RU2575370C1

RU2575370C1 - Downhole filtering device

Info

Publication number: RU2575370C1
Application number: RU2014153171/03A
Authority: RU
Inventors: Юрий Валентинович Данченко
Original assignee: Акционерное общество "Новомет-Пермь"
Filing date: 2014-12-25
Publication date: 2016-02-20

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: device contains a tubular framework, a top branch pipe with release drain holes, an external and internal slotted strainer out of a wound profile and longitudinal rods, uniformly arranged along the circle with the creation between them of longitudinal channels, that look at each other, and are connected at the top with the release holes of the top branch pipe, a ring partition covering the longitudinal channels at the bottom, and a safety valve. The longitudinal rods of the external and internal slotted strainer are made abutting to each other. The longitudinal channels of both the strainers are connected with each other. The tubular framework is perforated and located in the internal slotted strainer, and at the bottom it is closed by the safety valve.

EFFECT: increased service life of the downhole filtering device due to self-cleaning of the slotted strainers, and its increased compactness upon keeping of the filtering surface area.

2 dwg

Description

Изобретение относится к погружному оборудованию для добычи пластовой жидкости, а именно к скважинным фильтрующим устройствам, предотвращающим попадание механических примесей на прием электроцентробежного насоса.The invention relates to submersible equipment for the extraction of formation fluid, and in particular to downhole filtering devices that prevent the ingress of mechanical impurities at the reception of an electric centrifugal pump.

Известен скважинный фильтр, содержащий ниппельную и муфтовую части и приваренный к ним щелевой фильтрующий элемент, выполненный из продольных ребер и намотки из профилированной проволоки со скругленными углами для снижения гидравлического сопротивления (Пат. №2374433 РФ, Е21В 43/08, 2009).Known downhole filter containing the nipple and sleeve parts and welded to them a slit filter element made of longitudinal ribs and winding from profiled wire with rounded corners to reduce hydraulic resistance (Pat. No. 2374433 of the Russian Federation, ЕВВ 43/08, 2009).

Недостатком скважинного фильтра является непродолжительный ресурс работы из-за повышенной кольматации сужающихся внутрь зазоров между витками круглой проволоки, а также невысокая площадь фильтрации на погонный метр фильтра.The disadvantage of a downhole filter is its short working life due to the increased clogging of the gaps narrowing inward between the turns of the round wire, as well as the low filtration area per meter of filter.

Известен скважинный фильтр, состоящий из корпуса с отверстиями, установленного на корпусе фильтрующего элемента в виде продольных ребер и навитого проволочного профиля, переводника, кожуха, образующего с корпусом и переводником кольцевую камеру, в которую помещена втулка с отверстиями и упорными элементами, часть которых установлена в отверстиях втулки, а часть - в отверстиях корпуса, при этом кожух и втулка соединены срезными элементами (Патент №2102585 РФ, Е21В 43/08, 1998).Known downhole filter, consisting of a housing with holes mounted on the housing of the filter element in the form of longitudinal ribs and a wound wire profile, sub, casing forming an annular chamber with the housing and sub, in which a sleeve with holes and thrust elements is placed, some of which are installed in the holes of the sleeve, and part in the holes of the housing, while the casing and the sleeve are connected by shear elements (Patent No. 2102585 of the Russian Federation, ЕВВ 43/08, 1998).

Недостатком скважинного фильтра является ограниченная длительность работы из-за низкой удельной площади фильтрации и невозможность восстановления его пропускной способности в скважине.The disadvantage of a downhole filter is the limited duration of operation due to the low specific filtration area and the inability to restore its throughput in the well.

Известно фильтрующее скважинное устройство, содержащее перфорированный трубчатый каркас, щелевые фильтры в виде продольных призматических стержней и навитого призматического профиля и предохранительные клапаны между смежными щелевыми фильтрами (Патент №133561 РФ, Е21В 43/08, 2013). Увеличение ресурса работы описанного устройства достигается за счет включения в очистку пластовой жидкости нижнего щелевого фильтра при засорении вышерасположенного щелевого фильтра, происходящего при открытии предохранительного клапана между ними.A well-known filtering downhole device containing a perforated tubular frame, slotted filters in the form of longitudinal prismatic rods and a wound prismatic profile and safety valves between adjacent slotted filters (Patent No. 133561 of the Russian Federation, ЕВВ 43/08, 2013). An increase in the service life of the described device is achieved due to the inclusion of a lower slot filter in the formation fluid cleaning when an upstream slot filter is clogged when the safety valve between them is opened.

Однако данное фильтрующее скважинное устройство имеет повышенную общую длину, что не позволяет его использовать в скважинах с ограниченной глубиной зумпфа. Кроме того, невозможно провести регенерацию устройства в скважине.However, this filtering downhole device has an increased overall length, which does not allow its use in wells with a limited depth of sump. In addition, it is impossible to regenerate the device in the well.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является скважинное фильтрующее устройство, содержащее трубчатый каркас, наружный и внутренний щелевые фильтры, состоящие из равномерно расположенных по окружности продольных призматических стержней и навитого на них призматического профиля, которые установлены продольными стержнями снаружи и внутри трубчатого каркаса с образованием наружных и внутренних продольных каналов между продольными стержнями и трубчатым каркасом и цилиндрической полости во внутреннем щелевом фильтре, шламосборник и верхний патрубок, причем наружные продольные каналы закрыты сверху и соединены со шламосборником в нижней части, а внутренние продольные каналы закрыты кольцевой перегородкой снизу и соединены сверху с верхним патрубком, цилиндрическая полость отделена от верхнего патрубка предохранительным клапаном и соединена со шламосборником (Пат. №2446274 РФ, Е21В 43/08, 2012).Closest to the claimed technical essence is a downhole filter device containing a tubular frame, external and internal slotted filters, consisting of longitudinally prismatic rods uniformly spaced around the circumference and a prismatic profile wound thereon, which are installed by longitudinal rods outside and inside the tubular frame to form external and internal longitudinal channels between the longitudinal rods and the tubular frame and the cylindrical cavity in the internal slotted filter e, a sludge collector and an upper nozzle, the outer longitudinal channels being closed at the top and connected to the sludge collector at the bottom, and the internal longitudinal channels are closed with an annular partition from below and connected at the top with the upper nozzle, the cylindrical cavity is separated from the upper nozzle by a safety valve and connected to the sludge collector (Pat No. 2446274 of the Russian Federation, Е21В 43/08, 2012).

Принятое за прототип скважинное фильтрующее устройство обладает увеличенной продолжительностью работы за счет последовательного отделения частиц породы сначала на наружном, а затем на внутреннем щелевом фильтре. Вместе с тем, такое скважинное фильтрующее устройство характеризуется повышенным гидравлическим сопротивлением из-за большой протяженности наружных и внутренних продольных каналов, имеющих малую площадь поперечного сечения. Кроме того, недостатком прототипа является невозможность восстановления пропускной способности щелевых фильтров после засорения частицами породы.Taken as a prototype downhole filter device has an increased duration due to the sequential separation of rock particles, first on the outer and then on the internal slit filter. However, such a downhole filtering device is characterized by increased hydraulic resistance due to the large length of the outer and inner longitudinal channels having a small cross-sectional area. In addition, the disadvantage of the prototype is the inability to restore the bandwidth of the slit filters after clogging by rock particles.

Задачей настоящего изобретения является увеличение ресурса работы скважинного фильтрующего устройства за счет самоочистки щелевых фильтров и повышение его компактности при сохранении площади фильтрующей поверхности.The objective of the present invention is to increase the service life of the downhole filter device due to self-cleaning of slot filters and increase its compactness while maintaining the filter surface area.

Указанный технический результат достигается тем, что в скважинном фильтрующем устройстве, содержащем трубчатый каркас, верхний патрубок с отводящими отверстиями, наружный и внутренний щелевой фильтр из навитого профиля и продольных стержней, равномерно размещенных по окружности с образованием между собой продольных каналов, которые обращены друг к другу и сообщены сверху с отводящими отверстиями верхнего патрубка, кольцевую перегородку, перекрывающую продольные каналы снизу, и предохранительный клапан, согласно изобретению, продольные стержни наружного и внутреннего щелевого фильтра выполнены примыкающими друг к другу, продольные каналы обоих фильтров сообщены между собой, трубчатый каркас перфорирован, размещен во внутреннем щелевом фильтре и снабжен ниже него предохранительным клапаном.The specified technical result is achieved by the fact that in the downhole filtering device containing a tubular frame, the upper pipe with outlet holes, an external and internal slotted filter of a wound profile and longitudinal rods uniformly spaced around the circumference with the formation of longitudinal channels that are facing each other and communicated from above with outlet holes of the upper nozzle, an annular partition overlapping the longitudinal channels from below, and a safety valve, according to the invention, longitudinally The outer and inner slit filter rods are made adjacent to each other, the longitudinal channels of both filters are interconnected, the tube frame is perforated, placed in the internal slot filter and equipped with a safety valve below it.

На фиг. 1 схематично изображено скважинное фильтрующее устройство, продольный разрез; на фиг. 2 - поперечный разрез по А-А на фиг. 1.In FIG. 1 schematically shows a downhole filter device, a longitudinal section; in FIG. 2 is a cross-section along AA in FIG. one.

Скважинное фильтрующее устройство содержит наружный и внутренний щелевые фильтры 1 и 2, трубчатый каркас 3 с перфорациями 4, перекрытый снизу предохранительным клапаном 5, верхний патрубок 6 с отводящими отверстиями 7 и кольцевую перегородку 8 (фиг. 1). Щелевые фильтры 1 и 2 состоят соответственно из навитых профилей 9 и 10 и продольных стержней 11 и 12, которые примыкают друг к другу и размещены по окружности через равные промежутки, являющиеся наружными и внутренними продольными каналами 13 и 14 (фиг. 2). Продольные каналы 13 и 14 сообщены между собой в радиальном направлении, закрыты снизу кольцевой перегородкой 8 и вверху соединены с отводящими отверстиями 7 верхнего патрубка 6. Между витками профилей 9 и 10 образуются непрерывные спиралевидные щели 15 и 16 соответственно, открытая площадь каждой из которых сопоставима с площадью отводящих отверстий 7 верхнего патрубка 6 и с суммарной площадью поперечного сечения каналов 13 и 14.The downhole filter device comprises an external and internal slotted filters 1 and 2, a tubular frame 3 with perforations 4, a bottom-closed safety valve 5, an upper pipe 6 with outlet holes 7 and an annular partition 8 (Fig. 1). Slotted filters 1 and 2 consist respectively of wound profiles 9 and 10 and longitudinal rods 11 and 12, which are adjacent to each other and placed around the circumference at equal intervals, which are the outer and inner longitudinal channels 13 and 14 (Fig. 2). The longitudinal channels 13 and 14 are radially communicated with each other, closed at the bottom by an annular partition 8 and connected to the outlet holes 7 of the upper pipe 6 at the top. Continuous spiral gaps 15 and 16 are formed between the turns of the profiles 9 and 10, respectively, the open area of each of which is comparable with the area of the outlet holes 7 of the upper pipe 6 and with a total cross-sectional area of the channels 13 and 14.

В скважинном фильтрующем устройстве наружный 1 и внутренний 2 щелевые фильтры могут быть выполнены как единая конструкция, состоящая из одного окружного ряда продольных стержней и навитых на них снаружи и внутри профилей, при этом продольные стержни имеют увеличенные поперечные размеры (не показано).In the downhole filtering device, the outer 1 and inner 2 slotted filters can be made as a single structure, consisting of one circumferential row of longitudinal rods and profiles wound on them outside and inside, while the longitudinal rods have increased transverse dimensions (not shown).

Скважинное фильтрующее устройство работает следующим образом.Downhole filter device operates as follows.

Под действием создаваемого погружным насосом разряжения пластовая жидкость фильтруется через наружный щелевой фильтр 1, при этом содержащиеся в ней частицы породы с размером более ширины щели 15 остаются снаружи и укрупняются со временем в конгломераты (фиг. 1). Далее очищенная жидкость увлекается в расширяющиеся щели 15 между витками профиля 9, а затем попадает в каналы 13 и сообщающиеся с ними каналы 14. Оказавшись в каналах 13, 14, жидкость изменяет направление движения на 90° и поднимается к отводящим отверстиям 7 в верхнем патрубке 6, после чего покидает скважинное фильтрующее устройство. В конечном счете на прием погружного насоса попадает жидкость, очищенная от частиц породы, благодаря чему создаются благоприятные условия для его безотказной работы.Under the action of the vacuum created by the submersible pump, the formation fluid is filtered through an external slit filter 1, while the rock particles contained therein with a size larger than the width of the slit 15 remain outside and enlarge into conglomerates over time (Fig. 1). Further, the purified liquid is carried away into the expanding slots 15 between the turns of the profile 9, and then enters the channels 13 and the channels 14 connected with them. Once in the channels 13, 14, the liquid changes the direction of motion by 90 ° and rises to the outlet holes 7 in the upper pipe 6 then leaves the downhole filtering device. Ultimately, a liquid purified from rock particles gets into the submersible pump, which creates favorable conditions for its trouble-free operation.

При работе наружного щелевого фильтра 1 предохранительный клапан 5 находится в закрытом положении, поэтому жидкость не циркулирует через трубчатый каркас 3 и внутренний щелевой фильтр 2. По мере перекрытия сечения щели 15 частицами породы поток жидкости через наружный щелевой фильтр 1 снижается, что при работающем погружном насосе приводит к созданию разряжения в гидравлически связанных каналах 13, 14 и трубчатом каркасе 3 и возрастанию перепада давления на предохранительном клапане 5.When the external slit filter 1 is operating, the safety valve 5 is in the closed position, so the liquid does not circulate through the tube frame 3 and the internal slit filter 2. As the slit section is blocked by 15 rock particles, the fluid flow through the external slit filter 1 decreases, which, when the submersible pump is running leads to the creation of a vacuum in the hydraulically connected channels 13, 14 and the tubular frame 3 and an increase in the pressure drop across the safety valve 5.

При последующем открытии клапана 5 пластовая жидкость попадает в трубчатый каркас 3, проходит через перфорации 4 к внутреннему щелевому фильтру 2, где фильтруется через щель 16. Частицы породы задерживаются между витками навитого профиля 10, а очищенная жидкость оказывается сначала во внутренних 14, а затем в наружных 13 продольных каналах и по ним движется к отводящим отверстиям 7 верхнего патрубка 6.When the valve 5 is subsequently opened, the formation fluid enters the tubular cage 3, passes through the perforations 4 to the internal slit filter 2, where it is filtered through the slit 16. Rock particles are trapped between the turns of the wound profile 10, and the cleaned liquid is first in the inner 14 and then in external 13 longitudinal channels and through them moves to the outlet holes 7 of the upper pipe 6.

При движении по наружным каналам 13, имеющим переменное сечение по длине за счет навитого профиля 9, в жидкости возникают пульсации поля скоростей и поля давлений, которые передаются изнутри наружу непрерывной щели 15. Это порождает отделение налипших частиц от навитого профиля 9, открытие щели 15 и восстановление пропускной способности наружного щелевого фильтра 1. Отделению частиц способствует также гидравлический удар, возникающий в трубчатом каркасе 3 при открытии предохранительного клапана 5, который передается через перфорации 4, щель 16 и каналы 14, 13 в щель 15 наружного щелевого фильтра 1. По мере очистки щели 15 движение жидкости через наружный щелевой фильтр 1 возобновляется и клапан 5 закрывается. При этом описанным выше образом происходит отделение частиц от навитого профиля 10 внутреннего фильтра 2 и восстановление его пропускной способности.When moving along external channels 13 having a variable cross-section along the length due to the wound profile 9, pulsations of the velocity field and pressure field arise in the liquid, which are transmitted from the inside to the outside of the continuous slit 15. This causes separation of adhering particles from the wound profile 9, opening of the slit 15 and restoration of the bandwidth of the external slit filter 1. The separation of particles is also facilitated by the water hammer arising in the tube frame 3 when the safety valve 5 is opened, which is transmitted through perforations 4, slot 1 6 and channels 14, 13 into the slit 15 of the external slit filter 1. As the slit 15 is cleaned, the movement of fluid through the external slit filter 1 resumes and the valve 5 closes. At the same time, in the manner described above, particles are separated from the wound profile 10 of the internal filter 2 and the restoration of its throughput.

При таком движении пластовой жидкости наружный и внутренний щелевой фильтр периодически очищаются и в меньшей степени подвержены необратимому загрязнению частицами породы, благодаря чему увеличивается ресурс работы скважинного фильтрующего устройства в целом.With this movement of the reservoir fluid, the outer and inner slit filters are periodically cleaned and less susceptible to irreversible contamination by rock particles, thereby increasing the life of the downhole filter device as a whole.

Claims

A downhole filter device comprising a tubular frame, an upper nozzle with outlet holes, an outer and inner slotted filter of a wound profile and longitudinal rods uniformly spaced around the circumference to form longitudinal channels that are facing each other and communicated from above with the outlet holes of the upper nozzle , an annular partition that overlaps the longitudinal channels from below, and a safety valve, characterized in that the longitudinal rods of the external and internal slotted filter filled with adjacent to each other, the longitudinal channels of both filters are interconnected, the tubular frame is perforated, placed in the internal slotted filter and blocked from below by a safety valve.