RU2630009C1

RU2630009C1 - Well filter (versions)

Info

Publication number: RU2630009C1
Application number: RU2016126843A
Authority: RU
Inventors: Павел Борисович Куприн; Владимир Алексеевич Кононец
Original assignee: Павел Борисович Куприн; Владимир Алексеевич Кононец
Priority date: 2016-07-04
Filing date: 2016-07-04
Publication date: 2017-09-05

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: according to the first version, the device comprises a slot filter element mounted on a perforated pipe, an impeller connected to a shaft reinforced in bearing supports mounted in the pipe and made rotatable. The perforated pipe is made with a solid upper part, within which the impeller bearing supports are located. The impeller blades are made with mass imbalance of not less than 20 g⋅mm. According to the second version, the filter is provided with additional mass movably attached to radially-mounted axle connected to the impeller and provided with thrusts on both sides relative to additional mass. An elastic element is installed between the mass and long-distance thrust relative to the shaft.

EFFECT: simplified manufacturing, improved self-cleaning ability, improved service life of submersible pumping unit.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию, применяемому при добыче нефти, а именно к самоочищающимся скважинным фильтрам, защищающим погружные насосы от механических примесей.The invention relates to equipment used in oil production, namely to self-cleaning well filters that protect submersible pumps from mechanical impurities.

Известен скважинный фильтр, содержащий корпус с коническими перфорациями и введенные в них с зазором упругие скобы (А.с. СССР №685810, Е21В 43/08, 1979).Known downhole filter containing a housing with conical perforations and elastic staples inserted into them with a gap (A.S. USSR No. 685810, ЕВВ 43/08, 1979).

Несмотря на простоту конструкции фильтра процесс очистки его фильтрующей поверхности от задержанных частиц является сложным. Для очистки в корпус спускается диск, который при последующем возвратно-поступательном движении касается скоб, разбивающих при покачивании образовавшийся в перфорациях конгломерат из частиц.Despite the simplicity of the design of the filter, the process of cleaning its filter surface from trapped particles is complicated. For cleaning, a disk is lowered into the casing, which, with subsequent reciprocating motion, touches the staples that break up the conglomerate of particles formed in perforations during swaying.

Известен скважинный фильтр, состоящий из перфорированной трубы с резьбой на концах, соединительной муфты, фильтрующего элемента и изолированной обмотки, подсоединенной к источнику питания (Пат. №2338871 РФ, Е21В 43/08, 2008).Known downhole filter, consisting of a perforated pipe with a thread at the ends, a coupling, a filter element and an insulated winding connected to a power source (Pat. No. 2338871 RF, ЕВВ 43/08, 2008).

Недостаток скважинного фильтра состоит в том, что во время очистки, осуществляемой нагревом фильтрующего элемента, с поверхности удаляются главным образом асфальтосмолистые и парафиногидратные осадки, а не твердые частицы.The downhole filter has the disadvantage that during the cleaning carried out by heating the filter element, mainly asphalt-resinous and paraffin-hydrated sediments, rather than solid particles, are removed from the surface.

Известен скважинный фильтр, присоединяемый посредством хвостовика к кожуху на погружном насосе, закрепленному на лифте труб выше подпружиненного клапана, сообщающего лифт труб с полостью кожуха (Пат. №2415253 РФ, Е21В 43/00, 2011).A well-known filter that is attached by means of a shank to the casing on a submersible pump fixed to the pipe elevator above the spring-loaded valve communicating the pipe elevator with the casing cavity (Pat. No. 2415253 of the Russian Federation, ЕВВ 43/00, 2011).

Недостаток скважинного фильтра состоит в его сложности и громоздкости, а также в необходимости прерывания добычи жидкости на период его очистки.A drawback of a downhole filter is its complexity and cumbersomeness, as well as the need to interrupt fluid production during its cleaning.

Известен скважинный фильтр, содержащий цилиндрический каркас со сквозными пазами, фильтрующий элемент из пружины, поршень с обращенными внутрь выступами и регулировочными винтами, вал с лопастями и коромыслом, взаимодействующим с выступами (А.с. СССР №1036343, В01D 25/20, 1983).A well-known filter containing a cylindrical frame with through grooves, a filter element from a spring, a piston with inwardly facing protrusions and adjusting screws, a shaft with blades and a rocker interacting with the protrusions (AS USSR No. 1036343, B01D 25/20, 1983) .

Недостаток фильтра заключается в сложности конструкции и ограниченных функциональных возможностях: фильтр не пригоден для фильтрации жидкости с твердыми частицами, поскольку они изнашивают коромысло и выступы, обеспечивающие циклическое изменение зазоров в пружине, при котором из них выпадают застрявшие частицы.The disadvantage of the filter is its design complexity and limited functionality: the filter is not suitable for filtering liquids with solid particles, as they wear out the rocker arm and protrusions, providing a cyclic change in the gaps in the spring, during which stuck particles fall out of them.

В качестве прототипа взят скважинный фильтр, содержащий щелевой фильтрующий элемент, вал, укрепленный в подшипниковых опорах по торцам фильтрующего элемента, и лопасти со щетками, размещенные по длине вала (А.с. СССР №1165427, В01D 25/20, 1985).A well filter containing a slotted filter element, a shaft mounted in bearing bearings at the ends of the filter element, and blades with brushes placed along the shaft length (AS USSR No. 1165427, B01D 25/20, 1985) was taken as a prototype.

Недостатком принятого за прототип скважинного фильтра является наличие длинного вала с большим числом лопастей и щеток, который необходим для очистки всей поверхности щелевого фильтрующего элемента. Однако при вращении вала между щетками и щелевым фильтрующим элементом возникает значительная сила трения, которая может остановить вал и прервать процесс самоочистки.The disadvantage of the well filter adopted as a prototype is the presence of a long shaft with a large number of blades and brushes, which is necessary to clean the entire surface of the slit filter element. However, when the shaft rotates between the brushes and the slit filter element, a significant friction force arises, which can stop the shaft and interrupt the self-cleaning process.

Настоящее изобретение решает задачу создания простого в конструктивном исполнении скважинного фильтра, обладающего повышенной способностью к самоочистке, повышающего ресурс погружной насосной установки.The present invention solves the problem of creating a simple well-designed well filter with improved self-cleaning ability, increasing the resource of a submersible pump installation.

Указанный технический результат достигается тем, что скважинный фильтр содержит щелевой фильтрующий элемент, насаженный на перфорированную трубу, крыльчатку, связанную с валом, укрепленным в подшипниковых опорах, установленных в трубе с возможностью вращения, при этом перфорированная труба выполнена со сплошной верхней частью, в пределах которой размещены подшипниковые опоры крыльчатки, причем лопасти крыльчатки выполнены с дисбалансом масс не менее 20 г⋅мм.The specified technical result is achieved in that the downhole filter contains a slotted filter element mounted on a perforated pipe, an impeller connected to a shaft mounted in bearings mounted in the pipe rotatably, while the perforated pipe is made with a solid upper part, within which bearing bearings of the impeller are placed, and the impeller blades are made with an imbalance of mass of at least 20 g⋅mm.

Отличительной особенностью предлагаемого технического решения является то, что перфорированная труба выполнена со сплошной верхней частью, в пределах которой размещены подшипниковые опоры крыльчатки, причем лопасти крыльчатки выполнены с дисбалансом масс не менее 20 г⋅ мм.A distinctive feature of the proposed technical solution is that the perforated pipe is made with a continuous upper part, within which the bearings of the impeller are placed, and the impeller blades are made with an mass imbalance of at least 20 g⋅ mm.

Предлагается также вариант технического решения, отличительной особенностью которого является то, что перфорированная труба выполнена со сплошной верхней частью, в пределах которой размещены подшипниковые опоры крыльчатки, фильтр снабжен дополнительной массой, подвижно закрепленной на радиально установленной оси, связанной с крыльчаткой и снабженной упорами с двух сторон относительно дополнительной массы, причем между массой и дальним относительно вала упором установлен упругий элемент.A technical solution is also proposed, the distinguishing feature of which is that the perforated pipe is made with a continuous upper part, within which the bearings of the impeller are placed, the filter is equipped with an additional mass, movably mounted on a radially mounted axis, connected to the impeller and provided with stops on both sides relative to the additional mass, and between the mass and the distant relative to the shaft emphasis is installed an elastic element.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено продольное сечение заявляемого скважинного самоочищающего фильтра, на фиг. 2 - схема соединения дополнительной массы в варианте технического решения.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a longitudinal section of the inventive downhole self-cleaning filter, FIG. 2 - connection diagram of the additional mass in the embodiment of the technical solution.

Скважинный фильтр содержит щелевой фильтрующий элемент 1, насаженный на перфорированную трубу 2 со сплошной верхней частью 3 и равномерно распределенными перфорациями 4 на остальной части, подшипниковые опоры 5, запрессованные в трубу 2 в пределах сплошной части 3 трубы 2, и вал 6 с лопастями 7 крыльчатки, установленный в опорах 5. Лопасти 7 выполнены с дисбалансом масс не менее 20⋅г мм, который может быть получен за счет выполнения лопастей с разной длиной, толщиной или массой.The downhole filter contains a slotted filter element 1, mounted on a perforated pipe 2 with a continuous upper part 3 and uniformly distributed perforations 4 on the rest, bearing bearings 5, pressed into the pipe 2 within the solid part 3 of the pipe 2, and a shaft 6 with impeller blades 7 installed in the supports 5. The blades 7 are made with an imbalance of masses of at least 20⋅g mm, which can be obtained by performing blades with different lengths, thicknesses or weights.

Щелевой фильтрующий элемент 1 представляет цельносварную конструкцию, которая состоит из наружного навитого профиля 8 и внутренних аксиальных профилей 9, размещенных по окружности через равные промежутки, являющиеся продольными каналами 10. Между витками наружного профиля 8 имеется щель 11, при этом ширина щели определяет тонкость очистки пластовой жидкости. Аксиальные профили 9 имеют плотный механический контакт с перфорированной трубой 2. В подшипниковых опорах 5 выполнены осевые проточки 12 для продольного движения очищенной жидкости на прием погружного насоса (не показан). Размещение вала 6 с лопастями 7 в пределах сплошной части 3 перфорированной трубы 2, то есть на выходе из щелевого фильтрующего элемента 1, исключает течение очищенной жидкости в обход лопастей 7, что способствует увеличению крутящего момента и частоты вращения вала 6.The slotted filter element 1 is an all-welded structure, which consists of an external wound profile 8 and internal axial profiles 9 arranged around the circumference at equal intervals, which are longitudinal channels 10. There is a gap 11 between the turns of the external profile 8, and the width of the slit determines the fineness of the formation liquids. Axial profiles 9 have tight mechanical contact with the perforated tube 2. Axial grooves 12 are made in the bearing supports 5 for longitudinal movement of the cleaned liquid to receive a submersible pump (not shown). The placement of the shaft 6 with the blades 7 within the solid part 3 of the perforated pipe 2, that is, at the outlet of the slit filter element 1, eliminates the flow of purified liquid bypassing the blades 7, which contributes to an increase in torque and speed of the shaft 6.

В предлагаемом варианте технического решения фильтр снабжен дополнительной массой (дополнительным грузом) 13, подвижно закрепленной на радиально установленной оси 14, связанной с крыльчаткой и снабженной упорами 15, 16 с двух сторон относительно дополнительной массы 13, причем между массой 13 и дальним относительно вала упором 16 установлен упругий элемент 17.In the proposed technical solution, the filter is equipped with an additional mass (additional weight) 13, movably mounted on a radially mounted axis 14, connected with the impeller and provided with stops 15, 16 from two sides relative to the additional mass 13, and between the mass 13 and the stop 16 distant relative to the shaft installed elastic element 17.

Скважинный самоочищающийся фильтр работает следующим образом. В составе погружной насосной установки скважинный самоочищающийся фильтр опускают в скважину. Под действием создаваемого погружным насосом разрежения загрязненная пластовая жидкость фильтруется через щель 11 между витками профиля 8, а находящиеся в ней частицы породы остаются снаружи. Очищенная жидкость попадает в продольные каналы 10, движется по ним к перфорациям 4 и, пройдя сквозь них, оказывается в перфорированной трубе 2. Очищенная жидкость течет в перфорированной трубе 2 сквозь осевые проточки 12 в подшипниковых опорах 5 и давит на лопасти 7. Лопасти 7 преобразуют потенциальную энергию потока жидкости в кинетическую энергию вала 6, порождая его вращение в подшипниковых опорах 5. Дисбаланс масс лопастей 7 вызывает колебания вращающегося вала 6, которые передаются на подшипниковые опоры 5, а от них - к перфорированной трубе 2, в которую они запрессованы. Далее колебания последовательно распространяются к аксиальным профилям 9, имеющим механический контакт с трубой 2, и навитому профилю 8, приваренному к профилям 9. При этом задержанным между витками профиля 8, то есть над щелью 11, частицам породы сообщается ускорение, приводящее к их отрыву от фильтрующего элемента 1, причем действие инерционных сил проявляется тем сильнее, чем больше размеры частиц или образовавшихся из частиц конгломератов. Отделенные частицы опускаются под действием силы тяжести в зумпф скважины.Well self-cleaning filter operates as follows. As part of a submersible pump installation, a self-cleaning well filter is lowered into the well. Under the action of the vacuum created by the submersible pump, the contaminated formation fluid is filtered through a gap 11 between the turns of the profile 8, and the rock particles inside it remain outside. The purified liquid enters the longitudinal channels 10, moves along them to the perforations 4 and, passing through them, is in the perforated pipe 2. The purified liquid flows in the perforated pipe 2 through the axial grooves 12 in the bearing bearings 5 and presses on the blades 7. The blades 7 transform the potential energy of the fluid flow into the kinetic energy of the shaft 6, causing it to rotate in the bearing bearings 5. The mass imbalance of the blades 7 causes oscillations of the rotating shaft 6, which are transmitted to the bearing bearings 5, and from them to the perforated pipe 2, in which they are pressed. Further, the vibrations sequentially propagate to the axial profiles 9, having mechanical contact with the pipe 2, and the wound profile 8, welded to the profiles 9. At the same time, acceleration is imparted to the rock particles delayed between the turns of profile 8, that is, above the gap 11, leading to their separation from filter element 1, and the action of inertial forces is manifested the stronger, the larger the size of the particles or conglomerates formed from particles. Separated particles are lowered by gravity into the sump of the well.

Определенный в настоящей заявке дисбаланс масс лопастей на уровне не менее 20 г⋅мм обеспечивает необходимые параметры низкочастотных колебаний щелевого фильтрующего элемента, которые разрушают образующиеся конгломераты частиц по мере их укрупнения.The imbalance of mass of the blades defined in this application at a level of at least 20 g⋅mm provides the necessary parameters for low-frequency oscillations of the slit filter element, which destroy the resulting conglomerates of particles as they become larger.

В предлагаемом варианте фильтра дополнительная масса 13 находится вблизи упора 15. При раскручивании крыльчатки 7 масса 13 смещается к упору 16 и производит по нему ударное воздействие. Вследствие чего возникает интенсивное воздействие на частицы, оседающие на фильтрующем элементе, которые от этого опадают. Кроме того, дополнительная масса вызывает дисбаланс вращающейся крыльчатки, которая препятствует оседанию частиц на фильтре. В процессе остановки вращения крыльчатки дополнительная масса перемещается к упору 15 и также производит на него ударное воздействие, что вызывает опадания осевших на фильтр частиц.In the proposed version of the filter, the additional mass 13 is located near the stop 15. When the impeller 7 is untwisted, the mass 13 is shifted to the stop 16 and produces an impact on it. As a result, there is an intense effect on the particles deposited on the filter element, which fall from this. In addition, the additional mass causes an imbalance of the rotating impeller, which prevents the sedimentation of particles on the filter. In the process of stopping the rotation of the impeller, the additional mass moves to the stop 15 and also produces an impact on it, which causes the particles to settle on the filter.

В заявляемом скважинном самоочищающемся фильтре задержанные частицы удаляются с поверхности щелевого фильтрующего элемента по мере образования из них конгломератов. Таким образом, ширина щели и соответственно пропускная способность щелевого фильтрующего элемента и скважинного самоочищающегося фильтра в целом поддерживается практически на исходном уровне в течение длительного времени, что увеличивает ресурс работы погружной насосной установки.In the inventive downhole self-cleaning filter, trapped particles are removed from the surface of the slit filter element as conglomerates form from them. Thus, the width of the slit and, accordingly, the throughput of the slit filter element and the borehole self-cleaning filter as a whole is maintained practically at the initial level for a long time, which increases the service life of the submersible pump installation.

Claims

1. A downhole filter containing a slit filter element mounted on a perforated pipe, an impeller connected to a shaft mounted in bearings mounted in the pipe rotatably, characterized in that the perforated pipe is made with a solid upper part, within which the bearing impeller supports, and the impeller blades are made with an imbalance of mass of at least 20 g⋅mm.

2. A downhole filter containing a slotted filter element mounted on a perforated pipe, an impeller connected to a shaft mounted in bearings mounted in the pipe rotatably, characterized in that the perforated pipe is made with a solid upper part, within which the bearing impeller bearings, the filter is equipped with an additional mass, movably fixed on a radially mounted axis, connected with the impeller and provided with stops on both sides relative to the additional mass s, and between ground and far focus relative to the shaft member is resilient.