RU2468189C1

RU2468189C1 - Well strainer

Info

Publication number: RU2468189C1
Application number: RU2011114946/03A
Authority: RU
Inventors: Юрий Валентинович Данченко
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь"
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2012-11-27
Also published as: RU2011114946A

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: device includes perforated frame and filtering elements consisting of alternating discs of various thickness and provided with central hole, which are concentrically arranged on the frame so that slots are formed between them. Alternating discs are made from metal mesh and fibrous filtering material. Outer diameter of discs from metal mesh and diameter of central hole made in them exceed the corresponding diameters of discs from fibrous filtering material.

EFFECT: improving purification quality of formation fluid; lower pressure losses; higher contaminant capacity and strainer operating life.

9 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к погружному оборудованию, а именно к скважинным фильтрам, предотвращающим попадание механических примесей в насосный агрегат.The invention relates to submersible equipment, namely to downhole filters that prevent the ingress of mechanical impurities into the pump unit.

Известен скважинный фильтр, состоящий из перфорированного трубчатого корпуса, расположенных на корпусе плоских корундовых кругов, образующих щели между собой, поджимных и центрирующих колец (А.с. №981592 СССР, E21B 43/08, 1982).Known downhole filter, consisting of a perforated tubular body located on the body of flat corundum circles, forming gaps between each other, clamping and centering rings (AS No. 981592 USSR, E21B 43/08, 1982).

Недостаток скважинного фильтра заключается в низкой удельной пропускной способности, так как площадь его фильтрующей поверхности, определяемая суммарной шириной щелей, составляет незначительную часть от площади боковой поверхности корундовых кругов.The downhole filter has the disadvantage of low specific throughput, since the area of its filtering surface, determined by the total width of the slots, is an insignificant part of the lateral surface area of corundum circles.

Известен скважинный фильтр, содержащий перфорированный корпус и слоистый фильтрующий элемент на основе зернистого наполнителя, снаружи покрытый ворсистым материалом (А.с. №587242 СССР, E21B 43/08, 1978).Known downhole filter containing a perforated housing and a layered filter element based on a granular filler, the outside is covered with a fleecy material (AS No. 5887242 USSR, E21B 43/08, 1978).

Недостатком скважинного фильтра является неэффективное использование объема слоистого фильтрующего элемента из-за протекания процесса очистки пластовой жидкости преимущественно в его поверхностных слоях и повышенное гидравлическое сопротивление слоистой структуры.The disadvantage of the downhole filter is the inefficient use of the volume of the layered filter element due to the process of cleaning the reservoir fluid mainly in its surface layers and the increased hydraulic resistance of the layered structure.

Наиболее близким к заявляемому фильтру является скважинный фильтр, содержащий перфорированный каркас, на котором концентрично размещены слои фильтрующих элементов в виде разнотолщинных пластмассовых дисков с центральным отверстием, образующих между собой щели и каналы (А.с. №1530759 СССР, E21B 43/08, 1989).Closest to the claimed filter is a downhole filter containing a perforated frame, on which concentrically placed layers of filter elements in the form of different thickness plastic discs with a central hole, forming slots and channels between themselves (A.S. No. 1530759 USSR, E21B 43/08, 1989 )

Недостатками скважинного фильтра являются повышенная потеря напора вследствие высокого отношения длины щелей к их ширине, а также неудовлетворительная тонкость очистки, определяемая шириной щелей.The disadvantages of the downhole filter are the increased pressure loss due to the high ratio of the length of the slits to their width, as well as the unsatisfactory refinement determined by the width of the slots.

Настоящее изобретение повышает качество очистки пластовой жидкости, уменьшает потери давления, увеличивает грязеемкость и ресурс работы фильтра.The present invention improves the quality of cleaning the reservoir fluid, reduces pressure loss, increases the dirt capacity and filter life.

Указанный технический результат достигается тем, что в скважинном фильтре, содержащем перфорированный каркас и фильтрующие элементы из чередующихся разнотолщинных дисков с центральным отверстием, концентрично размещенные на каркасе с образованием между собой щелей, согласно изобретению диски выполнены из металлической сетки и волокнистого фильтрационного материала.The specified technical result is achieved in that in a well filter containing a perforated frame and filter elements from alternating different thickness disks with a central hole, concentrically placed on the frame with the formation of slots between them, according to the invention, the disks are made of metal mesh and fibrous filter material.

Металлическая сетка может быть, например, рифленой с квадратными ячейками из предварительно деформированной проволоки или тканой полотняного переплетения с квадратными ячейками. Размер ячеек в свету может изменяться от 1 до 25 мм² и определяется фракционным составом механических примесей в фильтруемой жидкости. Возможно размещение вместо одного диска из металлической сетки двух или трех дисков с разным размером ячейки и диаметром проволоки, причем в случае трех дисков средний из них выполнен с большим размером ячейки и диаметром проволоки, чем два остальных. Это позволяет уменьшить размер щелей между контактирующими дисками из волокнистого фильтрационного материала, повысить грязеемкость скважинного фильтра.The metal mesh can be, for example, corrugated with square cells from pre-deformed wire or woven plain weave with square cells. The cell size in the light can vary from 1 to 25 mm ² and is determined by the fractional composition of mechanical impurities in the filtered liquid. It is possible to place two or three disks with different cell sizes and wire diameters instead of one disk from a metal mesh, and in the case of three disks, the middle one is made with a larger cell size and wire diameter than the other two. This allows you to reduce the size of the slots between the contacting discs of the fibrous filter material, to increase the dirt capacity of the downhole filter.

В качестве волокнистого фильтрационного материала может быть использовано, например, полотно из термоскрепленных полипропиленовых волокон, имеющее высокоразвитую поверхность. За счет специальной обработки полотну могут быть приданы гидрофобные, гидрофильные или олеофильные свойства. Полотно также может быть выполнено из металлических волокон. В одном скважинном фильтре могут применяться диски из волокнистого фильтрационного материала с одинаковыми или разными свойствами. Размер пор волокнистого фильтрационного материала может варьироваться в диапазоне 10…100 мкм, а толщина дисков может составлять 3-10 мм. Структурно-геометрические характеристики дисков из волокнистого фильтрационного материала выбираются с учетом размеров частиц механических примесей в фильтруемой жидкости и ее состава.As a fibrous filtration material, for example, a web of thermally bonded polypropylene fibers having a highly developed surface can be used. Due to the special treatment, hydrophobic, hydrophilic or oleophilic properties can be imparted to the web. The canvas can also be made of metal fibers. In one downhole filter, discs of fibrous filter material with the same or different properties can be used. The pore size of the fibrous filtration material can vary in the range of 10 ... 100 μm, and the thickness of the disks can be 3-10 mm. Structural and geometric characteristics of disks made of fibrous filter material are selected taking into account the particle size of the mechanical impurities in the filtered fluid and its composition.

Наружный диаметр дисков из металлической сетки и диаметр центрального отверстия в них выполняются большего размера, чем соответствующие диаметры у дисков из волокнистого фильтрационного материала с тем, чтобы организовать оптимальную траекторию движения жидкости с точки зрения качества ее очистки.The outer diameter of the disks of the metal mesh and the diameter of the central hole in them are larger than the corresponding diameters of the disks of fibrous filter material in order to organize the optimal trajectory of the fluid in terms of the quality of its cleaning.

На фиг.1 схематично изображен скважинный фильтр, общий вид, разрез; на фиг.2, 3 - сечение фильтрующих элементов в направлении, перпендикулярном и параллельном движению жидкости соответственно.Figure 1 schematically shows a downhole filter, General view, section; figure 2, 3 is a cross section of the filter elements in a direction perpendicular and parallel to the movement of the fluid, respectively.

Скважинный фильтр состоит из перфорированного каркаса 1 с отверстиями 2, фильтрующих элементов 3 в виде чередующихся дисков из металлической сетки 4 и дисков из волокнистого фильтрационного материала 5 (фиг.1). Диски из металлической сетки 4 выполнены из проволоки основы 6 и утка 7 с синусоидальным профилем, благодаря чему щели 8 между дисками из волокнистого фильтрационного материала 5 имеют извилистую форму и переменную величину просвета (фиг.2). Геометрические характеристики щелей 8 зависят от параметров металлической сетки. Щели 8 выполняют функцию раздаточных каналов для жидкости, соединяя периферийную и центральную области дисков из волокнистого фильтрационного материала 5, которые сообщаются в осевом направлении через ячейки 9 металлической сетки 4, образованные соседними проволоками основы 6 и утка 7 (фиг.3). Диски из металлической сетки 4 обеспечивают радиальную жесткость фильтрующим элементам 3.The well filter consists of a perforated frame 1 with holes 2, filter elements 3 in the form of alternating disks from a metal mesh 4 and disks from a fibrous filter material 5 (Fig. 1). The disks of the metal mesh 4 are made of a wire of the base 6 and the weft 7 with a sinusoidal profile, so that the slots 8 between the disks of the fibrous filter material 5 have a tortuous shape and a variable clearance (Fig. 2). The geometric characteristics of the slots 8 depend on the parameters of the metal mesh. Slots 8 act as dispensing channels for liquids, connecting the peripheral and central regions of disks of fibrous filter material 5, which are axially communicated through cells 9 of metal mesh 4 formed by adjacent warp wires 6 and weft 7 (Fig. 3). Discs made of metal mesh 4 provide radial stiffness to the filter elements 3.

Для вовлечения в процесс фильтрации всего объема фильтрующих элементов 3 на перфорированном каркасе 1 помещается дренажная трехмерная сетка 10. Щели 8 заканчиваются на некотором расстоянии от дренажной сетки 10 из-за разницы диаметров центральных отверстий дисков из металлической сетки 4 и волокнистого фильтрационного материала 5.To involve the entire volume of the filtering elements 3 in the filtering process, a three-dimensional drainage grid 10 is placed on the perforated frame 1. The slots 8 end at some distance from the drainage grid 10 due to the difference in the diameters of the central holes of the disks of the metal mesh 4 and the fibrous filter material 5.

Снаружи фильтрующих элементов 3 установлен защитный кожух 11 с отверстиями 12 (фиг.1, 3). Поджимные кольца (не показаны), установленные на концах перфорированного каркаса 1, обеспечивают контакт дисков из металлической сетки 4 с дисками из волокнистого фильтрационного материала 5. Контакт осуществляется по всей поверхности оснований дисков, за исключением кольцевой области вокруг дренажной сетки 10, где диски из волокнистого фильтрационного материала 5 контактируют непосредственно друг с другом. Сжимаемость и упругость волокнистого фильтрационного материала определяют глубину его внедрения в ячейки металлической сетки при размещении дисков на перфорированном каркасе.Outside the filter elements 3, a protective casing 11 with holes 12 is installed (Figs. 1, 3). Clamping rings (not shown) mounted on the ends of the perforated frame 1 provide contact of the disks of the metal mesh 4 with the disks of the fibrous filter material 5. The contact is made over the entire surface of the base of the disks, except for the annular region around the drainage grid 10, where the disks are made of fibrous filtration material 5 is in direct contact with each other. The compressibility and elasticity of the fibrous filtration material determine the depth of its penetration into the cells of the metal mesh when placing disks on a perforated frame.

Скважинный фильтр работает следующим образом. Под действием создаваемого погружным насосом перепада давления пластовая жидкость, содержащая механические частицы, поступает из скважины через отверстия 12 защитного кожуха 11 к фильтрующим элементам 3. Основной поток жидкости распределяется по щелям 8, имеющим меньшее гидравлическое сопротивление по сравнению с волокнистым фильтрационным материалом, и движется вдоль проволок основы 6 и утка 7 в радиальном направлении. Наиболее крупные частицы скапливаются снаружи щелей 8, образуя естественный фильтр с повышенной тонкостью очистки. Частицы меньшего размера, прошедшие через фильтр из крупных частиц, движутся в лабиринтообразных щелях 8, претерпевая многократные столкновения с проволоками основы 6 и утка 7. Изменяя при этом траекторию движения, частицы теряют скорость и задерживаются в ячейках 9, захватываясь высокоразвитой поверхностью волокнистого фильтрационного материала. Глубина проникновения частиц в щели 8 зависит от соотношения размеров частиц и структурно-геометрических характеристик металлической сетки, в том числе диаметра проволоки и размера ячейки 9.Well filter works as follows. Under the action of the pressure drop created by the submersible pump, the formation fluid containing mechanical particles enters from the well through the openings 12 of the protective casing 11 to the filter elements 3. The main fluid flow is distributed through the slots 8, which have lower hydraulic resistance compared to the fibrous filter material, and moves along warp wires 6 and weft 7 in the radial direction. The largest particles accumulate outside the slots 8, forming a natural filter with increased fineness of cleaning. Smaller particles passing through a filter of large particles move in labyrinth-like slots 8, undergoing multiple collisions with warp wires 6 and weft 7. By changing the trajectory of the particles, they lose speed and are delayed in cells 9, being trapped by the highly developed surface of the fibrous filter material. The depth of penetration of particles in the gap 8 depends on the ratio of particle sizes and structural-geometric characteristics of the metal mesh, including the diameter of the wire and the size of the cell 9.

Очищенная от крупных и средних по размеру частиц жидкость на выходе из щелей 8 попадает в диски из волокнистого фильтрационного материала 5, где происходит ее окончательная очистка от наиболее мелких частиц загрязнителя. Качество очистки определяется размером пор материала дисков 5. Двигаясь далее в радиальном направлении, жидкость достигает дренажной трехмерной сетки 10, распределяется по ее объему, попадает в отверстия 2 перфорированного каркаса 1 и оказывается на приеме погружного насоса в очищенном состоянии.The liquid purified from large and medium-sized particles at the exit from the slots 8 enters the disks from the fibrous filter material 5, where it is finally cleaned from the smallest particles of the pollutant. The quality of cleaning is determined by the pore size of the material of the disks 5. Moving further in the radial direction, the liquid reaches the three-dimensional drainage grid 10, is distributed over its volume, enters the holes 2 of the perforated frame 1 and is received by the submersible pump in a cleaned state.

Сочетание дисков из металлической сетки и дисков из волокнистого фильтрационного материала, имеющих незначительную толщину, увеличивает общее количество фильтрующих элементов и соответственно щелей на единицу длины скважинного фильтра, благодаря чему возрастает удельная площадь фильтрации. Это, в свою очередь, увеличивает пропускную способность и ресурс работы скважинного фильтра и уменьшает потери давления на нем. За счет подбора характеристик металлической сетки и размера пор волокнистого фильтрационного материала достигается требуемая тонкость очистки пластовой жидкости.The combination of metal mesh disks and fibrous filter material disks having a small thickness increases the total number of filter elements and, accordingly, slots per unit length of the downhole filter, thereby increasing the specific filtration area. This, in turn, increases the throughput and service life of the downhole filter and reduces pressure loss on it. Due to the selection of the characteristics of the metal mesh and the pore size of the fibrous filtration material, the required subtlety of cleaning the formation fluid is achieved.

Claims

1. A downhole filter containing a perforated frame and filter elements of alternating different thickness discs with a central hole, concentrically placed on the frame with the formation of slots between them, characterized in that the disks are made of metal mesh and fibrous filter material, while the outer diameter of the disks is made of metal the nets and the diameter of the central hole in them are made exceeding the corresponding diameters of the disks of fibrous filter material.

2. The downhole filter according to claim 1, characterized in that the mesh size of the metal mesh is 1 ... 25 mm ² .

3. The downhole filter according to claim 1, characterized in that the disks from the fibrous filter material are made alternating with a pair of disks from a metal mesh having different cell sizes and wire diameters.

4. The downhole filter according to claim 1, characterized in that the disks of fibrous filter material are made alternating with three disks of metal mesh, the middle of which is made with a larger cell size and wire diameter than the other two.

5. The downhole filter according to claim 1, characterized in that the fibrous filter material is made of thermally bonded polypropylene fibers.

6. The downhole filter according to claim 1, characterized in that the fibrous filter material is made of metal fibers.

7. The downhole filter according to claim 1, characterized in that the disks of fibrous filter material are made with hydrophobic, hydrophilic or oleophilic properties.

8. The downhole filter according to claim 1, characterized in that the pore size of the fibrous filter material is 10 ... 100 microns.

9. The downhole filter according to claim 1, characterized in that the thickness of the disks is 3-10 mm