Фильтр для скважин

Авторы патента:


 

Полезная модель относится к устройствам для фильтрации пластовой жидкости при добыче ее из скважины.

Предлагаются следующие конструкции фильтров для скважин:

Фильтр для скважин, содержащий жестко и герметично соединенные друг с другом секции, набранные из состыкованных по торцам с осевым натягом цилиндрических тонкостенных фильтрующих элементов, изготовленных холодным прессованием из проволочного материала, и двух опор, на которые также с осевым натягом опираются первый и последний фильтрующие элементы секции. На первой опоре первой секции и последней опоре последней секции жестко и герметично закреплены промежуточные проставки. Проставка первой секции жестко и герметично соединена с погружным насосом, а прставка последней секции герметично закрыта крышкой. Фильтрующие элементы каждой секции изготовлены из материала MP («Металлорезины») осевым прессованием или объемным прессованием с применением полиуретана в трех модификациях: фильтрующие элементы с одним плоским торцом, которым они опираются на опору, и другим коническим с углом конуса от 60 до 90°, у одного элемента с внешним конусом, а другого - с внутренним, и промежуточные фильтрующие элементы секции выполнены с коническими торцами, с одним внешним и другим внутренним с конусом с углом . Фильтрующие элементы секции стыкуются друг с другом таким образом, что внешний конус одного элемента с осевым натягом входит во внутренний конус другого элемента, образуя жесткий герметичный стык. Внутрь секции фильтрующих элементов без радиального зазора или с возможно меньшим радиальным зазором вставлена спиральная пружина сжатия с нешлифованными торцами, свитая таким образом, что первые три или четыре витка пружины у каждого из двух ее торцов свиты вплотную друг с другом с минимально возможным углом подъема, а на длине каждого фильтрующего элемента секции пружина свита с таким шагом, что на его длине равномерно располагаются два, три или четыре витка пружины, а следующие два витка пружины свиты вплотную друг с другом с минимально возможным углом подъема и располагаются в собранной секции, у стыка фильтрующих элементов так, что один виток располагается на конце одного элемента, а другой - на конце другого. Длина пружины каждой секции фильтра, подобрана так, чтобы у каждой собранной секции при навинчивании на пружину опор секции и создании заданной величины натяга в стыках фильтрующих элементов витки пружины не выступали за торцы опор. Обе опоры каждой секции выполнены с внутренней круглой резьбой, по которой они навинчены на пружину с созданием заданного осевого натяга в стыках фильтрующих элементов секции друг с другом и с опорами секции. Секция фильтрующих элементов сцентрирована в опорах, как по центрирующему буртику опоры, так и по последнему витку пружины в каждой группе свитых вплотную витков, расположенной на концах пружины. На одной из опор секции выполнен хвостовик с наружной круглой резьбой, по которой одна секция ввинчена в пружину другой секции до упора с натягом в уплотнительную прокладку, установленную в стык между торцами опор соседних секций. В каждую опору до упора с натягом в витки пружины и упора головки винта в уплотнительную прокладку под ней ввинчены три или четыре стопорных винта, равнорасположенных по окружности. Высота головки этих винтов подобрана таким образом, что зазор между стенкой скважины или обсадной трубой и торцом головки винта не превышал 0.2÷0.3 мм.

Предложены еще три варианта конструкции фильтра для скважин.

Ожидаемый технический результат:

увеличение прочности фильтрующих элементов;

снижение себестоимости изготовления комплекта фильтрующих элементов для секции фильтра;

увеличение на 5÷10% производительности фильтра для скважин;

снижение металлоемкости фильтра для скважин до 7000 н при длине фильтра 20 м соответственно.

4 пункта формулы полезной модели, 6 илл.

Полезная модель относится к устройствам для фильтрации пластовой жидкости при добыче ее из скважины.

Известны секции фильтров ФВПР (фильтров входных, проволочных) (см. Интернет, http://ream-rti.ru/netcat files/117/66/ Katalog ООО REAM RTI 2013 na russkom yazyke.pdf, «Каталог изделий из эластомерных, полимерных, проволочных, проницаемых материалов и объектов инжиниринговой деятельности». Группа компаний «РЕАМ», Москва, 2013 г., с. 35) размещаемые в скважинах, для фильтрации нефти при ее добыче. Секции фильтров ФВПР выпускаются с наружным расположением фильтрующих элементов, выполненных по технологии патента RU 2470695 С1 из материала ППМ (проволочного прессуемого материала), с тонкостью фильтрации 100 и 200 мкм.

Каждая секция фильтров ФВПР в свою очередь набрана из последовательно соединенных секций, жестко и герметично скрепленных друг с другом, состоящих из n поджатых друг к другу обечайками до образования герметичного соединения цилиндрическими тонкостенными фильтрующими элементами, изготовленными из материала ППМ (патент RU 2470695 С1), двух опор, выполненных в виде втулки с опорным фланцем и перегородкой в середине ее длины с центральным отверстием для прохода центрального стержня и сквозными пазами для пропуска отфильтрованной жидкости, выполненными в окружном направлении, и равнорасположенными по окружности, расположенного с концентричным зазором внутри фильтрующих элементов пустотелого цилиндра со сквозными отверстиями, равномерно расположенными по образующим и в окружном направлении цилиндра, соединенного по резьбе с обеими опорами секции таким образом, что обеспечивается герметичность стыков между фильтрующими элементами и стыков между торцами цилиндров и опорами, в которых расположены уплотняющие прокладки.

На длине секции фильтра ФВПР центральный стержень выполнен цельным и центральные стержни отдельных секций фильтра жестко соединяются втулкой, свинченной с обоими стержнями.

В центральном отверстии каждой опоры закреплена втулка и ответная втулка закреплена на центральном стержне. Этими втулками центральные стержни каждой секции фильтра ФВПР опираются на втулки всех опор секции фильтра таким образом, что допускается проскальзывание центрального стержня относительно опор секции фильтра (втулок, закрепленных на стержне, по втулкам, закрепленным в опорах) вдоль оси стержня.

У первой опоры первой секции фильтра ФВПР выполнен фланец, которым фильтр шпильками, закрепленными во фланце, и гайками крепится к погружному насосу. Торец последней опоры последней секции фильтра ФВПР герметично закрыт крышкой, закрепленной на опоре болтами и гайками.

Центральный стержень фильтра, собранный из жестко соединенных друг с другом центральных стержней секций фильтра, жестко закреплен в первой опоре первой секции фильтра ФВПР. В последней опоре последней секции фильтра ФВПР центральный стержень также закреплен с возможностью его смещения в опоре вдоль оси стержня. Величина этого смещения ограничена зазором между торцами втулки, закрепленной в опоре и соединительной втулки, навернутой на конец центрального стержня.

Такой способ закрепления центрального стержня в опорах секций фильтра обеспечивает свободное удлинение стержня за счет его тепловой деформации, но при этом центральный стержень не работает на осевое сжатие или растяжение, что можно отнести к недостаткам этой конструкции. Он только увеличивает жесткость каждой секции фильтра ФВПР и фильтра в целом в радиальных направлениях.

Основными недостатками этой конструкции секции фильтра ФВПР и, следовательно, конструкции самого фильтра, во многом обуславливающие и другие ее недостатки, являются недостаточная жесткость и прочность фильтрующих элементов, изготовленных из материала ППМ (патент RU 2470695 С1), в радиальных направлениях, что приводит к необходимости установки обечаек на торцы фильтрующих элементов, изготовления этих элементов с небольшой высотой, установки в каждой секции фильтрующих элементов стержней (по 7 стержней в каждой секции) в концентрическом зазоре между фильтрующими элементами и цилиндром и установки самого цилиндра.

Невысокие жесткость и прочность фильтрующих элементов, изготовленных из материала ППМ по технологии патента RU 2470695 С1, объясняется тем, что материал ППМ изготовляется прессованием заготовки, сформированной из проволочных спиралей, растянутых до шага, равного диаметру проволоки спиралей. В результате в материале фильтрующего элемента появляется большое количество регулярно расположенных в теле элемента слоев (примерно около трети от общего числа слоев материала элемента), сцепленных с соседними слоями только на глубине взаимного проникновения слоев, равной диаметру проволоки. Диаметр проволоки, из которой изготавливают фильтрующие элементы, мал и сцепление этих слоев с соседними слабое, что и является причиной небольших жесткости и прочности этих фильтрующих элементов.

Необходимость установки в каждой секции фильтрующих элементов большого числа фильтрующих элементов (12 фильтрующих элементов в секции) за счет наличия у них обечаек снижает полезную суммарную фильтрующую поверхность этих элементов и, следовательно, пропускную способность (производительность) каждой секции фильтрующих элементов, каждой секции фильтра ФВПР и фильтра в целом, повышает опасность разгерметизации стыков между элементами, усложняет конструкцию фильтра и повышает стоимость секции фильтра ФВПР.

Наличие в каждой секции фильтрующих элементов 7-ми стержней и цилиндра с сквозными отверстиями увеличивает гидравлическое сопротивление внутренней полости секции и, следовательно, снижает ее производительность, существенно увеличивает вес секции фильтра ФВПР.

Фильтр для скважин, собранный из секций фильтра ФВПР, по технической сущности наиболее близок к предлагаемому и принят за прототип.

Ставится задача повышения производительности фильтра при таких же, как у прототипа, габаритных размерах, т.е. обеспечения большего, чем у прототипа суточного дебита скважины, снижения веса фильтра, упрощения его конструкции, повышения жесткости и прочности фильтрующих элементов в радиальных и осевом направлениях.

Поставленная задача решается тем, что предлагается фильтр для скважин, содержащий жестко и герметично соединенные друг с другом секции, набранные из состыкованных по торцам с осевым натягом цилиндрических тонкостенных фильтрующих элементов, изготовленных холодным прессованием из проволочного материала, и двух опор, на которые также с осевым натягом опираются первый и последний фильтрующие элементы секции, и последняя опора последней секции герметично закрыта крышкой, а первая опора первой секции герметично и жестко соединена с погружным насосом, отличающийся тем, что фильтрующие элементы каждой секции изготовлены из материала MP («Металлорезина») осевым прессованием или объемным прессованием с применением полиуретана, высотой в 1,5-2 раза большей, чем у прототипа, выполнены в трех модификациях: фильтрующие элементы с одним плоским торцом, которым они опираются на опору, и другим коническим с углом конуса от 60 до 90°, у одного элемента с внешним конусом, а другого - с внутренним, и промежуточные фильтрующие элементы секции выполнены с коническими торцами, с одним внешним и другим внутренним с конусом с углом , причем фильтрующие элементы секции стыкуются друг с другом таким образом, что внешний конус одного элемента с осевым натягом входит во внутренний конус другого элемента, образуя жесткий герметичный стык, внутрь секции фильтрующих элементов без радиального зазора или с возможно меньшим радиальным зазором вставлена спиральная пружина сжатия с нешлифованными торцами, свитая таким образом, что первые три или четыре витка пружины у каждого из двух ее торцов свиты вплотную друг с другом с минимально возможным углом подъема, а на длине каждого фильтрующего элемента секции пружина свита с таким шагом, что на его длине равномерно располагаются два, три или четыре витка пружины, а следующие два витка пружины свиты вплотную друг с другом с минимально возможным углом подъема и располагаются в собранной секции, у стыка фильтрующих элементов так, что один виток располагается на конце одного элемента, а другой - на конце другого, длина пружины каждой секции фильтра, подобрана так, чтобы у каждой собранной секции при навинчивании на пружину опор секции и создании заданной величины натяга в стыках фильтрующих элементов витки пружины не выступали за торцы опор, обе опоры каждой секции выполнены с внутренней круглой резьбой, по которой они навинчены на пружину с созданием заданного осевого натяга в стыках фильтрующих элементов секции друг с другом и с опорами секции, причем секция фильтрующих элементов сцентрирована в опорах, как по центрирующему буртику опоры, так и по последнему витку пружины в каждой группе свитых вплотную витков, расположенной на концах пружины, и на одной из них выполнен хвостовик с наружной круглой резьбой, по которой одна секция ввинчена в пружину другой секции до упора с натягом в уплотнительную прокладку, установленную в стык между торцами опор соседних секций, в каждую опору до упора с натягом в витки пружины и упора головки винта в уплотнительную прокладку под ней ввинчены три или четыре стопорных винта, равнорасположенных по окружности, причем высота головки винта подобрана таким образом, что зазор между стенкой скважины или обсадной трубой и торцом головки винта не превышал 0.2÷0.3 мм, и первая опора первой секции фильтра выполнена с хвостовиком с метрической резьбой, на которую до упора в уплотнительную прокладку навернута промежуточная проставка с ввернутыми в нее шпильками для крепления к погружному насосу, а в последнюю опору последней секции фильтра, в ее пружину, хвостовиком с круглой резьбой до упора в уплотнительную прокладку, установленную в стык между проставкой и опорой, ввернута промежуточная проставка, на которой герметично закреплена крышка.

Фильтрующие элементы, изготовленные из проволочного нетканого материала MP («Металлорезины»), при тех же габаритных размерах обладают существенно большими жесткостью и прочностью на сжатие и изгиб, чем фильтрующие элементы прототипа, изготовленные из проволочного материала ППМ (по патенту RU 2470695 С1) за счет того, что изделия из материала MP изготавливают из проволочных спиралей, растянутых до шага, равного диаметру спирали, что обеспечивает хорошее сцепление слоев материала во всем теле изделия.

Это позволяет изготавливать фильтрующие элементы без обечаек, что при тех же габаритных размерах секции фильтрующих элементов увеличивает ее суммарную полезную фильтрующую поверхность и, следовательно, увеличивает ее пропускную способность и фильтра для скважин в целом.

Применение фильтрующих элементов с большей в 1,5÷2 раза высотой, чем у прототипа, при той же высоте секции, уменьшает в такое же количество раз число фильтров в секции и, следовательно, в еще большее количество раз - число стыков фильтрующих элементов. Это существенно повышает надежность работы фильтра, так как существенно снижается вероятность разгерметизации фильтра, которая, прежде всего, происходит в стыках фильтрующих элементов секций.

Гидравлическое сопротивление внутренней полости предлагаемого фильтра для скважин меньше, чем у прототипа, так как в ней отсутствуют стержни, цилиндры и центральный стержень, примененные в прототипе для обеспечения требуемой жесткости и прочности его фильтрующих элементов. Это также увеличивает пропускную способность предлагаемого фильтра по сравнению с прототипом.

За счет отсутствия этих деталей конструкция предлагаемого фильтра для скважин существенно упрощается, упрощается технология его сборки и существенно снижается вес каждой секции фильтра и, в целом, вес предлагаемого фильтра для скважин.

Выполнение головок стопорных винтов, с такой высотой, что между головкой и стенкой скважины или обсадной трубой остается зазор в 0,2÷0,3 мм исключает даже при большой длине фильтра (например, при длине большей 5 м) возможность разгерметизации стыков между фильтрующими элементами и стыков между секциями при поперечном изгибе фильтра и потерю продольной устойчивости фильтром при воздействии на него осевой сжимающей силы, в том числе и ее наибольшего значения, воздействующего на фильтр при засорении фильтрующих элементов.

К недостаткам предложенной конструкции следует отнести то обстоятельство, что при больших перепадах давления пластовой жидкости на фильтрующих элементах могут потребоваться конструктивно нецелесообразные параметры пружин каждой секции фильтра.

Поэтому для работы в этих условиях предлагается конструкция фильтра для скважин, отличающаяся тем, что опоры секций с хвостовиками выполнены с перегородкой, в которой выполнены сквозные центральное отверстие и три или четыре выкрушки, равнорасположенные по окружности, а в промежуточной проставке первой секции жестко закреплен пустотелый цилиндрический стержень с сквозными отверстиями, равно распределенными, как вдоль образующей стержня, так и в окружном направлении, причем внутренняя полость стержня через центральное отверстие в проставке сообщается с всасывающей полостью погружного насоса, и стержень с возможно меньшим зазором проходит через центральные отверстия перегородок опор секций, другим концом центральный стержень закреплен в крышке с возможностью смещения вдоль оси стержня, а между торцом стержня и крышкой имеется зазор, который в рабочем режиме фильтра полностью выбирается, и центральный стержень может быть выполнен составным из отдельных частей, соединенных втулками, навинченными на обе соединяемые части стержня.

В предлагаемой конструкции фильтра для скважин центральный стержень работает на осевое сжатие и поперечный изгиб и частично разгружает фильтрующие элементы и пружины от осевых сжимающих сил, создаваемых перепадом давления на фильтрующих элементах, увеличивает поперечную жесткость фильтра. Все это позволяет и при больших перепадах давления на фильтрующих элементах использовать в конструкции предлагаемого фильтра пружины с вполне приемлемыми конструктивными параметрами.

Выполнение центрального стержня пустотелым с сквозными отверстиями обеспечивает небольшое повышение гидравлического сопротивления внутренней полости фильтра, и, следовательно, установка центрального стержня ненамного снизит производительность предлагаемого фильтра.

С целью снижения вероятности смятия фильтрующих элементов внешним давлением при их засорении предлагается фильтр для скважин, отличающийся тем, что в его конструкцию включен перепускной клапан, состоящий из седла клапана, выполненного в крышке в виде центрального сквозного конического отверстия с меньшим диаметром конуса со стороны внешнего давления, клапана в виде усеченного конуса с цилиндрическим хвостовиком, спиральной пружины сжатия и пустотелой опоры клапана, ввернутой до упора в ее фланец в пустотелый центральный стержень фильтра, в стенке опоры сделаны сквозные отверстия, пружина одета на цилиндрические хвостовики клапана и опоры с упором во фланец опоры и торец клапана, клапан без зазора прижат к стенке седла клапана усилием предварительно сжатой пружины, таким образом, что между торцом промежуточной проставки и фланцем опоры клапана остается зазор, полностью выбираемый при действии на фильтр рабочего перепада давления в скважине, жесткость пружины клапана больше суммарной жесткости на осевое сжатие последовательно соединенных пружин секций фильтра и усилие предварительного поджатия пружины определяется из условия открытия перепускного клапана при полном засорении фильтрующих элементов или при достижении заданной стадии их засорения.

Выбор пружины клапана с жесткостью, большей суммарной осевой жесткости пружин секций, обеспечивает герметичную посадку клапана на седло на всех рабочих режимах фильтра, а надлежащий выбор усилия предварительного поджатия пружины клапана обеспечивает открытие клапана при достижении заданной стадии загрязнения фильтрующих элементов.

При открытии клапана внутренняя полость фильтра через внутреннюю полость центрального стержня заполнится нефильтрованной пластовой жидкостью и перепад давления на фильтрующих элементах станет равным нулю и смятия фильтрующих элементов при их засорении не произойдет. Погружной насос будет качать нефильтрованную жидкость и это послужит сигналом для замены засоренных фильтрующих элементов.

Кроме того, предлагается фильтр для скважин, отличающийся тем, что крышка фильтра закреплена на последней опоре последней секции фильтра ввинчиванием по круглой резьбе в пружину секции, а между крышкой и опорой установлена уплотнительная прокладка.

При этом упрощается конструкция фильтра, так как отпадает надобность в промежуточной проставке, шпильках и гайках, крепящих к ней крышку. Технология сборки фильтра при этом, по крайней мере, не усложняется, так как вворачивание крышки осуществляется всего тремя оборотами.

Конструкции предлагаемых фильтров для скважин поясняются фигурами:

на фиг. 1 изображен продольный разрез фильтра для скважин, собранного из отдельных секций;

на фиг. 2 изображен продольный разрез фильтра для скважин с центральным пустотелым стержнем;

на фиг. 3 изображен разрез по А-А на фиг. 2;

на фиг. 4 изображен разрез по Б-Б на фиг. 2;

на фиг. 5 изображен продольный разрез фильтра для скважин с перепускным клапаном, у которого крышка фильтра с седлом клапана крепится шпильками и гайками к промежуточной проставке;

на фиг. 6 изображен продольный разрез фильтра для скважин с перепускным клапаном, у которого крышка фильтра с седлом клапана крепится к последней опоре последней секции фильтра ввинчиванием по круглой резьбе в пружину секции;

Предлагаемый фильтр для скважин (см. фиг 1), содержит жестко и герметично последовательно соединенные друг с другом секции 1, набранные из состыкованных по торцам с осевым натягом цилиндрических тонкостенных фильтрующих элементов 2, 3 и 4, двух опор 5 и 6, на которые также с осевым натягом опираются первый 2 и последний 4 фильтрующие элементы секции, и спиральной пружины сжатия 7 с нешлифованными торцами 8, вставленной внутрь секции фильтрующих элементов без радиального зазора или с возможно меньшим радиальным зазором.

Опоры 5 и 6 каждой секции 1 выполнены с внутренней круглой резьбой, по которой они навинчены на пружину 7 с созданием заданного осевого натяга в стыках фильтрующих элементов секции друг с другом и с опорами секции. На опоре 5 выполнен хвостовик 9 с наружной круглой резьбой, по которой одна секция 1 ввинчена в пружину 7 другой секции 1 до упора с натягом в уплотнительную прокладку 10, установленную встык между торцами опор 5 и 6 соседних секций 1. В каждую опору до упора с натягом в витки пружины 7 и упора головки 11 винта 12 в уплотнительную прокладку 13 ввинчены три или четыре стопорных винта 12, равнорасположенных по окружности, причем высота головки винта подобрана таким образом, что зазор между стенкой скважины или обсадной трубой и торцом головки винта не превышал 0.2÷0.3 мм.

Первая опора 5 первой секции 1 фильтра выполнена с хвостовиком 14 с метрической резьбой, на которую до упора в уплотнительную прокладку 15 навернута промежуточная проставка 16 с ввернутыми в нее с натягом шпильками 17 для крепления к погружному насосу (на фиг. не показан). В последнюю опору 6 последней секции 1 фильтра, в ее пружину 7, хвостовиком 18 с круглой резьбой до упора в уплотнительную прокладку 19, установленную в стык между проставкой и опорой, ввернута промежуточная проставка 20 с закрепленными в ней с натягом шпильками 21, с помощью которых и гаек 22 к ней прикреплена крышка 23. Между проставкой 20 и крышкой 23 установлена уплотнительная прокладка 24.

Фильтрующие элементы 2, 3, и 4 каждой секции 1 изготовлены из материала MP осевым прессованием или объемным прессованием с применением полиуретана, высотой в 1,5-2 раза большей, чем у прототипа. Фильтрующие элементы 2 и 4 выполнены с одним плоским торцом, которым они опираются на опору, и другим коническим с углом конуса от 60 до 90°, у элемента 2 с внешним конусом, а у элемента 4 - с внутренним. Промежуточные фильтрующие элементы 3 секции 1 выполнены с коническими торцами, с одним внешним и другим внутренним с конусом с углом . Фильтрующие элементы секции стыкуются друг с другом таким образом, что внешний конус одного элемента с осевым натягом входит во внутренний конус другого элемента, образуя жесткий герметичный стык.

Спиральная пружина сжатия 7 свита таким образом, что первые три или четыре витка 25 пружины 7 у каждого из двух ее торцов свиты вплотную друг с другом с минимально возможным углом подъема, и на длине каждого фильтрующего элемента секции 1 пружина 7 свита с таким шагом, что на его длине равномерно располагаются два, три или четыре витка 26 пружины 7, а следующие два витка 27 и 28 пружины свиты вплотную друг с другом с минимально возможным углом подъема и располагаются в собранной секции, у стыка фильтрующих элементов так, что виток 27 располагается на конце одного элемента, а виток 28 - на конце другого.

Длина пружины 7 каждой секции 1 фильтра, подобрана так, чтобы у каждой собранной секции при навинчивании на пружину опор 5 и 6 секции и создании требуемой величины натяга в стыках фильтрующих элементов витки пружины 7 не выступали за торцы опор.

Секция фильтрующих элементов сцентрирована в опорах 5 и 6, как по центрирующему буртику 29 каждой опоры, так и по последнему витку 25 пружины 7 в каждой группе свитых вплотную витков 25, расположенной на концах пружины 7. Между торцами фильтрующих элементов 2 и 4 и опорами 5 и 6 могут быть установлены уплотнительные прокладки и фильтрующие элементы могут быть выполнены как у прототипа с плоскими торцами и с установленными на них обечайками (на фиг. не показано).

Предлагается конструкция фильтра для скважин (см. фиг. 2), отличающаяся тем, что опоры секций с хвостовиками 30 выполнены с перегородкой 31, в которой выполнены сквозные центральное отверстие 32 (см. фиг. 3) и три или четыре выкрушки 33 (см. фиг. 2 и 3), равнорасположенные по окружности. В промежуточной проставке 34 первой секции 35 (см. фиг. 2) жестко закреплен пустотелый цилиндрический стержень 36 с сквозными отверстиями 37, равно распределенными, как вдоль образующей стержня, так и в окружном направлении, причем внутренняя полость 38 стержня 36 через центральное отверстие 39 в проставке 34 (см. фиг. 2 и 4) сообщается с всасывающей полостью погружного насоса. Наружный диаметр стержня 36 больше диаметра центрального стержня прототипа и стержень 36 с минимально возможным зазором проходит через центральные отверстия 32 перегородок опор секций. Другим концом центральный стержень 36 (см. фиг. 2) закреплен в крышке 40 с возможностью смещения вдоль оси стержня. Между торцом стержня и крышкой 40 имеется зазор 41, который в рабочем режиме фильтра полностью выбирается. Центральный стержень 36 может быть выполнен составным из отдельных частей 42, соединенных втулками 43, навинченными на обе соединяемые части стержня.

Предлагается также фильтр для скважин (см. фиг. 5), отличающийся тем, что в его конструкцию включен перепускной клапан 44, состоящий из седла клапана 45, выполненного в крышке 46 в виде центрального сквозного конического отверстия с меньшим диаметром конуса со стороны внешнего давления, клапана 47 в виде усеченного конуса с цилиндрическим хвостовиком 48, спиральной пружины сжатия 49 со шлифованными торцами и пустотелой опоры клапана 50, ввернутой до упора в ее фланец 51 в пустотелый центральный стержень 52 фильтра.

В стенке опоры 50 сделаны сквозные отверстия 53. Пружина 49 одета на цилиндрические хвостовики 48 клапана 47 и 54 опоры 50 с упором во фланец 51 опоры 50 и торец 55 клапана. Клапан 47 без зазора прижат к стенке седла клапана 45 усилием предварительно сжатой пружины 49, таким образом, что между торцом промежуточной проставки 56 и фланцем 51 опоры клапана остается небольшой зазор 57, полностью выбираемый при действии на фильтр рабочего перепада давления в скважине.

Жесткость пружины 49 клапана 47 больше суммарной жесткости на осевое сжатие последовательно соединенных пружин 7 секций 35 фильтра и усилие предварительного поджатия пружины 49 определяется из условия открытия перепускного клапана при полном засорении фильтрующих элементов или при достижении заданной стадии их засорения.

Кроме того, предлагается фильтр для скважин (см. фиг. 6), отличающийся тем, что крышка 58 фильтра закреплена на последней опоре 6 последней секции 35 фильтра ввинчиванием по круглой резьбе в пружину 7 секции, а между крышкой 58 и опорой установлена уплотнительная прокладка 59.

Сборка предлагаемых фильтров для скважин проста и подробно не описывается.

При сборке всех предлагаемых фильтров сначала собирают все секции 1 или 35. Затем устанавливают на опору 5 или опору 30 первой секций 1 или 35 уплотнительную прокладку 15 и закрепляют на этих опорах промежуточную проставку 16 с шпильками 17 или проставку 34 с этими же шпильками. Устанавливают на опору 6 последней секций 1 или 35 уплотнительную прокладку 19 и закрепляют на этих опорах промежуточную проставку 20 с шпильками 21 или проставку 56 с этими же шпильками.

Дальнейшие операции сборки предлагаемых фильтров для скважин разные для разных конструкций.

При сборке фильтра (см. фиг. 1) на промежуточную проставку 20 устанавливают употнительную прокладку 24 и крышку 23 и закрепляют ее гайками 22. На последние опоры 6 секций 1 устанавливают уплотнительные прокладки 19 и заканчивают сборку фильтра, свинтив все его секции 1 друг с другом.

При сборке фильтра (см. фиг. 2) закрепляют первую часть 42 центрального пустотелого стержня 36 в промежуточной проставке 34 и собирают друг с другом секции 35, расположенные на длине этой части стержня. Соединительной втулкой 43 соединяют первую и вторую части 42 стержня 36 и в уже собранные секции 35 последовательно ввинчивают следующие секции 35 на длину второй части 42 стержня 36 и эти операции повторяют пока не соберут все секции фильтра друг с другом. Затем на промежуточной проставке 56 закрепляют крышку 40 гайками 22.

Сборка фильтров (см. фиг. 5 и 6) отличается от сборки фильтра (см. фиг. 2) только тем, что включает операции сборки перепускного клапана. Порядок выполнения этих операций ясен из фиг. 5 и 6 и не описывается.

Фильтрующие элементы предлагаемых фильтров для скважин нагружаются в рабочем процессе сжимающими осевыми и радиальными нагрузками. Для фильтров погружных насосов УЭЦН наиболее востребована величина тонкости фильтрации 100÷300 мкм. Фильтрующие элементы с такой тонкостью фильтрации могут быть изготовлены из проволоки с достаточно большим диаметром, например, с d=0,2 и даже 0,3 мм. Фильтрующие элементы из материала MP с плотностью материала, обеспечивающей такую тонкость фильтрации, изготовленные из проволоки такого диаметра обладают высокими жесткостью и прочностью на все виды действующей сжимающей нагрузки, причем применение проволоки с таким диаметром существенно снижает себестоимость изготовления фильтрующих элементов.

Как уже указывалось, выбор пружины перепускного клапана с жесткостью большей суммарной осевой жесткости пружин секций обеспечивает герметичную посадку клапана на седло на всех рабочих режимах фильтра, а надлежащий выбор усилия предварительного поджатия пружины клапана обеспечивает открытие клапана при достижении заданной стадии загрязнения фильтрующих элементов, что позволяет избежать смятия фильтрующих элементов даже при полном их загрязнении, и несмятые загрязненные фильтрующие элементы могут быть регенерированы.

Другие преимущества предлагаемых фильтров для скважин по сравнению с прототипом рассмотрены выше.

1. Фильтр для скважин, содержащий жестко и герметично соединенные друг с другом секции, набранные из состыкованных по торцам с осевым натягом цилиндрических тонкостенных фильтрующих элементов, изготовленных холодным прессованием из проволочного материала, и двух опор, на которые также с осевым натягом опираются первый и последний фильтрующие элементы секции, и последняя опора последней секции герметично закрыта крышкой, а первая опора первой секции герметично и жестко соединена с погружным насосом, отличающийся тем, что фильтрующие элементы каждой секции изготовлены из материала «Металлорезина» осевым прессованием или объемным прессованием с применением полиуретана, выполнены в трех модификациях: фильтрующие элементы с одним плоским торцом, которым они опираются на опору, и другим коническим с углом конуса от 60 до 90°, у одного элемента с внешним конусом, а другого - с внутренним, и промежуточные фильтрующие элементы секции выполнены с коническими торцами, с одним внешним и другим внутренним с конусом с углом , причем фильтрующие элементы секции стыкуются друг с другом таким образом, что внешний конус одного элемента с осевым натягом входит во внутренний конус другого элемента, образуя жесткий герметичный стык, внутрь секции фильтрующих элементов без радиального зазора или с возможно меньшим радиальным зазором вставлена спиральная пружина сжатия с нешлифованными торцами, свитая таким образом, что первые три или четыре витка пружины у каждого из двух ее торцов свиты вплотную друг с другом с минимально возможным углом подъема, а на длине каждого фильтрующего элемента секции пружина свита с таким шагом, что на его длине равномерно располагаются два, три или четыре витка пружины, а следующие два витка пружины свиты вплотную друг с другом с минимально возможным углом подъема и располагаются в собранной секции у стыка фильтрующих элементов так, что один виток располагается на конце одного элемента, а другой - на конце другого, длина пружины каждой секции фильтра подобрана так, чтобы у каждой собранной секции при навинчивании на пружину опор секции и создании заданной величины натяга в стыках фильтрующих элементов витки пружины не выступали за торцы опор, обе опоры каждой секции выполнены с внутренней круглой резьбой, по которой они навинчены на пружину с созданием заданного осевого натяга в стыках фильтрующих элементов секции друг с другом и с опорами секции, причем секция фильтрующих элементов сцентрирована в опорах, как по центрирующему буртику опоры, так и по последнему витку пружины в каждой группе свитых вплотную витков, расположенной на концах пружины, и на одной из них выполнен хвостовик с наружной круглой резьбой, по которой одна секция ввинчена в пружину другой секции до упора с натягом в уплотнительную прокладку, установленную встык между торцами опор соседних секций, в каждую опору до упора с натягом в витки пружины и упора головки винта в уплотнительную прокладку под ней ввинчены три или четыре стопорных винта, равнорасположенных по окружности, причем высота головки винта подобрана таким образом, что зазор между стенкой скважины или обсадной трубой и торцом головки винта не превышал 0.2÷0.3 мм, и первая опора первой секции фильтра выполнена с хвостовиком с метрической резьбой, на которую до упора в уплотнительную прокладку навернута промежуточная проставка с ввернутыми в нее шпильками для крепления к погружному насосу, а в последнюю опору последней секции фильтра, в ее пружину, хвостовиком с круглой резьбой до упора в уплотнительную прокладку, установленную встык между проставкой и опорой, ввернута промежуточная проставка, на которой закреплена крышка.

2. Фильтр для скважин по п.1, отличающийся тем, что опоры секций с хвостовиками выполнены с перегородкой, в которой выполнены сквозные центральное отверстие и три или четыре выкрушки, равнорасположенные по окружности, а в промежуточной проставке первой секции жестко закреплен пустотелый цилиндрический стержень со сквозными отверстиями, равнораспределенными как вдоль образующей стержня, так и в окружном направлении, причем внутренняя полость стержня через центральное отверстие в проставке сообщается с всасывающей полостью погружного насоса, и стержень с возможно меньшим зазором проходит через центральные отверстия перегородок опор секций, другим концом центральный стержень закреплен в крышке с возможностью смещения вдоль оси стержня, а между торцом стержня и крышкой имеется зазор, который в рабочем режиме фильтра полностью выбирается, и центральный стержень может быть выполнен составным из отдельных частей, соединенных втулками, навинченными на обе соединяемые части стержня.

3. Фильтр для скважин по п. 2, отличающийся тем, что в его конструкцию включен перепускной клапан, состоящий из седла клапана, выполненного в крышке в виде центрального сквозного конического отверстия с меньшим диаметром конуса со стороны внешнего давления, клапана в виде усеченного конуса с цилиндрическим хвостовиком, спиральной пружины сжатия и пустотелой опоры клапана, ввернутой до упора в ее фланец в пустотелый центральный стержень фильтра, в стенке опоры сделаны сквозные отверстия, пружина одета на цилиндрические хвостовики клапана и опоры с упором во фланец опоры и торец клапана, клапан без зазора прижат к стенке седла клапана усилием предварительно сжатой пружины, таким образом, что между торцом промежуточной проставки и фланцем опоры клапана остается зазор, полностью выбираемый при действии на фильтр рабочего перепада давления в скважине, жесткость пружины клапана больше суммарной жесткости на осевое сжатие последовательно соединенных пружин секций фильтра, и усилие предварительного поджатия пружины определяется из условия открытия перепускного клапана при полном засорении фильтрующих элементов или при достижении заданной стадии их засорения.

4. Фильтр для скважин по п. 3, отличающийся тем, что крышка фильтра закреплена на последней опоре последней секции фильтра ввинчиванием по круглой резьбе в пружину секции, а между крышкой и опорой установлена уплотнительная прокладка.



 

Похожие патенты:
Наверх