CN109058632B

CN109058632B - Aicd控水装置

Info

Publication number: CN109058632B
Application number: CN201811080478.4A
Authority: CN
Inventors: 安永生; 张恒; 马梦琪; 姜帅; 邬书豪; 王梦书
Original assignee: China University of Petroleum Beijing
Current assignee: China University of Petroleum Beijing
Priority date: 2018-09-17
Filing date: 2018-09-17
Publication date: 2020-06-05
Anticipated expiration: 2038-09-17
Also published as: CN109058632A

Abstract

本发明提供了一种AICD控水装置，包括：具有内腔的圆盘，所述圆盘的底壁上设置有与所述内腔连通第一出口；设置在所述内腔中的多个旋流腔，多个所述旋流腔不与所述第一出口发生干涉，每个所述旋流腔的底壁上设置有第二出口；与多个所述旋流腔相对应的入口，多个所述入口设置在所述圆盘边缘，且多个所述入口的开口指向相较于所述圆盘的圆周方向一致；每个所述入口包括主流道以及从所述主流道分支出来的分支流道，所述主流道与所述圆盘边缘相切且与所述内腔连通，所述分支流道与对应的所述旋流腔连通。本发明实施例的AICD控水装置能使流体得到充分的旋转，产生较大的压降差异，促进油和水的分离，增油控水效果较佳。

Description

AICD控水装置

技术领域

本发明涉及控水技术领域，尤其涉及一种AICD控水装置。

背景技术

本部分的描述仅提供与本发明公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

由于水平井和大位移井等复杂结构井具有许多直井都无法比拟的优点，因此成为目前薄层油藏、底水油藏、裂缝性油藏、稠油油藏、海洋潜水以及深水油气藏的主要开采手段。与直井相比，水平井有许多优点：首先水平井较长的井筒增加了井筒与油气层之间的接触面积，使得油藏的泄油面积大大增加；而且储层流体的渗流通道相比直井也更加流畅，流动阻力减少。

但水平井生产时，由于跟端趾端压降不同，会发生跟趾效应。跟趾效应逐渐发展，导致底水脊进。为了减轻底水脊进，采取了许多措施，如传统的变密度筛管完井、中心管完井、ICD(Inflow Control Device，流入控制装置)完井和最新的智能化AICD(AutonomousInflow Control Device，自动流入控制装置)完井。

上述措施均能在一定程度上控制底水脊进。但是由于变密度筛管完井和中心管完井等都不能根据井下状况实时调整各参数，而ICD完井不能智能识别油和水，所以应用受到局限。

新型的智能化AICD控水装置能根据水油粘度差来实现智能化控水。但是，水平井AICD控水装置智能控水还处于初始阶段。现有的AICD控水装置的介绍如下：

在第一已知实施例中，AICD控水装置的内部结构采用了简单的两层挡板作为区分油和水的旋转腔室，入口处采用了对称的单口入口流道，无分支角。该实施例的AICD控水装置存在如下缺点：

1)油水分流效果差：混合液进入装置内部之前，没有经过简单的分流处理，导致油水分离效果差。具体的，第一已知实施例的AICD控水装置只有主流道，没有y型分支流道，导致混合液只能沿着主流道流入装置内部，油和水都经过同一入口流入。直到进入装置内部之后，混合液才开始根据油水性质差异发生不同的流动。水由于惯性力强粘滞力小，会沿着主流道继续循环流动。油由于粘滞力强而惯性力小，会直接流入出口，压降小。

2)水流后压降小：由于第一已知实施例的AICD控水装置内部只有一个旋流腔，水的循环流动不充分，导致水流经本发明实施例的AICD控水装置后的压降太小，起不到增油控水的效果。

在第二已知实施例中，其与第一已知实施例相比，主要进步是在入口处加入了分支流道。这样在一定程度优化了入口处的油水分流，提高了油水压差。但是该方案将对称的入口改为单向的入口，且内部结构无改进，所以油水分流和水流后压降相较于第一已知实施例并没有得到很大的提升。

因此，以上两个已知实施例由于内部都只有一个循环腔室，所以水经过以上两个已知实施例的AICD控水装置时并未发生充分的旋转。所以，水相的压降较小，这样给实际的应用带来了很大的局限。

综上，现有的AICD控水装置存在油水分流效果差和液体流经装置压降小导致增油控水效果较差的问题。

实际上，在现有的AICD控水装置中，由于装置内只有一个简陋的旋流腔，导致无论是何种流体流经以上两个已知实施例的AICD控水装置时，均不能得充分的旋转运动。这样油和水等不同流体流经AICD装置时，压降差异小，起不到理想的效果。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

基于前述的现有技术缺陷，本发明实施例提供了一种AICD控水装置，其能使流体得到充分的旋转，产生较大的压降差异，促进油和水的分离，增油控水效果较佳。

为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。

一种AICD控水装置，包括：

具有内腔的圆盘，所述圆盘的底壁上设置有与所述内腔连通第一出口；

设置在所述内腔中的多个旋流腔，多个所述旋流腔不与所述第一出口发生干涉，每个所述旋流腔的底壁上设置有第二出口；

与多个所述旋流腔相对应的入口，多个所述入口设置在所述圆盘边缘，且多个所述入口的开口指向相较于所述圆盘的圆周方向一致；每个所述入口包括主流道以及从所述主流道分支出来的分支流道，所述主流道与所述圆盘边缘相切且与所述内腔连通，所述分支流道与对应的所述旋流腔连通。

优选地，多个所述分支流道呈圆弧形，且多个所述分支流道的延长线经过所述圆盘的圆心。

优选地，所述分支流道与对应的所述主流道之间的夹角为分支角，所述分支角等于180°/n，n为所述入口的个数。

优选地，所述入口的数量为三个，所述分支流道与对应的所述主流道之间的分支角为60°。

优选地，多个所述入口以环形阵列的形式设置在所述圆盘的边缘，相邻所述入口之间的夹角为360°/n，n为所述入口的个数。

优选地，所述入口的数量为三个，相邻所述入口之间的夹角为120°。

优选地，第i个所述入口的主流道沿所述圆盘的圆弧形边缘延伸至与第i+1个所述入口的主流道和分支流道相连通；其中，第i+1个所述入口沿其内部的油水混合液的流动方向位于第i个所述入口的下游，1≤i≤n，n为所述入口的个数。

优选地，沿所述圆盘的圆周方向，多个所述入口的开口指向位于同一侧，从而多个所述入口的开口指向相同。

优选地，多个所述入口的开口指向相较于所述圆盘的圆周方向一致包括：

多个所述入口均以顺时针方向设置；或者，

多个所述入口均以逆时针方向设置。

优选地，多个所述旋流腔以环形阵列的形式设置在所述圆盘的内腔中，且多个所述旋流腔设置在靠近所述圆盘的边缘位置处，从而所述圆盘的中心位置处形成有不被任意一个所述旋流腔所干涉的空置区域，所述第一出口设置在所述空置区域中。

优选地，所述旋流腔由呈圆形的侧壁围构形成，所述侧壁对应于所述分支流道的位置处设置有第一缺口，所述旋流腔通过所述第一缺口与对应的所述分支流道连通。

优选地，相邻所述旋流腔的侧壁相间隔，从而相邻所述旋流腔之间形成有与所述空置区域相通的缓冲区域，所述侧壁上设置有多个连通所述旋流腔与所述缓冲区域的第二缺口，从而所述旋流腔依次通过所述第二缺口和缓冲区域与所述第一出口连通。

本发明实施例的AICD控水装置，通过在圆盘的内腔中设置多个旋流腔，并通过设置与多个旋流腔相对应的入口，并借助入口具有主流道和分支流道的结构设计，从而油水混合液的旋流结构相较于现有技术的AICD控水装置更为复杂，油水混合液旋流分离的路径大大延长。

如此，借助油和水由于密度的不同而导致的惯性力差异，以及，由于粘度的不同而导致的粘滞力差异，使得油水混合液中的油和水可以得到充分的旋转，产生较大的压降差异，从而较佳的促进油水的分离，提高增油控水效果。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施例，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施例在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施例包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，与其它实施例中的特征相组合，或替代其它实施例中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

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。在附图中：

图1为本发明实施例的AICD控水装置的立体结构示意图；

图2为本发明实施例的AICD控水装置的俯视结构示意图；

图3A为水经过本发明实施例的AICD控水装置时的压降云图；

图3B为水经过本发明实施例的AICD控水装置时的速度矢量图；

图3C为水经过本发明实施例的AICD控水装置时的流线图；

图3D为水经过本发明实施例的AICD控水装置时的压力分布散点图；

图4A为油经过本发明实施例的AICD控水装置时的压降云图；

图4B为油经过本发明实施例的AICD控水装置时的速度矢量图；

图4C为油经过本发明实施例的AICD控水装置时的流线图；

图4D为油经过本发明实施例的AICD控水装置时的压力分布散点图；

图5A为天然气经过本发明实施例的AICD控水装置时的压降云图；

图5B为天然气经过本发明实施例的AICD控水装置时的速度矢量图；

图5C为天然气经过本发明实施例的AICD控水装置时的流线图；

图5D为天然气经过本发明实施例的AICD控水装置时的压力分布散点图；

图6为天然不同密度时的压降曲线图；

图7为同一流速不同密度时的压降图；

图8为不同密度下天然的气压降图版；

图9为不同粘度压降的对比图；

图10为压降粘度关系图；

图11为水油过阀压差对比曲线图；

图12为不同粘度天然气压降图；

图13A为纯油经过本发明实施例的AICD控水装置时的压降云图；

图13B为含水率20％的油经过本发明实施例的AICD控水装置时的压降云图；

图13C为含水率40％的油经过本发明实施例的AICD控水装置时的压降云图；

图13D为含水率60％的油经过本发明实施例的AICD控水装置时的压降云图；

图13E为含水率80％的油经过本发明实施例的AICD控水装置时的压降云图；

图13F为纯水经过本发明实施例的AICD控水装置时的压降云图；

图14A为纯油经过本发明实施例的AICD控水装置时的速度矢量图；

图14B为含水率20％的油经过本发明实施例的AICD控水装置时的速度矢量图；

图14C为含水率40％的油经过本发明实施例的AICD控水装置时的速度矢量图；

图14D为含水率60％的油经过本发明实施例的AICD控水装置时的速度矢量图；

图14E为含水率80％的油经过本发明实施例的AICD控水装置时的速度矢量图；

图14F为纯水经过本发明实施例的AICD控水装置时的速度矢量图；

图15A为纯油经过本发明实施例的AICD控水装置时的流线图；

图15B为含水率20％的油经过本发明实施例的AICD控水装置时的流线图；

图15C为含水率40％的油经过本发明实施例的AICD控水装置时的流线图；

图15D为含水率60％的油经过本发明实施例的AICD控水装置时的流线图；

图15E为含水率80％的油经过本发明实施例的AICD控水装置时的流线图；

图15F为纯水经过本发明实施例的AICD控水装置时的流线图；

图16为不同含水率压降对比曲线图；

图17A为分支角为30度时的压降云图；

图17B为分支角为45度时的压降云图；

图17C为分支角为60度时的压降云图；

图17D为分支角为80度时的压降云图；

图18为不同分支角的压降对比图；

图19A为一个主流道时的压降云图；

图19B为主流道夹角180度时的压降云图；

图19C为主流道夹角120度时的压降云图；

图19D为主流道夹角90度时的压降云图；

图20为不同入口个数时的压降图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种AICD控水装置，其可以包括：

具有内腔102的圆盘1，圆盘1的底壁上设置有与内腔102连通的第一出口101；

设置在内腔102中的多个旋流腔2，多个旋流腔2不与第一出口101发生干涉，每个旋流腔2的底壁上设置有第二出口202；

与多个旋流腔2相对应的入口3，多个入口3设置在圆盘1边缘，且多个入口3的开口指向相较于圆盘1的圆周方向一致；每个入口3包括主流道301以及从主流道301分支出来的分支流道302，主流道301与圆盘1边缘相切且与内腔102连通，分支流道302与对应的旋流腔2连通。

本发明实施例的AICD控水装置，通过在圆盘1的内腔102中设置多个旋流腔2，并通过设置与多个旋流腔2相对应的入口3，并借助入口3具有主流道301和分支流道302的结构设计，从而油水混合液的旋流结构相较于现有技术的AICD控水装置更为复杂，油水混合液旋流分离的路径大大延长。

具体实施时，油水混合液由多个入口3处进入到主流道301中。由于水的惯性力大而粘滞力小，水会优先在位于外圈的主流道301以及旋流腔2内部绕流，并最终经第一出口101和第二出口202流出，产生较大的压降。而油的惯性力小而粘滞力大，会优先沿着分支流道302进入第二出口202，产生较小的压降，如此起到增产油抑制产水的目的。

在本实施例中，AICD控水装置所包含的圆盘1以及入口3的相关参数如表1所示。

表1AICD控水装置的基本参数

装置外径(mm)	厚度(mm)	单个入口面积(m<sup>2</sup>)	总入口面积(m<sup>2</sup>)
				30	3	4.38*10<sup>-6</sup>	1.31*10<sup>-5</sup>

如图1和图2所示意的，本发明的AICD控水装置设置有三个入口3、三个旋流腔2和四个出口(一个第一出口101，三个第二出口202)。但是，需要说明的是，入口3、旋流腔2和出口的数量可以根据实际需求进行适配设定，本发明对此不作限定。

其中，每个入口3包括的主流道301与圆盘1边缘相切，分支流道302呈圆弧形。并且，分支流道302与对应的主流道301之间的分支角为180°/n，n为入口3的个数。由于分支流道302呈圆弧形，而主流道301与分支流道302相交段呈直线形。因此，分支流道302与对应的主流道301之间的分支角具体为主流道301和分支流道302切线之间的夹角。

由于入口3与旋流腔2相对应，因此n也为旋流腔2的个数。优选地，旋流腔2为三个，分支流道302与对应的主流道301之间的分支角均为60度。由此，呈圆弧形的分支流道302的延长线经过圆盘1的圆心。实践证明，借由上述结构设计的分支流道302，可以取得较佳的油水分流效果。

此外，为了使多个旋流腔2均衡的发挥分流作用，多个旋流腔2优选沿周向均匀设置。那么，同样的，与多个旋流腔2相对应的入口3也为周向均匀设置。具体的，多个入口3优选以环形阵列的形式设置在圆盘1的边缘，那么相邻两个入口3之间的夹角相等，均为360°/n。优选地，入口3的数量为三个，相邻两个入口3之间的夹角为120°

进一步地，为了避免经入口3进入内腔102或旋流腔2中的油水混合液之间发生对冲，而造成油水混合液发生速度损失，多个入口3的开口指向相较于圆盘1的圆周方向一致。如此，经多个入口3进入的油水混合液的初始速度在圆周方向上具有相同的旋转时针方向。例如，多个入口3均以顺时针方向设置；或者，均以逆时针方向设置。这样，沿圆盘1的圆周方向，多个入口3的开口指向位于同一侧，从而多个入口3的开口指向相同。

在本实施例中，为了使得优选在主流道301中的流动的水进入旋流腔2，主流道301还与旋流腔2相连通。具体的，第i个入口3的主流道301沿圆盘1的圆弧形边缘延伸至与第i+1个入口3的主流道301及分支流道302相连通。其中，第i+1个入口3沿其内部的油水混合液的流动方向位于第i个入口3的下游，1≤i≤n。如此，主流道301通过分支流道302与旋流腔2实现连通。

具体的，如图2所示，正上方的入口3沿油水混合液的流动方向位于左下角的入口3的下游，左下角的入口3沿油水混合液的流动方向位于右侧的入口3的下游，而右侧的入口3沿油水混合液的流动方向位于正上方的入口3的下游。

那么，依据上述结构设计规则，左下角的入口3的主流道301延伸至与正上方的入口3的主流道301及分支流道302相连通，正上方的入口3的主流道301延伸至与右侧的入口3的主流道301及分支流道302相连通，而右侧的入口3的主流道301延伸至与左下角的入口3的主流道301及分支流道302相连通。

这样，当水在主流道301中流动时，其不仅可以流入圆盘1的内腔102，并最终经第一出口101流出，还可以经分支流道302流入旋流腔2中，并最终经第二出口202流出。

为使得水能顺畅的经第一出口101流出，多个旋流腔2不与第一出口101干涉，即多个旋流腔2不对第一出口101形成遮挡或阻挡。优选地，多个旋流腔2以环形阵列的形式设置在圆盘1的内腔102中，且多个旋流腔2设置在靠近圆盘1的边缘位置处。如此，圆盘1的中心位置被空置出来，形成不被任意一个旋流腔2所干涉的空置区域103，第一出口101设置在空置区域103中。进一步优选地，第一出口101设置在圆盘1的中心位置。如此，水可以经第一出口101无阻碍的流出。

在一个实施例中，旋流腔2可以由呈圆形的侧壁201围构形成，该侧壁201对应于分支流道302的位置处设置有第一缺口201a，旋流腔2通过第一缺口201a与对应的分支流道302连通。进一步地，相邻旋流腔2的侧壁201相间隔，从而相邻旋流腔2之间形成有与空置区域103相通的缓冲区域104。如此，经主流道301进入缓冲区域104中的水被旋流腔2的侧壁201所缓冲，大大延长了水的过流路径，从而使水得到充分的旋转，压降效果明显。

侧壁201上设置有多个连通旋流腔2与缓冲区域104的第二缺口201b，从而旋流腔2依次通过第二缺口201b和缓冲区域104与第一出口101连通。这样，经旋流腔2流出的水也可以在缓冲区域104中所缓冲，进一步提升压降效果。

实践证明，本发明实施例的AICD控水装置通过多个旋流腔2以及具备主流道301和分支流道302的入口3的结构设计，使得油水混合液的旋流结构相较于现有技术的AICD控水装置更为复杂，油水混合液旋流分离的路径大大延长。从而，油水混合液中的油和水可以得到充分的旋转，产生较大的压降差异，从而较佳的促进油水的分离，提高增油控水效果。

下面通过具体的模拟来验证本发明实施例的AICD控水装置的技术效果。

基于建模软件PROE建立模型，然后导入CFD仿真软件离散化流体域，画网格最终采用FLUENT求解器求解，以获取所需数据。

表2流体参数

流体名称	粘度(mPa·s)	密度(kg/m<sup>3</sup>)
			水	1	1000
油	40	900
			天然气	0.02	200

入口类型为velocity-inlet，出口类型为outflow，分别以油、水和天然气为填充物，调节不同入口速度。当速度较低，雷诺数较小时，选择层流模型。当速度较大时，选择湍流模型：κ-ε模型。考虑到AICD控水装置在地层中一般是水平放置，激活重力项，z轴重力加速度设置为-9.81m/s²。具体流体参数信息见表2。

入口速度设置为3m/s，分别以水、油、天然气为填充流体，数值仿真模拟的结果如图3A至图5D所示。

从压降云图可以看出，水的压降最大，油的最小，天然气压降居于二者之间。究其原因，相同流速的情况下，油惯性力小，粘滞力大，在旋流腔2中旋转流动较少，因此更容易直接从分支流道302进入第二出口202。而水和气由于惯性力大，在本发明实施例的AICD控水装置中发生了充分的旋转，故损耗的压力较多，压降大。

速度矢量图和压力散点图也从侧面验证了这一结论。具体的，从不同速度矢量图对比中可以看出，水由于惯性力大，粘滞力小，在环形腔室内能充分旋转，出口流速大。油由于粘滞力大，在环形腔室内旋转流动少，出口速度小。从压力散点图中可以看出，水经过该装置后压降最大，油经过该装置后压降最小，天然气的压降居于二者之间，进一步证明了该装置挡水、阻气、增油的作用。

为了进一步判断不同参数对压降的影响，下面对不同参数进行敏感性分析。

单相流敏感性分析

基于初步仿真模拟结果，对本发明实施例的AICD控水装置进行敏感性分析。对于单相流动，选择密度，粘度两个指标为研究对象。

密度的影响

(1)液体粘度的影响

液体粘度设为定值1mPa·s，改变密度参数：800～1000kg/m³，梯度为50kg/m³。然后进行仿真模拟，得出如图6所示的不同密度的压降曲线图。

从图6可以看出，同一种密度的液体，随着流量的增大，流经本发明实施例的AICD控水装置压降也逐渐变大。不同密度的流体，同一流量下，随着密度的增大，流经本发明实施例的AICD控水装置的压降也逐渐变大，且压降变化的梯度也在逐渐增大。

取曲线图版横坐标等于10，即同一入口速度情况下，得到如图7所示的压降随流体密度变化曲线。

从图7可以看出，在同一流速下，流经本发明实施例的AICD控水装置时，压降与密度呈现正相关性，即密度越大，压降越大，且为线性正相关。

(2)天然气密度的影响

分析天然气密度不同对压降的影响，选择粘度相同密度不同的天然气作为流体，且粘度为0.02mPa·s，分析不同流速下经过本发明实施例的AICD控水装置时对压降的影响，如图8所示。

从图8可以看出，随着入口流速的增大，不同密度的天然气压降都变大。同一流速下，随着天然气密度的变大，流过本发明实施例的AICD控水装置的压降也随之变大。原因是随着密度的增大，天然气惯性力增大，在装置中发生更多的旋转，因而消耗的压降变大。

粘度的影响

(1)液体粘度的影响

以油为研究目标，设置定密度为900kg/m³，变粘度为40mPa·s、80mPa·s、120mPa·s、240mPa·s等四个不同粘度参数，通过改变入口速度，计算流体不同流速下的压降数值，结果如图9所示。

从图9可以看出，压降与粘度关系并不存在单调关系，粘度为40mPa·s和80mPa·s时作比较时，随着流速的增大，前期粘度大的压降大，后期粘度小的压降大，所以不能简单的总结压降与粘度的关系，每个入口速度下都有一个最佳粘度，在该粘度下，压降最小。

为了更进一步具体分析，定入口速度为10m/s，然后将粘度变化梯度减低，研究粘度和压降的关系，结果如图10所示。

从图10可以看出，在流速确定的情况下，压降与粘度不存在简单的单调关系。每个流速下，都对应有一个最佳粘度。且随着流速的增大，最佳粘度也变大。

当流速为10m/s时，最佳粘度是40mPa·s；当流速为15m/s时，最佳粘度为60mPa·s。这点对现场应用十分重要，因为现场应用当中，往往已知地下原油粘度，由粘度就可以确定本发明实施例的AICD控水装置的最佳流速，然后由产量便可确定本发明实施例的AICD控水装置的个数。

控水效果不是指水和油流经本发明实施例的AICD控水装置时的压降大小，而是指的是相同流速下，水/油过阀压差之比，所以整理水油流经本发明实施例的AICD控水装置时的压降之比对比图，结果如图11所示。

从图11可以看出，相同流速下，水的压降远远大于油的压降。且随着入口速度的增大，水压降增大的幅度变大。从水/油压降曲线上可以看出，不同粘度对应有不同的最佳流速，且随着粘度的增大，最佳流速也增大。

图11中右边的坐标轴是水油压降比，从水油压降曲线可以看出，当水和不同粘度的油压降对比时，所对应的最佳流速不同，所谓最佳流速就是压降比最大。如水/40mpa·s的油时，曲线的最高点对应的流速为10m/s；当水/120mpa·s的油时，曲线最高点对应的流速为15m/s。所以说：不同粘度对应有不同的最佳流速，且随着粘度的增大，最佳流速也增大。

(2)气体粘度的影响

从图12可以看出，随着流速的增大，不同粘度的天然气流经本发明实施例的AICD控水装置时压降变大。同一流速下，随着粘度的增加，天然气流经本发明实施例的AICD控水装置时的压降减小。原因是天然气粘度变大，粘滞力变大，天然气更多的直接流入到出口，在旋流腔内发生更少的旋转，因而压降降低。

多相流敏感性分析

含水率影响

选择密度为1000kg/m³，粘度为1mPa·s的水和密度为900kg/m³，粘度为40mPa·s的油作为填充流体，设置不同的含水率，计算不同流速下流经本发明实施例的AICD控水装置时的压降。且整理不同含水率情况下的压降云图、速度矢量图和速度流线图见图13A至图16。

从压降云图可以看出，随着含水率的增大，流体流经本发明实施例的AICD控水装置时的压降逐渐增大。相同流速的情况下，含水率越大，压降越大。从速度矢量图和流线图可以看出，随着含水率的增大，流体更倾向于在旋流腔中发生旋转运动。这是由于随着含水率的增大，流体的惯性力增大而粘滞力相对降低，在旋流腔中发生更多的旋转运动从而消耗了更多的压降。从图16可以看出，随着流速的增大，不同含水率流体流经本发明实施例的AICD控水装置时压降都增大。同一流速下，含水率越大，压降越大，且随着含水率增大，压降变化的梯度变大。

综上所述，本发明实施例的AICD控水装置能根据油气水流体性质的不同产生不同的压降。水和天然气由于惯性力强粘滞力小，所以会在旋流腔内发生充分的旋转，产生较大的压降。油由于粘滞力大而惯性力小，所以会沿着分支流道直接流入出口，产生的压降小。尤其是水油相比，二者压降相差巨大，水的压降是油的压降数倍，因此油水混合液流经该AICD控水装置时能做到控水、挡气和增油的目的。

本发明的有益效果

1、加强油水分离效果

本发明改进了分支流道设计，将前人研究的单流道或者二流道改进成多流道，优选为三流道，且主流道301之间的夹角，即相邻入口3之间的夹角优化为120度，分支流道302与主流道301之间的分支角优化为60度，分支流道302的延长线经过圆盘1的圆心，并且进一步优化了内部旋流腔的结构，这样装置能根据油水性质不同，对油水有良好的分离效果。

分支角优化为60度的证明如下：

采用水为流体介质，粘度为1mPa·s，密度为1000m³/kg，设计不同的分支角，然后进行对比分析。流过不同分支角的压降云图如图17A至图17D所示，水流经不同分支角的AICD控水装置时，产生不同的压降，具体压降数值见图18。

由图18可以看出，当分支角为60度时，水流经本发明实施例的AICD控水装置时压降最大，效果最好，所以优化分支角为60度。

相邻入口3之间的夹角优化为120度的证明如下：：

改变主流道301之间的夹角，采用水为流体介质，粘度为1mPa·s，密度为1000m³/kg，设计主流道301之间不同的夹角，对比分析水流经本发明实施例的AICD控水装置的压降效果，其压降云图和压降数据对比图见图19A至图19D所示，水流经不同装置的具体压降数据见图20所示。

从图20可以看出，当入口个数为3时水的压降最大，所以本发明实施例的AICD控水装置入口之间的夹角优化为120度。

2、增加油水压差

本发明通过对流道和内部腔室等关键构造进行了一系列的改进，能让水在装置中得到充分的旋转，最大限度的增加油水之间的压差，最大限度得做到“挡水不挡油”的效果。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从21到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims

1.一种AICD控水装置，其特征在于，包括：

与多个所述旋流腔相对应的入口，多个所述入口设置在所述圆盘边缘，且多个所述入口的开口指向相较于所述圆盘的圆周方向一致；每个所述入口包括主流道以及从所述主流道分支出来的分支流道，所述主流道与所述圆盘边缘相切且与所述内腔连通，所述分支流道与对应的所述旋流腔连通；多个所述分支流道呈圆弧形，且多个所述分支流道的延长线经过所述圆盘的圆心；所述分支流道与对应的所述主流道之间的夹角为分支角，所述分支角等于180°/n，n为所述入口的个数；所述分支角为所述主流道和所述分支流道切线之间的夹角。

2.如权利要求1所述的AICD控水装置，其特征在于，所述入口的数量为三个，所述分支流道与对应的所述主流道之间的分支角为60°。

3.如权利要求1所述的AICD控水装置，其特征在于，多个所述入口以环形阵列的形式设置在所述圆盘的边缘，相邻所述入口之间的夹角为360°/n，n为所述入口的个数。

4.如权利要求1或3所述的AICD控水装置，其特征在于，所述入口的数量为三个，相邻所述入口之间的夹角为120°。

5.如权利要求1所述的AICD控水装置，其特征在于，第i个所述入口的主流道沿所述圆盘的圆弧形边缘延伸至与第i+1个所述入口的主流道和分支流道相连通；其中，第i+1个所述入口沿其内部的油水混合液的流动方向位于第i个所述入口的下游，1≤i≤n，n为所述入口的个数。

6.如权利要求1所述的AICD控水装置，其特征在于，沿所述圆盘的圆周方向，多个所述入口的开口指向位于同一侧，从而多个所述入口的开口指向相同。

7.如权利要求1所述的AICD控水装置，其特征在于，多个所述入口的开口指向相较于所述圆盘的圆周方向一致包括：

多个所述入口均以顺时针方向设置；或者，

多个所述入口均以逆时针方向设置。

8.如权利要求1所述的AICD控水装置，其特征在于，多个所述旋流腔以环形阵列的形式设置在所述圆盘的内腔中，且多个所述旋流腔设置在靠近所述圆盘的边缘位置处，从而所述圆盘的中心位置处形成有不被任意一个所述旋流腔所干涉的空置区域，所述第一出口设置在所述空置区域中。

9.如权利要求8所述的AICD控水装置，其特征在于，所述旋流腔由呈圆形的侧壁围构形成，所述侧壁对应于所述分支流道的位置处设置有第一缺口，所述旋流腔通过所述第一缺口与对应的所述分支流道连通。

10.如权利要求9所述的AICD控水装置，其特征在于，相邻所述旋流腔的侧壁相间隔，从而相邻所述旋流腔之间形成有与所述空置区域相通的缓冲区域，所述侧壁上设置有多个连通所述旋流腔与所述缓冲区域的第二缺口，从而所述旋流腔依次通过所述第二缺口和缓冲区域与所述第一出口连通。