Модернизированная фильтрующая перегородка из проволочного проницаемого материала упруго-растянутого и ее свойства

Одним из осложняющих факторов механизированной добычи нефти из скважин является вынос со скважинной жидкостью на прием насосного оборудования твердых частиц – пропанта и песка. Это приводит к износам, промывам и заклиниваниям скважинного оборудования. Считается, что наиболее эффективным способом очистки скважинной жидкости является фильтрация с применением скважинных фильтров. Чаще всего в составе скважинных насосных установок применяют щелевые фильтры. Но и данный способ имеет существенный недостаток, а именно, засорение фильтра в процессе работы. Для его очистки требуется проведение специальных процедур, связанных с остановкой насосной установки и ее промывкой, что требует затрат времени и дополнительного оборудования.

В сравнительной таблице приведены отличия упругих фильтрующих систем от фильтрующих систем других видов

Особенности/наименование фильтрующих систем	Решетка Джонсона	Проволочный проницаемый материал (ППМ)	СПМФ	Проволочно-проницаемый материал упруго-растянутый (ППМ-УР)
Тип фильтрующей системы	Щелевые проволочные		Открыто-пористые
Вид фильтрующей системы	Проволочные каркасные	Проволочные упругие	Пенометаллические	Многослойные упругие
Упругие свойства	Нет	Да	Нет	Да
Стойкость к воздействию агрессивных сред	Слабая	Да	Слабая	Да

Табл.1 Отличия фильтрующих систем

Особенностями изделий из ППМ являются:

• Объемная 3Д структура и тонкость фильтрации от 3 до 500 мкм
• Возможность работы при температурах до 900 ⁰С
• Стойкость с сульфидно-коррозионному растрескивания и воздействию агрессивных кислотных сред (pH 0…13)
• Способность к регенерации (восстановление до 90% первоначальных свойств)

Фильтр из ППМ по сравнению с фильтром-решеткой Джонсона:

• Имеет до 7 раз большую скважность при одинаковой площади поверхности
• До 4 раз большую пропускную способность
• Не создается дополнительного препятствия току жидкости за счёт проволок круглого сечения
• не подвержен эрозионному износу за счет проволочной структуры

Проволочная структура фильтрующего элемента придает ему ещё одно ключевое отличие, это гибкая структура: Она позволяет использовать фильтры из ППМ в том числе в искривленных скважинах и других условиях с отклонением от вертикали.

Также гибкая структура позволяет стенке фильтроэлемента при росте перепада давления изгибаться, позволяя избежать дополнительных напряжений и позволяет задерживать частицы на внешней поверхности фильтрующего элемента под действием перепада давления. При остановке потока жидкости (остановки насоса, либо вследствие циклического режима работы) частицы, находящиеся на поверхности фильтроэлемента под действием упругих сил, сбрасываются с поверхности фильтроэлемента позволяя ему самоочищаться или регенерироваться.

В процессе многолетнего производства фильтрующих элементов из ППМ в РЕАМ-РТИ столкнулись с ограничениями технологии производства ППМ, это:

• Сложность изготовления фильтрующих элементов диаметром свыше 170 мм
• Высокая металлоемкость решения для фильтрации частиц менее 5 мкм
• для освоение новых габаритов фильтроэлементов либо изменения габаритных параметров требуется изготовление дополнительной оснастки, что увеличивает денежные и временные затраты

В качестве модернизированного решения на основе опыта изготовления ППМ была разработана технология производства фильтрующих блоков – Проволочно-проницаемый материал Упруго-Растянутый (ППМ-УР). Технология позволила сохранить ключевые свойства ППМ и получить дополнительные преимущества:

• Возможность изготовления блоков малых (до 48 мм) и больших (свыше 170 мм) диаметров
• Уменьшить денежные и временные затраты на освоение новых типоразмеров фильтрующих блоков
• Снизить затраты на производство блока за счёт широкого диапазона применяемых материалов (в т. ч. неметаллических)
• Возможность достижения особо тонкой фильтрации (от 0.2 мкм и выше)

А также:

• Сохранить высокую скважность и гибкость конструкции,
• Обеспечить стойкость с СКРН и воздействию агрессивных сред

ППМ-УР является упругой многослойной структурой, в основе которой лежат:

1. Внутренний упругий каркас

 2. Фильтрующий упругий экран

 3. Защитный экран.

Демпфирующий слой упругого каркаса (1) обеспечивает открыто пористую, упругую и эластичную систему, а задачей упругого фильтрующего экрана (2) является обеспечение заданной тонкости фильтрации

Структура ППМ-УР позволяет накапливать на поверхности фильтрующего упругого экрана механические частицы образовывая предфильтр и регенерировать фильтр за счёт упругих свойств аналогично ППМ.

Наиболее интересна перспектива применения в решениях для:

• Тонкой фильтрации в системах водоподготовки для поддержания пластового давления
• Улавливания мелкодисперсной пыли в системах газоочистки
• Предварительной очистки сточных вод
• Металлургической промышленности
• Машиностроительной промышленности
• Химической промышленности
• За счёт применения одобренных материалов возможность применения в пищевой и медицинской промышленности

Для проведения испытаний на тонкую фильтрацию были изготовлены образцы высотой 150 мм в 4 габарите с фильтрующем слоем из Политетрафторэтилена (тефлона) с тонкостью фильтрации 2 и 0.2 мкм. Проведены испытания на эффективность очистки газа от пыли и гидравлических испытаний. Испытания на тонкость фильтрации были проведены в Санкт-Петербургской аккредитованной лаборатории Сатек ТМ на воздушном стенде компании Palas и гидравлическом стенде лаборатории.

Испытания на тонкость фильтрации проходили на воздушном стенде и подтвердили номинальную тонкость 2 мкм образца при 99,9%+ задерживании частиц и тонкость 0.2 мкм при 82% задерживании частиц и 1 мкм при 99,9% задерживании частиц образца 0.2 мкм (рис.1)

При гидравлических испытаниях максимальный перепад давления достиг 3 бара (300 кПа) при расходе чистой воды 120 литров в минуту для 2 микронного образца и 4.5 бара (450 кПа) при 91 литре в минуту для 0.2 микронного образца (рис.2)

Испытания также подтвердили способность образцов к регенерации, так после двух загрязнений на расходах до 12л/мин при концентрации пыли 60мг/л перепад давления на образце увеличился менее чем на 0.01 бара (1 кПа) (рис.8). Для образца 0.2 мкм перепад давления после 2ух циклов загрязнения увеличился на 0.1 бара (10 кПа)

Таким образом, по результатам испытаний фильтрующих элементов в лаборатории САТЕК ТМ можно сделать следующие выводы:

1. В ходе гидравлических испытаний было установлено, что образцы фильтрующих блоков БФСР91х67-002-150 УФ (2 мкм) и БФСР91х67-0002-150 УФ (0.2 мкм) сохранили свою целостность на всем диапазоне расходов (от 0 до 120 л/мин) Максимальный перепад давления достигал значения в 4,5 бар (450 кПа) при расходе рабочей жидкости 91 л/мин.
2. В ходе испытаний по загрязнению/регенерации образец БФСР91х67-0002-150 УФ загрязняется, наблюдаемый рост перепада давления при расходе 12л/мин составил 0,1 бар при введении 24 г загрязнителя. Наблюдается регенерация фильтра к начальным значениям перепада давления.
3. При испытаниях образца БФСР91х67-002-150 УФ не наблюдается роста перепада давления при расходе 12 л/мин при введении 24 г загрязнителя.

Ещё одной особенностью ППМ-УР является то, что для борьбы с солевыми отложениями могут применяться как технология анти-адгезионных покрытий РЕАМ-РТИ, так и применения агрессиво-стойких материалов для фильтрующего экрана изначально не подверженных солевым отложением.

Фильтрующие блоки из ППМ нашли широкое применение в системах подготовки воды для Поддержания пластового давления (ППД) разработки РГУ им. Губкина - сокращенно СПВ.

На сегодняшний день специалистами РГУ им. Губкина достигнуты следующие результаты внедрения технологии:

Количество внедрений:

СПВ (Системы подготовки воды) – 28 шт.

СПНЦТ (Сепаратор песка нефтяной циклонный трубный) – 32 шт.

В компаниях:

• ООО «ЛУКОЙЛ -Пермь»
• ООО «Мессояханефтегаз» (ГПН)
• на объектах Казахстана и Румынии

Модульная система очистки СПВ имеет две ступени фильтрации:

I ступень – циклонный сепаратор (разработка РГУ нефти и газа имени И.М.Губкина)

В результате попадания в гидроциклон из потока жидкости отделяются механические примеси и попадают в шламосборник, очищенная жидкость поступает на вторую ступень фильтрации.

На рис.3 показана общая схема очистной установки РГУ им. Губкина, изображен принцип промывки 2-й ступени установки, где применены фильтрующие блоки ППМ. Без необходимости остановки работы системы, благодаря переключению задвижек часть очищенной жидкости поступает через фильтрующий блок в обратном направлении на один из двух блоков, что позволяет эффективно осуществлять обратную промывку блока.

Специалистами РГУ нефти и газа была разработана методика проведения натурных стендовых испытаний систем подготовки воды. На базе завода-изготовителя был собран стенд, позволяющий моделировать различные условия работы – фильтрация воды, регенерация фильтров, очистка шламосборников, в том числе и в автоматическом режиме благодаря системе автоматизации. Компоненты стенда:

1 – насосный агрегат, 2 – перепускной коллектор, 3 – расходомер, 4 – засыпное устройство, 5 – манометр, 6 – циклонный сепаратор, 7 – блоком фильтроэлементов, 8 – запорный кран, 9 – гибкий резиновый рукав (показан условно), 10 – емкость для модельной жидкости

Насосный агрегат (1) позволят создавать поток рабочей жидкости подачей до 2500 м3/сут и давлением до 15 атм. Засыпное устройство (4) позволяют регулировать концентрацию механических примесей и защищает насосный агрегат от износа. Методика и стенд сертифицированы в системе добровольной сертификации «ТЭКСЕРТ».

Полученные результаты стендовых испытаний первой и второй ступени очистки (показаны на рис.3) позволят лучше изучить режим работы СПВ, настраивать системы автоматизации управления, правильно устанавливать моменты необходимости очистки шламосборников, регенерации и замены фильтров, так как эти параметры не постоянны и напрямую зависят от свойств очищаемой жидкости, а также содержания МП. Данные работы позволяют повысить надежность и эффективность работы СПВ в течение всего периода эксплуатации.

На рис.4 показаны графики перепада давления гидроциклона и его эффективность работы. Испытаний подтвердили высокий Коэффициент сепарации в рабочем диапазоне от 1000 до 1250 м3/сут, при этом перепад давления составляет около 10 атм. Справа на рис. 4 показаны графики перепадов давления второй ступени – корпуса и блока ФЭ БФСР7А. нижний график является расчетным и позволяет точно определить момент необходимости промывки фильтроэлементов, так как не учитывает сопротивления корпусных элементов СПВ.

Таким образом модифицированная фильтрующая перегородка из проволочно-проницаемого материала упруго-растянутого (ППМ-УР):

• За счёт применяемых материалов может использоваться в условиях СКРН, высокого содержания солей и воздействия агрессивных сред
• Обладает высокой скважностью
• Гибкость конструкции делает фильтр невосприимчивым к резким перепадам давления и температуры
• Обеспечивается возможность многократной (от 50 циклов) регенерации (восстановления первоначальных фильтрующих свойств фильтра)
• За счёт гидрофобных покрытий или материалов с гидрофобными (гидро, олео- фильными) свойствами обеспечивать сепарацию сред
• Обеспечивать тонкость фильтрации от 0.2 мкм

ООО «РЕАМ-РТИ»

143902, РФ, Московская обл., г. Балашиха, ул. Советская, д. 36 Тел.: +7 (495) 149-00-90

e-mail: info@ream-rti.ru

https://ream-rti.ru/

 Председатель совета директоров Пятов И.С.¹, Заместитель генерального директора Воробьева Л.В.¹, Инженер-технолог Корчагин А.Н.¹, Ведущий инженер Кирпичев Ю.В.¹ Специалист Радлевич А.В.¹

Профессор Ивановский В.Н.², Доцент Булат А.В.²

¹ - ООО РЕАМ-РТИ; ² - РГУ нефти и газа имени И.М.Губкина