RU2340763C1

RU2340763C1 - Well filtering device

Info

Publication number: RU2340763C1
Application number: RU2007113969/03A
Authority: RU
Inventors: Эдуард Федорович Соловьев (RU); Эдуард Федорович Соловьев; Сергей Евгеньевич Варламов (RU); Сергей Евгеньевич Варламов
Original assignee: Эдуард Федорович Соловьев; Сергей Евгеньевич Варламов
Priority date: 2007-04-13
Filing date: 2007-04-13
Publication date: 2008-12-10

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to oil and gas industry and can be employed at production of liquid and gases from earth deposits. A well filtering device incorporates coupling and nipple, bearing frame made out of a perforated tube, filtering element, mounted on the bearing frame and closed from inside with a protective case with perforations. The protective case is made out of metal sheet with not-round holes punched in the said sheet, at that punching is not made along the total perimeter of holes and punched portion is bent. The bent part of punched elements is designed to prevent ingression of rock inside when the filtering element is lowered into the well.

EFFECT: upgraded rate of flow in well.

8 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при добыче жидкости и газов из недр в составе обсадной или эксплуатационной колонны.The invention relates to the oil and gas industry and can be used in the production of liquids and gases from the bowels of the casing or production string.

Известен скважинный фильтр, представляющий собой стальную трубу с отверстиями, на которую намотана профилированная проволока (Гаврилко В.М. Фильтры буровых скважин. М.: Недра, 1985, с.7-9).Known downhole filter, which is a steel pipe with holes on which a profiled wire is wound (Gavrilko V.M. Filters of boreholes. M .: Nedra, 1985, p.7-9).

Основным недостатком такой конструкции является изменение межвитковых промежутков при установке фильтра в скважину, отсутствие защиты фильтрующей сетки от механических воздействий в процессе транспортировки и установки фильтра, что отрицательно сказывается на качестве фильтрации.The main disadvantage of this design is the change in the inter-turn gaps when installing the filter in the well, the lack of protection of the filter mesh from mechanical influences during transportation and installation of the filter, which negatively affects the quality of filtration.

Известен скважинный фильтр, состоящий из несущего трубчатого перфорированного каркаса и волокнистого фильтрующего покрытия, выполненного в виде отдельных пластин из проволочного нетканого материала, жестко закрепленных внахлест при помощи сварки и пайки на трубчатом каркасе фильтра против перфорационных отверстий (авт. свидетельство СССР №941548, МКИ 3 Е21В 43/08, опубл. 1982).Known downhole filter, consisting of a supporting tubular perforated frame and a fibrous filter coating made in the form of individual plates of wire nonwoven material, rigidly lapped by welding and soldering on a tubular frame of the filter against perforations (USSR author's certificate No. 941548, MKI 3 E21B 43/08, publ. 1982).

Основным недостатком данной конструкции является наличие сварных зон, что со временем активизирует процессы коррозии металла. Плотное прилегание фильтрующего элемента к перфорированной трубе существенно уменьшает зону фильтрации, которая ограничена площадью отверстия в трубе. Отсутствует защита фильтрующего элемента от механических воздействий в процессе транспортировки и установки фильтра.The main disadvantage of this design is the presence of welded zones, which over time activates the processes of metal corrosion. The snug fit of the filter element to the perforated pipe significantly reduces the filtration zone, which is limited by the area of the hole in the pipe. There is no protection of the filter element from mechanical influences during transportation and installation of the filter.

Известно скважинное фильтрующее устройство по св. РФ на полезную модель №16758, прототип. Это скважинное фильтрующее устройство содержит перфорированную трубу, муфту и ниппель, фильтрующее устройство, защищенное защитным кожухом с отверстиями круглой формы, и дренажный слой, расположенный между фильтрующим элементом и трубой. Защитный кожух предотвращает повреждение фильтрующего элемента при его спуске в скважину.Known downhole filter device according to St. RF for utility model No. 16758, prototype. This downhole filter device comprises a perforated pipe, a sleeve and a nipple, a filter device protected by a protective casing with round holes, and a drainage layer located between the filter element and the pipe. The protective cover prevents damage to the filter element when it is lowered into the well.

Недостатком этого фильтра является низкая пропускная способность фильтра, связанная с тем, что площадь отверстий в защитном кожухе невелика. Увеличение диаметра отверстий и их количества приведет к большей вероятности повреждения фильтрующего элемента или попаданию в породы при его спуске в скважину, а также к ослаблению защитного кожуха.The disadvantage of this filter is the low throughput of the filter, due to the fact that the area of the holes in the protective casing is small. Increasing the diameter of the holes and their number will lead to a greater likelihood of damage to the filter element or getting into the rocks when it is lowered into the well, as well as to weaken the protective casing.

Скважинное фильтрующее устройство выполнено неразборным, т.е. оно не очищается и не ремонтируется в процессе эксплуатации. Такие фильтры используются преимущественно в составе обсадной колонны. Если эти фильтры применить в составе НКТ, то при регламентных работах их меняют, т. к. они не подлежат ремонту.The downhole filtering device is non-separable, i.e. it is not cleaned or repaired during operation. Such filters are used primarily as part of a casing string. If these filters are used as part of the tubing, then during routine maintenance they are changed, since they are not subject to repair.

Задачи создания изобретения: увеличение пропускной способности фильтра при одновременном предотвращении попадания породы в фильтрующий элемент при спуске фильтрующего устройства в скважину.Objectives of the invention: increasing the filter capacity while preventing rock from entering the filter element when lowering the filter device into the well.

Решение указанных задач достигнуто за счет того, что скважинное фильтрующее устройство, включающее муфту и ниппель, несущий каркас, выполненный из перфорированной трубы, фильтрующий элемент, установленный на несущем каркасе, закрытый снаружи защитным кожухом с отверстиями, при этом защитный кожух выполнен из металлического листа с просечкой в нем отверстий некруглой формой, выполненной не по всему периметру отверстий, с отгибом просеченных элементов, причем отогнутая часть просечных элементов выполнена с возможностью предотвращения попадания породы внутрь при спуске фильтрующего устройства в скважину. Отогнутая часть просечных элементов может быть отогнута вниз к ниппелю и внутрь к перфорированной трубе, при этом отогнутая часть просечных элементов выполняет роль наружного дренажного слоя. Отогнутая часть просечных элементов может быть отогнута вверх к муфте и одновременно наружу от перфорированной трубы. Отогнутая часть просечных элементов одновременно может быть отогнута вбок. В отверстиях перфорированной трубы могут быть герметично установлены срезаемые пробки. Отверстия в защитном кожухе в виде ромба. Отверстия в защитном кожухе выполнены в виде треугольника. Фильтрующий элемент выполнен из проволоки. Фильтрующий элемент выполнен из проволочной сетки. Фильтрующий элемент выполнен из спрессованной металлической проволоки. Фильтрующий элемент выполнен из нержавеющей стали. Защитный кожух выполнен из нержавеющей стали. Защитный кожух выполнен из нескольких секций.The solution to these problems was achieved due to the fact that the downhole filtering device, including a sleeve and a nipple, a supporting frame made of a perforated pipe, a filter element mounted on a supporting frame, closed outside with a protective casing with holes, while the protective casing is made of a metal sheet with the openings in it have a non-circular shape, made not around the entire perimeter of the openings, with bending of the cut-out elements, and the bent part of the cut-out elements is made with the possibility of preventing rock falling inward when the filtering device is lowered into the well. The bent part of the perforated elements can be bent down to the nipple and inward to the perforated pipe, while the bent part of the perforated elements acts as an external drainage layer. The bent portion of the perforated elements can be bent upward to the sleeve and simultaneously outward from the perforated pipe. The bent portion of the perforated elements can simultaneously be bent sideways. In the openings of the perforated pipe, cut-off plugs can be hermetically sealed. Openings in a protective casing in the form of a rhombus. The holes in the protective casing are made in the form of a triangle. The filter element is made of wire. The filter element is made of wire mesh. The filter element is made of pressed metal wire. The filter element is made of stainless steel. The protective casing is made of stainless steel. The protective casing is made of several sections.

Сущность изобретения поясняется на чертежах фиг.1...8:The invention is illustrated in the drawings of figures 1 ... 8:

- на фиг.1 представлен скважинный фильтр с элементами, отогнутыми вниз к ниппелю и в сторону перфорированной трубы,- figure 1 presents the downhole filter with elements bent down to the nipple and towards the perforated pipe,

- на фиг.2 приведен разрез А-А,- figure 2 shows a section aa,

- на фиг.3 представлен скважинный фильтр с элементами, отогнутыми вверх и наружу.- figure 3 presents the downhole filter with elements bent up and out.

- на фиг.4 представлен разрез В-В,- figure 4 presents a section bb,

- на фиг.5 представлен разрез А-А варианта скважинного фильтрующего устройства с отгибом просечных элементов вбок,- figure 5 presents a section aa of a variant of a downhole filtering device with a limb of perforated elements sideways,

- на фиг.6 представлен разрез А-А варианта скважинного фильтрующего устройства с пробками,- figure 6 presents a section aa of a variant of a downhole filtering device with plugs,

- на фиг.7 представлен вариант скважинного фильтрующего устройства с фильтрующей и дренажной сетками,- figure 7 presents a variant of the downhole filtering device with filtering and drainage nets,

- на фиг.8 приведен фильтрующий элемент из «металлорезины».- Fig.8 shows a filter element made of "metal rubber".

Скважинный фильтр (фиг.1) содержит перфорированную трубу 1 с отверстиями «Г, муфту 2, ниппель 3, фильтрующий элемент 4, один или несколько дренажных слоев, например наружный дренажный слой 5 и внутренний 6. Внутренний и наружный дренажные слои могут быть образованы, например, из проволоки спиралевидной намотки. Снаружи установлен защитный кожух 7 с отверстиями «Д» и просечными элементами 8. Фильтрующий элемент 4 установлен на перфорированной трубе 1 концентрично ей. Конструкция фильтрующего элемента 4 может быть любой, например, он может быть выполнен или из проволоки методом ее навивки (щелевой фильтр), из проволочной сетки с размером ячейки от 0,1 до 0,5 мм или из сплетенной и спрессованной в виде полого цилиндра металлической проволоки (металлорезина). Фильтрующий элемент 4 может состоять из нескольких трубчатых фильтрующих элементов, размещенных вдоль оси перфорированной трубы 1 концентрично ей. Металлорезина разработана в Самарском государственном аэрокосмическом университете (ранее Куйбышевский авиационный институт) и применялась преимущественно для демпферов опор двигателей. При изготовлении металлорезины применяется проволока из нержавеющей стали диаметром от 0,1 до 0,5 мм, при этом она сплетается и спрессовывается.The downhole filter (Fig. 1) contains a perforated pipe 1 with holes "G, a sleeve 2, a nipple 3, a filter element 4, one or more drainage layers, for example, an external drainage layer 5 and an internal 6. An inner and an outer drainage layer can be formed, for example, from spiral wire. Outside there is a protective casing 7 with holes “D” and perforated elements 8. The filter element 4 is mounted on the perforated pipe 1 concentrically to it. The design of the filter element 4 can be any, for example, it can be made either of wire by the method of winding it (slit filter), of a wire mesh with a mesh size of 0.1 to 0.5 mm, or of a metal woven and pressed into a hollow cylinder wire (metal rubber). The filter element 4 may consist of several tubular filter elements placed along the axis of the perforated pipe 1 concentrically to it. Metal rubber was developed at the Samara State Aerospace University (formerly Kuibyshev Aviation Institute) and was used primarily for engine mount dampers. In the manufacture of metal rubber, stainless steel wire with a diameter of 0.1 to 0.5 mm is used, while it is woven and pressed.

Защитный кожух 7 выполнен из просечного металлического листа (фиг.1 и 3) с просечкой в нем отверстий некруглой формы «Д», выполненной не по всему периметру отверстий, и отогнутыми вверх, или вниз, или вбок, или одновременно вниз и вбок, или одновременно вверх и вбок просечными элементами 8 для предохранения фильтрующего элемента 4 от попадания породы при спуске фильтрующего устройства в скважину.The protective casing 7 is made of a perforated metal sheet (FIGS. 1 and 3) with a perforation of openings of a non-circular shape “D” made not along the entire perimeter of the holes, and bent up, or down, or sideways, or simultaneously down and sideways, or at the same time upward and to the side by notch elements 8 to protect the filter element 4 from the ingress of rock during the descent of the filter device into the well.

При этом просечные элементы 8 могут быть отогнуты вниз, внутрь в сторону перфорированной трубы 1, создавая тем самым наружный дренажный слой 5 (фиг.1, 5 и 7), или могут быть отогнуты вверх и наружу от перфорированной трубы 1 (фиг.3 и 4). На фиг.6 приведен вариант скважинного фильтрующего устройства с пробками 9.In this case, the glazed elements 8 can be bent downward, inward towards the perforated pipe 1, thereby creating an external drainage layer 5 (Figs. 1, 5 and 7), or can be bent up and out from the perforated pipe 1 (Fig. 3 and four). Figure 6 shows a variant of the downhole filtering device with plugs 9.

На фиг.7 приведен вариант сетчатого фильтра, у которого фильтрующий элемент 4 выполнен из фильтрующей сетки, внутренний дренажный слой 6 выполнен из проволочной сетки, но большего диаметра и с большей ячейкой, чем фильтрующая сетка.Figure 7 shows a variant of the mesh filter, in which the filter element 4 is made of a filter mesh, the inner drainage layer 6 is made of a wire mesh, but with a larger diameter and with a larger cell than the filter mesh.

На фиг.8 приведен вариант фильтрующего элемента 4 из прессованной проволоки (металлорезины). Предпочтительный материал для проволоки, сетки и металлорезины - нержавеющая сталь.On Fig shows a variant of the filter element 4 from extruded wire (metal rubber). The preferred material for wire, mesh and metal rubber is stainless steel.

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

При опускании фильтра в скважину отогнутые просечные элементы 8 направлены или вниз (фиг.1), или вверх (фиг.2), поэтому порода не попадает в фильтрующий элемент 4, и он не забивается породой.When lowering the filter into the well, the bent notch elements 8 are directed either down (Fig. 1) or up (Fig. 2), so the rock does not fall into the filter element 4, and it does not clog the rock.

При работе через отверстия «Д» в защитном кожухе 7 жидкость (вода или нефть) поступает на фильтрацию. Защитный кожух 7 из просечно-вытяжного листа имеет размер ячеек 3-60 мм, а общая площадь отверстий защитного экрана составляет не менее 50% от общей площади защитного кожуха 7. Указанный защитный кожух 7 предотвращает попадание крупных механических примесей на поверхность фильтрующего элемента, предохраняя его от деформации и повреждения и обеспечивая значительно больший срок эксплуатации фильтра. За счет большой площади отверстий «Д» защитного кожуха 7 обеспечивается свободное поступление жидкости к фильтрующему элементу с низким коэффициентом сопротивления. Защитный кожух 7 также выполняет функцию защиты скважинного фильтрующего устройства от механических повреждений в процессе транспортировки и установки. Дренажные слои 5 и 6 (фиг.2) предотвращают соприкосновение защитного кожуха 7 с фильтрующим элементом 4 и фильтрующего элемента 4 с перфорированной трубой 1. Конкретный размер проволоки, используемой для изготовления внутреннего дренажного слоя 5, определяется исходя из гранулометрического состава грунта и соответственно необходимого зазора между защитным кожухом 7 и фильтрующим элементом 4. Зазор между защитным кожухом 7 и фильтрующим элементом 4 обеспечивает использование всей фильтрующей поверхности скважинного фильтрующего устройства, а не только участков, расположенных над отверстиями «Д» в защитном кожухе 7. Попавшая на фильтрующий элемент 4 отфильтрованная жидкость поступает в пространство между фильтрующим элементом 4 и перфорированной трубой 1 и далее движется к отверстиям «Г» в перфорированной трубе 4. Внутренний дренажный слой 6, выполненный из проволоки со спиралевидной намоткой, предотвращает соприкосновение фильтрующего элемента 4 и перфорированной трубы 1, что значительно увеличивает пропускную способность скважинного фильтрующего устройства и обеспечивает равномерное поступление жидкости к отверстиям «Г» в перфорированной трубе 1.When working through holes "D" in the protective casing 7, the liquid (water or oil) enters the filtration. The protective casing 7 of the expanded metal sheet has a mesh size of 3-60 mm, and the total opening area of the protective screen is at least 50% of the total area of the protective casing 7. The specified protective casing 7 prevents large mechanical impurities from entering the surface of the filter element, protecting it from deformation and damage and providing a significantly longer filter life. Due to the large area of the holes "D" of the protective casing 7, free flow of liquid to the filter element with a low resistance coefficient is ensured. The protective casing 7 also performs the function of protecting the downhole filtering device from mechanical damage during transportation and installation. The drainage layers 5 and 6 (FIG. 2) prevent the protective cover 7 from touching the filter element 4 and the filter element 4 with the perforated pipe 1. The specific size of the wire used to make the internal drainage layer 5 is determined based on the granulometric composition of the soil and, accordingly, the necessary clearance between the protective casing 7 and the filter element 4. The gap between the protective casing 7 and the filter element 4 ensures the use of the entire filter surface of the downhole filter device , and not just the areas located above the holes "D" in the protective casing 7. Filtered liquid that has got on the filter element 4 enters the space between the filter element 4 and the perforated pipe 1 and then moves to the holes "G" in the perforated pipe 4. Internal drainage layer 6 made of spiral-wound wire prevents the filter element 4 from touching the perforated pipe 1, which significantly increases the throughput of the downhole filter device and ensures there is a uniform flow of fluid to the holes "G" in the perforated pipe 1.

Использование защитного кожуха 7 из просечно-вытяжного листа с размером ячеек 3-60 мм обеспечивает защиту фильтрующего элемента 4 от засорения крупными механическими примесями, а также защищает скважинное фильтрующее устройство от механических повреждений в процессе транспортировки и установки.The use of a protective casing 7 from an expanded metal sheet with a mesh size of 3-60 mm protects the filter element 4 from clogging with large mechanical impurities, and also protects the downhole filtering device from mechanical damage during transportation and installation.

Защитный кожух 7 целесообразно выполнить из нержавеющей стали толщиной от 0,6 до 1,2 мм. Общая площадь отверстий «Д» защитного кожуха 7 составляет не менее 50% от общей площади защитного кожуха, это значительно увеличит пропускную способность скважинного фильтрующего устройства. Конкретный размер ячеек в просечно-вытяжном листе (кожухе) определяется исходя из условий эксплуатации фильтра (гранулометрического состава грунта). Между защитным кожухом 7 и фильтрующим элементом 4 должен быть выполнен наружный дренажный слой 5, выполненный в виде проволоки, намотанной по спирали или за счет использования просечных элементов 8, отогнутых внутрь в сторону перфорированной трубы 1. Рекомендуемый диаметр проволоки для дренажного слоя от 0,8 до 2,6 мм. В случае применения проволоки меньшего диаметра эффективность дренажа будет незначительной, а применение проволоки большего диаметра ограничено диаметральными габаритами скважины. При спуске в скважину, особенно горизонтальную, фильтр большого диаметра может прихватить, например, на радиусном участке скважины.The protective casing 7 is expediently made of stainless steel with a thickness of from 0.6 to 1.2 mm. The total area of the holes "D" of the protective casing 7 is at least 50% of the total area of the protective casing, this will significantly increase the throughput of the downhole filtering device. The specific size of the cells in the expanded metal sheet (casing) is determined based on the operating conditions of the filter (particle size distribution of the soil). Between the protective casing 7 and the filter element 4, an external drainage layer 5 must be made, made in the form of a wire wound in a spiral or through the use of perforated elements 8, bent inward towards the perforated pipe 1. The recommended wire diameter for the drainage layer is from 0.8 up to 2.6 mm. In the case of using a wire of a smaller diameter, the drainage efficiency will be insignificant, and the use of a wire of a larger diameter is limited by the diametrical dimensions of the well. When descending into a well, especially a horizontal one, a large-diameter filter can catch, for example, on a radius section of the well.

Если применяется вариант фильтра со срезаемыми пробками 9 (фиг.6), то после установки скважинного фильтрующего устройства в скважину его цементируют, спрессовывают, потом срезают пробки 9.If a filter option with cut-off plugs 9 is used (Fig. 6), then after installing the downhole filtering device in the well, it is cemented, pressed, and then cut-off plugs 9.

Применение изобретения позволило:The application of the invention allowed:

1. Создать фильтр, имеющий очень большую пропускную способность и обладающий хорошими фильтрующими и эксплуатационными свойствами за счет применения просечек некруглой формы и большой относительно площади просеченных отверстий и эффективного применения внутреннего и наружного дренажных слоев.1. Create a filter that has a very large throughput and has good filtering and operational properties due to the use of non-circular notches and a large relative to the area of the notched holes and the effective use of internal and external drainage layers.

2. Предотвратить засорение фильтра при его спуске в скважину.2. To prevent clogging of the filter when it is lowered into the well.

3. Упростить конструкцию фильтра.3. Simplify the design of the filter.

4. Снизить себестоимость фильтра.4. Reduce the cost of the filter.

5. Автоматизировать и механизировать производство фильтра.5. Automate and mechanize filter production.

6. Обеспечить длительную эксплуатацию фильтра без засорения.6. Ensure long-term operation of the filter without clogging.

Скважинный фильтр прошел стендовые и промышленные испытания и показал высокую фильтрующую способность и надежность в эксплуатации.The well filter passed bench and industrial tests and showed high filtering ability and operational reliability.

Claims

1. A downhole filtering device, including a sleeve and a nipple, a supporting frame made of a perforated pipe, a filter element mounted on a supporting frame, closed on the outside with a protective casing with holes, characterized in that the protective casing is made of a metal sheet with a non-circular hole in it a shape made not around the entire perimeter of the holes, with the limb of the cut elements, and the bent part of the cut elements is made with the possibility of preventing the ingress of rock inside during the descent ltruyuschego device into the well.

2. The downhole filtering device according to claim 1, characterized in that the bent portion of the perforated elements is bent down to the nipple and inward to the perforated pipe.

3. The downhole filtering device according to claim 1 or 2, characterized in that the bent portion of the perforated elements acts as an external drainage layer.

4. The downhole filtering device according to claim 1, characterized in that the bent portion of the perforated elements is bent upward to the sleeve and outward from the perforated pipe.

5. The downhole filtering device according to claim 1, or 2, or 4, characterized in that the bent portion of the perforated elements is simultaneously bent to the side.

6. The downhole filtering device according to claim 1, or 2, or 4, characterized in that cut-off plugs are sealed in the openings of the perforated pipe.

7. The downhole filtering device according to claim 1, or 2, or 4, characterized in that the holes in the protective casing are in the form of a rhombus.

8. The downhole filtering device according to claim 1, or 2, or 4, characterized in that the holes in the protective casing are made in the form of a triangle.

9. The downhole filtering device according to claim 1, or 2, or 4, characterized in that the filtering element is made of wire.

10. The downhole filtering device according to claim 9, characterized in that the filtering element is made of wire mesh.

11. The downhole filtering device according to claim 9, characterized in that the filtering element is made of pressed metal wire.

12. The downhole filter device according to claim 1, or 2, or 4, characterized in that the filter element is made of stainless steel.

13. The downhole filter device according to claim 1, or 2, or 4, characterized in that the protective casing is made of stainless steel.

14. The downhole filtering device according to claim 1, or 2, or 4, characterized in that the protective casing is made of several sections.