RU98782U1

RU98782U1 - Borehole Filter

Info

Publication number: RU98782U1
Application number: RU2010124449/03U
Authority: RU
Inventors: Юрий Валентинович Данченко; Михаил Юрьевич Мельников
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь"
Priority date: 2010-06-15
Filing date: 2010-06-15
Publication date: 2010-10-27

Abstract

1. Скважинный фильтр, содержащий каркас, наружный и внутренний щелевые фильтроэлементы, концентрично установленные на трубчатом каркасе с образованием вертикальных каналов, отстойник, соединенный с вертикальными каналами, верхний патрубок, связанный с приемом насоса, отличающийся тем, что щелевые фильтроэлементы сформированы из соединенных между собой продольных призматических стержней и навитого призматического профиля, размещены снаружи и внутри трубчатого каркаса с опорой на продольные стержни, образуя наружные и внутренние вертикальные каналы между продольными стержнями и трубчатым каркасом и центральную цилиндрическую полость во внутреннем щелевом фильтроэлементе, причем наружные вертикальные каналы герметично закрыты сверху и соединены с отстойником в нижней части, а внутренние вертикальные каналы герметично закрыты снизу и соединены вверху с верхним патрубком, центральная цилиндрическая полость отделена от верхнего патрубка клапаном и соединена с отстойником. ! 2. Скважинный фильтр по п.1, отличающийся тем, что трубчатый каркас заглублен в отстойник. ! 3. Скважинный фильтр по п.1, отличающийся тем, что наружный фильтроэлемент выполнен короче внутреннего фильтроэлемента. ! 4. Скважинный фильтр по п.1, отличающийся тем, что наружный фильтроэлемент выполнен длиннее внутреннего фильтроэлемента. 1. A downhole filter containing a frame, an external and internal slotted filter elements concentrically mounted on a tubular frame with the formation of vertical channels, a sump connected to vertical channels, an upper pipe connected to a pump intake, characterized in that the slotted filter elements are formed of interconnected longitudinal prismatic rods and a wound prismatic profile, placed outside and inside the tubular frame with support on the longitudinal rods, forming the outer and inner vert steel channels between the longitudinal rods and the tubular cage and the central cylindrical cavity in the inner slit filter element, the outer vertical channels being hermetically closed at the top and connected to the sump in the lower part, and the inner vertical channels are hermetically closed at the bottom and connected at the top to the upper nozzle, the central cylindrical cavity is separated from the upper nozzle by a valve and connected to the sump. ! 2. The downhole filter according to claim 1, characterized in that the tubular frame is buried in the sump. ! 3. The downhole filter according to claim 1, characterized in that the outer filter element is made shorter than the inner filter element. ! 4. The downhole filter according to claim 1, characterized in that the outer filter element is made longer than the internal filter element.

Description

Полезная модель относится к горной промышленности, а именно к устройствам добычи пластовой жидкости из скважин, в частности к фильтрам, предотвращающим вынос механических примесей с извлекаемым продуктом.The utility model relates to the mining industry, and in particular to devices for producing formation fluid from wells, in particular, to filters that prevent the removal of mechanical impurities with the extracted product.

Известен проволочный многослойный фильтр, содержащий перфорированный каркас с продольными опорными металлическими лентами толщиной, равной размеру фильтрующих щелей и уменьшающейся от наружного слоя к внутреннему, и навитые вокруг лент слои проволоки круглого сечения с расположением витков каждого последующего слоя сверху между витками предыдущего слоя (А.с. №927058 СССР, Е21В 43/08, 1982).A multi-layer wire filter is known that contains a perforated frame with longitudinal support metal tapes with a thickness equal to the size of the filter slots and decreasing from the outer layer to the inner one, and round wire layers wound around the tapes with the arrangement of turns of each subsequent layer from above between the turns of the previous layer (A. No. 927058 USSR, ЕВВ 43/08, 1982).

Недостатками фильтра являются непродолжительный ресурс работы из-за быстрой кольматации зазоров между витками навиваемой круглой проволоки, ограниченная грязеемкость вследствие малого свободного пространства между составляющими элементами фильтра, а также сложность и трудоемкость изготовления.The disadvantages of the filter are a short service life due to the rapid clogging of the gaps between the turns of the wound round wire, the limited dirt capacity due to the small free space between the filter components, as well as the complexity and complexity of manufacturing.

Известен скважинный фильтр, состоящий из корпуса с циркуляционными отверстиями, фильтрующего элемента, установленного на корпусе и выполненного в виде стрингеров и проволочной профильной навивки, кольцевого упорного бандажа, закрепляющего торцевую поверхность фильтрующего элемента на корпусе, переводника, кожуха, образующего с корпусом и переводником кольцевую камеру, помещенной в камеру втулки с радиальными отверстиями и упорными элементами, одна часть которых установлена в радиальных отверстиях втулки, а другая часть - в циркуляционных 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 circulation holes, a filter element mounted on the housing and made in the form of stringers and wire profile winding, an annular thrust band, securing the end surface of the filter element on the housing, an adapter, a casing forming an annular chamber with the housing and an adapter placed in the sleeve chamber with radial holes and thrust elements, one part of which is installed in the radial holes of the sleeve, and the other part is in circulation nnyh holes housing, the housing and the sleeve are connected shear elements (RF Patent №2102585, E 21 B 43/08, 1998).

Недостатком скважинного фильтра является ограниченная фильтрующая способность из-за наличия одного щелевого элемента, тонкость очистки которого определяется шириной щели между витками профильной проволоки.The disadvantage of a downhole filter is its limited filtering ability due to the presence of a single slot element, the refinement of which is determined by the width of the gap between the turns of the profile wire.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является скважинный фильтр, содержащий перфорированный каркас, на котором концентрично закреплены внутренний и наружный фильтрующие элементы в виде пластмассовых дисков одинаковой и переменной толщины, образующих щели между собой и вертикальные каналы между собой и перфорированным каркасом, отстойник, соединенный с вертикальными каналами, верхний патрубок, связанный с приемом насоса, причем размер щели в наружном фильтрующем элементе больше размера щели во внутреннем фильтрующем элементе (А.с. №1530759 СССР, Е21В 43/08, 1989).Closest to the claimed technical essence is a downhole filter containing a perforated frame, on which the inner and outer filter elements are concentrically fixed in the form of plastic disks of the same and variable thickness, forming slots between themselves and vertical channels between themselves and the perforated frame, a sump connected to vertical channels, the upper nozzle associated with the intake of the pump, and the size of the slit in the outer filter element is larger than the size of the slit in the inner filter th element (AS USSR №1530759, E 21 B 43/08, 1989).

Недостатками скважинного фильтра являются повышенная потеря напора вследствие высокого отношения длины щели к ее ширине, трудоемкость изготовления из множества разнообразных дисков, чувствительность к механическим нагрузкам, способным изменить ширину щели, а также ограниченный температурный диапазон работы пластмассовых дисков.The disadvantages of the downhole filter are increased pressure loss due to the high ratio of the length of the gap to its width, the complexity of manufacturing from a variety of different disks, sensitivity to mechanical stresses that can change the width of the gap, and also the limited temperature range of the plastic disks.

Задачей настоящей полезной модели является повышение качества очистки пластовой жидкости, уменьшение потерь давления и увеличение ресурса работы фильтра, а также снижение трудоемкости его изготовления и расширение области применения.The objective of this utility model is to improve the quality of formation fluid cleaning, reduce pressure losses and increase the service life of the filter, as well as reduce the complexity of its manufacture and expand the scope.

Указанный технический результат достигается тем, что в скважинном фильтре, содержащем трубчатый каркас, наружный и внутренний щелевые фильтроэлементы, концентрично установленные на трубчатом каркасе с образованием вертикальных каналов, отстойник, соединенный с вертикальными каналами, патрубок, связанный с приемом насоса, согласно полезной модели, щелевые фильтроэлементы сформированы из продольных призматических стержней и соединенного с ними навитого призматического профиля, размещены снаружи и внутри трубчатого каркаса с опорой на продольные стержни, образуя наружные и внутренние вертикальные каналы между продольными стержнями и трубчатым каркасом и центральную цилиндрическую полость во внутреннем щелевом фильтроэлементе, причем наружные вертикальные каналы герметично закрыты сверху и соединены с отстойником в нижней части, а внутренние вертикальные каналы герметично закрыты снизу и соединены вверху с патрубком, центральная цилиндрическая полость отделена от патрубка клапаном и соединена с отстойником.The specified technical result is achieved by the fact that in the well filter containing the tubular frame, the outer and inner slotted filter elements concentrically mounted on the tubular frame with the formation of vertical channels, the sump connected to the vertical channels, the nozzle associated with the pump intake, according to the utility model, are slotted filter elements are formed from longitudinal prismatic rods and a wound prismatic profile connected to them, placed outside and inside the tubular frame with a support n and the longitudinal rods, forming the outer and inner vertical channels between the longitudinal rods and the tubular frame and the central cylindrical cavity in the internal slotted filter element, the outer vertical channels being hermetically closed at the top and connected to the sump in the lower part, and the inner vertical channels are hermetically closed at the bottom and connected at the top with a nozzle, the Central cylindrical cavity is separated from the nozzle by a valve and connected to the sump.

Для повышения эффективности отделения частиц за счет создания направленного движения пластовой жидкости трубчатый каркас заглублен в отстойник.To increase the efficiency of particle separation due to the creation of directed movement of the reservoir fluid, the tubular frame is buried in the sump.

С целью пофракционного улавливания частиц на фильтроэлементах и увеличения периода эффективной очистки каждым из них ширина щели, то есть расстояние между витками призматического профиля, в наружном фильтроэлементе выполнена большей, чем во внутреннем, например, 100-200 и 60-80 мкм.In order to collect particles on the filter elements by fractional fraction and increase the period of effective cleaning by each of them, the slot width, i.e. the distance between the turns of the prismatic profile, is made larger in the external filter element than in the internal filter, for example, 100-200 and 60-80 microns.

Для повышения ресурса работы фильтра за счет образования проницаемых структур из задержанных частиц над щелями подбор ширины щелей осуществляется исходя из гранулометрического состава песка и проппанта в пластовой жидкости.To increase the service life of the filter due to the formation of permeable structures from the trapped particles above the cracks, the selection of the width of the cracks is based on the particle size distribution of sand and proppant in the formation fluid.

Длина наружного и внутреннего фильтроэлемента рассчитывается из условия, чтобы площадь свободного сечения щелей у каждого из них была, по крайней мере, не меньше площади проходного сечения верхнего патрубка.The length of the outer and inner filter element is calculated from the condition that the free cross-sectional area of the slots in each of them is at least no less than the passage area of the upper pipe.

Наружный фильтроэлемент может быть длиннее или короче внутреннего фильтроэлемента в зависимости от условий эксплуатации скважины.The external filter element may be longer or shorter than the internal filter element, depending on the operating conditions of the well.

Скважинный фильтр может содержать дополнительный клапан на дне отстойника, автоматически открывающийся при превышении весом накопленных примесей порогового значения.The downhole filter may contain an additional valve at the bottom of the sump, which automatically opens when the weight exceeds the threshold value.

На фиг.1 изображен скважинный фильтр, общий вид, продольный (а) и поперечный (б) разрезы.Figure 1 shows the downhole filter, General view, longitudinal (a) and transverse (b) sections.

Скважинный фильтр содержит наружный 1 и внутренний 2 щелевые фильтроэлементы, состоящие из продольных призматических стержней 3, 4 и навитых призматических профилей 5 и 6, между витками которых образуются непрерывные спиралевидные щели 7 и 8. Размер щели 7 в наружном щелевом фильтроэлементе 1 превышает размер щели 8 во внутреннем щелевом фильтроэлементе 2. Щелевые фильтроэлементы 1 и 2 отделены друг от друга трубчатым каркасом 9, примыкающие к нему продольные стержни 3, 4 образуют наружные 10 и внутренние 11 вертикальные каналы для движения жидкости. В наружном щелевом фильтроэлементе 1 навитый профиль 5 располагается снаружи продольных стержней 3, а во внутреннем фильтроэлементе 2 навитый профиль 6 - внутри стержней 4. Фильтрация жидкости в наружном фильтроэлементе 1 происходит снаружи внутрь, а во внутреннем фильтроэлементе 2 - изнутри наружу. К нижней торцовой поверхности наружного фильтроэлемента 1 присоединен отстойник 12, сообщающийся с наружными вертикальными каналами 10, сверху герметично закрытыми патрубком 13. Нижняя часть трубчатого каркаса 9, длина которого превышает длину щелевых фильтроэлементов 1 и 2, размещается в отстойнике 12. Нижняя торцовая поверхность внутреннего щелевого фильтроэлемента 2 герметично закрыта кольцевой заглушкой 14 для предотвращения сообщения внутренних вертикальных каналов 11 с отстойником 12, а вверху каналы 11 сообщаются с наклонными отверстиями 15, а через них - с отводящим отверстием 16 в патрубке 13. Во внутреннем щелевом фильтроэлементе 2 образована центральная цилиндрическая полость 17, которая внизу переходит в полость отстойника 12, а вверху через клапан 18 сообщается с отводящим отверстием 16.The downhole filter contains an outer 1 and an inner 2 slotted filter elements, consisting of longitudinal prismatic rods 3, 4 and wound prismatic profiles 5 and 6, between the turns of which continuous spiral slots 7 and 8 are formed. The size of the slot 7 in the outer slotted filter element 1 exceeds the size of the slot 8 in the internal slotted filter element 2. The slotted filter elements 1 and 2 are separated from each other by the tubular frame 9, the longitudinal rods 3, 4 adjacent to it form the outer 10 and inner 11 vertical channels for the movement of liquids and. In the outer slotted filter element 1, the wound profile 5 is located outside the longitudinal rods 3, and in the inner filter element 2 the wound profile 6 is inside the rods 4. The liquid is filtered in the outer filter element 1 from the outside inward, and in the inner filter element 2 from the inside out. A settling tank 12 is connected to the lower end surface of the outer filter element 1, which communicates with the outer vertical channels 10 and is hermetically closed by a pipe 13. The lower part of the tubular frame 9, the length of which exceeds the length of the slotted filter elements 1 and 2, is located in the settler 12. The lower end surface of the inner slotted element the filter element 2 is hermetically sealed with an annular plug 14 to prevent the internal vertical channels 11 from communicating with the settler 12, and the channels 11 communicate with inclined holes at the top 15, and through them with a discharge hole 16 in the nozzle 13. In the inner slit filter element 2, a central cylindrical cavity 17 is formed, which at the bottom goes into the cavity of the settler 12, and at the top through the valve 18 communicates with the drain hole 16.

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

Под действием перепада давления, создаваемого погружным насосом, пластовая жидкость, содержащая песок и проппант, фильтруется через щель 7 между витками навитого профиля 5 наружного фильтроэлемента 1. Крупная фракция частиц, размер которых превышает ширину щели 7, задерживается над ней, образуя проницаемые структуры из песка и проппанта. Частично очищенная жидкость увлекается в расширяющееся пространство между витками профиля 5, а затем попадает в вертикальные каналы 10 между продольными призматическими стержнями 3 и трубчатым каркасом 9 и движется вниз в отстойник 12. Трубчатый каркас 9 способствует увеличению скорости направленного вниз потока жидкости с находящимися в ней частицами и отделяет этот поток от восходящего потока, поднимающегося из отстойника 12 к внутреннему щелевому фильтроэлементу 2. С приближением к основанию отстойника 12 поток жидкости разворачивается на 180 градусов, при этом наиболее тяжелые оставшиеся в жидкости частицы под действием инерционных и гравитационных сил продолжают прямолинейное движение и оседают на дне отстойника 12. Поток жидкости, очистившись еще от одной фракции частиц, поднимается в центральную цилиндрическую полость 17, разворачивается на 90 градусов и достигает внутреннего щелевого фильтроэлемента 2. При фильтрации через более узкую спиралевидную щель 8 между витками профиля 6 происходит окончательная очистка пластовой жидкости. Очищенная жидкость оказывается в вертикальных каналах 11 между продольными призматическими стержнями 4 и трубчатым каркасом 9, течет по наклонным отверстиям 15, попадает в отводящее отверстие 16 патрубка 13 и подается на прием насоса.Under the action of the pressure drop created by the submersible pump, the formation fluid containing sand and proppant is filtered through a gap 7 between the turns of the wound profile 5 of the outer filter element 1. A large fraction of particles larger than the width of the gap 7 is delayed above it, forming permeable sand structures and proppant. The partially purified liquid is entrained in the expanding space between the turns of the profile 5, and then enters the vertical channels 10 between the longitudinal prismatic rods 3 and the tubular frame 9 and moves down into the sump 12. The tubular frame 9 helps to increase the speed of the downward flow of fluid with the particles in it and separates this stream from the upward flow rising from the sump 12 to the internal slit filter element 2. With the approach to the base of the sump 12, the liquid flow unfolds 180 degrees, while the heaviest particles remaining in the liquid under the action of inertial and gravitational forces continue to move linearly and settle at the bottom of the settler 12. The fluid stream, having cleared one more fraction of particles, rises into the central cylindrical cavity 17, rotates 90 degrees and reaches the internal slotted filter element 2. When filtering through a narrower spiral gap 8 between the turns of the profile 6, the final cleaning of the formation fluid occurs. The purified liquid is in the vertical channels 11 between the longitudinal prismatic rods 4 and the tubular frame 9, flows through inclined holes 15, enters the discharge hole 16 of the pipe 13 and is fed to the pump.

В процессе фильтрации загрязненной пластовой жидкости происходит укрупнение задержанных частиц на навитых профилях 5, 6 и образование из них конгломератов. По мере утяжеления конгломераты сползают по гладкой поверхности наружного 1 и внутреннего 2 щелевого фильтроэлемента, отрываются от нее и оседают соответственно в зумпф скважины и отстойник 12. Расширяющиеся по направлению движения жидкости щели 7, 8 не удерживают частицы, что способствует их очистке и восстановлению пропускной способности скважинного фильтра в целом. Благодаря этому процесс фильтрации пластовой жидкости может продолжаться длительное время.In the process of filtering the contaminated reservoir fluid, the retained particles are enlarged on the wound profiles 5, 6 and the formation of conglomerates from them. As the weight increases, conglomerates slide along the smooth surface of the outer 1 and inner 2 slotted filter elements, detach from it and settle respectively in the sump of the well and sump 12. The slots 7, 8 expanding in the direction of fluid movement do not hold particles, which contributes to their cleaning and restoration of throughput downhole filter as a whole. Due to this, the process of filtering formation fluid can continue for a long time.

При наличии в жидкости частиц глины или растворенных солей, скрепляющих задержанные частицы песка и проппанта, пропускная способность внутреннего щелевого фильтроэлемента 2 с более узкой щелью 8 постепенно снижается. Перепад давления на клапане 18, разделяющем центральную цилиндрическую полость 17 и отводящее отверстие 16, возрастает. При превышении давлением критического значения клапан 18 открывается и скважинный фильтр продолжает функционировать. Очистка пластовой жидкости происходит на наружном щелевом фильтроэлементе 1, а затем в отстойнике 12 по описанному выше механизму.If there are clay particles or dissolved salts in the liquid that hold together the trapped particles of sand and proppant, the throughput of the internal slotted filter element 2 with a narrower slot 8 is gradually reduced. The pressure drop across the valve 18 separating the central cylindrical cavity 17 and the discharge hole 16 increases. When the pressure exceeds a critical value, the valve 18 opens and the downhole filter continues to function. Cleaning the reservoir fluid occurs on the external slit filter element 1, and then in the sump 12 according to the mechanism described above.

При заполнении отстойника 12 песок и проппант автоматически сбрасываются на зумпф скважины через клапан (не показан) на дне отстойника или извлекаются на поверхность вместе со скважинным фильтром. В последнем случае одновременно производится очистка зумпфа скважины.When filling the sump 12, sand and proppant are automatically discharged to the sump of the well through a valve (not shown) at the bottom of the sump or are removed to the surface together with the downhole filter. In the latter case, the sump of the well is simultaneously cleaned.

Специфическая форма щели и незначительное время пребывания жидкости в наиболее узком ее сечении минимизируют потери давления на отдельных фильтроэлементах, что благоприятно сказывается на пропускной способности заявляемого скважинного фильтра в целом.The specific shape of the slit and the insignificant residence time of the fluid in its narrowest section minimize pressure loss on individual filter elements, which favorably affects the throughput of the inventive downhole filter as a whole.

Скважинный фильтр характеризуется высокими фильтрационными свойствами, так как в нем происходит трехкаскадная очистка: жидкость подвергается механической очистке на наружном и внутреннем щелевом фильтроэлементах, а также в отстойнике, где на частицы в жидкости действуют инерционные и гравитационные силы в сочетании с лабиринтным эффектом.The downhole filter is characterized by high filtration properties, as three-stage cleaning takes place in it: the liquid is subjected to mechanical cleaning on the external and internal slotted filter elements, as well as in the sump, where inertial and gravitational forces act in combination with the labyrinth effect on the particles in the liquid.

Скважинный фильтр выполнен из нержавеющей стали и имеет широкий температурный диапазон работы.The downhole filter is made of stainless steel and has a wide temperature range.

Claims

1. A downhole filter containing a frame, an external and internal slotted filter elements concentrically mounted on a tubular frame with the formation of vertical channels, a sump connected to vertical channels, an upper pipe connected to a pump intake, characterized in that the slotted filter elements are formed of interconnected longitudinal prismatic rods and a wound prismatic profile, placed outside and inside the tubular frame with support on the longitudinal rods, forming the outer and inner vert steel channels between the longitudinal rods and the tubular cage and the central cylindrical cavity in the inner slit filter element, the outer vertical channels being hermetically closed at the top and connected to the sump in the lower part, and the inner vertical channels are hermetically closed at the bottom and connected at the top to the upper nozzle, the central cylindrical cavity is separated from the upper nozzle by a valve and connected to the sump.

2. The downhole filter according to claim 1, characterized in that the tubular frame is buried in the sump.

3. The downhole filter according to claim 1, characterized in that the outer filter element is made shorter than the inner filter element.

4. The downhole filter according to claim 1, characterized in that the outer filter element is made longer than the internal filter element.