CN103726814B - 一种自调流式喷管型流入控制装置 - Google Patents

Abstract

一种自调流式喷管型流入控制装置，包括相互连接的基管、上部外套、下部外套、活动喷管和弹簧，能够根据流量大小自动调整流动阻力等级，抵消跟端效应和储层非均质性的影响，使沿水平井筒流入剖面均匀，减少气水锥进，提高油井产量。

Description

一种自调流式喷管型流入控制装置

技术领域

本发明涉及一种改善油田开发效果的装置，具体涉及一种自调流式喷管型流入控制装置。

背景技术

在长水平井中，由于水平井筒中流动压降的存在，使不同井筒位置生产压差不同，导致油井跟端的产量通常要比趾端高得多，从而产生的不均匀生产剖面可能会引起井筒跟端处过早见水/气。一旦发生锥进，由于趾端的流动受到限制，油井产量将显著降低。为了消除这种不平衡现象，常用方法有分段射孔与变密度射孔完井，中心管完井等。但这些方法对流入剖面的调控能力有限，难以保证生产剖面足够均匀。上世纪90年代早期，NorskHydro公司最先引用了流入控制装置（ICDs）技术，即在每个筛管节点上布置ICDs，ICDs将在井筒完井段上产生一个额外的压降，通过平衡实际生产压差，使得整个井段的流入剖面趋于均匀化，从而延缓水或气发生锥进，提高油井总产量和最终采收率，该技术于1998年首次成功应用于Troll油田。截止2013年，国内外已相继研发出不同类型的被动式ICDs，如Schlumberger的FloRite系列ICD、Weatherford的FloRegICD、BakerHughes的Equalizer系列ICD、Halliburton的EquiFlowICD、冀东油田的调流控水筛管等。

而现有的ICD可分为三个类型：喷嘴型、螺旋通道型和喷管型。它们分别利用不同的机理来保证流入剖面的均匀性，其中喷嘴型ICD为限流机理，螺旋通道型ICD为摩阻机理，而喷管型ICD则是在这两种机理的共同作用下产生压降的。

喷嘴型ICD用流体通过装置时流道的收缩来产生节流压降。从本质上来说，该方法使流体从较大区域流入一个小直径喷嘴，从而产生了流动阻力。喷嘴型ICD的优点是结构简单，且一旦钻井过程中实时收集的信息表明需要改变流动阻力时，通过更换不同直径的喷嘴便能立即对其进行调整。喷嘴型ICD的缺点是产生流动阻力的喷嘴直径一般很小，故而特别容易受到高速流体颗粒的冲蚀和堵塞。

螺旋通道型ICD利用表面摩阻来产生一个相似的压降，其设计思路是在油管上缠绕一圈或更多的流动通道。与利用喷嘴产生的瞬时压降不同，这种设计在相对较长的区域产生分段式的压降。因此，在同等的FRR下，其最小过流面积较大，而最大过流速度较小，在钻井液循环过程中更能抵抗流体颗粒的冲蚀和堵塞。然而，螺旋通道型ICD对粘度很敏感，该性质会使得水/气优先于油流动，从而使得井筒内过早见水/气。

喷管型ICDs产生压降的主要方式是在长喷管内限流。从本质上来说，该方法使流体从较大区域流入一较长的小直径喷管，从而产生了流动阻力。和喷嘴相比，由于喷管一般较长，故而在同等的FRR下，其沿程阻力损失较大，而局部阻力损失较小。表现在结构上即最小过流面积较大，而最大过流速度较小，因此在钻井液循环过程中，喷管型ICD更能抵挡流体颗粒的冲蚀和堵塞。和螺旋通道型ICD相比，沿程阻力损失在喷管型ICDs的压降构成中所占比例较小，因此喷管型ICD对粘度较不敏感。

针对不同的储层条件，通过延长或缩短喷管长度即可改变喷管型ICD的压降构成，趋向于喷嘴型或螺旋通道型ICD的压降构成，产生相似的流动特性，从而满足不同储层的需要。从这一点来说，喷管型ICD的适用性最强。

然而，由于喷管型ICD一旦下入油井之后，便无法调整其喷管长度，而这通常会使得其在低流量下阻力过大，高流量下阻力过小，难以保证流入剖面足够均匀。且进行多级ICDs完井时，由于非均质地层中不同层段的储层物性不同，所需的FRR不同，需要根据钻井过程中测得的信息，在下入油井之前，对每一个喷管型ICD的结构参数进行优化，使其产生的FRR与该层段的储层物性相适应，保证流入剖面足够均匀，然而，这通常费时费力。

另外本发明中的流入控制装置为通过机械结构设计和水动力学原理在完井段产生一个额外的压降，平衡跟端效应或储层非均质性引起的压降，从而改变生产压差，使沿水平井筒流入剖面趋于均匀；而水锥和脊进为在水平井生产过程中，由于跟端效应或储层非均质性的影响，不同位置的生产压差不同，流体在某一位置快速流动，从而使得生产剖面不均匀，出现提前见水或气的现象。

发明内容

本发明的目的提供一种自调流式喷管型流入控制装置，包括相互连接的基管、上部外套、下部外套、活动喷管和弹簧，能够根据流量大小自动调整流动阻力等级，抵消跟端效应和储层非均质性的影响，使沿水平井筒流入剖面均匀，减少气水锥进，提高油井产量。

为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种自调流式喷管型流入控制装置的解决方案，具体如下：

一种自调流式喷管型流入控制装置，包括基管1、外套和节流部分2，基管1与相连接的油管通过端部螺纹段3连接，内径与油管内径相同，基管1与节流部分2中弹簧4对应的区域一周有孔眼作为流体向基管1中流动的通道，外套分为上部外套5和下部外套6，之间通过中部螺纹7连接，上部外套5分为内径尺寸不同的两部分，内径大的一端内表面与基管外表面形成环空，作为流体从油套环空向喷管流动的通道，内径小的部分与基管1外表面接触，且在内径多出来的部分沿周向分布有几个孔，沿轴向贯穿上部外套5作为固定喷管，下部外套6分为螺纹段、内径尺寸大的部分和内径尺寸小的部分，通过螺纹段与上部外套5连接，内径大的一端内表面与基管1外表面形成环空，内径小的部分与基管1外表面密封，保证流体只从基管上的孔眼流入油管。弹簧4一端与活动喷管8固定连接，弹簧4和活动喷管8通过固定喷管装入，弹簧4另一端设置在下部外套6内径小的部分多出来的横截面上。

所述的孔眼根据实际流体流量来确定。

所述的自调流式喷管型流入控制装置由依次连接的基管1、上部外套5、下部外套6、活动喷管8和弹簧4组成。

所述的自调流式喷管型流入控制装置通过靠固定喷管和活动喷管8的长度来调节流量。

所述的自调流式喷管型流入控制装置中活动喷管8的长度与弹簧弹性系数有关，能够根据弹簧弹性系数来选用不同类型的弹簧。

本发明与现有技术相比还具有以下有益效果：

本发明在保证喷管型ICD基本功能的前提下，该ICD能够根据不同层段流量的大小自动调整喷管的长度，从而改变流动阻力等级（FRR），即在低流量下喷管总长度较短，FRR较小；而高流量下喷管总长度较长，FRR较大。（FRR数值上等于环空流量30m³/d的水相（密度999.55kg/m³，黏度1cP）流过ICD结构所产生的压降大小，单位为Bar。），另外还具有使沿水平井筒流入剖面更加均匀，减少气/水锥进，提高油井产量。不需要针对储层特性对不同层段的ICD进行结构调整，简单快捷。

附图说明

图1为本发明的自调流式喷管型流入控制装置示意图。

图2为本发明的基管示意图。

图3为本发明的上部外套示意图。

图4为本发明的下部外套示意图。

图5为本发明的活动喷管示意图。

具体实施方式

下面结合附图对发明内容作进一步说明：

参照图1-图5所示，自调流式喷管型流入控制装置，包括基管1、外套和节流部分2，基管1与相连接的油管通过端部螺纹段3连接，内径与油管内径相同，基管1与节流部分2中弹簧4对应的区域一周有孔眼作为流体向基管1中流动的通道，外套分为上部外套5和下部外套6，之间通过中部螺纹7连接，上部外套5分为内径尺寸不同的两部分，内径大的一端内表面与基管外表面形成环空，作为流体从油套环空向喷管流动的通道，内径小的部分与基管1外表面接触，且在内径多出来的部分沿周向分布有几个孔，沿轴向贯穿上部外套5作为固定喷管，下部外套6分为螺纹段、内径尺寸大的部分和内径尺寸小的部分，通过螺纹段与上部外套5连接，内径大的一端内表面与基管1外表面形成环空，内径小的部分与基管1外表面密封，保证流体只从基管上的孔眼流入油管。弹簧4一端与活动喷管8固定连接，弹簧4和活动喷管8通过固定喷管装入，弹簧4另一端设置在下部外套6内径小的部分多出来的横截面上。所述的孔眼根据实际流体流量来确定。所述的自调流式喷管型流入控制装置由依次连接的基管1、上部外套5、下部外套6、活动喷管8和弹簧4组成。所述的自调流式喷管型流入控制装置通过靠固定喷管和活动喷管8的长度来调节流量。所述的自调流式喷管型流入控制装置中活动喷管8的长度与弹簧弹性系数有关，能够根据弹簧弹性系数来选用不同类型的弹簧。

本发明的工作原理是是在固定喷管和活动喷管中限流，该设计包含了一系列的固定喷管、活动喷管和弹簧，固定喷管均匀分布于上部外套中，活动喷管在流体冲击力、粘性力、管壁摩擦力和弹簧反弹力的共同作用下处于动态平衡，而弹簧在活动喷管压力下发生伸缩，带动滑动喷管滑动，改变喷管总长度。具体来说，当储层段的流量小于设定的下限值时，由于弹簧反弹力和管壁静摩擦力的存在，活动喷管不发生滑动，此时喷管总长度最短，FRR最小；随着流量增加，达到下限值后，滑动喷管开始发生滑动；流量继续增加，滑动喷管在流体冲击力、流体粘性力、管壁摩擦力和弹簧反弹力的共同作用下处于动态平衡，喷管总长度不断加长，FRR不断增大；当流量达到设定的上限值后，喷管总长度达到最长，FRR最大；此时流量继续增加，喷管总长度和FRR不再变大，另外该发明的结构最里面为基管，基管与油管通过螺纹1连接。流体先流入油套环空中，然后流入上部外套与基管之间的上部环空中，最后流入固定喷管中，通过固定喷管和活动喷管后进入下部环空中，再通过基管上的孔眼流入油管中。上部外套的上半部分内壁与基管形成上部环空，下半部分内壁与基管接触，在多出来的壁厚中均匀分布有孔眼，作为固定喷管。固定喷管中插入活动喷管，活动喷管连接弹簧，弹簧一段固定在下部外套的下端。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种自调流式喷管型流入控制装置，其特征在于包括基管（1）、外套和节流部分（2），基管（1）与相连接的油管通过端部螺纹段（3）连接，内径与油管内径相同，基管（1）与节流部分（2）中弹簧（4）对应的区域一周有孔眼作为流体向基管（1）中流动的通道，外套分为上部外套（5）和下部外套（6），之间通过中部螺纹（7）连接，上部外套（5）分为内径尺寸不同的两部分，内径大的一端内表面与基管外表面形成环空，作为流体从油套环空向喷管流动的通道，内径小的部分与基管（1）外表面接触，且在内径多出来的部分沿周向分布有几个孔，沿轴向贯穿上部外套（5）作为固定喷管，下部外套（6）分为螺纹段、内径尺寸大的部分和内径尺寸小的部分，通过螺纹段与上部外套（5）连接，内径大的一端内表面与基管（1）外表面形成环空，内径小的部分与基管（1）外表面密封，弹簧（4）一端与活动喷管（8）固定连接，弹簧（4）和活动喷管（8）通过固定喷管装入，弹簧（4）另一端设置在下部外套（6）内径小的部分多出来的横截面上。

2.根据权利要求1所述的自调流式喷管型流入控制装置，其特征在于所述的孔眼根据实际流体流量来确定。

3.根据权利要求1所述的自调流式喷管型流入控制装置，其特征在于所述的自调流式喷管型流入控制装置由依次连接的基管（1）、上部外套（5）、下部外套（6）、活动喷管（8）和弹簧（4）组成。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的自调流式喷管型流入控制装置，其特征在于所述的自调流式喷管型流入控制装置通过靠固定喷管和活动喷管（8）的长度来调节流量。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的自调流式喷管型流入控制装置，所述的自调流式喷管型流入控制装置中活动喷管（8）的长度与弹簧弹性系数有关，能够根据弹簧弹性系数来选用不同类型的弹簧。