Пружинные фильтры для глубинно

Защита внутрискважинного оборудования от мехпримесей
ПРУЖИННЫЕ ФИЛЬТРЫ ДЛЯ ГЛУБИННО-НАСОСНОГО
ОБОРУДОВАНИЯ
ЗУЕВ Александр Николаевич
Заместитель директора по сервису
ООО «РУСЭЛКОМ»
ГУБАЕВ Азат Зуфарович
Инженер-конструктор ООО «РУСЭЛКОМ»
ФИЛЬТР СКВАЖИННЫЙ РЕГУЛИРУЕМЫЙ
ФРНП-1УМ
В
настоящее время большая часть отказов ГНО происходит вследствие засорения и износа рабочих органов мехпримесями, причем с каждым годом эта
проблема становится все более острой. Защитить оборудование от влияния данного осложняющего фактора можно посредством применения фильтров щелевого типа с
круглым сечением проволоки производства компании
«РУСЭЛКОМ». Для защиты УСШН нефтяные компании сегодня применяют фильтр скважинный регулируемый
ФРНП-1УМ, газопесочное регулируемое устройство ГРУ-1,
десендер ГРУ-3; для защиты УЭЦН — фильтр блочный
регулируемый ФБР-5 (ФБР-5А).
Для защиты УСШН от мехпримесей, содержащихся
в пластовой жидкости был разработан фильтр скважинный регулируемый ФРНП-1УМ. Данный фильтр
предотвращает попадание мехпримесей на прием ГНО
(рис. 2). В его состав входит пружинный фильтрующий
элемент, защищенный от механических воздействий
корпусом, предусмотрена регулировка степени очистки. Модульная конструкция в коррозионно-стойком
исполнении оснащена центратором, который, во-первых, позволяет пластовой жидкости равномерно поступать в фильтр, во-вторых, облегчает спуск и подъем.
Для борьбы с воздействием мехпримесей на работу
ГНО могут применяться фильтры щелевого и пружинного типов (рис. 1). В настоящее время нефтяные компании
чаще всего используют фильтры щелевого типа с треугольным сечением проволоки фильтроэлемента. Вместе с тем в фильтрах производства «РУСЭЛКОМ» в качестве фильтрующего элемента применяется цилиндрическая пружина сжатия с круглым сечением проволоки.
Для круглого сечения характерны меньшее гидродинамическое сопротивление и коноидальный профиль сечения межвиткового зазора. Проходя через
зазор, жидкость разгоняется, при этом давление жидкости уменьшается обратно пропорционально росту
ее скорости:
Таблица 1
Технические характеристики фильтра ФРНП-1УМ
Параметр
Значение
Межвитковый зазор, мм
0…0,75
Длина, мм
730
Диаметр, мм
89
Ширина по ребрам, мм
111
Масса, кг
12
Таблица 2
Технические характеристики фильтра ГРУ-1
,
где: V — скорость движения добываемой жидкости;
P — давление добываемой жидкости.
Исследования показали, что большая скорость потока жидкости в проволоке с круглым сечением способствует меньшему налипанию АСПО и отложению
солей в зазоре между витками. На внешней стороне
такого фильтроэлемента отсутствуют застойные зоны,
что обеспечивает минимальное осаждение АСПО и солей на поверхности.
Параметр
значение
Межвитковый зазор, мм
0…0,75
Длина, мм
1430
Диаметр, мм
89
Ширина по ребрам, мм
111
Длина фильтрующей секции, мм
650
Масса, кг
30
Таблица 3
32
№11–12/2011
Месторождение
№ cкважины
Типоразмер
УСШН
СНО до внедрения,
сут
Дата установки
Текущая наработка, сут
Мишкинское
1450
НН-57
16,5
18.08.09 г.
45
Лиственское
4322
НН-57
45
07.08.09 г.
133
Реклама
Результаты ОПИ ГРУ-1 в ОАО «Удмуртнефть»
Рис. 1. Схема щелевого и пружинного фильтров
Сечение «ТРЕУГОЛЬНОЕ»
Фильтр щелевой
Таблица 4
Технические характеристики десендера ГРУ-3
Сечение «КРУГЛОЕ»
Фильтр пружинный
Параметр
Значение
Межвитковый зазор, мм
0…0,75
Длина, мм
1225
Диаметр, мм
89
Ширина по ребрам, мм
111
Длина фильтрующей секции, мм
650
Масса, кг
23
Рис. 3. Принцип работы ФРНП-1УМ
СШН
Рис. 2. Фильтр скважинный регулируемый ФРНП-1УМ
Муфта
Пружина
Пружина
Место для захвата
ФРНП-1УМ
Шламосборник
Центратор
Реклама
Реклама
инженерная практика
Мехпримеси
Жидкость с
мехпримесями
Очищенная
жидкость
№11–12//2011
33
Защита внутрискважинного оборудования от мехпримесей
Рис. 4. Газопесочное регулируемое устройство ГРУ-1
Входная секция
Также предусмотрены место для захвата инструментом
и возможность применения шламосборника.
Добываемая жидкость очищается от мехпримесей,
проходя через межвитковые зазоры пружинного
фильтроэлемента. Примеси, прошедшие через фильтроэлемент, оседают в шламосборнике (рис. 3).
Конструкция фильтра предусматривает возможность регулирования межвиткового зазора с помощью
регулировочной гайки (табл. 1). В первом варианте
Рис. 5. Принцип работы ГРУ-1
Центратор
Фильтрующая секция
Заглушка
34
№11–12/2011
Реклама
Центратор
Таблица 5
Технические характеристики фильтра ФБР-5 (ФБР-5А)
Параметр
Значение
Число фильтрующих секций
Пропускная способность,
м3/сут,
при зазоре 0,1 мм
Длина, мм
Масса, кг
ФБР-5 (ФБР-5А)
Рис. 6. Десендер ГРУ-3
2
3
4
5
6
45
60
125
160
200
1300
1800
2300
2800
3300
40 (45)
54 (60)
68 (75)
82 (91)
96 (106)
Рис. 7. Принцип работы десендера ГРУ-3
СШН
Секция фильтрующая
ГРУ-3
Центратор
Секция нижняя
Шламосборник
Шнек
Реклама
Реклама
инженерная практика
Попутный
газ
Мехпримеси
Добываемая
жидкость
№11–12//2011
35
Защита внутрискважинного оборудования от мехпримесей
Рис. 8. Фильтр блочный регулируемый ФБР-5 (ФБР-5А)
Рис. 9. Принцип работы ФБР-5
ЭЦН
Головка
ФБР
Секция фильтрующая
ПЭД
Основание
Жидкость с
мехпримесями
Очищенная
жидкость
конструкции фильтра было две гайки — верхняя и
нижняя, затем мы оставили одну верхнюю.
Необходимое количество фильтрующих элементов
в каждом конкретном случае подбирается исходя из
размера частиц, содержащихся в пластовой жидкости.
Таблица 6
Технические характеристики фильтра самоочищающегося бурового ФСБ
Типоразмер ФСБ
106
120
127
145
155
172
176
195
240
Пропускная способность, л/с
12
20
20
20
30
32
32
40
40
Присоединительные резьбы
ГОСТ Р-50864-96
З–88
(З–86)
З–102
З–101
(З–102)
З–117
З–133
З–147
З–147
З–147
(З–171)
З–171
Монтажная длина, мм
1360
1560
1560
1560
1870
1870
1870
2250
2300
Межвитковый зазор, мм
36
№11–12/2011
Значение
1,5–4
Реклама
Параметр
Переводник
В 2009 году на скважинах «РН-Краснодарнефтегаза» смонтировано четыре фильтра ФРНП-1УМ. Применение ФРНП позволило увеличить СНО УСШН с 50
до 110 суток. Также существенное увеличение наработки посредством применения фильтров данного типа было достигнуто в «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтегазе»
и «Ямашнефти». Причем в «Ямашнефти» наработка
некоторых скважин превысила 1000 суток.
ГАЗОПЕСОЧНОЕ РЕГУЛИРУЕМОЕ
УСТРОЙСТВО ГРУ-1
В 2008 году на базе фильтра ФРНП-1УМ было
спроектировано газопесочное регулируемое устройство ГРУ-1 (рис. 4; табл. 2), сочетающее в себе функции фильтра и газосепаратора: предотвращает попадание мехпримесей и попутного газа на прием ГНО.
Данное устройство обеспечивает работу СШН в
скважинах с повышенным содержанием попутного
газа. Добываемая жидкость при входе в ГРУ-1 очищается от пузырьков газа, а проходя через фильтрующую пружину, очищается от мехпримесей. Все
отсеянные частицы оседают в шламосборнике (рис.
5). Фильтрующий элемент в составе ГРУ-1 представляет собой коррозионно-стойкую пружину. К особенностям устройства можно отнести модульность конструкции, что позволяет компоновать несколько секций, исходя из требований заказчика. Шламосборник
собирается из труб НКТ, привинчивается к нижней
муфте устройства и закрывается специальной заглушкой.
ГРУ-1 прошло ОПИ в ОАО «Удмуртнефть». Получены положительные результаты: благодаря использованию устройства удалось существенно повысить наработку УСШН (табл. 3).
Гайка
регулировочная
Центратор
Корпус
Пружина
Патрубок
Переводник
ДЕСЕНДЕР ГРУ-3
Реклама
Реклама
инженерная практика
Рис. 10. Фильтр самоочищающийся буровой ФСБ
На базе ГРУ-1 в 2010 году был спроектирован десендер ГРУ-3 (рис. 6). Это устройство также предотвращает попадание мехпримесей и попутного газа
на прием СШН. Но в отличие от ГРУ-1 ГРУ-3 имеет
три ступени очистки добываемой жидкости от мехпримесей — механическую, гидроциклонную и гравитационную.
Добываемая жидкость на входе в десендер ГРУ-3
очищается от пузырьков газа и крупных частиц мехпримесей, далее протекая через шнек, мехпримеси отделяются от жидкости центробежными силами, затем ток
жидкости изменяется на 180° и она поступает на прием
СШН (рис. 7). При этом мехпримеси отделяются гравитационными силами. Отсеянные примеси оседают в
шламосборнике.
Технические характеристики ГРУ-3 в целом схожи
с таковыми ГРУ-1 (табл. 4).
ФИЛЬТР БЛОЧНЫЙ РЕГУЛИРУЕМЫЙ
ФБР-5 (ФБР-5А)
В 2007–2008 годах на базе ФРНП-1УМ был спроектирован фильтр блочный регулируемый, предназначенный для защиты УЭЦН габарита 5 и 5А от мехпримесей
ФБР-5 и ФБР-5А соответственно.
К особенностям фильтров ФБР-5 (ФБР-5А) следует
отнести малые габариты (диаметр ФБР-5 равен 103
мм, ФБР-5А - 108 мм), блочную конструкцию, регулируемый фильтрующий зазор, самоочищающийся
фильтроэлемент. Важно также отметить надежную защиту фильтроэлемента и ремонтопригодность конструкции (рис. 8). Добываемая жидкость очищается от
мехпримесей, проходя через межвитковые зазоры
пружинного фильтроэлемента (рис. 9).
№11–12//2011
37
Защита внутрискважинного оборудования от мехпримесей
ВЫДЕРЖКИ ИЗ ОБСУЖДЕНИЯ
Фильтрующая секция ФБР-5 работает по принципу
отсеивателя мехпримесей, содержащихся в добываемой жидкости. Регулировка межвиткового зазора пружины осуществляется регулировочным винтом по четырем значениям: 0,1; 0,4; 0,7 и 1 (табл. 5).
Детали фильтрующей секции выполнены из коррозионно-стойких материалов, пружина обладает способностью инерционного самоочищения. Радиальные
подшипники выполнены из карбида вольфрама.
Для односекционного ФБР-5 при подаче ЭЦН
45 м 3 /сут проведен расчет перепада давления на
фильтрующей секции. Перепад давления составил
0,0018 атм.
Фильтр прошел стендовые испытания в ОАО
«БЭНЗ». Сравнение данных протокола испытаний, в
первом случае использовались входной модуль МВ-5, а
во втором — фильтр ФБР-5, показали ссопоставимые
результаты. В первом случае напор составил 5,02 м, а
расход 60 м3/сут, во втором — 5,26 м и 60 м3/сут соответственно. По заключению завода ФБР-5 может использоваться в комплектации ЭЦН.
В настоящее время фильтры ФБР-5 внедрены на
скважинах «РН-Краснодарнефтегаза». Согласно показателям работы одной из скважин, наработка ГНО
до установки ФБР-5 в среднем составляла 35 сут, а
после установки фильтра — превысила 160 сут, скважина продолжает работать.
38
№11–12/2011
В 2011 году проведены ОПИ ФБР-5 на скважинах
после ГРП Шершневского месторождения «ЛУКОЙЛПЕРМИ». По результатам испытаний, наработка оборудования скв. №65 составила 187 сут, №101–192 сут.
Оборудование на скважинах продолжает работать без
сбоев в постоянном режиме.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ РАЗРАБОТКИ
В настоящее время продолжается техническое
совершенствование фильтров. Например, основание ФБР-5 (5А) будет оснащено перепускными клапанами КП-0,5, которые выполнены из твердого
сплава и позволяют регулировать давления открытия 2–5 атм. Это дает возможность производить добычу нефти насосом ЭЦН в случае засорения
фильтрующих секций ФБР-5 (ФБР-5А). При открытии
клапанов КП-0,5 срабатывает эффект обратной промывки фильтрующего элемента и дальнейшей работы ФБР-5 в штатном режиме.
Другая перспективная технология разрабатывается совместно с НПФ «Пакер». Это однопакерная компоновка для насосной эксплуатации нефтяных скважин с целью уменьшения выноса мехпримесей из
ПЗП 1ПРОК-ФА-1, рассчитанная на давление до 35
МПа.. Данная компоновка может использоваться для
насосной эксплуатации скважин с целью уменьшения
выноса мехпримесей из ПЗП в ЭК условным наружным диаметром труб 140–219 мм.
Наконец, еще одна новая разработка — фильтр самоочищающийся буровой ФСБ — предназначен для
очистки бурового раствора, перед его поступлением к
буровому инструменту (табл. 6, рис. 10). S
ООО «РУСЭЛКОМ»
426065, Российская Федерация,
Республика Удмуртия, г. Ижевск,
ул. Автозаводская, д.7
Тел./факс: +7 (3412) 601-541, 917-545, 917-544
Тел.: +7 (3412) 601-541, 601-542, 917-545
market@okbnp.ru
http://www.okbnp.ru
Реклама
Вопрос: Александр Николаевич в презентации Вы представили отзывы о работе фильтров производства ООО «РУСЭЛКОМ». Почему один из актов подписан технологом цеха, а не главным инженером?
Александр Зуев: Это обусловлено тем, что в данном случае представлен
промежуточный итог работы нашего оборудования.
Вопрос: Какова длина фильтра ФБР-5 для ЭЦН-80?
А.З.: Длина складывается из суммарной длины основания и головки фильтра —
0,5 м и трех фильтрующих секций каждая длиной по 0,5 м — итого 2 м.
Вопрос: Одинаков ли размер щели в середине и внизу фильтра?
А.З.: Небольшое расхождение есть. В целом, если мы ставим зазор 0,1 мм,
частицы диаметром больше 0,15 мм через фильтр не проходят. Пружины
не могут быть просчитаны в этом плане со 100%-ной точностью.
Вопрос: Частицы, как правило, не имеют правильной круглой формы, а значит, неизбежно будут застревать в щелевом фильтре, а последний будет засоряться...
А.З.: Когда пружина щелевого фильтра с круглым сечением находится в вертикальном положении, в процессе вибрации витки несколько смещаются
относительно друг друга, это исключает застревание частиц.
Вопрос: Какую твердость механических примесей способен выдержать пружинный фильтроэлемент.
А.З.: Для разных типов пружин — от 5 до 7 баллов по шкале Мооса.
Вопрос: Для ЭЦН какой производительности ваши фильтры наиболее эффективны?
А.З.: Результаты ОПИ показывают, что наши фильтры наиболее эффективны
для ЭЦН небольшой производительности — до 160, максимум — 250 м3/сут.
Для насосов более высокой производительности требуются фильтры с большими проходными отверстиями, что снижает эффективность фильтрации
мехпримесей.
Реклама
подписка
Инженерная практика
www.glavteh.ru
Подписка на 2012 год
❏
❏
годовая подписка
полугодовая подписка
12 000 р.
7 500 р.
Для оформления подписки на журнал,
пожалуйста, заполните анкету
и пришлите удобным для Вас способом
(почта, факс или e-mail)
❏ печатная версия
❏ электронная версия
____ количество экземпляров
____ количество экземпляров
Для подписчиков из стран СНГ доставка каждого номера 200 р.
Подписка оформляется через редакцию — на сайте www.glavteh.ru,
а также по каталогу «Пресса России», 43192.
Почтовый адрес: 109428, г. Москва, Рязанский проспект, д. 30/15, офис 807.
Менеджер отдела подписки: Дарья Мирончикова.
Тел./факс: +7 (495) 371-05-74. E-mail: info@glavteh.ru.
Сайт: www.glavteh.ru, ИнженернаяПрактика.РФ