RU2708475C1

RU2708475C1 - Submersible pump inlet filter

Info

Publication number: RU2708475C1
Application number: RU2019111352A
Authority: RU
Inventors: Юрий Валентинович Данченко; Максим Олегович Перельман; Евгений Вячеславович Пошвин
Original assignee: Акционерное общество "Новомет-Пермь"
Priority date: 2019-04-15
Filing date: 2019-04-15
Publication date: 2019-12-09

Abstract

FIELD: filters.

SUBSTANCE: invention relates to input filters operating with pump equipment in horizontal wells, which are complicated by high content of free gas and mechanical impurities. Inlet filter of submersible pump includes housing with inlet holes, shaft in form of pipe, installed in bearings of sliding. Longitudinal half of the pipe is perforated and enveloped by the filtering element. Filter element consists of longitudinal rods and wound profile.

EFFECT: invention is aimed at providing reliable operation of submersible pump without stalling due to expansion of technical capabilities of inlet filter.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к нефтяному машиностроению, а именно к входным фильтрам, функционирующим с насосным оборудованием в горизонтальных скважинах, осложненных высоким содержанием свободного газа и механических примесей в пластовом флюиде.The invention relates to petroleum engineering, and in particular to inlet filters that operate with pumping equipment in horizontal wells, complicated by a high content of free gas and mechanical impurities in the reservoir fluid.

Известен входной фильтр погружного насоса, состоящий из корпуса с подводящими отверстиями, вала, верхней, нижней и промежуточной опор, имеющих осевые каналы, и фильтров из спрессованной проволочной спирали, установленных между опорами [патент №2353813 РФ, F04D 13/10, 2009].Known input filter of a submersible pump, consisting of a housing with feed holes, a shaft, upper, lower and intermediate supports having axial channels, and filters from a compressed wire spiral installed between the supports [RF patent No. 2353813, F04D 13/10, 2009].

Известен также входной фильтр погружного насоса, содержащий перфорированный корпус, секции щелевого фильтра с промежуточными кольцами, верхнюю головку с верхним подшипником, вал с дополнительными подшипниками, отделенными перфорированными трубками, отбойники с элементами подпружинивания, нижнее основание с разгоночным шнеком и шламоотбойным стаканом [патент на ПМ №68616 РФ, F04D 13/10, 2007].Also known is an inlet filter of a submersible pump containing a perforated housing, a slotted filter section with intermediate rings, an upper head with an upper bearing, a shaft with additional bearings separated by perforated tubes, chippers with spring elements, a lower base with an expansion screw and a blast chamber [patent for PM No. 68616 of the Russian Federation, F04D 13/10, 2007].

Кроме того, известен входной фильтр погружного насоса, состоящий из головки с верхним подшипником и отводящими каналами, основания с нижним подшипником, корпуса с впускными отверстиями, наружного щелевого фильтроэлемента и вала, установленного в промежуточных подшипниках [патент на ПМ №107295 РФ, F04D 13/10, 2011].In addition, the input filter of a submersible pump is known, consisting of a head with an upper bearing and outlet channels, a base with a lower bearing, a housing with inlets, an external slotted filter element and a shaft installed in the intermediate bearings [patent for PM No. 107295 of the Russian Federation, F04D 13 / 10, 2011].

И, наконец, известен входной фильтр погружного насоса, содержащий корпус с впускными отверстиями, головку, основание, вал, фильтрующий элемент внутри корпуса в виде пружины сжатия, нижний торец которой размещен в основании, а верхний соединен с размещенным в головке механизмом регулирования межвиткового зазора [патент на ПМ №81273 РФ, F04D 13/10, 2008].And, finally, a submersible pump inlet filter is known, comprising a housing with inlet openings, a head, a base, a shaft, a filter element inside the housing in the form of a compression spring, the lower end of which is located at the base, and the upper end is connected to an inter-turn clearance control mechanism located in the head [ patent for PM No. 81273 of the Russian Federation, F04D 13/10, 2008].

Общий недостаток рассмотренных входных фильтров состоит в том, что при эксплуатации в горизонтальных скважинах через них возможно попадание свободного газа в погружной насос и срыв подачи последнего. Причина этого кроется в симметричности поперечного сечения входных фильтров и в однородном радиальном течении пластового флюида через них.A common drawback of the considered input filters is that when operating in horizontal wells through them, free gas can enter the submersible pump and interrupt the supply of the latter. The reason for this lies in the symmetry of the cross section of the inlet filters and in the uniform radial flow of the reservoir fluid through them.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является входной фильтр погружного насоса, содержащий корпус с впускными отверстиями, вал, установленный в подшипниках скольжения, и пенометаллический фильтр, коаксиально расположенный между корпусом и валом [Патент №2261369 РФ, F04D 13/10, 2005].Closest to the technical nature of the claimed is an inlet filter of a submersible pump containing a housing with inlet openings, a shaft mounted in sliding bearings, and a foam filter coaxially located between the housing and the shaft [RF Patent No. 2261369, F04D 13/10, 2005].

Принятый за прототип входной фильтр при работе в горизонтальных скважинах не обеспечивает защиту погружного насоса от свободного газа.The inlet filter adopted for the prototype when working in horizontal wells does not protect the submersible pump from free gas.

Техническая проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в расширении технических возможностей входного фильтра при работе в горизонтальной скважине.The technical problem to which the present invention is directed is to expand the technical capabilities of the inlet filter when working in a horizontal well.

Поставленная задача решается тем, что во входном фильтре погружного насоса, содержащем корпус с впускными отверстиями, вал, установленный в подшипниках скольжения, и фильтрующий элемент между корпусом и валом, согласно изобретению, валом служит труба, продольная половина которой выполнена перфорированной и охвачена фильтрующим элементом, состоящим из продольных стержней и навитого профиля.The problem is solved in that in the inlet filter of a submersible pump containing a housing with inlet openings, a shaft mounted in slide bearings and a filter element between the housing and the shaft, according to the invention, the pipe is a shaft, the longitudinal half of which is perforated and covered by a filter element, consisting of longitudinal rods and a wound profile.

На фиг. 1 схематично изображен входной фильтр погружного насоса заявленной конструкции, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, поперечное сечение.In FIG. 1 schematically shows the inlet filter of a submersible pump of the claimed design, a longitudinal section; in FIG. 2 - the same, cross section.

Заявляемый входной фильтр погружного насоса содержит корпус 1 с равномерно распределенными по поверхности впускными отверстиями 2, концентричную трубу 3, установленную в подшипниках скольжения 4, одна продольная половина 5 которой снабжена перфорациями 6, и фильтрующий элемент 7, установленный на вышеназванной половине трубы (фиг. 1, 2). Другая продольная половина 8 трубы 3 перфораций не имеет (фиг. 2). Для перекрытия продольной перфорированной половины 5 трубы 3 фильтрующий элемент 7 имеет желобообразную форму. Корпус 1 оборудован с одного торца заглушкой 9, а с другого - ниппелем 10 с выходным отверстием 11. Фильтрующий элемент 7 состоит из соединенных контактной сваркой продольных стержней 12 и витков профиля 13. Между витками профиля 13 есть щели 14, ширина которых выбирается из условия беспрепятственного протекания через них пластового флюида, но задержания механических примесей больше заданного размера. Фильтрующий элемент 7 примыкает к поверхности трубы 3 продольными стержнями 12, при этом его торцовые и боковые поверхности герметично закрыты эластичными накладками 15 для предотвращения попадания пластового флюида в перфорации 6 в обход щелей 14. Труба 3 с закрепленным на продольной половине 5 фильтрующим элементом 7 имеет в поперечном сечении смещенный от оси центр тяжести.The inventive inlet filter of a submersible pump comprises a housing 1 with inlets evenly distributed over the surface 2, a concentric pipe 3 mounted in sliding bearings 4, one longitudinal half of which 5 is provided with perforations 6, and a filter element 7 mounted on the aforementioned half of the pipe (Fig. 1 , 2). The other longitudinal half 8 of the pipe 3 has no perforations (Fig. 2). To overlap the longitudinal perforated half 5 of the pipe 3, the filter element 7 has a grooved shape. The housing 1 is equipped with a plug 9 at one end and a nipple 10 with an outlet 11 at the other. The filter element 7 consists of longitudinal rods 12 and turns of profile 13 connected by resistance welding. There are slots 14 between turns of profile 13, the width of which is chosen from the condition of unhindered the flow of formation fluid through them, but the retention of mechanical impurities is larger than a given size. The filtering element 7 adjoins the surface of the pipe 3 with longitudinal rods 12, while its end and side surfaces are hermetically sealed with elastic pads 15 to prevent the formation fluid from entering the perforation 6 bypassing the slots 14. The pipe 3 with the filtering element 7 fixed to the longitudinal half 5 has the cross section is the center of gravity offset from the axis.

Заявляемый входной фильтр погружного насоса работает следующим образом. Входной фильтр присоединяется к погружному насосу и спускается в горизонтальную скважину 16, в которой свободный газ сосредоточен в верхней части, а пластовый флюид с механическими примесями находится в нижней части. По завершению спуска корпус 1 входного фильтра занимает произвольную угловую ориентацию в поперечной плоскости. Концентрично установленная в подшипниках скольжения 4 корпуса 1 труба 3 приходит во вращение под действием силы тяжести закрепленного на ней фильтрующего элемента 7. Вращение заканчивается после того, как фильтрующий элемент 7 займет крайнее нижнее положение, при котором перекрытые им перфорации 6 на трубе 3 попадают в пластовый флюид, а противоположная сплошная часть трубы 3, свободная от фильтрующего элемента, оказывается вверху в свободном газе. При включении погружного насоса пластовый флюид, содержащий механические примеси, начинает фильтроваться через щели 14 между витками профиля 13 фильтрующего элемента 7. Крупные механические примеси задерживается над щелями 14, а мелкие примеси, не представляющие опасности для погружного насоса, проходят через щели 14 и далее через перфорации 6 попадают в полость трубы 3. Отсюда через отверстие 11 в ниппеле 10 очищенный до установленного уровня пластовый флюид направляется на прием погружного насоса. В отличие от нижней части трубы 3, где имеются перфорации 6, ее сплошная верхняя часть 8 не пропускает свободный газ из верхней части горизонтальной скважины в полость трубы 3. Свободный газ остается после прохождения через впускные отверстия 2 в кольцевом зазоре между корпусом 1 и сплошной частью трубы 3 и не смешивается с откачиваемым пластовым флюидом. Это обеспечивает надежную работу погружного насоса без срыва подачи.The inventive inlet filter of a submersible pump operates as follows. The inlet filter is connected to a submersible pump and lowered into a horizontal well 16, in which free gas is concentrated in the upper part, and the formation fluid with mechanical impurities is in the lower part. Upon completion of the descent, the housing 1 of the inlet filter occupies an arbitrary angular orientation in the transverse plane. The pipe 3 concentrically installed in the sliding bearings 4 of the housing 1 comes into rotation under the action of gravity of the filter element 7 fixed on it. The rotation ends after the filter element 7 has reached its lowest position, in which the perforations 6 blocked by it on the pipe 3 fall into the formation fluid, and the opposite solid part of the pipe 3, free from the filter element, is upward in the free gas. When the submersible pump is turned on, the formation fluid containing mechanical impurities begins to be filtered through slots 14 between the turns of the profile 13 of the filter element 7. Large mechanical impurities are delayed above the slots 14, and small impurities that are not dangerous for the submersible pump pass through the slots 14 and then through perforations 6 fall into the cavity of the pipe 3. From here, through the hole 11 in the nipple 10, the formation fluid cleaned to a predetermined level is sent to receive a submersible pump. Unlike the lower part of the pipe 3, where there are perforations 6, its continuous upper part 8 does not pass free gas from the upper part of the horizontal well into the cavity of the pipe 3. Free gas remains after passing through the inlets 2 in the annular gap between the housing 1 and the solid part pipe 3 and does not mix with the pumped-out reservoir fluid. This ensures reliable operation of the submersible pump without interrupting the flow.

Claims

An inlet filter of a submersible pump comprising a housing with inlet openings, a shaft mounted in slide bearings and a filter element between the housing and the shaft, characterized in that the pipe is a shaft, the longitudinal half of which is perforated and surrounded by a filter element consisting of longitudinal rods and wound profile.