Деформируемый скважинный сетчатый фильтр и способ его установки

Настоящее изобретение относится к скважинному сетчатому фильтру, предотвращающему попадание в предназначенную для добычи углеводородного сьтрья эксплуатационную СКВЗЯСИНУ ТВСрДЫХ ЧЗСТИЦ, таких как ПССОК И другие минералы пласта, гравий и/или расклинивающий агент.В частности изобретение относится к скважинному сетчатому фильтру, в котором имеется, по крайней мере, один имеющий по существу форму трубы фильтрующий слой,размер ячеек которого выбран с учетом размера ЧЗСТИЦ, КОТОрЫС не ДОЛЭКНЪ 1 ПРОХОДИТЬ ЧСрСЗ сетчатый фильтр.Такие сетчатые фильтры известны, например, из описания патента Великобритании 2115040. Известный сетчатый фильтр может,кроме того, иметь наружный и/или внутренний защитные слои, оси которых совпадают с осью фильтрующего слоя и которые изготовлены из сетки, размеры ячеек которой больше размеров ячеек фильтрующего слоя или слоев.Проблема, присущая известным сетчатым фильтрам, заключается в том, что тканая проволочная сетка и другие фильтрующие листы являются хрупкими и могут легко сжиматься и разрушаться во время установки и эксплуатации фильтра.Весьма небольшая деформация фильтрующего листа может привести к изменению размера ячеек и, как следствие этого, к нежелательному изменению характеристик сетчатого фильтра.Кроме того, не пропускающие песок сетчатьте фильтры такого типа обычно имеют плоскую форму или форму трубы и конструируются таким образом, чтобы во время и после установки фильтр существенно не деформировался и сохранял свою первоначальную форму. Однако для скважин с переменным диаметром и негладкой поверхностью и/или при наличии в скважине острых изгибов такое требование означает, что диаметр сетчатого фильтра должен быть намного меньше диаметра ствола скважиньт. Использование сетчатых фильтров небольшого диаметра сопровождается высокими скоростями жидкости, протекающей через отверСТИЯ ССТКИ, ИНТСНСИВНЫМ ИЗНОСОМ ССТКИ, ПОВЫшенной опасностью забивания сетки и возможным обрушением ствола скважины.Скважинньтй сетчатый фильтр, раскрытый в ограничительной части п.1 формулы изобретения, известен и описан в Международной патентной заявке РСТ/ЕР 93/01460 (опубликованной под номером ХУО 93/25800). В этой заявке раскрыт сетчатый фильтр, который можно намотать на растягиваемую несущую трубы. Недостатком такой намотанной сетки является возможное в процессе растягивания несущей трубы ее сгибание или даже разрушение.Целью настоящего изобретения является решение указанных выше проблем.С этой целью скважиннътй сетчатый фильтр, согласно изобретению, содержит выполненньтй в виде трубы фильтрующий слой или ряд чешуйчатых фильтрующих деформируемых листов, которые при установке сетчатого фильтра в скважину могут растягиваться,изгибаться, сжиматься и/или флюидизироваться и при деформации которых при любых возможных изменениях размеры ячеек сетчатого фильтра остаются в заданных пределах.Предпочтительно для расширения сетчатого фильтра использовать растягивающую оправку, перемещая ее в осевом направлении внутри расширяющейся имеющей прорези несущей трубы, так чтобы размеры ячеек каждого фильтрующего слоя при расширении сетчатого фильтра или его других деформациях не изменялись или изменялись равномерно заранее определенным образом.Предпочтительно, чтобы после расширения опущенный в ствол скважины сетчатый фильтр или окружающий его защитный слой шиел такой размер, при котором он мог бы, по крайней мере, частично прилегать к окружающему его пласту или перфорированному корпусу скважиньт. При наличии в скважине размЬ 1 тьтх участков или участков с резким искривлеНИСМ, ТЗМ, где ПОВСрХНОСТЬ СКВБКИНЫ ОКЗЗЫВЗется настолько неровной, что между стволом скважины и растянутым в радиальном направлении сетчатым фильтром остается свободное пространство, это свободное пространство можно заполнить пропитанным смолой гравием,ОбССПСЧИВ ТСМ СЗМЬПИ МСХЗНИЧССКИЙ КОНТЗКТ между сетчатым фильтром и пластом на всей поверхности фильтра.В оптимальном варианте предлагаемый в изобретении сетчатый фильтр располагается вокруг растягиваемой в радиальном направлении трубы с прорезями, которая при установке собранного с трубой фильтра в скважину обеспечивает возможность увеличения внутреннего диаметра сетчатого фильтра, при расширении которого изменения размера ячеек его каждого фильтрующего слоя не превышают пятидесяти процентов.В качестве используемой вместе с сетчатым фильтром растягиваемой трубы с прорезями можно использовать трубу, описанную в международной патентной заявке РСТ/ЕР 93/01460.В этой заявке раскрыто использование намотанной на растягиваемую в радиальном направлении трубу с прорезями обмотки из спеченной металлической проволочной сетки или мембраны, которая предотвращает попадание внутрь скважины песка, при этом, однако, в этой заявке нет никаких упоминаний об использовании обмотки, которая сама растягивается в радиальном направлении. В этой заявке предлагается также использовать коаксиальные растягивающиеся в радиальном направлении трубы спрорезями, которые смещены друг относительно друга и предотвращают попадание песка внутрь скважины. В такой конструкции, однако,не удается обеспечить необходимое постоянство размеров ячеек сетчатого фильтра по всей длине растягиваемых труб.В предпочтительном варианте предлагаемый сетчатый фильтр содержит ряд чешуйчатых фильтрующих листов, которые расположены вокруг растягиваемой несущей трубы с прорезями и которые, если смотреть на них в направлении вдоль окружности, соединены одним своим краем с указанной трубой, а их другой край, по крайней мере, частично перекрыт соседним фильтрующим листом. Чешуйчатые фильтрующие листы можно изготовить из гибкого проницаемого материала, который можно выбрать из группы, в состав которой входят перфорированный толстый металлический лист,металлический лист, в котором имеется ряд по существу тангенциальных прорезей, спеченные тканые из металлической проволоки сетки и синтетическая ткань.В другом предпочтительном варианте предлагаемый сетчатый фильтр содержит растягиваемую трубу с прорезями, которые, также как и все пустоты между трубой и стволом скважины, заполняются на месте гранулами,которые соединяются друг с другом и с перемычками прорезей связующим веществом таким образом, что при этом между гранулами остаются образующие поры отверстия определенного размера.В упомянутых выше вариантах диаметр трубы с прорезями после ее расширения может на 50% превышать диаметр нерастянутой трубы. Такое существенное расширение трубы не оказывает никакого заметного влияния на не изменяющиеся при этом размер отверстий сетчатого фильтра, хотя сами чешуйчатые фильтрующие листы по мере увеличения диаметра растягиваемой трубы под действием сил трения растягиваются в окружном направлении и слегка деформируются за счет осевого сжатия, обусловленного их взаимодействием с имеющей прорези несущей трубой.В одном из вариантов выполнеъшя изобретения предлагаемый в нем скважинный сетчатый фильтр содержит, по меньшей мере, один имеющий форму трубы фильтрующий слой,который изготовлен из тканой проволочной металлической сетки, наружный защитный слой,который коаксиально расположен вокруг фильтрующего слоя или слоев, и внутренний ЗЗЩИТНЪ 1 И СЛОИ, КОТОрЫИ КОЗКСИЗЛЬНО расположен внутри фильтрующего слоя или слоев, заЩИТНЫС СЛОИ ВЫПОЛНСНЫ ИЗ ТКЗНОЙ ПРОВОЛОЧной металлической сетки, размеры ячеек которой и толщина проволоки больше размеров ячеек и толщины проволоки, по крайней мере, одного фильтрующего слоя, при этом фильтрующий и защитные слои спечены друг с другом.Принципиальным достоинством спекания различных слоев тканой проволочной металлической сетки друг с другом является то, что при этом образуется сетка, момент сопротивления сечения которой больше суммы моментов соПРОТИВЛСНИЯ ССЧСНИЯ ОТДСЛЬНЫХ СЛОСВ. СПСКЗние позволяет создать устойчивый сетчатый фильтр, размеры ячеек которого не меняются существенно во время или после деформации ССТКИ, ЧТО ПОЗВОЛЯСТ ВЫПУСКЗТЬ ССТКу В НЗМОтанном на барабан виде и сматывать ее с барабана при установке сетчатого фильтра в скважину.Один из фильтрующих слоев можно вЬ 1 полнить в виде проволочной сетки с по существу спиральным переплетением проволок относительно центральной оси согнутой в трубу сетКИ.Было установлено, что при угле наклона такого спирального переплетения, равном приблизительно 45, в результате местного увеличения и/или уменьшения длины, обусловленного растяжением, сжатием и/или изгибом имеющей форму трубы сетки, форма ячейки сетки изменяется с квадратной на ромбовидную, и при этом размер отверстия в сетке изменяется весьма незначительно на заранее установленную величину.Имеющую форму трубы сетку со спиральным переплетением проволок можно достаточно просто изготовить из листов или полос с по существу параллельными проволоками, расположенными перпендикулярно к краям листа или полосы, путем спиральной намотки таких листов или полос в трубу с состыкованными краями листов или полос, которые затем свариваются друг с другом аналогично тому, как это осуЩССТВЛЯСТСЯ ПРИ ИЗГОТОВЛСНИИ сварных МСТЗЛлических труб с винтовым сварным швом.В патенте СССР Мг 1066628 раскрыт скважинный сетчатый фильтр, который можно изготовить спиральной намоткой шести слоев металлической фильтрующей ткани на перфорированную металлическую трубу с последующим спеканием их друг с другом. В этом известном сетчатом фильтре, однако, все слои изготовлены из одной и той же ткани. Поэтому в таком фильтре проволоки одних слоев частично закрывают отверстия ячеек в соседних слоях, в результате чего эффективный размер отверстия ячеек неупорядоченно снижается и становится не прогнозируемым.Описание сетчатых фильтров других конструкций можно найти в патентах США Меде 2858894 и 3087560 и в брошюре Науега и Воескепа, в которой описаны сетчатые фильтры,выпускаемые под маркой РОКОРЬАТЕ.Следует упомянуть также патент США Мг 3353599, в котором предложено использовать рифленую облгщовку, которой с помощью разжимной оправки придается форма трубы, и патенты СТПА МеМе 2812025 и 3270817, в которыхописаны расширяемые пружинами проницаемые облицовки для скважин. Использование рифленой облицовки или пружинного механизма требует, однако, создания в процессе расширения облтищовки значительных усилий, которые могут привести К повреждению самого вЬ 1 полненного в виде растянутой облицовки сетчатого фильтра.В альтернативном варианте предлагаемый согласно изобретению скважинный сетчатый фильтр содержит, по Крайней мере, один фильтрующий слой, который по существу изготовлен в виде полотна из нетканого материала. Пригодный для этих целей нетканый материал вЬ 1 бирается из труппы, в которую входят стальные проволочные сетки и материалы из искусственного волокна. В качестве искусственного волокна можно использовать волокно, выбираемое из группы арамидньтх волокон и волокон из полимера САШЬОМ, которые обладают высокой химической стойкостью. Полимер САШЬОМ представляет собой линейный альтернированный сополимер моноксида углерода и одного ИЛИ НССКОЛЬКИХ НСНЗСЫЩСННЬЕХ ОЛСФИНОВЫХ соединений. В Европейских патентных заявках Леш 360358 и 310171 описаны способы получения волокон такого полимера, заключающиеся,соответственно, в формовании волокна из геля и расплава. Предпочтительно фильтрующий слой изготовить из длинной полосы полотна, которая после намотки внахлестку по спирали приобретает форму трубы, у которой соседние слои намотки перекрывают друг друга на 10-90%,предпочтительно на, приблизительно, 50%.Следует упомянуть также международную заявку на патент РСТ/ЕР/01460, в которой предложено использовать две помещенные в скважину коаксиальные облицовки с прорезями,которые после расширения облицовок оказЬ 1 ваются не расположенными в радиальном направлении на одной линии. Такие несовпадающие прорези создают зигзагообразные каналы, по которым проходят протекающие через облрщовки ясидкости, и препятствуют попаданию песка внутрь закрытой облрщовками скважины. Известные облицовки, о которых идет речь в этой ЗЭЯВКС, ИМСЪОТ ВЫТЯНУТЫС В ОССВОМ направлет-Ши прорези длиной, как минимум, 25 мм и шириной, как минимум, 0,7 мм. Несмотря на то,что такие облицовки снижают количество песка,ПОПЗДПОЩСГО ВНУТрЬ СКВЗЯСИНЫ, ТСМ не МСНСС,они не являются не пропускающими песок сетчатым фильтром с равными размерами ячеек,равномерно распределенных по всей поверхноСТИ СКВЭЭКИНЪЬМы обнаружили, что для того, чтобы исКТПОЧИТЬ ПОПЗДЗНИС песка ВНУТРЬ СКВЗЯСИНЫ ВМССТО РЗСПОЛОЖСННЫХ не В ЛИНШО бОЛЬШИХ ПО размерам прорезей, выполненных в двух коаксиальных облицовках, можно использовать соответствующий сетчатый фильтр, выполненныйв виде одной растягиваемой в радиальном направлении трубы с мшсропрорезями.Именно с этой целью в еще одном альтернативном варианте предлагаемый в изобретении скважинный сетчатый фильтр выполняется в виде растягиваемой в радиальном направлении трубы с микропрорезями, которые расположены в шахматном порядке и перекрывают друг друга и длина которых до расширения трубы меньше 10 мм.Предпочтительно, чтобы до расширения трубы длина микропрорезей была, по существу,меньше 5 мм, а ширина - меньше 0,3 мм.Принципиальным достоинством использования одного растягиваемого в радиальном направлении сетчатого фильтра с микропрорезями по сравнению с коаксиальными облрщовками с расположенными не в линию относительно крупными по размерам прорезями является то,что в таком фильтре после его расширения все ячейки фильтра имеют одинаковые размеры и правильную по существу ромбовидную форму.Соответствующую растягиваемую в радиальном направлении трубу с мшсропрорезями МОЖНО ИЗГОТОВИТЬ ИЗ НИКСЛЯ С ТОЛЩИНОЙ СТСНКИ,не превышающей 1 мм. Для защиты такой хрупкой трубы от разрушения во время и после ее установки в скважину целесообразно установить ее на общей оси между двумя обычными растягиваемыми в радиальном направлении облицовками с прорезями, у которых размеры прорезей и толщина больше размеров микропрорезей и толщины фильтрующей трубы. Такие защитные облицовки можно изготовить из стали с прорезями, длина которых превышает 15 мм, а ширина - 2 мм.В патенте США Мг 1135809 описан скважинный сетчатый фильтр с расположенными в ШЗХМЗТНОМ ПОрЯДКС ВЫТЯНУТЫМИ В ОССВОМ направлении прорезями. Фильтр, который описан в этом патенте, монтируется в скважину без всякого заметного расширения или другой деформации и поэтому его прорези сохраняют свою первоначальную вытянутую форму.Изобретение относится также к способу установки имеющего форму трубы скважинного сетчатого фильтра в предназначенную для добычи углеводородного сырья эксплуатационную скважину, который заключается в сборке сетчатого фильтра с расположенной внутри него растягиваемой в радиальном направлении трубой с прорезями, опускании собранных друг с другом сетчатого фильтра и трубы в скважину, расширении трубы с помощью перемещаемого через нее в осевом направлении растягивающего конуса, сопровождающемся увеличением внутреннего диаметра сетчатого фильтра, по крайней мере, на пять процентов, при котором изменение размеров ячеек каждого фильтрующего слоя сетчатого фильтра не превышает пятидесяти процентов.Собранные друг с другом сетчатый фильтр и трубу можно намотать на барабан и при установке фильтра в скважину в собранном виде сматывать с барабана и опускать в скважину.В Европейской патентной заявке Мг 674095 описан скважинный сетчатьцй фильтр, который при установке в скважину сматывают с барабана. Однако, описанный в этой заявке известный фильтр в процессе его установки в скважину не расширяется.В альтернативном варианте предлагаемый в изобретении способ предусматривает опускание в скважину расгягиваемой в радиальном направлении трубы с прорезями, расширение трубы, инжекцию в растянутую трубу гранул,ПОКрЫТЫХ СВЯЗУЮЩИМ ВСЩССТВОМ, И ВЬЩЗВЛИВЗние гранул, по крайней мере, частично из трубы в ее растянутые прорези и в любые возможные пустоты между растянутой трубой и стволом скважины с последующим затвердеванием связующего вещества. Таким способом внутри скважины формируется проницаемая сетка из связанных твердых частт/Щ, которая по существу заполняет растянутые прорези трубы и все возможные пустоты между расширенной трубой и стволом скважины.В качестве имеющих покрытие гранул можно использовать покрытые смолой гранулы диаметром от 1 до 5 мм, которые инжектируются в трубу через впускные окна, расположенные под растягивающим конусом, с которым снизу соединены перемещаемые вместе с ним скребки, которые выжимают гранулы из растянутой трубы в ее прорези и в любые возможные пустоты между трубой и стволом скважины.Следует упомянуть также патент США Мг 5211234, в котором речь идет об инжекции в ствол скважины через перфорацию лифтовой КОЛОННЫ ПОКрЫТЫХ СВЯЗУЪОЩИМ ВСЩССТВОМ гранул, которые после сцепления друг с другом образуют удерживающий песок фильтр. Такой известный удерживающий песок фильтр не является, однако, имеющим форму трубы сетчатым фильтром, расположенным по всей длине добывающего участка скважины.Эти и другие отличительные особенности,цели и преимущества предлагаемых согласно изобретению способа и скважинного сетчатого фильтра более подробно раскрыты в формуле изобретения, реферате и приведенном ниже подробном описании изобретения.В приведенном ниже описании изобретения подробно рассмотрены варианты, показанные на приложенных к нему чертежах, и другие,не показанные на чертежах, примеры.фиг.1 изображает сечение опущенного в скважину сегментного сетчатого фильтра, расположенного между двумя нерасщиренными,имеющими прорези трубами;фиг.2 - поперечное сечение собранных друг с другом, показанных на фиг.1 сегментного сетчатого фильтра и труб после их расширения;фиг.3 - вид сбоку в увеличенном масштабе участка одного из фильтрующих листов сегментного сетчатого фильтра, показанного на фиг.1 и 2;фиг.4 - вид сбоку в увеличенном масштабе участка показанных на фиг.1, имеющих прорези несущей и защитной труб до их расширения;фиг.5 - вид сбоку в увеличенном масштабе участка показанных на фиг. 2, имеющих прорези несущей и защитной труб после их расширешт;фиг.6 - схематичное изображение продольного разреза расгягиваемой трубы с прореЗЯМИ, КОТОрЫС ЗЗПОЛНСНЫ ВЬЩЗВЛСННЫМИ В НИХ покрытыми смолой гранулами, которые после затвердевания смолы образуют удерживающий песок сетчатый фильтр.На фиг.1 и 2 показана скважина, которая проходит через разрабатываемый несущий углеводороды подземный пласт 2.В скважину 1 опущены собранные друг с другом растягиваемая в радиальном направлении, имеющая прорези несущая труба 3, скважинный сетчатый фильтр, состоящий из четЬ 1 рех чешуйчатых перфорированных фильтрующих листов 4, и растягиваемая в радиальном направлении, имеющая прорези защитная труба 5.Каждый фильтрующий лист 4 одним своим краем соединен с помощью проушины 6 с несущей трубой 3, и при этом его другой край перекрывает соседний фильтрующий лист 4.Проушины 6 обеспечивают возможность перемещения фильтрующих листов 4 в осевом направлении относительно несущей трубы 3 и обусловленное тангенциальным растяжением осевое сжатие несущей трубы 3 компенсируется осевым скольжегшем фильтрующих листов 4 по несущей трубе.Изображенные на фиг.1 элементы фильтра показаны в нерастянутом состоянии, когда прорези 3 обоих труб 3 и 5 имеют вытянутую в продольном направлении форму и постоянную,если смотреть на фиг.4 в направлении окружности, Ширшту, при этом фильтрующие листы 4 в продольном направлении можно намотать по спирали на несущую трубу 3 под таким углом,чтобы при расширении в продольном направлении фильтрующий лист сжимался точно таким же образом, как и имеющая прорези труба 3.В процессе расширения соседние фильтрующие листы 4 скользят друг по другу и по внутренней поверхности стенки защитной трубы 5.В рассматриваемом варианте листы 4 изготовлены из перфорированной никелевой фольги, которая обладает низким коэффициентом трения.Для еще большего снижения трения в процессе расширения фильтра в перфорированных фильтрующих листах 4 вместо круглых отверСТИЙ МОЖНО ВЫПОЛНИТЬ ПО СУЩССТВУ ТЗНГСНЦИ