фильтр скважинный с промывкой без подъема оборудования

Формула изобретения

Фильтр скважинный с промывкой без подъема оборудования, включающий трубу-хвостовик, установленный на приеме насоса и проходящий через пакер, промежуточную трубу, заглушенную сверху, образующую с хвостовиком заглушенную снизу концентрическую полость, трубу-накопитель твердых частиц, цилиндрический фильтрующий элемент, расположенный между хвостовиком и трубой-накопителем, подпружиненный клапан, размещенный внутри промежуточной трубы, отличающийся тем, что, с целью обеспечения промывки фильтра без подъема подземного оборудования насосной установки, концентрическая полость имеет радиальные каналы, расположенные непосредственно над и под пакером, под нижними радиальными каналами в промежуточной трубе расположены горизонтальные перемычки с отверстиями, между которыми промежуточная труба имеет сквозные отверстия, с обеих сторон горизонтальных перемычек расположены подпружиненные верхний и нижний клапаны, жестко соединенные штоком, а над пружиной верхнего клапана расположен негерметичный поршень одинакового с верхним клапаном диаметра, причем упругость верхней пружины превышает упругость нижней.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при насосной добыче нефтей с повышенным содержанием твердых взвешенных частиц (механических примесей), выносимых из продуктивного пласта.

Для скважин, продуцирующих пескосодержащую нефть, известен фильтр, состоящий из концентрически расположенных наружной, промежуточной и внутренней труб, последняя снабжена отверстиями, и переводника, при этом внутренняя труба снабжена расположенной внутри нее фильтрующей сеткой, выполненной в виде шнека и прикрепленной напротив отверстий, расположенных по винтовой линии. Кроме того, наружная и внутренняя трубы в верхней части соединены между собой тангенциальными патрубками, а внутренняя и промежуточная трубы в нижней части соединены между собой также тангенциальными патрубками, но противоположно ориентированными, при этом кольцевой зазор между промежуточной и внутренней трубами в верхней части, а также верхняя и нижняя части внутренней трубы снабжены заглушками, наружная труба в верхней части снабжена эластичными кольцами, а в нижней части - заглушкой (патент на изобретение RU № 2158358, МПК Е21В 43/08, 1999).

Преимуществом данного фильтра является размещение во внутренней трубе фильтрующей сетки, выполненной в виде шнека и прикрепленной напротив отверстий, расположенных по винтовой линии, при этом отверстия предназначены для перехода механических примесей в кольцевой зазор между внутренней и промежуточной трубами, и перемещения их под действием гравитационных сил в нижнюю часть фильтра. Недостатком аналога является абразивный износ и разрушение фильтрующей сетки в связи с ее закупоркой и медленной очисткой от механических примесей, также недостатком является низкий коэффициент сепарации механических примесей.

Известен фильтр скважинный самоочищающийся, состоящий из концентрически расположенных наружной, промежуточной и внутренней труб, при этом последние две снабжены отверстиями и в верхней части соединены между собой патрубком, при этом наружная труба по обоим ее торцам соединена с промежуточной трубой кольцевыми заглушками (патент RU 2305756, Е21В 43/08, 2007). Внутренняя труба снабжена фильтрующим элементом, размещенным в интервале отверстий, выполненных на данной трубе, эта же труба снабжена раструбом и соединена с ним продольными ребрами, при этом раструб расположен с зазором относительно промежуточной трубы и снабжен в нижней части соплом, в кольцевом зазоре между внутренней и промежуточной трубами соосно с ними размещен фильтрующий элемент, выполненный в виде обратного усеченного конуса и прикрепленный к данным трубам выше верхних отверстий, выполненных в них, при этом средние отверстия промежуточной трубы выполнены напротив раструба и снабжены фильтрующим элементом, раструб также снабжен центратором. Данный фильтр имеет сложную конструкцию. В случае засорения фильтрующего элемента подача жидкости насосом прекращается, возникает необходимость замены фильтра.

Наиболее близким к изобретению является фильтр скважинный, включающий металлическую трубу с отверстиями, снабженную снизу заглушкой, размещенный внутри металлической трубы с зазором и соосно с ней фильтрующий элемент, отличается тем, что фильтрующий элемент выполнен в виде цилиндрической трубы, соосность фильтрующего элемента обеспечена центраторами, металлическая труба оснащена сверху муфтой, в которой установлен подпружиненный клапан, при этом в муфте имеются продольные пропускные отверстия и гидравлический канал, состоящий из двух половин, причем первая половина канала, снабженная шаром клапана, совпадает с осью скважинного фильтра, а вторая половина выполнена перпендикулярно к ней и не пересекает продольные пропускные отверстия, а в нижней части металлической трубы имеется отверстие над заглушкой (патент РФ № 2355876, МПК Е21В 43/08, опубликовано: 20.05.2009).

Однако при засорении фильтра также требуется его замена путем подъема оборудования.

Целью предполагаемого изобретения является обеспечение промывки фильтра без подъема подземного оборудования насосной установки.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, включающем трубу-хвостовик, установленный на приеме насоса и проходящем через пакер, промежуточную трубу, заглушенную сверху, образующую с хвостовиком заглушенную снизу концентрическую полость, трубу-накопитель твердых частиц, цилиндрический фильтрующий элемент, расположенный между хвостовиком и трубой-накопителем, подпружиненный клапан, размещенный внутри промежуточной трубы, концентрическая полость имеет радиальные каналы, расположенные непосредственно над и под пакером, под нижними радиальными каналами в промежуточной трубе расположены горизонтальные перемычки с отверстиями, между которыми промежуточная труба имеет сквозные отверстия, с обоих сторон горизонтальных перемычек расположены подпружиненные верхний и нижний клапаны, жестко соединенные штоком, а над пружиной верхнего клапана расположен негерметичный поршень одинакового с верхним клапаном диаметра, причем упругость верхней пружины превышает упругость нижней.

На фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7 показаны принципиальные схемы и различные виды предлагаемого фильтра.

В скважину 1 на колоннах насосно-компрессорных труб 2 и штанг 3 спущен насос 4 с хвостовиком 5, соединенным с его приемом. Хвостовик 5 проходит через пакер 6, к которому снизу закреплена труба-накопитель 7 для сбора твердых взвешенных частиц (ТВЧ), поступающих в скважину вместе с продукцией пласта.

Труба 7 заглушена снизу и имеет отверстия 8 для поступления продукции пласта. Внутри хвостовика 5 размещена промежуточная труба 9, образующая концентрическую полость 10. Выше и ниже пакера в полости 10 выполнены соответственно радиальные каналы 11 и 12, а труба 9 в верхней части заглушена перемычкой 13 таким образом, что полость 10 имеет сообщение с приемом насоса 4 через наружные стороны каналов 11. Ниже каналов 12 в промежуточной трубе 9 расположены горизонтальные перемычки 14 и 15 со сквозными отверстиями. Между перемычками 14 и 15 в промежуточной трубе 9 выполнены сквозные отверстия 16, сообщающие внутреннюю полость трубы 9 с полостью 10. Снаружи хвостовика 5 установлен цилиндрический фильтрующий элемент 17. Этот элемент соединен с пакером 6 и вместе с полостью 10 в нижней части перекрыт перемычкой 18.

Внутри промежуточной трубы 9 над перемычкой 14 установлены негерметичный поршень 19 с клапаном 20 того же диаметра и пружиной 21 между ними. Под перемычкой 15 установлены клапан 22 с опорой 23 и проходными окнами 24, а так же пружиной 25.

Клапаны 20 и 22 жестко соединены между собой штоком 26. В трубе 9 перед каналами 11 установлены ограничители 27 вертикального перемещения негерметичного поршня 19. На устье скважины установлены краны 28 подачи жидкости в трубопровод и 29 подачи жидкости в затрубное пространство скважины.

Пружина 21 имеет большую упругость в сравнении с пружиной 25.

Работа фильтра заключается в следующем. В скважину 1 осуществляют спуск насоса 4 вместе с хвостовиком 5, пакером 6, трубой 7 и остальными элементами фильтра. При запуске скважины негерметичное исполнение поршня 19 и клапана 20 в трубе 9 позволяет пластовой жидкости перетекать через каналы 12 и 11 в затрубное пространство и устанавливать заданный динамический уровень. В работающей скважине пластовая жидкость, пройдя через отверстия 8, попадает на наружную поверхность фильтрующего элемента 17 и освободившись от твердых частиц поступает на прием насоса 4 через каналы 12, 16, полость 10 и наружные стороны каналов 12 и 11 (фиг.1 и 3). При этом отверстие перемычки 15 перекрыто клапаном 22 благодаря пружине 25. Поршень 19 с клапаном 20 в этот период находятся в крайнем верхнем положении с полностью разжатой пружиной 21. Нахождение поршня 19 с клапаном 20 в крайнем верхнем положении обеспечивается пружиной 25 через шток 26.

Кран 28 в этот период остается открытым, а кран 29 закрытым.

При засорении фильтрующего элемента 17 будет происходить снижение подачи насоса 4. Для очистки фильтра от ТВЧ осуществляется промывка фильтрующего элемента 17 (фиг.2 и 4). Для этого при работающем насосе 4 осуществляют закачку в затрубное пространство скважины через кран 29 промывочной жидкости (легкой нефти, растворителя и др.). Промывочная жидкость через каналы 11 попадает на поршень 19 и скоростным напором отжимает его вниз, вместе с клапаном 20, штоком 26, а так же клапаном 22. Дойдя до отверстия перемычки 14, клапан 20 перекроет его, а клапан 22 откроет отверстие в перемычке 15. Дальнейшее нагнетание промывочной жидкости приведет к сжатию пружины 21 и сокращению расстояния между поршнем 19 и клапаном 20. После того, как верхняя поверхность поршня 19 опустится ниже верхней образующей каналов 12, промывочная жидкость начнет поступать в каналы 12 и далее в фильтрующий элемент 17 с внутренней его стороны. Благодаря обратному току жидкости через элемент 17 последний очищается от ТВЧ, налипших с его наружной стороны. Далее жидкость вместе с ТВЧ поступает в трубу-накопитель 7 и сменив направление движения на 180°, поступает в промежуточную трубу 9. Поворот жидкости на 180° позволяет за счет центробежных сил освободиться от ТВЧ которые под собственным весом начнут оседать на дно трубы-накопителя 7. Жидкость, пройдя через окна 24, отверстие в перемычке 15 и отверстия 16 поступает далее в полость 10, откуда через внешние стороны радиальных каналов 12 и 11 поступает также на прием насоса 4.

После промывки фильтра подача промывочной жидкости прекращается и кран 29 закрывается. Пружины 25 и 21 заставят поршень 19 и клапаны 20 и 22 вернуться в первоначальное верхнее положение. Насос 4 начнет эксплуатироваться в обычном режиме с очисткой жидкости от ТВЧ. При полном заполнении трубы 7 после продолжительной эксплуатации скважины твердыми частицами промывка фильтра уже не приведет к его очистке. В этом случае производится подъем подземного оборудования с целью освобождения труб 7 от ТВЧ.

Технико-экономическим преимуществом изобретения является обеспечение промывок фильтра от ТВЧ без подъема насосного оборудования, а также предупреждение засорения забоя скважины выносимыми из пласта твердыми частицами породы.