CN106401526A - 一种流入控制阀 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种流入控制阀，由阀座、下阀体、阀芯、上阀体组成。阀座安装在生产管线上，阀座内部开有阶梯孔；下阀体嵌入到阀座的阶梯孔中，通过凸台限定轴向位置，下阀体内部开有锥孔；上阀体上部开圆孔，下部开曲面孔，上阀体以螺纹连接的方式拧在阀座上；阀芯置于由下阀体的锥孔及上阀体的曲面孔所构成的空间之内；阀芯为由阀芯下锥面、阀芯上曲面及阀芯下流道所构成的实体；阀芯下锥面的斜率大于阀体的锥孔的斜率，阀芯下流道为均布在阀芯下锥面下端的长条槽。本发明一种流入控制阀可以根据油气层中流体的种类及其成分自动调整阀的流道空间大小，增大油的流入，控制水和气的流入，防止发生水层和气层穿透，从而有效地控制油品的产量及质量。
Description
技术领域
本发明涉及水平井储层采收领域，特别是涉及一种能够很好地控制油气层中流体混合物流入到生产管线的流入控制阀。
背景技术
水平井指井斜角达到或接近90°，井深沿着水平方向钻进一定长度的井。一般来说，水平井适用于薄的油气层或裂缝性油气藏，目的在于增大油气层的裸露面积。在生产过程中，由于流体的流动摩擦阻力影响，沿着水平井的流动方向上，油气层与水平井生产管线上的压差不断地变化，这样就导致上游处和下游处生产速度不一致。为了使整个生产管线上的生产速度均匀，水平井生产管线会布置很多静态的流入控制阀以便控制油气层中油、水和气的流入。在水平井生产前期，静态的流入控制阀具有很好的工作特性，但随着生产的进行，油气层中流体的种类及组成会发生改变，这时静态的流入控制阀不能对不同成分的油、水和气及其混合物进行区分，不能在发生水层或气体层穿透时阻碍或延缓水及气体的流入，流入控制阀不能保证按照设计的方式具有最佳的流入控制特性，这样会影响油品的产量和质量。
发明内容
本发明的目的是针对水平井生产油的过程中出现的油品质量差、产量低等问题，提供一种可以自动实现控水控气的流入控制阀。
本发明所采用的技术方案是：一种流入控制阀，该阀以螺纹连接或者胀接的方式安装在生产管线上，阀的高度可以随生产管线的厚度不同而变化，阀在生产管线上的布置可以按照生产工况的不同而调整。本发明控一种流入控制阀由阀座、下阀体、阀芯、上阀体组成。阀座安装在生产管线上，阀座内部开有阶梯孔；下阀体嵌入到阀座的阶梯孔中，通过凸台限定轴向位置，下阀体内部开有锥孔；上阀体上部开圆孔，下部开曲面孔，上阀体以螺纹连接的方式拧在阀座上；阀芯置于由下阀体的锥孔及上阀体的曲面孔所构成的空间之内。
阀芯为由阀芯下锥面、阀芯上曲面及阀芯下流道所构成的实体。
阀芯上曲面与上阀体的曲面孔相对构成曲面流道；阀芯下锥面与下阀体的锥孔相对构成锥形流道，并且阀芯下锥面的斜率要大于阀体的锥孔的斜率，阀芯下流道为均布在阀芯下锥面下端的长条槽，阀芯下锥面与下阀体内部的锥孔贴合时，因为有阀芯下流道，流入阀不会闭死，仍有流体流入生产管线内。
阀芯在油储层一侧压力为P1，在曲面流道处压力为P2，在管线一侧压力为P3；上阀体上部圆孔面积为A1，上阀体与阀芯所构成的环形面积为A2，阀芯下部面积为A3，因此作用在阀芯2-3上的合力ΔF可以表示为：ΔF＝P1×A1+P2×A2-P3×A3。
不同的流体由于黏度的不同，流过曲面流道时流动阻力就不同，因而流速也就不同。根据伯努利方程可知，压强水头、速度水头和位置水头之和恒定。
流体流过的速度越快，曲面流道处压力P2越小；流过的速度v越慢，曲面流道处压力P2越大。
油黏度高，流动速度慢，其流过曲面流道时的压力P2大，这样阀芯便被尽可能多地压向下阀体一侧，从而允许更多的油流过；水黏度低，流动速度快，其流过时通道内的压力P2小，这样阀芯便被尽可能多地压向上阀体一侧，从而允许流过的水便会减少；当流过的流体为气体时，气体的黏度更低，流速更快，这时曲面流道趋向于闭合，气体便几乎不会通过。当流体为油、水和气的混合物时，阀芯便可根据其组成自动调整在下阀体的锥孔及上阀体的曲面孔所构成的空间的位置，从而保证更多的油流进生产管线，水和气则较少地流入。
当阀芯与下阀体接触，即阀芯上曲面与上阀体的曲面孔相对所构成的曲面流道最大时，阀芯下流道所具有的流动空间应能保证流体完全流过，这是下流道尺寸设计的依据，流出的体积之和大于流入的体积之和。
本发明的优良效果是流入控制阀可以根据油气层中流体的种类及其成分自动调整阀的流道空间大小，增大油的流入，控制水和气的流入，防止发生水层和气层穿透，从而有效地控制油品的产量及质量。
附图说明
图1示出了设置有本发明一种流入控制阀的生产管线的正视剖面图；
图2示出了设置有本发明一种流入控制阀的生产管线的左视剖面图；
图3示出了本发明一种流入控制阀的结构图；
图4a示出了本发明一种流入控制阀的阀芯结构正视图；
图4b示出了本发明一种流入控制阀的阀芯结构俯视图；
图4c示出了本发明一种流入控制阀的阀芯结构仰视图。
图中，1—生产管线，2—阀，2-1—阀座，2-2—下阀体，2-3—阀芯，2-4—上阀体，2-3-1—阀芯下锥面，2-3-2—阀芯上曲面，2-3-3—阀芯下流道。
具体实施方式
下面将参考附图对本发明进行详细地描述。
图1、图2示出了设置有本发明一种流入控制阀的生产管线的剖面图。其中生产管线1开有圆孔，阀2以螺纹连接或者胀接的方式安装在生产管线1上，阀2的高度可以随生产管线1的厚度不同而变化，阀2在生产管线1上的布置可以按照生产工况的不同而调整。
图3示出了本发明一种流入控制阀的结构。该控制阀由阀座2-1、下阀体2-2、阀芯2-3、上阀体2-4组成。阀座2-1安装在生产管线1上，其内部开有阶梯孔；下阀体2-2嵌入到阀座2-1的阶梯孔中，通过凸台限定轴向位置，其内部开有锥孔；上阀体2-4上部开圆孔，下部开曲面孔，以螺纹连接的方式拧在阀座2-1上；阀芯2-3置于由下阀体2-2的锥孔及上阀体2-4的曲面孔所构成的空间之内。
图4a、图4b及图4c示出了本发明一种流入控制阀的阀芯结构。阀芯2-3为由下锥面2-3-1，上曲面2-3-2及下流道2-3-3所构成的实体。
阀芯上曲面2-3-2与上阀体2-4的曲面孔相对构成曲面流道；阀芯下锥面2-3-1与下阀体2-2的锥孔相对构成锥形流道，并且阀芯下锥面2-3-1的斜率要大于阀体2-2的锥孔的斜率。
阀芯2-3在油储层一侧压力为P1，在曲面流道处压力为P2，在管线一侧压力为P3；上阀体2-4上部圆孔面积为A1，上阀体2-4与阀芯2-3所构成的环形面积为A2，阀芯2-3下部面积为A3，因此作用在阀芯2-3上的合力ΔF可以表示为：ΔF＝P1×A1+P2×A2-P3×A3。
不同的流体由于黏度的不同，流过曲面流道时流动阻力就不同，因而流速也就不同。根据伯努利方程可知，压强水头、速度水头和位置水头之和恒定。
流体流过的速度越快，曲面流道处压力P2越小，流过的速度越慢，曲面流道处压力P2越大。
油黏度高，流动速度慢，其流过曲面流道时的压力P2大，这样阀芯2-3便被尽可能多地压向下阀体2-2一侧，从而允许更多的油流过；水黏度低，流动速度快，其流过时通道内的压力P2小，这样阀芯2-3便被尽可能多地压向上阀体2-4一侧，从而允许流过的水便会减少；当流过的流体为气体时，气体的黏度更低，流速更快，这时曲面流道趋向于闭合，气体便几乎不会通过。当流体为油、水和气的混合物时，阀芯2-3便可根据其组成自动调整在下阀体2-2的锥孔及上阀体2-4的曲面孔所构成的空间的位置，从而保证更多的油流进生产管线，水和气则较少地流入。
当阀芯2-3与下阀体2-2接触，即阀芯上曲面2-3-2与上阀体2-4的曲面孔相对所构成的曲面流道最大时，阀芯下流道2-3-3所具有的流动空间应能保证流体完全流过。
以上所述及附图仅用以说明及示意本发明的技术方案，而不是对其进行限制，本发明范围由所附权利要求进行限定。
Claims (3)
1.一种流入控制阀，其特征在于：由阀座、下阀体、阀芯、上阀体组成，阀座安装在生产管线上，阀座内部开有阶梯孔；下阀体嵌入到阀座的阶梯孔中，通过凸台限定轴向位置，下阀体内部开有锥孔；上阀体上部开圆孔，下部开曲面孔，上阀体以螺纹连接的方式拧在阀座上；阀芯置于由下阀体的锥孔及上阀体的曲面孔所构成的空间之内。
2.根据权利要求1所述的一种流入控制阀，其特征在于：阀芯为由阀芯下锥面、阀芯上曲面及阀芯下流道所构成的实体，阀芯上曲面与上阀体的曲面孔相对构成曲面流道；阀芯下锥面与下阀体的锥孔相对构成锥形流道，并且阀芯下锥面的斜率要大于阀体的锥孔的斜率，阀芯下流道为均布在阀芯下锥面下端的长条槽。
3.根据权利要求1所述的一种流入控制阀，其特征在于：阀芯上曲面与上阀体的曲面孔相对所构成的曲面流道最大时，阀芯下流道所具有的流动空间应能保证流体完全流过，流出的体积之和大于流入的体积之和。
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| CN111022005A (zh) * | 2018-10-10 | 2020-04-17 | 中国石油化工股份有限公司 | 可变流道型流入控制装置、采油短节和生产管串 |
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