CN111119790B - 一种热采水平井分段注汽的等干度分注阀 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种热采水平井分段注汽的等干度分注阀，其中所述的中心管连接在注汽油管上，中心管外壁为分流控制管，分流控制管内安装等干度分流喷嘴；中心管内安装旋流器及气核收集管，气核收集管沿圆周分布气核分流喷嘴，气核收集管与中心管的环形腔内安装液膜主流喷嘴；液膜主流喷嘴与气核分流喷嘴间的中心管壁上安装有液膜分流喷嘴，所述的液膜分流喷嘴与分流控制管连通；优点为：本发明克服各个注汽单元阻力差异对蒸汽水两相等干度分配的影响，实现蒸汽水两相流体在不同流量下的等干度分配；装置体积小、结构简单紧凑，无运动部件，无需维护，适应注汽井下内径157mm内的等干度流量分配；水平段的吸汽剖面从40%提高到60%以上。
Description
技术领域
本发明涉及石油工程中热力采油的注汽领域，尤其是涉及一种热采水平井分段注汽的等干度分注阀。
背景技术
水平井开发技术是稠油、超稠油开采中一项十分有效的技术，并在稠油热采中获得了广泛的应用。该项技术在老区挖潜、边际储量动用、薄层和底水稠油油藏开发等方面具有明显优势。与直井相比，水平井具有采油井段长、控制储量大、单井产量高的特点，因此，近年来稠油油藏以整体水平井开发为主的区块和储量不断增多，成为各个油田开发的主要井型。但是随着开发的轮次的增加，对热采水平井开展的井温测试表明，由于水平井段长，目前的注汽工艺不能保证长的水平井段均匀动用，主要是因为长水平段物性差异，导致传统的单点注汽无法均衡调整吸汽剖面。
1993年中国石油大学的徐明海等在石油大学学报上发表了水平井注蒸汽传热和传质分析，其根据蒸汽在水平井筒中变质量流动的特点，提出了水平段布置油管和不布置油管两种简单的注汽管柱，部分改善了水平段吸汽剖面，但是无法有效调整长水平段吸汽结果。
2006年Liubo和Liuxin等在SPE文献increasing Oil Recovery of ChannelSandstone Reservoirs with Extra High Water Cut by Using Horizontal Wells中对稠油水平井注汽或采出不均的问题进行了研究，提出通过优化射孔来实现水平井均匀注汽的方法，但是随着注汽轮次增加，优化射孔的方法无法进行后续动态调整。
2008年，薛世峰等人在特种油气藏中提出了改善水平井吸汽剖面的计算模型的文章，其中根据建立的水平井均匀吸汽模型，均匀布置打孔筛管方式来实现多点注汽，其调控结果主要依据油藏模拟结果，但是随着周期数增加，现场油藏物性变化大，导致配汽效果变差，同时也无法控制各出汽点的干度。
2013年盖平原，杜永欣等在国际石油和天然气会议上发表的Uniform SteamInjection Technology Used in Thermal Wells文章中对水平井均匀注汽技术进行了研究，通过对模型求解表明在水平井中设置流量调节器可以有效的实现水平井均匀注汽，但是长水平段管内没有进行有效封隔并且该调节器无法实现等干度。
发明内容
本发明的目的在于为解决现有技术的不足，而提供一种热采水平井分段注汽的等干度分注阀。
本发明新的技术方案是：一种热采水平井分段注汽的等干度分注阀，包括上接头、旋流器、中心管、气核收集管、气核分流喷嘴、液膜分流喷嘴、分流控制管、等干度分流喷嘴、液膜主流喷嘴、气相阻力阀及下接头，所述的中心管一端通过上接头与注汽油管连接，所述的中心管另一端通过下接头与注汽油管连接；所述的中心管中部外壁设有分流控制管，且分流控制管一端封堵，分流控制管另一端与水平井连通，所述的分流控制管内安装有等干度分流喷嘴；所述的中心管内一端上接头处安装有旋流器，所述的旋流器后中心管内安装有气核收集管，所述的气核收集管一端开口，气核收集管另一端安装有气相阻力阀，所述的气核收集管中部沿圆周360°均匀分布有气核分流喷嘴，所述的气核分流喷嘴与分流控制管连通，所述的气核收集管与中心管的环形腔内安装有液膜主流喷嘴；所述的液膜主流喷嘴与气核分流喷嘴间的中心管壁上安装有液膜分流喷嘴，所述的液膜分流喷嘴与分流控制管连通。
所述的旋流器由旋流叶片构成。
所述的旋流叶片为4-8片。
所述的旋流叶片为半圆形。
所述的旋流叶片间交叉角为0-45°。
所述的气核分流喷嘴、液膜分流喷嘴、等干度分流喷嘴及液膜主流喷嘴为文丘里喷嘴。
所述的气核分流喷嘴、液膜分流喷嘴、等干度分流喷嘴及液膜主流喷嘴沿圆周对称分布。
所述的气核分流喷嘴为4-8个。
本发明的有益效果为：本发明克服各个注汽单元阻力差异对蒸汽水两相等干度分配的影响，实现蒸汽水两相流体在不同流量下的等干度分配；装置体积小、结构简单紧凑，无运动部件，无需维护，适应注汽井下内径157mm内的等干度流量分配；水平段的吸汽剖面从40%提高到60%以上。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为文丘里喷嘴的结构示意图。
图3为旋流器的结构示意图。
其中：1为上接头、2为旋流器、3为中心管、4为气核收集管、5为气核分流喷嘴、6为液膜分流喷嘴、7为分流控制管、8为等干度分流喷嘴、9为液膜主流喷嘴、10为气相阻力阀、11为下接头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
一种热采水平井分段注汽的等干度分注阀，包括上接头1、旋流器2、中心管3、气核收集管4、气核分流喷嘴5、液膜分流喷嘴6、分流控制管7、等干度分流喷嘴8、液膜主流喷嘴9、气相阻力阀10及下接头11，所述的中心管3一端通过上接头1与注汽油管连接，所述的中心管3另一端通过下接头11与注汽油管连接；所述的中心管3中部外壁设有分流控制管7，且分流控制管7一端封堵，分流控制管7另一端与水平井连通，所述的分流控制管7内安装有等干度分流喷嘴8；所述的中心管3内一端上接头1处安装有旋流器2，所述的旋流器2后中心管3内安装有气核收集管4，所述的气核收集管4一端开口，气核收集管4另一端安装有气相阻力阀10，所述的气核收集管4中部沿圆周360°均匀分布有气核分流喷嘴5，所述的气核分流喷嘴5与分流控制管7连通，所述的气核收集管4与中心管3的环形腔内安装有液膜主流喷嘴9；所述的液膜主流喷嘴9与气核分流喷嘴5间的中心管3壁上安装有液膜分流喷嘴6，所述的液膜分流喷嘴6与分流控制管7连通。
所述的旋流器2由旋流叶片构成。
所述的旋流叶片为4-8片。
所述的旋流叶片为半圆形。
所述的旋流叶片间交叉角为0-45°。
所述的气核分流喷嘴5、液膜分流喷嘴6、等干度分流喷嘴8及液膜主流喷嘴9为文丘里喷嘴。
所述的气核分流喷嘴5、液膜分流喷嘴6、等干度分流喷嘴8及液膜主流喷嘴9沿圆周对称分布。
所述的气核分流喷嘴5为4-8个。
热采水平井分段注汽的等干度分注阀通过旋流整形结合管内分流分配技术保证进入支路的蒸汽水（干度范围5-60%）两相流体在不同的流量情况下，具有相同的干度分配到各个注汽单元中。
从等干度分流喷嘴8流出的蒸汽干度与通过等干度分注阀下接头11流出的蒸汽干度相同。两者的蒸汽流量比例按如下气液两相的分流比进行分配。气相分流比：
式中
，
为气液两相分离后各自从气核分流喷嘴5、液膜分流喷嘴6流出的分流系数，既各占分离出气体
和液体
的分流比例，此参数通过人为优化设计各注汽单元液相流量
、气相
与总流量M的比例。
各注汽单元液相流量
、气相
与总流量M之间的关系必须与等干度分流喷、气相阻力阀10、液膜主流喷嘴9通过时的阻力满足等动能关系。
气核分流喷嘴5、液膜分流喷嘴6、等干度分流喷嘴8、液膜主流喷嘴9均采用优化设计的文丘里喷嘴结构，对分流的流体加速并控制压差；文丘里喷嘴是由于喷嘴喉部直径远小于主管段直径，流过的气液两相流体在临界喷嘴喉部达到当地音速，形成临界流动，其后部扩展段为喷嘴流线型，减少阻力损失。按圆周对称布置的气核分流喷嘴5、液膜分流喷嘴6、等干度分流喷嘴8、液膜主流喷嘴9同气核收集管4阻力匹配的阻力调控装置，保证分支管的流动阻力与主管的流动阻力实现一定范围内的动态平衡，保证了蒸汽水两相流向各分支的动能平衡。
从上游管道来的蒸汽两相流通过上接头1及中心管3内安装的旋流器2，旋流器2由4-8片结构相同、交叉角为0-45°的旋流叶片组成，固定在圆中心管3内，在旋流叶片旋流离心力的作用下，流型发生了转变，旋流叶片将来自上游的分层流、波浪流、段塞流、环状流等流型整流成液膜厚度均匀的的环状流，由传统的非对称流型转变为气核在中间、液膜贴壁的轴对称均匀环状流，并能够在下游中心管3一段距离内继续保持该流型，从而保证该流型流入下游气核收集管4时能够维持气核在中心、水环贴壁的结构，将气核完全导入气核收集管4中并带入极少量的水，这部分高干度流体流动过程中，一部分从气核收集管4沿圆周360°分布的4-8个气核分流喷嘴5中流出，其余大部分气核通过气相阻力阀10流出，而从气核分流喷嘴5流出的蒸汽进入分流控制管7，并与液膜分流喷嘴6流出的水进行混合，然后通过等干度分流喷嘴8流入第一注汽单元；大部分液膜流体通过液膜主流喷嘴9沿着中心管3内壁流动，并与通过气相阻力阀10流出的流体混合，继续流向下一等干度分注阀，重复以上分配，直至分配完毕。
Claims (8)
1.一种热采水平井分段注汽的等干度分注阀，包括上接头(1)、旋流器(2)、中心管(3)、气核收集管(4)、气核分流喷嘴(5)、液膜分流喷嘴(6)、分流控制管(7)、等干度分流喷嘴(8)、液膜主流喷嘴(9)、气相阻力阀(10)及下接头(11)，其特征在于：所述的中心管(3)一端通过上接头(1)与注汽油管连接，所述的中心管(3)另一端通过下接头(11)与注汽油管连接；所述的中心管(3)中部外壁设有分流控制管(7)，且分流控制管(7)一端封堵，分流控制管(7)另一端与水平井连通，所述的分流控制管(7)内安装有等干度分流喷嘴(8)；所述的中心管(3)内一端上接头(1)处安装有旋流器(2)，所述的旋流器(2)后中心管(3)内安装有气核收集管(4)，所述的气核收集管(4)一端开口，气核收集管(4)另一端安装有气相阻力阀(10)，所述的气核收集管(4)中部沿圆周360°均匀分布有气核分流喷嘴(5)，所述的气核分流喷嘴(5)与分流控制管(7)连通，所述的气核收集管(4)与中心管(3)的环形腔内安装有液膜主流喷嘴(9)；所述的液膜主流喷嘴(9)与气核分流喷嘴(5)间的中心管(3)壁上安装有液膜分流喷嘴(6)，所述的液膜分流喷嘴(6)与分流控制管(7)连通。
2.根据权利要求1所述的一种热采水平井分段注汽的等干度分注阀，其特征在于：所述的旋流器(2)由旋流叶片构成。
3.根据权利要求2所述的一种热采水平井分段注汽的等干度分注阀，其特征在于：所述的旋流叶片为4-8片。
4.根据权利要求3所述的一种热采水平井分段注汽的等干度分注阀，其特征在于：所述的旋流叶片为半圆形。
5.根据权利要求3所述的一种热采水平井分段注汽的等干度分注阀，其特征在于：所述的旋流叶片间交叉角为0-45°。
6.根据权利要求1所述的一种热采水平井分段注汽的等干度分注阀，其特征在于：所述的气核分流喷嘴(5)、液膜分流喷嘴(6)、等干度分流喷嘴(8)及液膜主流喷嘴(9)为文丘里喷嘴。
7.根据权利要求1或6所述的一种热采水平井分段注汽的等干度分注阀，其特征在于：所述的气核分流喷嘴(5)、液膜分流喷嘴(6)、等干度分流喷嘴(8)及液膜主流喷嘴(9)沿圆周对称分布。
8.根据权利要求7所述的一种热采水平井分段注汽的等干度分注阀，其特征在于：所述的气核分流喷嘴(5)为4-8个。
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