side is made with two faces, the upper ones form a filter gap, and the lower ones converge forming a sharp angle l The upper faces are made perpendicular to the longitudinal axis of the filter and parallel to the upper faces of adjacent turns. The angle of inclination from the transverse axis of the upper faces is less than the lower. The angle connecting the lower faces is rounded. Perforation in the carrier pipe is made with holes. The perforation holes in the carrier pipe are closed by shear plugs. Perforation in the carrier pipe is made by slots along the pipe. Perforation in the carrier pipe is made by slots across the pipe. Perforation in the carrier pipe is made by slots at an angle to the longitudinal axis. Boundary rings are installed at the beginning and at the end of the slit filter element. Two filter elements are installed on the perforated pipe, each of which is fixed by restrictive rings.

Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью, т.е всеми критериями изобретения. Новизна технического решения и изобретательский уровень подтверждается проведенными патентными исследованиями. Промышленная применимость обусловлена тем, что при изготовлении щелевого скважинного фильтра применяются недефицитные материалы и известные технологии.The proposed technical solution has novelty, inventive step and industrial applicability, that is, all the criteria of the invention. The novelty of the technical solution and inventive step is confirmed by the patent research. Industrial applicability is due to the fact that non-deficient materials and well-known technologies are used in the manufacture of a downhole well filter.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1…11, где:The invention is illustrated in figure 1 ... 11, where:

на фиг.1 приведено поперечное сечение проволоки намотанной по спирали,figure 1 shows a cross section of a wire wound in a spiral,

на фиг.2 приведен поперечный разрез щелевого фильтрующего элемента,figure 2 shows a cross section of a slit filter element,

на фиг.3 приведен продольный разрез щелевого фильтрующего элемента,figure 3 shows a longitudinal section of a slit filter element,

на фиг.4 показан вид А,figure 4 shows a view,

на фиг.5 показана перфорация в несущей трубе выполненная отверстиями,figure 5 shows the perforation in the carrier pipe made holes,

на фиг.6 показана перфорация в несущей трубе выполненная щелями вдоль трубы,figure 6 shows the perforation in the carrier pipe made by slots along the pipe,

на фиг.7 показана перфорация в несущей трубе выполненная щелями поперек трубы,Fig.7 shows the perforation in the carrier pipe made by slots across the pipe,

на фиг.8 показана перфорация в несущей трубе выполненная щелями под наклоном к продольной оси,on Fig shows the perforation in the carrier pipe made by slots at an angle to the longitudinal axis,

на фиг.9 показан разрез Б-Б с перфорацией в несущей трубе выполненной отверстиями, на фиг.10 показан разрез Б-Б с отверстиями перфорации закрытыми срезаемыми пробками.figure 9 shows a section BB with perforation in the carrier pipe made holes, figure 10 shows a section BB with holes perforated closed cut off stoppers.

на фиг.11 приведен фильтр с двумя фильтрующими элементами, закрепленными на одной перфорированной трубе.11 shows a filter with two filter elements mounted on one perforated pipe.

Щелевой скважинный фильтр, включающий перфорированную несущую трубу 1 и щелевой фильтрующий элемент 2, выполненный из проволоки 3. намотанной на продольные элементы 4 по спирали, причем поперечное сечение проволоки 3. намотанной по спирали, выполнено пяти граненным, одна из граней проволоки 5 шириной h выполнена параллельно продольной оси фильтра и образует его наружную поверхность, а каждая боковая сторона выполнена с двумя гранями, верхние грани 6 образуют фильтрующий зазор δ, а нижние грани 7 сходятся образуя острый угол γ. Верхние грани 6 могут быть выполнены перпендикулярно продольной оси фильтра и параллельно верхним граням 6 соседних витков. Угол наклона β₁ от поперечной оси верхних граней 6 меньше чем β₂ нижних граней 7. Угол γ соединяющий нижние грани 7 может быть скруглен. Перфорация в несущей трубе 1 может быть выполнена отверстиями 8. Отверстия перфорации в несущей трубе 1 могут быть закрыты срезаемыми пробками 9. Перфорация в несущей трубе 1 может быть выполнена щелями 10 вдоль трубы. Перфорация в несущей трубе 1 может быть выполнена щелями поперек трубы 11. Перфорация в несущей трубе 1 может быть выполнена щелями 12 под наклоном к продольной оси. В начале и в конце щелевого фильтрующего элемента 2 установлены ограничительные кольца 13. На перфорированной несущей трубе 1 может быть установлено два фильтрующих элемента 2, каждый из которых закреплен ограничительными кольцами 13.A slotted well filter, including a perforated carrier pipe 1 and a slotted filter element 2, made of wire 3. wound on the longitudinal elements 4 in a spiral, the cross section of the wire 3. wound in a spiral, made five faceted, one of the faces of the wire 5 with a width h made parallel to the longitudinal axis of the filter and forms its outer surface, and each side is made with two faces, the upper faces 6 form a filter gap δ, and the lower faces 7 converge to form an acute angle γ. The upper faces 6 can be made perpendicular to the longitudinal axis of the filter and parallel to the upper faces 6 of adjacent turns. The inclination angle β ₁ from the transverse axis of the upper faces 6 is less than β _{2 of the} lower faces 7. The angle γ connecting the lower faces 7 can be rounded. Perforation in the carrier pipe 1 can be made with holes 8. The perforations in the carrier pipe 1 can be closed with shear plugs 9. Perforation in the carrier pipe 1 can be made with slots 10 along the pipe. Perforation in the carrier pipe 1 can be performed with slots across the pipe 11. Perforation in the carrier pipe 1 can be performed with slots 12 at an angle to the longitudinal axis. At the beginning and at the end of the slit filter element 2, restrictive rings 13 are installed. Two filter elements 2 can be installed on the perforated carrier pipe 1, each of which is fixed by restrictive rings 13.

Щелевой скважинный фильтр работает следующим образом. Отдельные скважинные фильтры собирают в колонну на обсадных трубах или в составе подвески хвостовика, спускают в продуктивный горизонт. При наличии срезаемых пробок 9 установленных в перфорационных отверстиях 8 трубы 1, выполняется промывка забоя. После промывки пробки срезаются и добываемый продукт, через фильтрующий элемент 2, начинает поступать внутрь трубы. Газ или нефть проходят через фильтрующий зазор δ фильтрующего элемента 2. механические частицы больше фильтрующего зазора δ остаются снаружи трубы, а более мелкие или равные проходят внутрь трубы и с газом или с нефтью поднимаются на поверхность. При этом абразивные частицы, проходящие через фильтрующий зазор, истирают боковые стороны профиля проволоки, использованной для намотки фильтрующего элемента, увеличивают фильтрующий зазор и изменяют степень фильтрации. Наиболее интенсивно изнашиваются верхние углы проволоки с треугольным профилем, поэтому для снижения абразивного износа каждая боковая сторона профиля выполнена с двумя гранями 6 и 7. Причем, при уменьшении угла β₁ верхней грани 6, увеличивается площадь с которой взаимодействуют абразивные частицы породы и увеличивается время, в течении которого уровень фильтрации остается неизменным. Наилучший результат по устойчивости к абразивному износу и долговечности фильтра, может быть получен в случае когда угол β₁=0, при этом верхние грани 6 выполнены перпендикулярно продольной оси фильтра и параллельно верхним граням 6 соседних витков.Slot-hole filter operates as follows. Separate downhole filters are collected in a casing string or as part of a liner suspension, lowered into a productive horizon. If there are shear plugs 9 installed in the perforations 8 of the pipe 1, the face is flushed. After washing, the plugs are cut off and the produced product, through the filter element 2, begins to enter the pipe. Gas or oil passes through the filter gap δ of the filter element 2. Mechanical particles larger than the filter gap δ remain outside the pipe, while smaller or equal particles pass into the pipe and rise to the surface with gas or oil. In this case, the abrasive particles passing through the filter gap abrade the sides of the wire profile used to wind the filter element, increase the filter gap and change the degree of filtration. The upper corners of a wire with a triangular profile wear out most intensively, therefore, to reduce abrasive wear, each side of the profile is made with two faces 6 and 7. Moreover, with a decrease in the angle β _{1 of the} upper face 6, the area with which the abrasive particles interact and the time increases, during which the filtration level remains unchanged. The best result in terms of abrasion resistance and filter durability can be obtained when the angle β ₁ = 0, while the upper faces 6 are made perpendicular to the longitudinal axis of the filter and parallel to the upper faces 6 of adjacent turns.

Применение изобретения позволило:The application of the invention allowed:

1. Повысить надежность и долговечность фильтра.1. To increase the reliability and durability of the filter.

2. Обеспечить в течении длительного времени необходимый уровень фильтрации.2. Provide the required level of filtration for a long time.

3. Обеспечить фильтрацию газа и нефти от механических примесей.3. Provide filtration of gas and oil from mechanical impurities.

4. Повысить устойчивость фильтрующего элемента к абразивному износу.4. To increase the resistance of the filter element to abrasive wear.

Claims

1. A slotted downhole filter, including a perforated support pipe, and a slotted filter element made of a wire wound on longitudinal elements in a spiral, characterized in that the cross section of the wire wound in a spiral is made five-sided, one of the faces of the wire is made parallel to the longitudinal axis filter and forms its outer surface, and each side is made with two faces, the upper ones form a filter gap, and the lower ones converge, forming an acute angle.

2. The slotted well filter according to claim 1, characterized in that the upper faces are made perpendicular to the longitudinal axis of the filter and parallel to the upper faces of adjacent turns.

3. The slotted well filter according to claim 1, characterized in that the angle of inclination from the transverse axis of the upper faces is less than the lower ones.

4. The slotted well filter according to claim 1, characterized in that the angle connecting the lower faces is rounded.

5. The slotted well filter according to claim 1, characterized in that the perforation in the carrier pipe is made with holes.

6. The slotted well filter according to claim 1, characterized in that the perforation holes in the carrier pipe are closed with shear plugs.

7. The slotted well filter according to claim 1, characterized in that the perforation in the carrier pipe is made with slots along the pipe.

8. The slotted well filter according to claim 1, characterized in that the perforation in the carrier pipe is made with slots across the pipe.

9. The slotted well filter according to claim 1, characterized in that the perforation in the carrier pipe is made with slots at an angle to the longitudinal axis.

10. The slotted well filter according to claim 1, characterized in that at the beginning and at the end of the slotted filter element restrictive rings are installed.

11. The slotted well filter according to claim 1, characterized in that two filter elements are installed on the perforated carrier pipe, each of which is fixed by restrictive rings.