Патент на изобретение №2258131

(54) СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР

(57) Реферат:

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано в устройствах, предотвращающих поступление пластового песка и пропанта из призабойной зоны в скважину вместе с добываемой пластовой жидкостью. Обеспечивает повышение пропускной способности фильтра. Сущность изобретения: фильтр содержит перфорированную трубу и фильтрующий элемент, выполненный с уменьшением размера пор в радиальном направлении от наружной поверхности к внутренней и установленный соосно с наружной поверхностью перфорированной трубы. Согласно изобретению фильтрующий элемент выполнен из пенометалла с пространственным ячеистым каркасом, состоящим из многогранных ячеек с проницаемыми гранями, и с возможностью образования внутри пенометалла естественного непрерывного песчаного фильтра из осажденных частиц, механически сцепленных со стохастически ориентированными в пространстве гранями и ребрами ячеистого каркаса. 2 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано в устройствах, предотвращающих поступление пластового песка и пропанта из призабойной зоны в скважину вместе с добываемой пластовой жидкостью.

Известен скважинный фильтр, включающий перфорированную трубу и металлокерамический фильтрующий элемент из спеченного порошка, установленный соосно с наружной стороной перфорированной трубы и с зазором относительно последней (авт. свид-во СССР №1161692, Е 21 В 43/08, 1985).

Существенным недостатком указанного фильтра является его неудовлетворительная гидравлическая характеристика, невысокая пористость и соответственно незначительный объем пор, обусловливающий низкую грязеемкость. Кроме того, выполнение фильтрующего элемента с одинаковым размером пор по толщине приводит к быстрой кольматации его поверхностного слоя смесью мелких и крупных частиц песка и ограничению ресурса непрерывной работы. Такой фильтр практически не поддается регенерации, что существенно удорожает его эксплуатацию.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является скважинный фильтр, содержащий перфорированную трубу и фильтрующий элемент, выполненный с уменьшающимся размером пор в радиальном направлении от наружной поверхности к внутренней и установленный соосно с наружной поверхностью перфорированной трубы (US №3768557, Е 21 b 43/08, 1973).

Данный фильтр характеризуется сложностью изготовления. Для формирования фильтрующих слоев с различным размером пор требуется дополнительная подготовка: предварительно концентрично устанавливают разделительные перегородки, пространство между перегородками заполняют частицами со строго заданными размерами, после чего перегородки удаляют. Недостатком данной конструкции также является низкая грязеемкость фильтрующего материала из-за ограниченности объема сообщающихся пор ˜35-40%, что снижает ресурс работы фильтра.

Предлагаемая конструкция более технологична в изготовлении и позволяет повысить пропускную способность при одновременном снижении гидравлического сопротивления, увеличить грязеемкость, ресурс непрерывной работы и коэффициент использования объема фильтра, а также улучшить его регенерируемость.

Указанный технический результат достигается тем, что в скважинном фильтре, содержащем перфорированную трубу и фильтрующий элемент с размером пор, уменьшающимся в радиальном направлении от наружной поверхности к внутренней, установленный соосно с наружной поверхностью перфорированной трубы, согласно изобретению, фильтрующий элемент выполнен из пенометалла с пространственным ячеистым каркасом, состоящим из многогранных ячеек с проницаемыми гранями, и с возможностью образования внутри пенометалла естественного непрерывного песчаного фильтра из осаждаемых частиц, механически сцепленных со стохастически ориентированными в пространстве гранями и ребрами ячеистого каркаса.

Использование пенометалла с пространственным каркасом, состоящим из многогранных ячеек с проницаемыми гранями и порами внутри, обеспечивает возможность более эффективной очистки пластовой жидкости.

Предпочтительно использование фильтрующего элемента с диаметром пор, уменьшающимся в направлении фильтрации от 1,0-2,5 мм до 200-300 мкм, при этом изменение может носить дискретный или плавный характер. Пористость или объем сообщающихся пор в локальном объеме фильтрующего элемента составляет 84-96% независимо от величины диаметра пор, что является структурной особенностью пенометалла.

Установка фильтрующего элемента, выполненного с уменьшающимся размером пор, в предлагаемой конструкции не требует дополнительной подготовки и производится в одну стадию.

На фиг.1 схематично показан фильтрующий элемент из пенометалла с уменьшающимся размером пор в радиальном направлении от наружной поверхности к внутренней, разрез. На фиг.2 приведена пространственная ячеистая структура пенометаллического фильтра.

Фильтр (фиг.1) состоит из перфорированной трубы 1 с отверстиями 2 и фильтрующего элемента 3 из пенометалла с уменьшающимся размером пор в радиальном направлении от наружной поверхности к внутренней.

Фильтр работает следующим образом. После установки фильтра в скважине и пуска ее в эксплуатацию смесь пластовой жидкости с механическими частицами примесей поступает к фильтрующему элементу из пенометалла 3. Из этой смеси на внешнем контуре и в поверхностном слое пенометаллического фильтрующего элемента 3 осаждаются наиболее крупные частицы, формирующие устойчивые арочные структуры. Устойчивость таких арочных структур из пропанта или крупнозернистого песка обеспечивается за счет их механического сцепления со стохастически ориентированными в пространстве гранями и ребрами ячеистого каркаса фильтра.

Очищенный от наиболее крупных частиц поток жидкости с оставшимися в нем механическими примесями продолжает движение через ячеистый каркас. При этом поток дробится на отдельные струи, скорость движения которых ниже входной скорости потока. По мере гашения скорости жидкости находящиеся в ней мелкодисперсные частицы также теряют скорость и задерживаются ячеистым каркасом фильтрующего элемента 3. Интенсивность процесса отделения частиц от жидкости определяется балансом между весом частиц, зависящим от их размера, и подъемной силой потока, непосредственным образом связанной с размером пор ячеистого каркаса, через который он протекает. Вследствие этого размер задержанных частиц уменьшается по толщине фильтрующего элемента 3 от наружной поверхности к внутренней. Задержанные частицы образуют внутри пенометаллического фильтрующего элемента естественный непрерывный песчаный фильтр, размер пор которого уменьшается в радиальном направлении в соответствии с характером изменения диаметра пор пенометаллического элемента. При движении пластовой жидкости через образовавшийся комбинированный фильтрующий элемент, состоящий из пенометалла и естественного песчаного фильтра, увеличивается вероятность осаждения мелкодисперсных частиц, чем достигается высокая тонкость очистки.

Очищенная от основного количества механических примесей пластовая жидкость с незначительной частью мельчайших частиц песка проходит через отверстия 2 перфорированной трубы 1, поднимается по ней и попадает в насосно-компрессорные трубы (не показаны), а по ним – на дневную поверхность.

Наличие сообщающейся пористости в сочетании с переменным перераспределением обеспечивает фильтру хорошую регенеративную способность, при этом регенерация фильтра может осуществляться непосредственно в скважине путем обратной промывки чистой нефтью.

Возможность варьирования в широких пределах диаметром пор по толщине фильтра позволяет улавливать в объеме последнего механические частицы, размер которых изменяется от нескольких десятков до сотен и тысяч микрон. В частности, эффективно применение пенометаллического фильтра для сбора пропанта после проведения гидроразрыва пласта.

Высокая пористость пенометалла, из которого изготовлен фильтрующий элемент, снижает общий вес скважинного фильтра и передаваемую от него осевую нагрузку на насосно-компрессорные трубы, что обусловливает эффективность поднасосной установки фильтра без пакера. Использование легковесных пенометаллических фильтров облегчает эксплуатацию многопластовых месторождений, при которой предусматривается размещение нескольких фильтров напротив каждого продуктивного слоя.

Таким образом, выбранная для скважинного фильтра структура материала позволяет во время эксплуатации создавать комбинированный фильтрующий элемент, сочетающий преимущества пенометалла, обладающего высокой грязеемкостью, и песчаного фильтра, образованного внутри пор пенометалла и обеспечивающего дополнительную непрерывную очистку жидкости во время ее движения, что, в конечном итоге, дает возможность достичь высокой тонкости очистки.

Формула изобретения

Скважинный фильтр, содержащий перфорированную трубу и фильтрующий элемент, выполненный с уменьшением размера пор в радиальном направлении от наружной поверхности к внутренней и установленный соосно с наружной поверхностью перфорированной трубы, отличающийся тем, что фильтрующий элемент выполнен из пенометалла с пространственным ячеистым каркасом, состоящим из многогранных ячеек с проницаемыми гранями, и с возможностью образования внутри пенометалла естественного непрерывного песчаного фильтра из осажденных частиц, механически сцепленных со стохастически ориентированными в пространстве гранями и ребрами ячеистого каркаса.

РИСУНКИ