CN111022005B - 可变流道型流入控制装置、采油短节和生产管串 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种可变流道型流入控制装置、采油短节和生产管串，该流入控制装置，包括：上阀体，其上设有流道入口；下阀体，其与上阀体连接且形成有空腔，所述下阀体上设有流道出口；和浮动盘，其设在上阀体与下阀体之间的空腔内，从流道入口流入的流体的黏度大小自动调整浮动盘的上下位置，从而调节从流道流过的流体流速。流入控制装置，可以根据不同的流体性质，自动调整流道大小，从而达到稳油控水/气的目的。

Description

可变流道型流入控制装置、采油短节和生产管串
技术领域
本发明属于石油完井及生产技术领域，特别涉及一种可变流道型流入控制装置、采油短节和生产管串。
背景技术
大部分砂岩油田已整体进入特高含水期，剩余油高度分散，采出的难度明显加大，稳油控水的形势非常严峻。水平井后期控水难度大，由于受“跟趾效应”、储层非均质性、储层各向异性和天然裂缝等因素影响，长水平井的生产剖面难以持续、均衡推进，将在油井的跟端处、高渗层段和裂缝处过早见水/气。一旦油井见水/气，由于水/气的黏度较低，将在锥进处形成快速通道，并抑制其他位置的产油量。也就是容易产生较严重的跟端效应和不均衡供液现象，导致水平井段存在低效段，不能有效充分动用，影响油田的采收率。为了消除这种不平衡现象，可在完井段上安装流入控制装置(ICD)，产生附加压降，以保证入流剖面沿整个水平段的均匀性。
现有流入控制装置，一般流道是固定的，虽然可延缓水/气流出，但由于其流动阻力等级(FRR)恒定，一旦发生水/气锥，低粘度的水/气将会占据整个井筒，并抑制油相的流动，从而导致油井产量大幅下降。
发明内容
针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种可变流道型流入控制装置，可以根据不同的流体性质，自动调整流道大小，其流动阻力等级(FRR)可随含水率的增加而增大，一旦油井见水/气，将对水/气产生一个更大的阻力，从而达到稳油控水/气的目的。
为了实现以上发明目的，一方面，本发明提出了一种可变流道型流入控制装置，包括：
上阀体，其上设有流道入口；
下阀体，其与上阀体连接且形成有空腔，所述下阀体上设有流道出口；和
浮动盘，其设在上阀体与下阀体之间的空腔内，从流道入口流入的流体的黏度大小自动调整浮动盘的上下位置，从而调节从流道流过的流体流速。
在一种实施方案中，所述上阀体的上部设有流道入口，上阀体内侧面与自由浮动盘之间留有一定间隙。
在一种实施方案中，所述下阀体朝向上阀体的内表面上设有向上阀体方向延伸的、用于支撑浮动盘的支撑部件，浮动盘在流体压力作用下上下浮动调整流道大小。优选支撑部件采用支撑部件。优选支撑部件与下阀体一体设置。
在一种实施方案中，所述下阀体上设有多个通孔，多个通孔呈一定形状布置形成为流道出口；多个通孔在下阀体上呈现为环形布置结构。
在一种实施方案中，当粘度较低的流体通过时，由于流体流速快，在浮动盘靠近入口侧产生高速低压，使得浮动盘向入口方向浮动，流道变小，抑制或减少流体流出。
在一种实施方案中，当粘度较大的流体通过时，流体流速较慢，在浮动盘靠近入口侧产生低速高压，使浮动盘向下阀体方向浮动，上阀体与浮动盘之间的流道增大，增大高粘度流体的通过。
在一种实施方案中，所述上阀体背离下阀体的端面上设有多个卡接口，多个卡接口沿上阀体的上端面呈环形设置。
另一方面，本发明还公开了一种采油短节，包括依次连接的第一基管、连通件和筛管，其中，第一基管内连接有如前述的可变流道型流入控制装置；筛管、连通件和第一基管朝向连通件的一端形成有流通环形空间，流体经筛管进入该环形空间后流向基管内，经可变流道型流入控制装置流向基管内通道。
在一种实施方案中，所述基管朝向连通件的一端设有多个从环形空间流向第一基管内的通孔，筛管的另一端连接有第二基管。优选该通孔为从环形空间向第一基管内设置的锥形孔，锥形孔使得流体通过时只能单向流动。
此外，本发明还公开了一种生产管串。该生产管串包括至少两个如前述的采油短节以及连接在采油短节之间的封隔器。
在一种实施方案中，每个采油短节上设有至少两个可变流道型流入控制装置，每个短节均连接有一个封隔器。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的可变流道型流入控制装置主要根据液压流体力学中相关理论，依据流体的粘度、速度、密度等物性，粘度不同的流体经过流道产生的流线不同。当粘度较低的流体通过时，流速快，会在浮动盘的流体进入方向产生高速低压，浮动盘面向流体流入一侧的压力减少，使浮动盘具有向流体入口方向运动的力，从而使得浮动盘开度变小，流道变窄，从而减少或阻止粘度较低的流体通过。当粘度较高的流体通过时，流速慢，在浮动盘流体进入方向产生一个低速高压，对自由浮动产生向流体出口方向的力，致使浮动盘开度增大，从而可以使高粘度的流体更容易通过流道到达出口，进而增加高粘度流体的通过流量。
将本发明的流入控制装置安装到采油短节应用于石油完井或采油作业时，由于油的粘度高，水和气的粘度低，流动阻力等级(FRR)随含水率的增加而增大，浮动盘根据流体的流动状态自动调节流道大小，从而可以起到智能化的控水、增油的目的。一旦油井见水/气，将对水/气产生一个更大的阻力，从而达到稳油控水/气的目的。
本发明的生产管串具有智能化控水、增油特性，可有效解决油井高含水问题，提高油藏采收率。
附图说明
下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：
图1为可变流道型流入控制装置总体结构剖视图；
图2为可变流道型流入控制装置上部视图；
图3为可变流道型流入控制装置下部视图；
图4为该流入控制装置在采油短节上应用的结构示意图；
图5为该流入控装置的采油短节上的局部剖面结构示意图；
图6为图4的采油短节连接生产管柱形成的生产管串的结构示意图。
附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。
发明人在发明过程中注意到，现有流入控制装置流道固定，流动阻力恒定，不能解决水/气锥进的问题。
针对以上不足，本发明的实施例提出了一种可变流道型流入控制装置，可以根据不同的流体性质，自动调整流道大小，其流动阻力等级(简称FRR)可随含水率的增加而增大，一旦油井见水/气，将对水/气产生一个更大的阻力，从而达到稳油控水/气的目的。下面进行详细说明。
图1至图3显示了本发明的可变流道型流入控制装置10的其中一种实施例的结构示意图。在该实施例中，本发明的可变流道型流入控制装置10主要包括：上阀体11、下阀体12和浮动盘13。其中，上阀体11上设有流道入口14。下阀体12与上阀体11连接且形成有空腔，下阀体12上还设有流道出口15。浮动盘13设在上阀体11与下阀体12之间的空腔内，从流道入口14流入的流体的黏度大小自动调整浮动盘13相对流道入口的上下位置，从而调节下阀体12的流道出口15的流体流速。
如图2所示，上阀体11上设有一个流道入口14，流体流经本装置时，从上阀体11的流道入口14进入，经过上阀体11、浮动盘13、与下阀体12组成的“S”形流道，从下阀体12的流道出口15流出。
在一个实施例中，如图2所示，上阀体11的上部设有流道入口14，上阀体11的内侧面与自由浮动盘13之间留有一定间隙。下阀体12朝向上阀体11的内表面上设有向上阀体11方向延伸的、用于支撑浮动盘13的支撑部件。浮动盘13在流体作用下上下浮动。在一个优选的实施例中，该支撑部件可采用环形挡板16。
由于流体的粘度、速度、密度等不同物性，不同的流体经过本装置产生的流线也不同。
当粘度较低的流体通过本装置时，流体流速快，在浮动盘13的流体进入方向上(即上阀体11的出口侧圆环面端与浮动盘13之间的区域)，产生高速低压，而在浮动盘13与下阀体12之间形成一个使浮动盘往流体进入方向的举升力，该力使浮动盘13向流道入口14方向运动，从而致使上阀体11的内侧面端与浮动盘13之间的区域减小，流道变窄，流体流经上阀体11、浮动盘13与下阀体12构成的流道到达出口的流量减小，从而达到减小或抑制流体流出的效果，减少或阻止流体通过流道流出。
在一个实施例中，当粘度较大的流体流经本装置时，流速相对比较慢，在上阀体11的出口内侧面端与浮动盘13之间的区域产生低速高压，浮动盘13靠近入口侧产生使浮动盘13往下阀体12侧运动的力，致使浮动盘13的开度增大，上阀体11与浮动盘13之间的流道区域增大，从而可以使高粘度的流体更容易通过流道流出，进而增加高粘度流体的通过流量。上阀体11、浮动盘13之间的流道增大，流体经上阀体11、浮动盘13与下阀体12构成的流道流出的流量也增多，从而使高粘度的流体的更容易通过本装置。
在一个实施例中，为了实现浮动盘13的自由活动，需设计合理的浮动盘13厚度、直径以及其上下左右的活动间隙。其中，浮动盘13的活动上下间隙由h决定。本发明设计了下述公式组来保证浮动盘13的活动间隙及与相邻件的接触效果：
D3<D1 (1)
(D2-D3)/2<D1 (2)
其中，D1为浮动盘13的直径尺寸，D2为下阀体12的内侧面内径，D3为上阀体12的流道入口14的直径，h为浮动盘13与环形挡板16的距离，即浮动盘13的活动间隙。
在一个优选的实施例中，为保证出口流道达到良好的流体通过效果，下阀体12上设有多个通孔，多个通孔呈一定形状布置形成为流道出口15。多个通孔在下阀体12上呈现为环形布置结构。进一步地，下阀体12上的流道出口15设有成包括若干个圆孔的流道，如图3的实施例中给出了8个圆孔32对称设计形成的流道出口15的结构。
在一个实施例中，为保证对流体的控制效果，需保证流道的单一性和密封性，即流体只能从设计的“S”形流道流出，不能从经由上阀体11的内表面与下阀体12的外表面直接进入井筒。本发明对上阀体11和下阀体12接触处进行了密封设计，增加了密封件17。并且，将下阀体12与上阀体11通过螺纹或紧定螺钉的方式进行固定连接。
在一个实施例中，为防止地层压力过大时，地层流体对本发明的可变流道型流入控制装置10的冲蚀和破坏，在上阀体11的上表面特别设置了一个流体缓冲结构，即储液台19，地层流体进入井筒时，先经由储液台19过渡，然后进入流道入口14，从流道出口15流出后再进入地层。储液台19的设置可以减少流体对上阀体11的冲蚀。同时，流体流道入口14的外侧设置有一定角度的倒角，也可以减少流体的冲蚀，并对流体有引导作用，使流体更容易更平顺地进入流道。
在一个实施例中，上阀体11背离下阀体12的端面上设有多个卡接口18。多个卡接口18沿上阀体11的上端面呈环形设置。卡接口18主要是方便本发明的可变流道型流入控制装置10与采油短节的连接。
另一方面，本发明还公开了一种采油短节61、63，如图4和图5所示。该采油短节主要包括第一基管20、连通件40和筛管50。其中，可变流道型流入控制装置10密封安装在中第一基管20内，每段采油短节包括一个或多个基管20。地层流体(油或油水混合液)经由采油短节上的筛管50上的网孔进入筛管与基管20之间的流通环形空间30，然后经由流通环形空间30上设置的多个向内通道连通的通孔33进入基管20的基管内部31，经由流入控制装置10的上阀体11的流道入口14，经过流道到达流道出口15，然后流向与井筒连接的内通道33。
当粘度较高的油流入该采油短节时，浮动盘13的开度增大，上阀体11、浮动盘13与下阀体12之间的流道变大，使得高粘度的油更容易经过上阀体11、浮动盘13与下阀体12组成的“S”形流道，从下阀体的流道出口15流出，进入井筒，从而增加了油的流入量。当含水量高的油水混合液流入该采油短节时，由于混合液的粘度低，流速快，致使浮动盘13开度变小，上阀体11、浮动盘13之间的流道变窄，油水混合液流经“S”形流道到达出口的流量减小，从而达到减小或抑制油水混合液到达井筒的效果。油水混合液含水率越高，流速越快，浮动盘13的开度越小，进入井筒的混合液就越少。对高含水率的油水混合液抑制效果越明显，控水效果也就越明显。该采油短节应用于含水量高的区块时，可以将大部分水阻隔在地层中，提高其他层段的产出量，从而提高整个井筒的采收率。当发生气侵时，由于气的粘度更低，浮动盘13几乎完全关闭与上阀体11之间的流道，抑制气体进入井筒。因此，该采油短节具有主动式控水/气、增油的效果，可以大大提高油藏采收率。
在一个实施例中，将包括流入控制装置10的采油短节应用于石油完井领域时，尤其是应用于油井生产管串或采油管串中时，为提高整个井筒的采收率，可以采用分段采油的方式，如图6所示。该生产管串主要包括至少两个如前述的采油短节61、63以及连接在采油短节61、63之间的封隔器62。
在一个实施例中，每个采油短节上设有至少两个可变流道型流入控制装置10，即可以在每个基管20上分别设置一个流入控制装置10。且每个采油短节均连接有一个封隔器62、64。
在一个优选的实施例中，以设有两段采油短节61、63的井筒为例，该井筒的外层套管60内安装有两个采油短节61和63，采油短节61和63每段设有两个如前述的流入控制装置10。采油短节61、63之间通过封隔器62进行隔离，采油短节63后端通过封隔器62进行封隔，防止高含水段产生水锥影响整个井筒的采收率，可达到分段控水的目的。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可变流道型流入控制装置，其特征在于，包括：
上阀体，其上设有流道入口；
独立于上阀体的下阀体，其能够与上阀体连接且形成有空腔，所述下阀体上设有流道出口；和
浮动盘，其设在上阀体与下阀体之间的空腔内，从流道入口流入的流体的黏度大小自动调整浮动盘的上下位置，从而调节从流道流过的流体流速，
其中，在所述上阀体的上表面设置有储液台，使得流体经所述储液台进入所述流道入口，以及
所述上阀体背离下阀体的端面上设有多个卡接口，所述多个卡接口沿上阀体的上端面呈环形设置。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述上阀体的上部设有流道入口，上阀体内侧面与自由浮动盘之间留有一定间隙；所述下阀体朝向上阀体的内表面上设有向上阀体方向延伸的、用于支撑浮动盘的支撑部件，浮动盘在流体压力作用下上下浮动调整流道大小。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述下阀体上设有多个通孔，多个通孔呈一定形状布置形成为流道出口；多个通孔在下阀体上呈现为环形布置结构。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，当粘度较低的流体通过时，在浮动盘靠近入口侧产生高速低压，使得浮动盘向入口方向浮动，流道变小，抑制或减少流体流出。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，当粘度较高的流体通过时，流体流速较慢，在浮动盘靠近入口侧产生低速高压，使浮动盘向下阀体方向浮动，上阀体与浮动盘之间的流道增大，增大高粘度流体的通过。
6.一种采油短节，其特征在于，包括依次连接的第一基管、连通件和筛管，其中，第一基管内连接有如权利要求1至5中任一项所述的可变流道型流入控制装置；筛管、连通件和第一基管朝向连通件的一端形成有流通环形空间，流体经筛管进入该环形空间后流向第一基管内，经可变流道型流入控制装置流向第一基管内的通道。
7.根据权利要求6所述的短节，其特征在于，所述基管朝向连通件的一端设有多个从环形空间流向第一基管内的通孔，筛管的另一端连接有第二基管。
8.一种生产管串，其特征在于，包括至少两个如权利要求6或7所述的采油短节以及连接在采油短节之间的封隔器。
9.根据权利要求8所述的管串，其特征在于，每个采油短节上设有至少两个可变流道型流入控制装置，每个短节均连接有一个封隔器。
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