RU2720845C1 - Downhole pump filter - Google Patents

Abstract

FIELD: oil and gas industry.SUBSTANCE: invention relates to oil and gas industry, in particular, to filters for downhole pumps to protect them from clogging with particles contained in fluid. Device includes two perforated connection pipes – filter, the first of which is interconnected by communication line with pump reception and equipped with lower adapter with check valve, and second is communicated with communication line through check valve and is made in form of cap plugged at one end. Second filter is plugged from below and installed coaxially from the bottom of the first filter due to tight connection to the lower adapter. Casing with open top edge installed in well below fluid hydrodynamic level is installed outside of first filter.EFFECT: simplified manufacturing and increased reliability due to absence of complex and movable parts, wherein the filter enables collection of particles with density lower than the density of the well fluid, leading to a rapid clogging of the entire filter, especially during hoisting operations and forced production.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к фильтрам для глубинных скважинных насосов для защиты их от засорения содержащимися в жидкости частицами.The invention relates to the oil and gas industry, in particular to filters for deep well pumps to protect them from clogging by particles contained in the liquid.

Известен фильтр скважинного насоса (патент RU № 2161696, МПК E21B 43/08, опубл. 10.01.2001 Бюл. № 1), содержащий перфорированную приемную трубу и охватывающий ее снизу патрубок, причем патрубок снабжен фрикционным башмаком для фиксации его в обсадной колонне скважины и возможности перемещения приемной трубы вверх при всасывании насоса, перемещения этой трубы вниз при нагнетании насоса, всасывания и вытеснения скважинной жидкости через отверстия приемной трубы.A well pump filter is known (patent RU No. 2161696, IPC E21B 43/08, publ. 01/10/2001 Bull. No. 1), containing a perforated receiving pipe and covering it from below the pipe, and the pipe is equipped with a friction shoe for fixing it in the casing of the well and the possibility of moving the receiving pipe upwards when the pump is sucked in, moving this pipe downwards when the pump is pumping, suction and displacement of the well fluid through the openings of the receiving pipe.

Недостатками данного фильтра являются сложность изготовления из-за наличия герметичного подвижного соединения патрубка к приемной трубе и необходимости фиксации фрикционного башмака в обсадной колонне, а также отсутствие возможности сбора частиц с плотностью меньшей плотности скважинной жидкости, приводящих к быстрому засорению всего фильтра.The disadvantages of this filter are the difficulty of manufacturing due to the presence of a hermetic movable connection of the pipe to the receiving pipe and the need to fix the friction shoe in the casing, as well as the inability to collect particles with a density of lower density of the well fluid, leading to rapid clogging of the entire filter.

Известен также фильтр штангового насоса (патент на ПМ RU № 106304, МПК E21B 43/08, опубл. 10.07.2011 Бюл. № 19), состоящий из герметично соединенных между собой наружной и внутренней труб и заглушки снизу, внутренняя труба, имеющая по телу отверстия, соединена с наружной трубой, также имеющей по телу отверстия, в муфтовом соединении с патрубком с помощью шайбы, приваренной к торцу внутренней трубы, причем внутренняя труба имеет в нижней части обратный клапан в виде золотника.A suction pump filter is also known (patent for PM RU No. 106304, IPC E21B 43/08, published on 07/10/2011 Bull. No. 19), consisting of an outer and inner pipe and a cap at the bottom, an inner pipe having a body holes, connected to an outer pipe, also having holes in the body, in a sleeve connection with a pipe using a washer welded to the end of the inner pipe, the inner pipe having a check valve in the lower part in the form of a spool.

Недостатками данного фильтра являются сложность изготовления из-за наличия сложного золотника и фильтров, вставленных коаксиально, и отсутствие возможности сбора частиц с плотностью меньшей плотности скважинной жидкости, приводящих к быстрому засорению всего фильтра.The disadvantages of this filter are the difficulty of manufacturing due to the presence of a complex spool and filters inserted coaxially, and the inability to collect particles with a density lower density of the well fluid, leading to rapid clogging of the entire filter.

Наиболее близким является фильтр скважинного штангового насоса (патент SU № 973926, МПК F04B 53/20, F04B 47/00, опубл. 15.11.1982 Бюл. № 42), содержащих два перфорированных патрубка, наружный из которых снабжен нижним переводником и на наружной поверхности которого намотана сетка, а внутренний снабжен обратным клапаном, и линию связи с приемом насоса, причем перфорированные патрубки расположены коаксиально друг другу с образованием кольцевого канала, служащего линией связи с приёмом насоса, а обратный клапан выполнен шаровым и установлен в нижнем переводнике, причем последний связан с внутренним перфорированным патрубком, который выполнен в виде стакана, имеющего общую полость с обратным клапаном.The closest is a well pump sucker rod filter (patent SU No. 973926, IPC F04B 53/20, F04B 47/00, publ. 11/15/1982 Bull. No. 42), containing two perforated nozzles, the outer of which is equipped with a lower sub and on the outer surface which the wire is wound, and the inner one is equipped with a check valve, and a communication line with the pump inlet, and the perforated nozzles are coaxial to each other with the formation of an annular channel, which serves as a communication line with the pump inlet, and the check valve is made spherical and installed in the lower sub with an internal perforated nozzle, which is made in the form of a glass having a common cavity with a check valve.

Недостатками данного фильтра являются сложность изготовления из-за наличия сложного золотника и фильтров, вставленных коаксиально, и отсутствие возможности сбора частиц с плотностью меньшей плотности скважинной жидкости, приводящих к быстрому засорению всего фильтра, особенно при спускоподъёмных операциях и при форсированном отборе.The disadvantages of this filter are the difficulty of manufacturing due to the presence of a complex spool and filters inserted coaxially, and the inability to collect particles with a density lower density of the well fluid, leading to rapid clogging of the entire filter, especially during tripping and forced sampling.

Технической задачей предполагаемого изобретения является создание простой и надежной конструкции фильтра скважинного насоса, позволяющей осуществлять сбор частиц с плотностью меньшей плотности скважинной жидкости, приводящих к быстрому засорению всего фильтра, особенно при спускоподъёмных операциях и при форсированном отборе.The technical task of the proposed invention is the creation of a simple and reliable design of the filter of the well pump, which allows the collection of particles with a density of lower density of the well fluid, leading to rapid clogging of the entire filter, especially during tripping and forced sampling.

Техническая задача решается фильтром скважинного насоса, включающим два перфорированных патрубка – фильтра, первый из которых сообщен линией связи с приёмом насоса и снабжен нижним переводником с обратным клапаном, а второй сообщен с линией связи через обратный клапан и выполнен в виде заглушенного с одного конца стакана.The technical problem is solved by a well pump filter, which includes two perforated nozzles - filters, the first of which is communicated with a communication line with the pump inlet and is equipped with a lower sub with a check valve, and the second is communicated with a communication line through a check valve and made in the form of a muffled glass from one end.

Новым является то, что второй фильтр заглушен снизу и установлен соосно снизу первого фильтра за счет герметичного соединения с нижним переводником, при этом снаружи первого фильтра установлен кожух с открытым верхним краем, устанавливаемым в скважине ниже гидродинамического уровня жидкости.What is new is that the second filter is plugged at the bottom and installed coaxially at the bottom of the first filter due to a tight connection with the lower sub, while a casing with an open upper edge installed in the well below the hydrodynamic level of the liquid is installed outside the first filter.

На чертеже изображена схема работы фильтра в скважине в поперечном разрезе.The drawing shows a diagram of the filter in the well in cross section.

Фильтр скважинного насоса включает два перфорированных патрубка – фильтры 1 и 2, первый 1 из которых сообщен линией связи 3 с приёмом 4 насоса (не показан) и снабжен нижним переводником 5 с обратным клапаном 6, а второй 2 сообщен с линией связи через обратный клапан 6 и выполнен в виде закрытого заглушкой 7 снизу стакана. Второй фильтр 2 установлен соосно снизу первого фильтра 1 за счет герметичного соединения с нижним переводником 5. Снаружи первого фильтра 1 установлен кожух 8 с открытым верхним краем 9, устанавливаемым в скважине ниже гидродинамического уровня 10 жидкости.The well pump filter includes two perforated nozzles - filters 1 and 2, the first 1 of which is connected by a communication line 3 with a reception 4 of a pump (not shown) and equipped with a lower sub 5 with a check valve 6, and the second 2 is connected to the communication line through a check valve 6 and is made in the form of a cup closed by a plug 7 from the bottom. The second filter 2 is mounted coaxially from the bottom of the first filter 1 due to a tight connection with the lower sub 5. Outside the first filter 1, a casing 8 is installed with an open upper edge 9 installed in the well below the hydrodynamic level 10 of the fluid.

Фильтры 1 и 2 могут быть выполнены любой известной конструкции (например, патенты на ПМ RU №№ 65123, 69144, 193381 или т.п.), применяемой исходя из вида и количества частиц в скважинной жидкости, авторы на это не претендуют. Насос может быть плунжерным с устьевым приводом (станок-качалка, цепной привод или т.п. при помощи штанг – не показаны), винтовым с устьевым приводом или скважинным электрическим приводом, электроцентробежным со скважинным электрическим приводом или т.п. – авторы на это не претендуют.Filters 1 and 2 can be made of any known design (for example, patents for PM RU No. 65123, 69144, 193381 or the like), used based on the type and number of particles in the well fluid, the authors do not claim this. The pump can be a plunger with a wellhead drive (a rocking machine, a chain drive or the like with the help of rods - not shown), a screw with a wellhead drive or a borehole electric drive, an electric centrifugal pump with a borehole electric drive, or the like. - the authors do not claim it.

Конструктивные элементы, уплотнения и технологические соединения, не влияющие на работоспособность фильтра, на чертеже не показаны или показаны условно.Structural elements, seals and process connections that do not affect the filter’s performance are not shown or are conventionally shown in the drawing.

Фильтр работает следующим образом.The filter works as follows.

Часто в жидкости, находящейся в скважине 11 (показано условно), кроме взвешенных частиц и частиц плотнее жидкости присутствуют частицы (капли битума, не плотная порода пласта или т.п.) менее плотные, чем жидкость, имеющие очень часто больший объем, чем другие частицы. Менее плотные частицы, всплывая на поверхность до уровня 10 жидкости, скапливаются там, так как не захватываются фильтрами 1 и/или 2 при нормальной работе насоса. Однако при спускоподъемных операциях эти частицы налипают на поверхности фильтров 1 и/или 2 засоряя их до начала еще эксплуатации (уменьшая резко время продуктивной работы фильтров 1 и/или 2 до их загрязнения), также при форсированном отборе жидкости насосом, эти частицы, захваченные потоком жидкости быстро забивают фильтры 1 и/или 2. Для исключения подобных явлений первый фильтр 1 снаружи оснащают при сборке кожухом 8.Often in a liquid located in a well 11 (conventionally shown), in addition to suspended particles and particles denser than a liquid, there are particles (bitumen droplets, not dense rock of the formation or the like) less dense than a liquid having very often a larger volume than others particles. Less dense particles, floating up to the surface to liquid level 10, accumulate there, as they are not captured by filters 1 and / or 2 during normal pump operation. However, during tripping operations, these particles stick to the surface of filters 1 and / or 2, clogging them before they are still in use (drastically reducing the productive time of filters 1 and / or 2 before they become contaminated), also during forced liquid withdrawal by a pump, these particles captured by the flow liquids quickly clog filters 1 and / or 2. To exclude such phenomena, the first filter 1 is equipped on the outside with a casing 8 for assembly.

Перед спуском в скважину 11 определяют гидростатический уровень 10 жидкости в ней. Исходя из предполагаемого объема обора насосом и дебита скважины, прогнозируют расположение гидродинамического уровня 10 жидкости в скважине. После чего выбирают высоту кожуха 8, верхний край 9 которого после спуска фильтра в скважину 11 должен располагаться ниже гидродинамического уровня 10 при работе насоса с приемом 4, располагаемым также ниже гидродинамического уровня 10 жидкости для эффективной работы в скважине. Фильтр собирают, присоединяя к нижнему переводнику 5 сверху первый фильтр 1, а снизу – второй фильтр 2 с заглушкой 7, исключающей прямое сообщение второго фильтра 2 со скважиной 11 после спуска в нее. Первый фильтр 1 соединяют с приемом 4 насоса и вместе с ним на колонне лифтовых труб (не показаны) спускают в скважину 11 в интервал установки с соблюдением расположения приема 4 насоса и верхнего края 9 кожуха 8. Насос при помощи привода запускают в работу на откачу жидкости, в результате на приеме 4 насоса и внутри первого фильтра 1 создается разряжение. При этом жидкость из скважины 11 сверху из-под уровня 10 жидкости вместе с плавающими менее плотными частицами прокачивается по пространству 12 между кожухом 8 и фильтром 1, жидкость поступает внутрь фильтра 1, оттуда по линии связи 3 на приём 4 насоса и далее по колонне лифтовых труб на поверхность, а частицы задерживаются на поверхности первого фильтра 1. Так как клапан 6 является естественным гидравлическим сопротивлением, поэтому пока сопротивление первого фильтра 1 меньше усилия открытия клапана 6, создаваемого перепадом давлений между полостями первого фильтра 1 и второго фильтра 2, поэтому клапан 6 остается закрытым, и жидкость через второй фильтр 2 не перекачивается. По мере засорения частицами первого фильтра 1 внутри него создается большее разряжение, открывающее клапан 6, в результате жидкость из-под уровня 10 поступает через пространство 12 и первый фильтр 1 и через второй фильтр 2 и клапан 6 в линию связи 3 приёма 4 насоса для перекачки на поверхность. По мере засорения более крупными частицами первого фильтра 1 в работу все больше вступает жидкость, очищенная вторым фильтром 2, на приём 4 насоса до полного замещения. После засорения поверхности второго фильтра 2 (определяется увеличением выше допустимой нагрузки на штангах устьевого привода, увеличением выше допустимой потребляемой энергии погружных электрических приводов или. т.п.) насос вместе с фильтром поднимают на поверхность для обслуживания или замены. Допустимая нагрузка или допустимое значение потребляемой энергии берется из паспортных данных насосов и соответствующих приводов.Before the descent into the well 11 determine the hydrostatic level 10 of the liquid in it. Based on the estimated volume of pump overshot and well flow rate, the location of the hydrodynamic level 10 of the fluid in the well is predicted. After that, choose the height of the casing 8, the upper edge 9 of which, after the filter is lowered into the well 11, should be located below the hydrodynamic level 10 when the pump is operated with the intake 4 located also below the hydrodynamic level 10 of the liquid for effective work in the well. The filter is assembled by attaching the first filter 1 to the lower sub 5 from above and the second filter 2 from the bottom with a plug 7, which excludes the direct communication of the second filter 2 with the well 11 after descent into it. The first filter 1 is connected to the intake 4 of the pump and with it on the column of elevator pipes (not shown) is lowered into the well 11 in the installation interval, observing the location of the intake 4 of the pump and the upper edge 9 of the casing 8. The pump is launched into the pumping operation using a drive , as a result, at the intake 4 of the pump and inside the first filter 1, a vacuum is created. In this case, the liquid from the well 11 from above from below the liquid level 10 along with floating less dense particles is pumped through the space 12 between the casing 8 and the filter 1, the liquid enters the filter 1, from there, via communication line 3, to the intake of 4 pumps and then through the lift column pipes to the surface, and particles are trapped on the surface of the first filter 1. Since valve 6 is a natural hydraulic resistance, therefore, while the resistance of the first filter 1 is less than the opening force of valve 6, created by the pressure difference between the cavities of the first filter 1 and the second filter 2, therefore, valve 6 remains closed, and the liquid through the second filter 2 is not pumped. As particles of the first filter 1 become clogged, a larger vacuum is created inside it, opening the valve 6, as a result, liquid from under level 10 enters through the space 12 and the first filter 1 and through the second filter 2 and valve 6 into the communication line 3 of the pump 4 for pumping to the surface. As the particles of the first filter 1 become clogged, the liquid purified by the second filter 2 comes into operation more and more, to receive 4 pumps until it is completely replaced. After clogging the surface of the second filter 2 (determined by an increase above the allowable load on the rods of the wellhead drive, an increase above the allowable energy consumption of submersible electric drives or the like), the pump together with the filter is lifted to the surface for maintenance or replacement. The permissible load or the permissible value of the consumed energy is taken from the passport data of the pumps and the corresponding drives.

Как показала практика при подъеме фильтра на поверхности второго фильтра 2 даже после форсированной добычи (для увеличения депрессии на вскрытый продуктивный пласт – не показан) практически отсутствовали отложения из плавающих в скважинной жидкости частиц. При этом время до необходимого обслуживания фильтра (очистка или замена фильтров 1 и 2) за счет первоначального отбора плавающих в жидкости скважины 11 частиц с задержкой его в первом фильтре 1 увеличилось по сравнению с аналогами более чем в 2 раза.As practice has shown, when lifting the filter on the surface of the second filter 2, even after forced production (to increase the depression on the opened reservoir - not shown), there were practically no deposits from particles floating in the well fluid. At the same time, the time until the filter needs to be serviced (cleaning or replacing filters 1 and 2) due to the initial selection of particles floating in the borehole fluid 11 with a delay in the first filter 1 increased by more than 2 times in comparison with analogs.

Предлагаемый фильтр скважинного насоса прост и надежен в изготовлении и работе за счет отсутствия сложных и подвижных деталей, при этом позволяет осуществлять сбор частиц с плотностью меньшей плотности скважинной жидкости, приводящих к быстрому засорения всего фильтра, особенно при спускоподъёмных операциях и при форсированном отборе.The proposed well pump filter is simple and reliable to manufacture and operate due to the absence of complex and moving parts, while it allows the collection of particles with a density lower density of the well fluid, leading to rapid clogging of the entire filter, especially during tripping and forced sampling.

Claims (1)

Фильтр скважинного насоса, включающий два перфорированных патрубка – фильтра, первый из которых сообщен линией связи с приемом насоса и снабжен нижним переводником с обратным клапаном, а второй сообщен с линией связи через обратный клапан и выполнен в виде заглушенного с одного конца стакана, отличающийся тем, что второй фильтр заглушен снизу и установлен соосно снизу первого фильтра за счет герметичного соединения с нижним переводником, при этом снаружи первого фильтра установлен кожух с открытым верхним краем, устанавливаемым в скважине ниже гидродинамического уровня жидкости.A well pump filter, including two perforated nozzles - filters, the first of which is communicated with a communication line with the pump intake and is equipped with a lower sub with a check valve, and the second is communicated with a communication line through a check valve and is made in the form of a muffled glass at one end, characterized in that that the second filter is plugged at the bottom and installed coaxially at the bottom of the first filter due to a tight connection with the lower sub, while a casing with an open upper edge installed in the well below the hydrodynamic level of the liquid is installed outside the first filter.

Images