CN109779583A - 一种恒流配水设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恒流配水设备及方法及管柱，设备包括内中心管、游动阀、出水阀、恒流固定阀、节流阀片、旋转接头，所述游动阀套在内中心管外部，游动阀内壁设置内环台，该内环台内壁与内中心管外壁为密封滑动式连接，该内环台上方形成上环腔，内环台下方形成下环腔，所述内中心管开设连通至上环腔的径向的传压孔，所述游动阀内部的下环腔内设置推力弹簧，所述游动阀下端连接出水阀，所述恒流固定阀与内中心管连接，所述内中心管开设轴向的偏心通道，该偏心通道上方与出水阀的出水孔连通，该偏心通道的下方设置节流阀片，节流阀片下端连接旋转接头。本发明解决分层注水过程中压力波动带来的注水量变化、测调合格后稳定注水周期短等问题。

Description

一种恒流配水设备及方法

技术领域

本发明涉及石油开采中注水井分层配水装置，具体地说是一种恒流配水设备及方法。

背景技术

随着油田精细开发的不断深入，在注水井注水过程中，存在同一注水井有高、低渗层吸水差异较大，致使层间注水量差异大。目前油田在用的常规配水器多采用固定式节流方式，采用水嘴控制高渗层注入量的过程中，配水器水嘴容易刺大使高渗层超注，井筒压力降低的同时低渗层反而欠注。此外，压力的少许波动会让各层注入量较大地偏离配注，而这种偏离只有在定期测试刚好遇到压力波动时才能发现，造成实际较多且不易察觉的无效注水。因此需要通过测调的方式调整分层注水量，使各层的注入水量符合油田开发的需求，但测调工作量快速增长与设备和人员不足的矛盾又使得测调工作量跟不上，同时测调工作还受井斜及结垢影响，当井斜超过50°或者结垢严重时，仪器下入困难无法完成测调，已日益成为提高油田注水开发效果的制约因素。

申请号：201220058772.7，公开日2012-09-19公开了一种恒流量配水器，在阀体的出水口一端安装节流装置，节流装置上安装单流阀座，单流阀座下部安装水嘴，单流阀座内安装单流阀，在阀体的进水口一端安装流量调节主体，在流量调节主体的下部安装开启阀座、开启阀芯，开启阀芯由阀芯弹簧支撑，流量调节主体内安装流量调节活塞，流量调节活塞下端面与开启阀芯上端接触，流量调节弹簧压在流量调节活塞上，流量调节螺丝压住流量调节弹簧，流量调节螺丝与流量组件螺纹连接，流量组件安装在流量调节主体上，当压力发生变化时在压差作用下，开启阀芯和开启阀座之间的距离也发生变化，使其开启阀芯的开启程度发生变化，从而使通过流量调节主体的流量恒定，不需要人工调节，工人劳动强度低。

申请号：200720176168.3，公开日2008-07-09公开了一种恒流配水装置。主要解决现有的闸阀或截止阀控制注水量时操作工人控制频繁、费时费力及难以及时准确地控制注水量的问题。阀体带有中间空腔和底部环形腔,中间空腔外侧的阀体上安装有进水阀、出水阀及恒流堵塞器,底部环形腔分别与进水阀及恒流堵塞器相通,中间空腔分别与出水阀及恒流堵塞器相通。该恒流配水装置能够自动完成注水量的控制,具有结构紧凑、控制水量准确的特点。

以上公开技术，一个是利用流量调节弹簧压在流量调节活塞上，流量调节螺丝压住流量调节弹簧，流量调节螺丝与流量组件螺纹连接，流量组件安装在流量调节主体上，当压力发生变化时在压差作用下，开启阀芯和开启阀座之间的距离也发生变化，使其开启阀芯的开启程度发生变化，从而使通过流量调节主体的流量恒定；另一个是底部环形腔分别与进水阀及恒流堵塞器相通,中间空腔分别与出水阀及恒流堵塞器相通。所以除了一些部件名称略微相同外，与本申请的恒流配水设备相比，无论在具体技术方案、技术效果等部分，均不相同，也不具有任何技术启示。

发明内容

本发明的目的在于提供一种恒流配水设备及方法及管柱，解决分层注水过程中压力波动带来的注水量变化，测调合格后稳定注水周期短，分层测调频繁、工作量大等问题，通过在分层注水管柱上安装恒流注水阀对各注水层的流量进行稳定控制，其中各层注水阀采用液压控制方式，当某一层段注水量下降时，为了保证全井注水合格，井口压力会自动调节升高，其余各层受压力升高影响，出水阀孔会自动缩小，控制注水量保持稳定；当某一层段吸水能力提高时，为了保证全井实注合格，井口压力会自动调节降低，此时其余各层受压力降低影响，出水阀孔会自动扩大，控制注水量同样保持稳定。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种恒流配水设备，包括内中心管、游动阀、出水阀、恒流固定阀、节流阀片、旋转接头，所述游动阀套在内中心管外部，游动阀内壁设置内环台，该内环台内壁与内中心管外壁为密封滑动式连接，该内环台上方形成上环腔，内环台下方形成下环腔，所述内中心管开设连通至上环腔的径向的传压孔，所述游动阀内部的下环腔内设置推力弹簧，该推力弹簧上端顶住游动阀内壁内环台下端面，推力弹簧下端顶在内中心管外壁开设的外肩台上，所述游动阀下端连接出水阀，出水阀开设径向的出水孔，该出水孔为三角形孔，所述恒流固定阀与内中心管连接，所述出水阀外壁与恒流固定阀内壁滑动式连接，所述内中心管开设轴向的偏心通道，该偏心通道上方与出水阀的出水孔连通，该偏心通道的下方设置节流阀片，节流阀片下端连接旋转接头。

所述节流阀片开设流通孔，旋转接头开设径向通道，该径向通道与流通孔相连通，且流通孔上方与偏心通道连通，节流阀片上端面与偏心通道下端口所处的内中心孔内台阶面相密封，所述节流阀片在旋转接头带动旋转的情况下，改变流通孔与偏心通道的过流面积。

所述内中心管下端连接下接头，所述下接头内壁设置止回环，所述旋转接头下端被止回环限位，止回环下端连接预紧弹簧，预紧弹簧下端顶在下接头内壁开设的内肩台上。

所述出水阀外壁开设锥面，该锥面位于出水孔上方。

所述内中心管上端外壁连接上接头，内中心管上端面连接轴向定位管，轴向定位管与上接头通过防转销钉固定为一体，所述游动阀上端上环腔内壁与上接头外壁为密封滑动式连接。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种恒流配水设备的配水方法，其特征在于，包括以下步骤：

下井步骤：通过与油管连接下入到注水层段；

注水步骤：油管来水通过井下恒流配水设备注入到各注水层，层间封隔器实现有效分层；单层来水沿旋转接头下端上返，通过环型空间向上流，进入节流阀片过水孔中，通过与其对应连通的内中心管下端节流孔，再从出水阀侧面三角孔流出注入地层；当井口压力波动突变升高时，内中心管外为节流阀片节流后的低压腔，内中心管上进水孔压力推动游动阀向下移动，恒流固定阀阻挡从出水阀侧面三角孔过水的面积，保证在高压下注水流量恒定不变，当井口压力波动突变降低时，内中心管外为节流阀片节流后的高压腔，内中心管上进水孔压力降低，外部高压推动游动阀向上移动，恒流固定阀减小对出水阀侧面三角孔过水面积的阻挡，保证在低压下注水流量恒定不变。

调配步骤：配注量改变时，下入测调仪器驱动旋转接头带动节流阀片转动，调节对应层恒流配水设备节流阀片过水孔与内中心管下端节流孔通孔的大小，实现配水流量调节，后期压力波动通过外部恒流固定阀与出水阀相互配合进行流量调节。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种恒流配水管柱，包括自上而下依次连接在油管上的第一注水层恒流配水设备、第二注水层恒流配水设备、第三注水层恒流配水设备、洗井阀，所述第一注水层恒流配水设备、第二注水层恒流配水设备之间设置层间封隔器，所述第二注水层恒流配水设备、第三注水层恒流配水设备之间也设置层间封隔器；所述第一注水层恒流配水设备或第二注水层恒流配水设备或第三注水层恒流配水设备，包括内中心管、游动阀、出水阀、恒流固定阀、节流阀片、旋转接头，所述游动阀套在内中心管外部，游动阀内壁设置内环台，该内环台内壁与内中心管外壁为密封滑动式连接，该内环台上方形成上环腔，内环台下方形成下环腔，所述内中心管开设连通至上环腔的径向的传压孔，所述游动阀内部的下环腔内设置推力弹簧，该推力弹簧上端顶住游动阀内壁内环台下端面，推力弹簧下端顶在内中心管外壁开设的外肩台上，所述游动阀下端连接出水阀，出水阀开设径向的出水孔，该出水孔为三角形孔，所述恒流固定阀与内中心管连接，所述出水阀外壁与恒流固定阀内壁滑动式连接，所述内中心管开设轴向的偏心通道，该偏心通道上方与出水阀的出水孔连通，该偏心通道的下方设置节流阀片，节流阀片下端连接旋转接头，所述节流阀片开设流通孔，旋转接头开设径向通道，该径向通道与流通孔相连通，且流通孔上方与偏心通道连通，节流阀片上端面与偏心通道下端口所处的内中心孔内台阶面相密封，所述节流阀片在旋转接头带动旋转的情况下，改变流通孔与偏心通道的过流面积，所述内中心管下端连接下接头，所述下接头内壁设置止回环，所述旋转接头下端被止回环限位，止回环下端连接预紧弹簧，预紧弹簧下端顶在下接头内壁开设的内肩台上，所述出水阀外壁开设锥面，该锥面位于出水孔上方，所述内中心管上端外壁连接上接头，内中心管上端面连接轴向定位管，轴向定位管与上接头通过防转销钉固定为一体，所述游动阀上端上环腔内壁与上接头外壁为密封滑动式连接。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

该技术主要应用于油田分层注水井，能够保证分层注水量的恒定注入，降低压力波动对分层注水量的影响，提高层段合格率，应用前景广阔。

1.通过液压控制开关串联，解决单层水量变化对其余各层注水量的干扰，实现流量恒定不变；

2.采用液压预节流与机械阀开关配合，实现出水阀的开度自动控制，免去了现场测调工作量；

3.可与测调一体化技术匹配，在后期配注量调整时，同样保证调整后恒流注水。

附图说明

图1为本发明一种恒流配水设备的结构示意图；

图2为本发明应用到注水层段的注水管柱的状态图。

图中：轴向定位管1，上接头2，防转销钉3，内中心管4，游动阀5，推力弹簧6，限位环7，出水阀8，恒流固定阀9，节流阀片10，旋转接头11，止回环12，预紧弹簧13，下接头14；

第一注水层恒流配水设备101、层间封隔器102、第二注水层恒流配水设备103、层间封隔器104、第三注水层恒流配水设备105、洗井阀106、油管107、套管108。

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅为参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

根据图1，一种恒流配水设备，包括内中心管4、游动阀5、出水阀8、恒流固定阀9、节流阀片10、旋转接头11，所述游动阀5套在内中心管4外部，游动阀内壁设置内环台，该内环台内壁与内中心管外壁为密封滑动式连接，该内环台上方形成上环腔，内环台下方形成下环腔，所述内中心管开设连通至上环腔的径向的传压孔，所述游动阀内部的下环腔内设置推力弹簧6，该推力弹簧上端顶住游动阀内壁内环台下端面，推力弹簧下端顶在内中心管外壁开设的外肩台上，所述游动阀5下端连接出水阀8，出水阀开设径向的出水孔，该出水孔为三角形孔，所述恒流固定阀9与内中心管连接，所述出水阀外壁与恒流固定阀内壁滑动式连接，所述内中心管开设轴向的偏心通道，该偏心通道上方与出水阀的出水孔连通，该偏心通道的下方设置节流阀片10，节流阀片下端连接旋转接头11。

所述节流阀片10开设流通孔，旋转接头11开设径向通道，该径向通道与流通孔相连通，且流通孔上方与偏心通道连通，节流阀片10上端面与偏心通道下端口所处的内中心孔内台阶面相密封，所述节流阀片在旋转接头带动旋转的情况下，改变流通孔与偏心通道的过流面积。

所述内中心管下端连接下接头14，所述下接头内壁设置止回环12，所述旋转接头下端被止回环限位，止回环下端连接预紧弹簧13，预紧弹簧下端顶在下接头内壁开设的内肩台上。

所述出水阀外壁开设锥面，该锥面位于出水孔上方。

所述内中心管上端外壁连接上接头2，内中心管上端面连接轴向定位管1，轴向定位管与上接头通过防转销钉3固定为一体，所述游动阀上端上环腔内壁与上接头外壁为密封滑动式连接。

图1所示，恒流配水设备连接装配关系：轴向定位管1与上接头2通过防转销钉3固定为一体，内中心管4与上接头连接，游动阀5空套在内中心管与上接头外部，推力弹簧6套在内中心管，一端被限位环7限制，另一端顶紧游动阀，出水阀8与游动阀连接，恒流固定阀9与内中心管连接为一体，节流阀片10与内中心管下端面密封，旋转接头11与节流阀片连接，旋转接头下端被止回环12限位，通过预紧弹簧13压紧，下接头14与内中心管连接为一体。

工作原理：

下井：通过与油管连接下入到注水层段。

注水：油管来水通过井下恒流配水设备注入到各注水层，层间封隔器实现有效分层；单层来水沿旋转接头下端上返，通过环型空间向上流，进入节流阀片过水孔中，通过与其对应连通的内中心管下端节流孔，再从出水阀侧面三角孔流出注入地层；当井口压力波动突变升高时，内中心管外为节流阀片节流后的低压腔，内中心管上进水孔压力推动游动阀向下移动，恒流固定阀阻挡从出水阀侧面三角孔过水的面积，保证在高压下注水流量恒定不变，当井口压力波动突变降低时，内中心管外为节流阀片节流后的高压腔，内中心管上进水孔压力降低，外部高压推动游动阀向上移动，恒流固定阀减小对出水阀侧面三角孔过水面积的阻挡，保证在低压下注水流量恒定不变。

调配：配注量改变时，下入测调仪器调节对应层恒流配水设备节流阀片过水孔与内中心管下端节流孔通孔的大小，实现配水流量调节，后期压力波动通过外部恒流固定阀与出水阀相互配合进行流量调节。测调仪器为本领域现有技术，包括电机、减速机、传动装置等，驱动旋转接头旋转。

图2所示，恒流配水设备应用在井下管柱后，作为针对多个注水层的注水管柱，其连接装配关系：注入水进入油管7，向下流动直至各注水层对应第一注水层恒流配水设备101、第二注水层恒流配水设备103、第三注水层恒流配水设备105，层间封隔器102、104实现各注水层之间的分隔，洗井阀106连接在管柱末端，满足管柱反洗井要求。

工作原理：

下井：下井工具依次螺纹连接，通过油管下入到注水层段。

坐封：油管注水各层封隔器依靠注水产生的油套压差完成坐封。

洗井：洗井液从油套环空进入，随着压力升高打开封隔器洗井通道，洗井液穿过封隔器，通过底部洗井阀，进入油管内，直至返至地面，实现全井的彻底洗井。

注入：油管来水通过井下各级恒流装置注入到各注水层，层间封隔器实现有效分层。

测试：下入流量计进行分层注水量的测试。

调配：配注量不变时，井口压力波动井下各级恒流装置工作，通过开关环形节流阀对出水孔大小进行控制，实现压差变大时水嘴关小，压差变小时水嘴开大，保证流量恒定；配注量改变时，下入测调仪器开关第一级节流孔，实现初始流量调节，后期压力波动不会对水量大小造成影响。测调仪器为本领域现有技术，包括电机、减速机、传动装置等，驱动旋转接头旋转。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，非用以限定本发明的专利范围，其他运用本发明专利精神的等效变化，均应俱属本发明的专利范围。

Claims (7)

1.一种恒流配水设备，其特征在于，包括内中心管、游动阀、出水阀、恒流固定阀、节流阀片、旋转接头，所述游动阀套在内中心管外部，游动阀内壁设置内环台，该内环台内壁与内中心管外壁为密封滑动式连接，该内环台上方形成上环腔，内环台下方形成下环腔，所述内中心管开设连通至上环腔的径向的传压孔，所述游动阀内部的下环腔内设置推力弹簧，该推力弹簧上端顶住游动阀内壁内环台下端面，推力弹簧下端顶在内中心管外壁开设的外肩台上，所述游动阀下端连接出水阀，出水阀开设径向的出水孔，该出水孔为三角形孔，所述恒流固定阀与内中心管连接，所述出水阀外壁与恒流固定阀内壁滑动式连接，所述内中心管开设轴向的偏心通道，该偏心通道上方与出水阀的出水孔连通，该偏心通道的下方设置节流阀片，节流阀片下端连接旋转接头。

2.根据权利要求1所述的一种恒流配水设备，其特征在于，所述节流阀片开设流通孔，旋转接头开设径向通道，该径向通道与流通孔相连通，且流通孔上方与偏心通道连通，节流阀片上端面与偏心通道下端口所处的内中心孔内台阶面相密封，所述节流阀片在旋转接头带动旋转的情况下，改变流通孔与偏心通道的过流面积。

3.根据权利要求2所述的一种恒流配水设备，其特征在于，所述内中心管下端连接下接头，所述下接头内壁设置止回环，所述旋转接头下端被止回环限位，止回环下端连接预紧弹簧，预紧弹簧下端顶在下接头内壁开设的内肩台上。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种恒流配水设备，其特征在于，所述出水阀外壁开设锥面，该锥面位于出水孔上方。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种恒流配水设备，其特征在于，所述内中心管上端外壁连接上接头，内中心管上端面连接轴向定位管，轴向定位管与上接头通过防转销钉固定为一体，所述游动阀上端上环腔内壁与上接头外壁为密封滑动式连接。

6.一种恒流配水设备的配水方法，其特征在于，包括以下步骤：

下井步骤：通过与油管连接下入到注水层段；

注水步骤：油管来水通过井下恒流配水设备注入到各注水层，层间封隔器实现有效分层；单层来水沿旋转接头下端上返，通过环型空间向上流，进入节流阀片过水孔中，通过与其对应连通的内中心管下端节流孔，再从出水阀侧面三角孔流出注入地层；当井口压力波动突变升高时，内中心管外为节流阀片节流后的低压腔，内中心管上进水孔压力推动游动阀向下移动，恒流固定阀阻挡从出水阀侧面三角孔过水的面积，保证在高压下注水流量恒定不变，当井口压力波动突变降低时，内中心管外为节流阀片节流后的高压腔，内中心管上进水孔压力降低，外部高压推动游动阀向上移动，恒流固定阀减小对出水阀侧面三角孔过水面积的阻挡，保证在低压下注水流量恒定不变；

调配步骤：配注量改变时，下入测调仪器驱动旋转接头带动节流阀片转动，调节对应层恒流配水设备节流阀片过水孔与内中心管下端节流孔通孔的大小，实现配水流量调节，后期压力波动通过外部恒流固定阀与出水阀相互配合进行流量调节。

7.一种恒流配水管柱，其特征在于，包括自上而下依次连接在油管上的第一注水层恒流配水设备、第二注水层恒流配水设备、第三注水层恒流配水设备、洗井阀，所述第一注水层恒流配水设备、第二注水层恒流配水设备之间设置层间封隔器，所述第二注水层恒流配水设备、第三注水层恒流配水设备之间也设置层间封隔器；所述第一注水层恒流配水设备或第二注水层恒流配水设备或第三注水层恒流配水设备，包括内中心管、游动阀、出水阀、恒流固定阀、节流阀片、旋转接头，所述游动阀套在内中心管外部，游动阀内壁设置内环台，该内环台内壁与内中心管外壁为密封滑动式连接，该内环台上方形成上环腔，内环台下方形成下环腔，所述内中心管开设连通至上环腔的径向的传压孔，所述游动阀内部的下环腔内设置推力弹簧，该推力弹簧上端顶住游动阀内壁内环台下端面，推力弹簧下端顶在内中心管外壁开设的外肩台上，所述游动阀下端连接出水阀，出水阀开设径向的出水孔，该出水孔为三角形孔，所述恒流固定阀与内中心管连接，所述出水阀外壁与恒流固定阀内壁滑动式连接，所述内中心管开设轴向的偏心通道，该偏心通道上方与出水阀的出水孔连通，该偏心通道的下方设置节流阀片，节流阀片下端连接旋转接头，所述节流阀片开设流通孔，旋转接头开设径向通道，该径向通道与流通孔相连通，且流通孔上方与偏心通道连通，节流阀片上端面与偏心通道下端口所处的内中心孔内台阶面相密封，所述节流阀片在旋转接头带动旋转的情况下，改变流通孔与偏心通道的过流面积，所述内中心管下端连接下接头，所述下接头内壁设置止回环，所述旋转接头下端被止回环限位，止回环下端连接预紧弹簧，预紧弹簧下端顶在下接头内壁开设的内肩台上，所述出水阀外壁开设锥面，该锥面位于出水孔上方，所述内中心管上端外壁连接上接头，内中心管上端面连接轴向定位管，轴向定位管与上接头通过防转销钉固定为一体，所述游动阀上端上环腔内壁与上接头外壁为密封滑动式连接。