RU2602625C1

RU2602625C1 - Downhole filtering device

Info

Publication number: RU2602625C1
Application number: RU2015141683/03A
Authority: RU
Inventors: Юрий Валентинович Данченко; Анатолий Васильевич Сергиенко
Original assignee: Акционерное общество "Новомет-Пермь"
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2016-11-20

Abstract

FIELD: oil industry.

SUBSTANCE: invention relates to oil-submersible equipment, specifically to downhole filtering devices to prevent ingress of rock particles and proppant into electric-centrifugal pump. Device comprises bearing tube with holes, external filtration element, inner tube forming with bearing tube annular gap, open from above and closed from below, and a safety valve on lower end of inner pipe that separates its cavity from well. Inner tube used is an inner filtering element with inward-facing filtering surface and with upper end covered by additional safety valve.

EFFECT: higher reliability and service life of filtering downhole device.

4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к нефтепогружному оборудованию, а именно к скважинным фильтрующим устройствам, предупреждающим попадание частиц породы и проппанта в электроцентробежный насос (ЭЦН).The invention relates to oil immersion equipment, namely to downhole filtering devices that prevent the entry of rock particles and proppant into an electric centrifugal pump (ESP).

Известно скважинное фильтрующее устройство, содержащее трубчатый каркас, верхний конец которого соединен с патрубком, а нижний конец заглублен в отстойник, щелевые фильтры, концентрично установленные снаружи и внутри трубчатого каркаса и образующие с ним наружные и внутренние вертикальные каналы, первые из которых закрыты сверху и соединены с отстойником снизу, а вторые - закрыты внизу и соединены с патрубком вверху, и клапан, отделяющий полость внутреннего щелевого фильтра от патрубка [Патент №2446274 РФ, Е21В 43/08, 2012].A well-known filtering device comprising a tubular frame, the upper end of which is connected to the pipe, and the lower end is buried in the sump, slotted filters concentrically installed outside and inside the tubular frame and forming external and internal vertical channels with it, the first of which are closed from above and connected with a sump at the bottom, and the second ones are closed at the bottom and connected to the pipe at the top, and the valve separating the cavity of the internal slotted filter from the pipe [Patent No. 2446274 of the Russian Federation, ЕВВ 43/08, 2012].

Недостаток скважинного фильтрующего устройства заключается в сложности конструкции, что неблагоприятно сказывается на его надежности, трудоемкости изготовления и стоимости.The disadvantage of the downhole filtering device is the complexity of the design, which adversely affects its reliability, the complexity of manufacturing and cost.

Известно фильтрующее скважинное устройство, содержащее опорную трубу с перфорациями, щелевые фильтры, установленные на опорной трубе, и предохранительный клапан, размещенный внутри опорной трубы между щелевыми фильтрами [Патент на ПМ №133561 РФ, Е21В 43/08, 2013].Known filtering downhole device containing a support pipe with perforations, slotted filters installed on the support pipe, and a safety valve located inside the support pipe between the slotted filters [Patent PM PM No. 133561 of the Russian Federation, ЕВВ 43/08, 2013].

Недостаток фильтрующего скважинного устройства состоит в низкой надежности из-за возможности несрабатывания предохранительного клапана вследствие пересыпания мелкодисперсными примесями, прошедшими через щели верхнего щелевого фильтра, следствием чего является прекращение подачи жидкости через нижний щелевой фильтр и остановка ЭЦН.The disadvantage of the filtering downhole device is its low reliability due to the possibility of the safety valve failing due to sprinkling with finely dispersed impurities that have passed through the slits of the upper slotted filter, which results in the interruption of the fluid supply through the lower slotted filter and the stop of the ESP.

Известно фильтрующее скважинное устройство, содержащее верхнюю перфорированную трубу большего диаметра, снабженную на нижнем торце крышкой с центральным отверстием, в которое вставлена нижняя перфорированная труба меньшего диаметра, оснащенная заглушкой на нижнем торце, крышкой с клапаном на верхнем торце и отсечными клапанами в верхней части стенки, и щелевые фильтрующие элементы снаружи обеих труб [Патент №2396422 РФ, Е21В 43/08, 2010].A well-known filtering well device comprising an upper perforated pipe of a larger diameter, provided with a cap with a central hole at the lower end, into which a lower perforated pipe of a smaller diameter is inserted, equipped with a cap at the lower end, a cover with a valve at the upper end and shut-off valves at the upper part of the wall, and slotted filter elements on the outside of both pipes [Patent No. 2396422 of the Russian Federation, ЕВВ 43/08, 2010].

Недостатком фильтрующего скважинного устройства является сложность и низкая надежность конструкции из-за наличия нескольких клапанов, а также трудоемкость изготовления.The disadvantage of the filtering downhole device is the complexity and low reliability of the design due to the presence of several valves, as well as the complexity of manufacturing.

Известно фильтрующее скважинное устройство, включающее покрытую сеткой верхнюю трубу с отверстиями удлиненной формы, внутрь которой вставлена резиновая диафрагма с уменьшенной толщиной по вертикальной линии, совпадающей с осью вышеназванных отверстий, и нижнюю перфорированную трубу с размещенным внутри фильтрующим элементом, снабженную снизу заглушкой [Патент №2514057 РФ, Е21В 43/08, 2014].A well-known filtering downhole device comprising a mesh-covered upper pipe with elongated holes, inside which a rubber diaphragm with a reduced thickness along a vertical line coinciding with the axis of the aforementioned holes, and a lower perforated pipe with a filter element located inside, equipped with a plug from the bottom is inserted [Patent No. 2514057 RF, Е21В 43/08, 2014].

Недостаток фильтрующего скважинного устройства выражается в невысокой пропускной способности на единицу длины, поскольку фильтрующий элемент размещен внутри нижней перфорированной трубы и имеет ограниченный диаметр и площадь поверхности.The disadvantage of the filtering downhole device is expressed in the low throughput per unit length, since the filtering element is located inside the lower perforated pipe and has a limited diameter and surface area.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является фильтрующее скважинное устройство, включающее несущую трубу, верхний конец которой гидравлически связан с ЭЦН, а на нижнем конце выполнены отверстия и закреплен фильтрующий элемент, внутреннюю трубку, открытую сверху, расположенную внутри несущей трубы и образующую с ней закрытый снизу кольцевой зазор, и предохранительный клапан на нижнем торце внутренней трубки, выполненный с возможностью гидравлического соединения затрубного пространства с полостью внутренней трубки [Патент на ПМ №72269 РФ, Е21В 43/10, 2008].The closest in technical essence to the claimed is a downhole filtering device, comprising a carrier pipe, the upper end of which is hydraulically connected to the ESP, and holes are made at the lower end and a filter element is fixed, an inner tube open from above, located inside the carrier pipe and forming a closed pipe with it bottom annular gap, and a safety valve on the lower end of the inner tube, made with the possibility of hydraulic connection of the annular space with the cavity of the inner tube [Patent on ПМ №72269 of the Russian Federation, ЕВВ 43/10, 2008].

Недостатком принятого за прототип фильтрующего скважинного устройства является то, что оно работает в режиме фильтрации только до момента открытия предохранительного клапана, после чего на прием ЭЦН начинает поступать неочищенная пластовая жидкость.The disadvantage of a filtering downhole device adopted as a prototype is that it operates in the filtration mode only until the safety valve is opened, after which an untreated reservoir fluid begins to arrive at the ESP.

Технической задачей, решаемой настоящим изобретением, является повышение надежности и ресурса работы фильтрующего скважинного устройства.The technical problem solved by the present invention is to increase the reliability and service life of the filtering downhole device.

Указанный технический результат достигается тем, что в фильтрующем скважинном устройстве, включающем несущую трубу с отверстиями, наружный фильтрующий элемент, внутреннюю трубку, образующую с несущей трубой кольцевой зазор, открытый сверху и закрытый снизу, и предохранительный клапан на нижнем торце внутренней трубки, отделяющий ее полость от скважины, согласно изобретению, в качестве внутренней трубки применен внутренний фильтрующий элемент с обращенной внутрь фильтрующей поверхностью и перекрытым дополнительным предохранительным клапаном верхним торцом.The specified technical result is achieved by the fact that in the filtering well device, comprising a carrier pipe with holes, an external filter element, an inner tube forming an annular gap with a carrier tube, open at the top and closed at the bottom, and a safety valve at the lower end of the inner tube separating its cavity from the well, according to the invention, an inner filter element with an inwardly facing filter surface and an additional safety shutoff applied as an inner tube valve top end.

В качестве внутреннего фильтрующего элемента может быть использован щелевой фильтр, состоящий из скрепленных между собой внутренних продольных призматических профилей и навитого наружного призматического профиля.As an internal filtering element, a slit filter can be used, consisting of internal longitudinal prismatic profiles fastened together and a wound external prismatic profile.

Предохранительный клапан может быть выполнен в виде пластины с ослабленным сечением в виде одного или нескольких надрезов.The safety valve can be made in the form of a plate with a weakened cross section in the form of one or more notches.

Дополнительный предохранительный клапан может быть выполнен в виде упругой пластины.An additional safety valve can be made in the form of an elastic plate.

Изобретение поясняется чертежами: фиг. 1 - общий вид фильтрующего скважинного устройства; фиг. 2 - предохранительный клапан, поперечное сечение; фиг. 3 - дополнительный предохранительный клапан, вид сверху; фиг. 4 - внутренний фильтрующий элемент, поперечное сечение.The invention is illustrated by drawings: FIG. 1 is a general view of a filtering downhole device; FIG. 2 - safety valve, cross section; FIG. 3 - additional safety valve, top view; FIG. 4 - inner filter element, cross section.

Фильтрующее скважинное устройство содержит несущую трубу 1 с отверстиями 2, наружный 3 и внутренний 4 фильтрующие элементы и предохранительный клапан 5, отделяющий полость 6 внутреннего фильтрующего элемента 4 от скважины, и дополнительный предохранительный клапан 7, перекрывающий верхний торец внутреннего фильтрующего элемента 4 (фиг. 1). Внутренний фильтрующий элемент 4 образует с несущей трубой 1 кольцевой зазор 8, открытый сверху и закрытый снизу.The downhole filter device comprises a support pipe 1 with holes 2, an outer 3 and an inner 4 filter elements and a safety valve 5 separating the cavity 6 of the inner filter element 4 from the well, and an additional safety valve 7 that overlaps the upper end of the inner filter element 4 (Fig. 1 ) The inner filter element 4 forms an annular gap 8 with a support pipe 1, open at the top and closed at the bottom.

Предохранительный клапан 5 выполнен с возможностью гидравлического соединения полости 6 внутреннего фильтрующего элемента 4 со скважиной и представляет собой пластину 9 с кольцевым надрезом 10 для ослабления сечения, вызывающего разрушение по указанному надрезу при возникновении перепада давления (фиг. 2). Ослабление сечения пластины 9 может быть также достигнуто за счет радиальных надрезов (не показано). Пластина 9 изготовлена из материала, способного к разрушению в скважинных условиях, в том числе с образованием обломков. Дополнительный предохранительный клапан 7 представляет собой защемленную по периметру пластину 11, в которой сформирована окружная щель 12 с сохранением перемычки 13 (фиг. 3). Пластина 11 выполнена из упругого материала.The safety valve 5 is made with the possibility of hydraulic connection of the cavity 6 of the inner filter element 4 with the borehole and is a plate 9 with an annular notch 10 to weaken the cross section causing destruction along the specified notch when a pressure drop occurs (Fig. 2). The weakening of the cross section of the plate 9 can also be achieved by radial cuts (not shown). The plate 9 is made of a material capable of destruction in the borehole conditions, including the formation of debris. An additional safety valve 7 is a plate 11 clamped around the perimeter, in which a circumferential slot 12 is formed while maintaining a jumper 13 (Fig. 3). The plate 11 is made of an elastic material.

Внутренний фильтрующий элемент 4 состоит из внутренних продольных призматических профилей 14, размещенных по окружности через равный промежуток 15, и приваренного к ним снаружи в точках контакта навитого призматического профиля 16 (фиг. 4). Величина промежутка или ширина щели 15 определяет рейтинг фильтрации внутреннего фильтрующего элемента 4.The inner filter element 4 consists of internal longitudinal prismatic profiles 14, placed around the circumference through an equal gap 15, and welded to them outside at the contact points of the wound prismatic profile 16 (Fig. 4). The size of the gap or the width of the slit 15 determines the filter rating of the inner filter element 4.

Ширина окружной щели 12 соответствует ширине щели 15 между продольными профилями 14, чтобы предотвратить проскок частиц породы при фильтрации пластовой жидкости через внутренний фильтрующий элемент 4.The width of the circumferential slit 12 corresponds to the width of the slit 15 between the longitudinal profiles 14 in order to prevent rock particles from slipping when filtering the formation fluid through the internal filter element 4.

Фильтрующее скважинное устройство работает следующим образом.The filtering downhole device operates as follows.

Всасываемая пластовая жидкость фильтруется через наружный фильтрующий элемент 3, освобождается от частиц породы и проходит через отверстия 2 в кольцевой зазор 8 между несущей трубой 1 и внутренним фильтрующим элементом 4 (фиг. 1). Сквозь открытый сверху кольцевой зазор 8 жидкость попадает в верхнюю часть несущей трубы 1, после чего покидает скважинное фильтрующее устройство и оказывается на приеме ЭЦН (не показан). В это время предохранительный клапан 5 закрыт и движение жидкости через внутренний щелевой фильтр 4 не происходит.The absorbed formation fluid is filtered through an external filter element 3, freed from rock particles and passes through holes 2 into the annular gap 8 between the carrier pipe 1 and the internal filter element 4 (Fig. 1). Through the annular gap 8 open at the top, the liquid enters the upper part of the carrier pipe 1, after which it leaves the downhole filtering device and is received by an ESP (not shown). At this time, the safety valve 5 is closed and the movement of fluid through the internal slotted filter 4 does not occur.

По мере засорения наружного фильтрующего элемента 3 механическими примесями в кольцевом зазоре 8 и гидравлически связанной с ним полости 6 внутреннего фильтрующего элемента 4 создается разряжение, в результате чего возрастает давление, действующее на клапан 5 со стороны скважины. При возрастании перепада давления выше критического значения пластина 9 клапана 5 разрушается по ослабленному сечению 10, и пластовая жидкость поступает из скважины в полость 6 внутреннего фильтрующего элемента 4, при этом обломки пластины 9 остаются в полости 6 и не попадают в ЭЦН. Пластовая жидкость фильтруется через множество щелей 15 между продольными призматическими профилями 14, оказывается в кольцевом зазоре 8 и через верхнюю часть несущей трубы 1 покидает фильтрующее скважинное устройство. Одновременно с этим малая часть потока пластовой жидкости фильтруется сквозь окружную щель 12 в пластине 11 и в очищенном состоянии сливается с основным потоком в несущей трубе 1.As the external filter element 3 becomes clogged with mechanical impurities in the annular gap 8 and the cavity 6 of the internal filter element 4 hydraulically connected to it, a vacuum is created, as a result of which the pressure acting on the valve 5 from the side of the well increases. When the pressure drop increases above a critical value, the plate 9 of the valve 5 is destroyed along the weakened section 10, and the formation fluid flows from the well into the cavity 6 of the internal filter element 4, while fragments of the plate 9 remain in the cavity 6 and do not enter the ESP. The formation fluid is filtered through many slots 15 between the longitudinal prismatic profiles 14, is in the annular gap 8 and leaves the filtering borehole device through the upper part of the carrier pipe 1. At the same time, a small part of the flow of formation fluid is filtered through the circumferential slit 12 in the plate 11 and in a purified state merges with the main stream in the carrier pipe 1.

В кольцевом зазоре 8 поток жидкости течет поперек навитого призматического профиля 16, в результате в нем возникают пульсации поля скоростей и поля давлений. Пульсации передаются в наружный фильтрующий элемент 3 через отверстия 2 в несущей трубе 1, порождая частичный сброс задержанных частиц породы с его фильтрующей поверхности и возобновление движения сквозь него жидкости. В свою очередь, при течении жидкости через наружный фильтрующий элемент 3 совершается очистка внутреннего фильтрующего элемента 4.In the annular gap 8, the fluid flow flows across the wound prismatic profile 16, as a result of which ripples of the velocity field and pressure field arise in it. The pulsations are transmitted to the outer filter element 3 through holes 2 in the carrier pipe 1, causing a partial discharge of the trapped particles of the rock from its filter surface and the resumption of movement of fluid through it. In turn, when the fluid flows through the outer filter element 3, the internal filter element 4 is cleaned.

При необратимом загрязнении частицами породы щелей 15 внутреннего фильтрующего элемента 4 понижается давление в верхней части несущей трубы 1 и упругая пластина 11 прогибается вверх, пропуская поток пластовой жидкости через раскрывшуюся щель 12 на прием насоса.With irreversible particle contamination of the slots 15 of the internal filter element 4, the pressure in the upper part of the carrier pipe 1 decreases and the elastic plate 11 bends upward, passing the flow of formation fluid through the opening slot 12 to the pump intake.

За счет внутреннего фильтрующего элемента заявляемое фильтрующее скважинное устройство имеет более высокий ресурс работы по сравнению с прототипом такой же длины, поскольку обеспечивает очистку пластовой жидкости после открытия предохранительного клапана.Due to the internal filter element, the inventive filtering downhole device has a higher service life compared to the prototype of the same length, since it provides for cleaning the formation fluid after opening the safety valve.

Claims

1. The filtering downhole device, comprising a carrier pipe with holes, an external filtering element, an inner tube, forming an annular gap with a carrier tube, open at the top and closed at the bottom, and a safety valve at the lower end of the inner tube that separates its cavity from the well, characterized in that that an internal filter element with an inwardly facing filter surface and an upper end face blocked by an additional safety valve is used as an inner tube.

2. The downhole filtering device according to claim 1, characterized in that a slotted filter is used as an internal filtering element, consisting of internal longitudinal prismatic profiles fastened together and a wound external prismatic profile.

3. The filtering downhole device according to claim 1, characterized in that the safety valve is made in the form of a plate with a weakened cross section in the form of one or more notches.

4. The filtering downhole device according to claim 1, characterized in that the additional safety valve is made in the form of an elastic plate.