CN104314530B - 流入控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种流入控制装置，它包括：中心管，其管壁开设有通孔；套设在中心管外的壳体；导流机构，其位于环形空间内，用于将环形空间分成第一空间和第二空间，导流机构内部开设有用于连通所述第一空间和第二空间的第一通道以及用于连通第二空间与通孔的第二通道；调节部件，调节部件能在第二空间中沿轴向滑动并将所述第二空间分成第一腔体和第二腔体，调节部件与中心管形成用于连通第一腔体和第二腔体的流动通道；限位机构，能抵住调节部件；锁紧盘，其连接于壳体下端。本发明可实现对流入流体黏度的自动响应，从而调整流体的流入流量，实现平衡水平井流动剖面，达到稳产增产控水的目的。
Description
技术领域
本发明涉及油田水平井控水技术领域，特别涉及一种流入控制装置。
背景技术
先进的钻井技术已经让水平井成为开发油藏，特别是非常规油藏的首要设计类型。水平井可以增加产层的泄油面积，是一种提高采油效率、增加可采储量的重要技术手段。然而，水平井同时也存在一个严重的问题——不均匀的流动剖面，这通常是由于沿着水平段油藏的不均匀压差和各个地层压力以及渗透率分布不均匀造成的。不均匀的流动剖面会导致过早的水气突破、滤网堵塞、防砂井侵蚀，这将会严重的降低井的寿命和生产能力。
为了消除这个问题，人们逐渐地在生产水平井中使用流入控制装置(InflowControl Devices，简称ICD)。ICD作为完井设备的一部分可以控制和优化单井或者整个油藏的动态特征，它是一种节流装置，通过在井底增加一个附加的压降来平衡流动，作用是平衡沿井筒长度的流动而不管位置和渗透率的变化，使得整个井筒长度对总产量都有贡献从而优化原油采收率。ICD其产生压降的机理是运用摩擦或节流，最常用的两种ICD类型是螺线孔道型ICD和油嘴/孔板型ICD。螺线孔道型ICD使流体通过预先设计好的螺旋通道或弯曲通道，由于摩擦作用产生流动阻力，从而产生一个附加压降。孔板/油嘴型ICD使流体流过若干结构尺寸预先设置好的喷嘴孔板，通过节流作用产生附加压降。不同类型的ICD的机械设计是不同的，这些ICD的潜在原理是相同的，即利用附加的压降来使水平井的流入量重新分布。但这些ICD没有可动的部件，是不可以调整的，它是装在完井设施中的固定不变的装置，其根据最初的油藏条件和模拟预测的油藏性能来确定，所以说，ICD是消极的控制流动，一旦在井筒中装好了，这些装置会在整个井的生产寿命中始终如一的发挥其作用，除非把整个完井装置都取回。而油藏的状态是动态变化的，流体粘度，密度，速度都会随着时间而产生改变，所以固定的ICD不能适应这些动态的变化，从而导致水平井会产生流动的不平衡，进而对生产效率产生负面影响。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供了一种流入控制装置，其能够自动平衡井内的压力分布，有效的控制油水流入量。
本发明的具体技术方案是：
一种流入控制装置，其特征在于，它包括：中心管，呈中空圆管状，其管壁开设有通孔；壳体，其套设在所述中心管外，所述壳体与所述中心管之间形成环形空间；导流机构，其位于所述环形空间内，用于将所述环形空间分成第一空间和第二空间，所述导流机构内部开设有用于连通所述第一空间和所述第二空间的第一通道以及用于连通所述第二空间与所述通孔的第二通道；调节部件，其位于所述第二空间中，所述调节部件能在所述第二空间中沿轴向滑动并将所述第二空间分成第一腔体和第二腔体，所述调节部件与所述中心管形成用于连通所述第一腔体和所述第二腔体的流动通道；限位机构，能抵住所述调节部件，所述调节部件与所述限位机构相抵时，所述调节部件与所述第二腔体的底壁具有间隙；锁紧盘，其连接于壳体下端，用于对环形空间的下部进行封堵。
优选地，所述锁紧盘与所述壳体之间设有阀座部件、单向阀阀体、单向阀弹簧，所述锁紧盘与所述阀座部件上开设有用于将所述第二腔体与外界相连通的流道，所述流道中设有所述单向阀阀体与所述单向阀弹簧，所述单向阀阀体能自上而下开启。
优选地，所述流道包括所述阀座部件与所述锁紧盘内部形成竖直通道、所述阀座部件与所述锁紧盘接触处形成横向通道，所述竖直通道与所述横向通道相交连通，所述竖直通道内设有单向阀阀体，所述单向阀阀体外套设有单向阀弹簧，所述单向阀弹簧与所述锁紧盘相抵，所述单向阀阀体打开时，所述竖直通道与所述横向通道连通第二腔体与外界。
优选地，所述锁紧盘通过紧固螺钉与所述阀座部件相连接。
优选地，所述壳体的上端连接有防砂筛管。
优选地，所述调节部件呈环形，所述调节部件和所述壳体之间设有密封胶圈。
优选地，所述导流机构呈圆环形，所述导流机构内的所述第一通道和所述第二通道为多条沿所述导流机构的轴向中心环向分布的通道。
优选地，开设在所述中心管上的所述通孔位于所述中心管的同一横截面上，所述通孔与所述第二通道相一一对应连通。
优选地，所述中心管外壁面嵌有用于固定所述导流机构的轴用弹性挡圈，所述壳体内壁面嵌有孔用弹性挡圈，所述孔用弹性挡圈与所述导流机构之间设有套筒。
本发明采用以上结构方案，具有以下优点：
1、本发明实现了对流入流体黏度的自动响应，可以根据流入流体的黏度自动调节开口大小，实现平衡水平井流动剖面，避免水平井内产生流动不平衡，控制水锥及气锥的发生，从而实现稳产增产控水的目的。
2、本发明可以对装置内部流道进行正洗，清除沉砂，从而提高使用寿命。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
图1为本发明初始状态的结构示意图。
图2为装有本发明的水平井完井管柱示意图。
图3为本发明在生产中的流道示意图。
图4为本发明正洗流道示意图。
以上附图标记的标记说明：
1、水平井完井管柱；2、流入控制装置；3、中心管；31、通孔；4、防砂筛管；5、壳体；6、孔用弹性挡圈；7、套筒；8、轴用弹性挡圈；9、导流机构；91、第一通道；92、第二通道；10、调节部件；101、上表面；102、下表面；11、密封胶圈；12、弹簧；13、限位销钉；14、第二腔体；15、阀座部件；16、单向阀阀体；17、单向阀弹簧；18、紧固螺钉；19、锁紧盘；20、生产流道；21、第一正洗流道；22、第二正洗流道；23、竖直通道；24、横向通道；25、流动通道；26、第一腔体；27、第二空间；28、第一空间。
具体实施方式
结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。
图1为本发明流入控制装置2在初始状态的结构示意图，如图1所示。本发明提出的一种流入控制装置2，它包括：中心管3，呈中空圆管状，其管壁开设有通孔31；壳体5，其套设在中心管3外，壳体5与中心管3之间形成环形空间；导流机构9，其位于环形空间内，用于将环形空间分成第一空间28和第二空间27，导流机构9内部开设有用于连通所述第一空间28和第二空间27的第一通道91以及用于连通第二空间27与通孔31的第二通道91；调节部件10，其位于第二空间27中，调节部件10能在第二空间27中沿轴向滑动并将所述第二空间27分成第一腔体26和第二腔体14，调节部件10与中心管3形成用于连通第一腔体26和第二腔体14的流动通道25；限位机构，能抵住调节部件10，调节部件10与限位机构相抵时，调节部件10与第二腔体14的底壁具有间隙；锁紧盘19，其连接于壳体5下端，用于对环形空间的下部进行封堵。
具体而言，中心管3在其径向横截面上均匀环向开设有一个或一个以上的通孔31。导流机构9呈圆环状，导流机构9的内壁与中心管3紧密贴合，导流机构9的外壁与壳体5的内壁紧密贴合，保证导流机构9将环形空间分隔成第一空间28和第二空间27时，导流机构9与壳体5、中心管3壁面之间的密封。导流机构9中存在连通第一空间28和第二空间27的第一通道91，该第一通道91可以为开设在导流机构9内部的一条或一条以上的通道，当第一通道91为多条通道时，它可以均匀的沿导流机构的轴向中心环向分布，以保证外部流体可以均匀流进该第一通道91。导流机构9中还设有连通第一空隙26和通孔31的第二通道92，该第二通道92也是为开设在导流机构9内部的一条或一条以上的通道，环向排布设置于导流机构9上，通道位置和数量可与中心管3上开设的通孔31相对应，使得通孔与第二通道一一对应相连通，从而保证第一腔体26与中心管3内部相连通。
在导流机构9下部设置有调节部件10，调节部件10可在第二空间27中上下移动，导流机构9与调节部件10之间存在第一腔体26，调节部件10呈圆环形，调节部件10的外壁与壳体5内壁紧贴，调节部件10的内壁与中心管3外壁之间存在空隙，形成一个流动通道25，以保证流体能够经该流动通道25流入调节部件10下部的第二腔体14。
锁紧盘19呈圆环状，与壳体5以螺纹相连接，用以对壳体5进行固定并密封环形空间的下端。在第二腔体14中设有限位机构，限位机构可以为一限位销钉13，限位销钉13的一端可以与壳体5或锁紧盘19或中心管3相固定，限位销钉13的另一端伸出部分抵住调节部件10，必须存在一个伸出部分是为了保证无论调节部件10上下移动到任何程度，第二腔体14总存在一个最小体积。在流入控制装置2工作时，该最小体积使得第二腔体14内总会充有流体，该流体可以传递压力并且该压力会随着流体黏度的变化而改变，以此使得调节部件在第二空间中自己上下调节，从而改变流体流量。
本发明的工作原理如下：
参照图2所示，本发明流入控制装置2为井下使用，具体安装于水平井完井管柱1中水平段的油管之间，其安装个数根据实际情况决定。
图3为本发明流入控制装置2在生产中的流道示意图。流入控制装置2在井下工作开始时，第一空间28、第一通道91、第一腔体26、第二通道92和通孔31相连通形成如图3所示的生产流道20。流体从第一空间28流入，经第一通道91后，填充满第一腔体26、流动通道25和第二腔体14，最终通过第二通道92和通孔31流入中心管3内。
在这之后，当油藏的条件发生动态变化时，流体粘度、密度、速度都会随着时间而改变。当流体变成高粘度流体(例如大部分为原油)通过生产流道20时，由于高粘度流体的高粘度性，流体与生产流道20中的壁面摩擦力增大，导致流体流速下降，流体的体积流量也随之下降。根据伯努利原理，压力势能、动能、重力势能以及摩擦能量损失的和为常数，即
在第一腔体26中的高粘度流体的流速下降，则流体在第一腔体26内的压力便会上升，第二腔体14压力较小，即调节部件10上表面101压力较大，下表面102压力较小，所以使调节部件10向下移动，直至调节部件10上表面101的压力与第二腔体14内压力两者相等时，调节部件10停止向下移动，保持这一状态。而此时，调节部件10向下移动却使得调节部件10上部的第一腔体26体积加大，导致了高粘度流体的体积流量上升，最终恢复至原来流体因高黏度性导致的体积流量下降前的流量水平，保证了流体体积流量的稳定，使得井内压力平衡，不随油藏条件的变化而变化。
当流体变成低粘度流体(例如大部分为水、气)通过生产流道20时，由于低粘度流体的低粘度性，流体与生产流道20中的壁面摩擦力减小，导致流速上升，流体的体积流量也随之上升。根据伯努利原理，在调节部件10上部第一腔体26中低粘度流体的流速上升，则流体在第一腔体26内的压力便会下降，第二腔体14压力较大，即调节部件上表面101压力较小，下表面102压力较大，所以使调节部件10向上移动，直至调节部件10上表面101的压力与第二腔体14内压力两者相等时，调节部件10停止向上移动，保持这一状态。而此时，调节部件10的向上移动却使得调节部件10上部第一腔体26的体积减小，导致了低粘度流体的体积流量下降，最终恢复至原来流体因低黏度性导致的体积流量下上升前的流量水平，保证了流入管内的流体体积的稳定，使得井内压力平衡，不随油藏条件的变化而变化。
本发明可根据流入流体的高低黏度，自动响应调节流体流量，从而在不同流体黏度的情况下达到保持流体流量稳定的目的，进而避免了水平井内流动不平衡产生的负面影响，保证水平井的生产能力。
在一个优选的实施方式中，本发明实际在井下安装时与防砂筛管4一起连接使用，流入控制装置2的壳体5上部可设置有内螺纹，中心管3外壳体5上部开口处可通过该螺纹连接防砂筛管4。如此，需要流入中心管3的流体必须经过防砂筛管4，当流体中含有沙砾时，可以有效防止流体中的沙砾随流体流入，避免流入控制装置2内部因沙砾堵塞通道，而导致流入控制装置2的失效。
在一个优选的实施方式中，上述中心管3、壳体5、导流机构9、调节部件10位置结构不变。第二腔体14下端改为通过连接阀座部件15进行密封。阀座部件15下端设有锁紧盘19，阀座部件与壳体5以螺纹相连接，用以密封第二腔体14，锁紧盘19内壁与中心管3外壁相紧贴，从而保证第二腔体14下端的密封效果。锁紧盘19和阀座部件15之间通过紧固螺钉18相连接，以固定锁紧盘19位置。锁紧盘19与阀座部件15上开设有第二腔体与外界相连通的流道，所述流道中设置单向阀阀体与单向阀弹簧，单向阀阀体能自上而下开启。具体而言，阀座部件15内部与锁紧盘19内部形成竖直通道23，阀座部件15与锁紧盘19接连处设有横向通道24，竖直通道23与横向通道24相交连通形成流道，竖直通道23内设有单向阀阀体16，单向阀阀体16外套设有单向阀弹簧17，单向阀弹簧17与锁紧盘19相抵，单向阀阀体16向下打开时，竖直通道23与横向通道24使得第二腔体14与外界相连通。如此，在单向阀阀体16在第二腔体14流体经阀座部件15中竖直通道23内压力作用下，单向阀弹簧17收缩，单向阀阀体16向下运动，于是单向阀阀体16打开，使得阀座部件15内竖直通道23与横向通道24呈连通状态，使得在此时流体能够通过阀座部件15下端面和锁紧盘19之间的横向通道24向外排出。同时，在第二腔体14中设有限位机构，限位机构可以为限位销钉13，限位销钉13的一端与阀座部件15或中心管3或壳体5相固定连接，限位销钉13另一端的伸出部分抵住调节部件10，使得第二腔体14总存在一个最小体积。
当本发明流入控制装置2经过长时间的使用之后，即使有防砂筛管4的设置，但其第二腔体14与生产流道20内都可能会产生沉砂现象，会影响到本发明的应用效果。为此，如图4所示，本发明设计了第一正洗流道21和第二正洗流道22，以便清理第二腔体14与生产通道内的沉砂。通孔3、第二通道92、第一空隙26、流动通道25、第二腔体14、竖直通道23和横向通道24构成第一正洗流道21，通孔3、第二通道92、第一腔体26、第一通道91与第一空间28形成第二正洗流道22。
整个正洗过程如图4所示，对水平井油管内部进行一定的加压，管内流体从中心管3注入，流过导流机构9第二通道92，进入调节部件10上部与导流机构9之间形成第一腔体26，在调节部件10上表面101压力的作用下，调节部件10向下运动直至贴合到限位销钉13上。流体随后通过流动通道25，流进第二腔体14，再从第二腔体14进入阀座部件15的竖直通道23，在流体压力的作用下，单向阀阀体16打开，流体最后从阀座部件15和锁紧盘19形成的横向通道24带着沉砂一起排出，形成第一正洗流道21。该第一正洗流道21可以实现对第二腔体14和第一空隙26内的沉砂清理。流体从中心管3注入形成第二正洗流道22，第二正洗流道22与生产流道20相反，流道先经过导流机构9的第二通道92，再经过第一腔体26重新流入导流机构9的第一通道91，最后流体从第一空间28带着沉砂一起排出。该第二正洗通道22可以对生产流道20内的沉砂进行清理。第一正洗通道21和第二正洗通道22对装置内部所有流道进行正洗，用以清除沉砂，从而提高本发明使用寿命。
在一个更优选的实施方式中，第二腔体14内部固定的限位销钉13套设有弹簧12，弹簧12的一端抵住阀座部件15，另一端顶住调节部件10。在流入控制装置2处于非工作状态时，通过弹簧12使得第一通道91与第二通道92呈不连通状态；其次在工作状态下，弹簧12作用在调节部件10下表面102的作用力、流体对调节部件10上表面101的压力和流体对调节部件10下表面102的压力三者结合更有利于调节部件10根据流体黏度的不同而进行上下移动调节，从而控制调节部件10与导流机构9之间第一腔体26的体积，以更好的达到控制不同流体流入量的目的，而限位销钉13的作用为保证第二腔体14的最小体积。
在一个优选的实施方式中，在壳体5与中心管3之间设置有孔用弹性挡圈6、套筒7、轴用弹性挡圈8，三者均位于导流机构9上方。中心管3外壁面嵌有轴用弹性挡圈8固定导流机构9，壳体5内壁面嵌有孔用弹性挡圈6，孔用弹性挡圈6与导流机构9之间夹有套筒7。轴用弹性挡圈8与导流机构9相贴合，轴用弹性挡圈8的内圈卡入中心管3，从而进行定位用以固定导流机构9位置。套筒7外壁与壳体5的内壁相贴，其下部抵住导流机构9。套筒7上部设置有孔用弹性挡圈6，孔用弹性挡圈6用以固定套筒7。如此，孔用弹性挡圈6、套筒7和轴用弹性挡圈8三者结合有助于对导流机构9的位置进行定位固定，使得导流机构9中通道与中心管3的圆孔相对应，不易发生偏移。
在一种优选的实施方式中，流入控制装置2的调节部件10和壳体5之间设置有密封胶圈11，如此，保证了调节部件10和壳体5之间的密封效果。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种流入控制装置，其特征在于，它包括：
中心管，呈中空圆管状，其管壁开设有通孔；
壳体，其套设在所述中心管外，所述壳体与所述中心管之间形成环形空间；
导流机构，其位于所述环形空间内，用于将所述环形空间分成第一空间和第二空间，所述导流机构内部开设有用于连通所述第一空间和所述第二空间的第一通道以及用于连通所述第二空间与所述通孔的第二通道；
调节部件，其位于所述第二空间中，所述调节部件能在所述第二空间中沿轴向滑动并将所述第二空间分成第一腔体和第二腔体，所述调节部件与所述中心管形成用于连通所述第一腔体和所述第二腔体的流动通道；
限位机构，能抵住所述调节部件，所述调节部件与所述限位机构相抵时，所述调节部件与所述第二腔体的底壁具有间隙；
锁紧盘，其连接于壳体下端，用于对环形空间的下部进行封堵。
2.根据权利要求1所述的流入控制装置，其特征在于：所述锁紧盘与所述壳体之间设有阀座部件、单向阀阀体、单向阀弹簧，所述锁紧盘与所述阀座部件上开设有用于将所述第二腔体与外界相连通的流道，所述流道中设有所述单向阀阀体与所述单向阀弹簧，所述单向阀阀体能自上而下开启。
3.根据权利要求2所述的流入控制装置，其特征在于，所述流道包括所述阀座部件与所述锁紧盘内部形成竖直通道、所述阀座部件与所述锁紧盘接触处形成横向通道，所述竖直通道与所述横向通道相交连通，所述竖直通道内设有单向阀阀体，所述单向阀阀体外套设有单向阀弹簧，所述单向阀弹簧与所述锁紧盘相抵，所述单向阀阀体打开时，所述竖直通道与所述横向通道连通第二腔体与外界。
4.根据权利要求2所述的流入控制装置，其特征在于，所述锁紧盘通过紧固螺钉与所述阀座部件相连接。
5.根据权利要求1所述的流入控制装置，其特征在于，所述壳体的上端连接有防砂筛管。
6.根据权利要求1所述的流入控制装置，其特征在于，所述调节部件呈环形，所述调节部件和所述壳体之间设有密封胶圈。
7.根据权利要求1所述的流入控制装置，其特征在于，所述导流机构呈圆环形，所述导流机构内的所述第一通道和所述第二通道为多条沿所述导流机构的轴向中心环向分布的通道。
8.根据权利要求1所述的流入控制装置，其特征在于，开设在所述中心管上的所述通孔位于所述中心管的同一横截面上，所述通孔与所述第二通道相一一对应连通。
9.根据权利要求1所述的流入控制装置，其特征在于，所述中心管外壁面嵌有用于固定所述导流机构的轴用弹性挡圈，所述壳体内壁面嵌有孔用弹性挡圈，所述孔用弹性挡圈与所述导流机构之间设有套筒。
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