CN111119804A - 一种流体流入控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种流体流入控制装置，所述主体中心开设轴向贯通的出口孔，所述主体上表面开设腔室，所述腔室以出口孔中心轴线为中心，即出口孔上端与腔室中心连通，所述主体上表面还开设环形分流道，所述环形分流道开设在腔室外围，所述腔室与环形分流道之间开设腔室入口，所述主体上表面还开设主体入口槽和入口流道，所述入口流道开设在环形分流道外围，所述入口流道内端口连接环形分流道，入口流道外端口连接主体入口槽内端口，主体入口槽外端口连通至主体圆周壁外界。所述主体入口槽和环形分流道还通过流槽直接连通。该装置用于水平井（或直斜井）中加强油藏管理、实现稳油控水、延长油井寿命，达到提高油井采收率和经济开发效益的目的。
Description
技术领域
本发明涉及油田开发流体调控技术领域，具体地说是一种流体流入控制装置。
背景技术
为了节约油田开采成本，提高原油采收率，越来越多的油田采用水平井开采技术对薄层油藏、底水油藏、非常规油气藏等进行开发。水平井开采技术在一定程度上能够节约钻井成本，提高油田经济效益。但水平井在不同类型油藏特别是边水、底水油藏生产过程中暴露出的问题也日益突出，主要表现为边水、底水、气顶锥进或脊进，井筒过早见水见气，导致水平井不均衡生产，对于特高含水油田，还存在含水上升快、产油量降低迅速甚至出现严重“水淹”等问题。
为了解决上述由储层非均质性、趾跟效应造成的水平井过早见水、气问题，流体调控装置Inflow Control Device，简称ICD逐渐被研究人员应用在水平井中。水平井完井段安装的ICD，会对流入ICD的流体产生一个过流阻力，使流体产生一个附加压降。但由于不同流体之间性质存在差异如，油的粘度比水或气的粘度大，会使得不同流体流过ICD时，产生的附加压力不同，基本规律是水、气的附加压降大于原油的附加压降。根据不同流体附加压降不同，可以调控流体分布、减缓底水锥进或气顶气锥进、克服油井过早见水、气问题。更具体的是可以改变流体流速大小、流动方向或者两者一起改变，从而干扰流体的正常运动，使水平段产液剖面大致均衡，底水呈理想的均匀水脊缓慢上升，达到控水的目的。
但上述ICD也存在不足，未能完全解决问题。ICD属于消极控水或气装置，不包含可动构件，作为完井设备安装在生产管柱上之前，其尺寸根据原始油藏条件已经被固定，不能再改变，由于油藏状态是动态变化的，这就使得安装的ICD可能与油藏不匹配，控水或气效果不好。
针对上述ICD在水平井开采使用过程中的缺点，国内外科研人员研制了自动调控装置Autonomous Inflow Control Device，简称AICD来均衡产液剖面，达到油水界面稳定推进的目的。目前主要有密度敏感型AICD、流道型AICD、RCP阀、和调控阀Inflow ControlValve，简称ICV四种自动调控装置。
密度敏感型AICD的设计理论是阿基米德原理，根据流体的密度调控装置，当通过装置的气量过多时，装置流动通道关闭；当气锥退去时，装置再次正常工作，原油恢复生产。该装置可以通过调整配重块数量来适应具有不同重度原油的油气藏，同时，将装置倒置时还可以用来控水。虽然密度敏感阀能在油井见水或见气后阻碍水或气的产出，但是该装置仍然存在着不足，主要表现为：结构复杂，含有运动部件，可靠性低，且下入过程中若阀朝向变化容易导致密度敏感板打不开，影响阀的性能。
流道型AICD的设计理论是二极管原理，根据不同粘度流体通过装置会产生不同的附加压差来调控流体流量，当通过的是粘度高的原油时，附加压降较小，对流量影响甚微；当通过的是粘度低的水或气时，附加压降很大，不易通过，水或气流量减小。该装置能够很好的抗冲蚀、抗堵塞，也能在水、气突破后发挥作用，但该装置所适应的流体粘度范围很窄。
RCP阀的设计理论为伯努利方程，通过流经阀体的不同流体粘度的变化调控阀体内碟片的开度和开关。当相对粘度较高的油流经阀体时，碟片处于开启状态，当相对粘度较低的水或气流经阀体时，碟片因粘度变化引起的压降自动关闭，从而达到控水、控气、增油的目的。但该阀主要用于容易出现气锥现象的油藏，对于水锥油藏效果不好。
水平井完井段安装的ICV，该阀由滑套技术进化而来，其相当于一个井底油嘴，通过压力驱动滑套来调整阀门的开度，进而调节进入井筒的流量，与AICD相似，都可以实现自动调节功能，从而达到调节流入剖面，延迟见水、气目的，还能通过地面调控系统及时调节ICV的开启度，实现实时优化生产。但ICV阀需要同精密仪器配合运用，长期的使用过程中，其可靠度不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种流体流入控制装置，在调研国内外流体调控装置、自动调控装置类型的基础上，结合目前我国的大部分油田都进入中高含水期、甚至特高含水期的现状，根据流体性质差异，利用离心分离原理，设计出一种流体流入控制装置，该装置根据流体性质差异，利用离心分离原理,安装在油层和油管之间，用于水平井(或直斜井)中加强油藏管理、实现稳油控水、延长油井寿命，达到提高油井采收率和经济开发效益的目的。
为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种流体流入控制装置，包括主体、上端盖，所述上端盖盖在主体上表面，所述主体中心开设轴向贯通的出口孔，所述主体上表面开设腔室，所述腔室以出口孔中心轴线为中心，即出口孔上端与腔室中心连通，所述主体上表面还开设环形分流道，所述环形分流道开设在腔室外围，所述腔室与环形分流道之间开设腔室入口，所述主体上表面还开设主体入口槽和入口流道，所述入口流道开设在环形分流道外围，所述入口流道内端口连接环形分流道，入口流道外端口连接主体入口槽内端口，主体入口槽外端口连通至主体圆周壁外界。
所述主体入口槽和环形分流道还通过流槽直接连通。
所述主体入口槽自身的外端口的过流面积大于主体入口槽自身的内端口的过流面积。
所述入口流道自身的外端口的过流面积大于入口流道自身的内端口的过流面积。
所述主体入口槽至少设置两个，所有的主体入口槽以出口孔中轴线为圆心形成环形矩阵，每一个主体入口槽配置一个入口流道；所述腔室入口开设的数量和所述主体入口槽开设的数量一致。
所述上端盖下表面设有上端盖入口槽，上端盖入口槽与主体的主体入口槽对齐。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
由于该装置既拥有传统ICD的特点，即均衡剖面、消除趾跟效应、消除环空流影响等，又能根据流体性质对流体进行自动分相分流，并且限制水和气的产出，故其既可用于底水没有突破的水平井先期控水，又可用于底水已经突破的水平井后期控水，更适用于非均质性强的边/底水油藏和带气顶油藏，尤其适用于已经进入中高含水期和高气油比的油藏。
该装置有入口流道和环形分流道。入口流道进口端大，出口孔小，即模仿贾敏效应，将其专门作为粘度小，粘滞力小的水流道或气流道，该流道能够大大增加水或气附加压力；环形分流道作为水或气第二旋转通道进一步增加水或气附加压力。两个流道使水或气相对于原油而言多流动了一段距离，该距离使水或气会产生的附加压差使水或气难以通过装置，最终达到调控不期望流体水或气的目的。
当油和水或气同时流进装置时，由于油的粘度大，粘滞力大，惯性力小，油将由最近的流槽以及腔室入口流进腔室，而水或气由于粘度小，粘滞力小，惯性力大，将先在入口流道中预旋，再进入环形分流道旋转，由腔室入口流进调控腔室，油水进入调控腔室后经出口孔流出。由于油在装置中无旋转，无旋转压降产生，而水或气会在装置中高速旋转，产生大的旋转压降，因此，水或气流过装置的压降大于油流过时的压降，流体调控装置限制了水或气的产出
目前国内很多油田已经进入中高含水阶段，综合含水率高，单井出水量大，由地层水带来的一系列堵水，地层水处理问题严重影响生产效益、原油产量以及采收率。通过在水平井、斜井安装该装置能够降低局部底水过早突破所带来负面影响，最终实现稳油控水、延长油井寿命、降低油井水处理成本，提高油井采收率和经济开发效益的目的。
附图说明
图1为本发明的一种流体流入控制装置结构剖视图；
图2为本发明的一种流体流入控制装置的主体的俯视图；
图3为本发明的一种流体流入控制装置结构俯视图。
图中：主体入口槽201、入口流道202、流槽203、环形分流道204、腔室入口205、腔室206、出口孔207。
具体实施方式
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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
请参阅图1至图3，本发明提供一种技术方案：一种流体流入控制装置，包括主体2、上端盖1，所述上端盖盖在主体上表面，所述主体中心开设轴向贯通的出口孔207，所述主体上表面开设腔室206，所述腔室以出口孔中心轴线为中心，即出口孔上端与腔室中心连通，所述主体上表面还开设环形分流道204，所述环形分流道开设在腔室外围，所述腔室与环形分流道之间开设腔室入口205，所述主体上表面还开设主体入口槽201和入口流道202，所述入口流道开设在环形分流道外围，所述入口流道内端口连接环形分流道，入口流道外端口连接主体入口槽内端口，主体入口槽外端口连通至主体圆周壁外界。
所述主体入口槽和环形分流道还通过流槽203直接连通。
所述主体入口槽自身的外端口的过流面积大于主体入口槽自身的内端口的过流面积。
所述入口流道自身的外端口的过流面积大于入口流道自身的内端口的过流面积。
所述主体入口槽至少设置两个，所有的主体入口槽以出口孔中轴线为圆心形成环形矩阵，每一个主体入口槽配置一个入口流道；所述腔室入口开设的数量和所述主体入口槽开设的数量一致。
所述上端盖下表面设有上端盖入口槽，上端盖入口槽与主体的主体入口槽对齐。
入口流道202与环形分流道204相切，即液流从入口流道202旋切式进入环形分流道204。
如图1所示，该装置主要由上端盖1和主体2组成，上端盖1和主体2之间通过螺纹连接图中未示出。图2是主体2的结构示意图，其是控水和控气的主要部件，主体2由主体入口槽201、入口流道202、流槽203、环形分流道204、腔室入口205、腔室206和出口孔207组成。图3是装置俯视图，上端盖1下表面设有上端盖入口槽，上端盖入口槽与主体2的主体入口槽201对齐，共同构成流体入口槽。
结合图2对主体2做进一步说明，流体从油藏到达主体入口槽201后，不同粘度的流体会有不同的流动路径。当流体是粘度较低的水或气时，其粘滞力较小，会从主体入口槽201进入入口流道202，并沿着环形分流道204流动，在压力、速度降到一定程度后，经由腔室入口205进入腔室206，并再次在腔室206内旋转，最终从出口孔207流出；当流体是粘度较高的原油时，其粘滞力较大，会从主体入口槽201直接经流槽203以及腔室入口205进入腔室206或者最多沿环形分流道204流动后经由腔室入口205进入腔室206，最终也从出口孔207流出。水或气经过入口流道202时会产生一个附加压力，在环形分流道204以及腔室206中旋转流动也会产生附加压力，这些附加压力会使水或气较原油难以通过装置，从而达到调控水或气的目的。
该装置有入口流道和环形分流道。入口流道进口端大，出口孔小，即模仿贾敏效应，将其专门作为粘度小，粘滞力小的水流道或气流道，该流道能够大大增加水或气附加压力；环形分流道作为水或气第二旋转通道进一步增加水或气附加压力。两个流道使水或气相对于原油而言多流动了一段距离，该距离使水或气会产生的附加压差使水或气难以通过装置，最终达到调控不期望流体水或气的目的。
当油和水或气同时流进装置时，由于油的粘度大，粘滞力大，惯性力小，油将由最近的流槽以及腔室入口流进腔室，而水或气由于粘度小，粘滞力小，惯性力大，将先在入口流道中预旋，再进入环形分流道旋转，由腔室入口流进调控腔室，油水进入调控腔室后经出口孔流出。由于油在装置中无旋转，无旋转压降产生，而水或气会在装置中高速旋转，产生大的旋转压降，因此，水或气流过装置的压降大于油流过时的压降，流体调控装置限制了水或气的产出
实施例2：
请参阅图1至图3，本发明提供一种技术方案：一种流体流入控制装置，包括主体2、上端盖1，所述上端盖盖在主体上表面，所述主体中心开设轴向贯通的出口孔207，所述主体上表面开设腔室206，所述腔室以出口孔中心轴线为中心，即出口孔上端与腔室中心连通，所述主体上表面还开设环形分流道204，所述环形分流道开设在腔室外围，所述腔室与环形分流道之间开设腔室入口205，所述主体上表面还开设主体入口槽201和入口流道202，所述入口流道开设在环形分流道外围，所述入口流道内端口连接环形分流道，入口流道外端口连接主体入口槽内端口，主体入口槽外端口连通至主体圆周壁外界。
所述主体入口槽和环形分流道还通过流槽203直接连通。
所述主体入口槽自身的外端口的过流面积大于主体入口槽自身的内端口的过流面积。
所述入口流道自身的外端口的过流面积大于入口流道自身的内端口的过流面积。
实施例3：
请参阅图1至图3，本发明提供一种技术方案：一种流体流入控制装置，包括主体2、上端盖1，所述上端盖盖在主体上表面，所述主体中心开设轴向贯通的出口孔207，所述主体上表面开设腔室206，所述腔室以出口孔中心轴线为中心，即出口孔上端与腔室中心连通，所述主体上表面还开设环形分流道204，所述环形分流道开设在腔室外围，所述腔室与环形分流道之间开设腔室入口205，所述主体上表面还开设主体入口槽201和入口流道202，所述入口流道开设在环形分流道外围，所述入口流道内端口连接环形分流道，入口流道外端口连接主体入口槽内端口，主体入口槽外端口连通至主体圆周壁外界。
所述主体入口槽和环形分流道还通过流槽203直接连通。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位指示或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种流体流入控制装置，其特征在于，包括主体、上端盖，所述上端盖盖在主体上表面，所述主体中心开设轴向贯通的出口孔，所述主体上表面开设腔室，所述腔室以出口孔中心轴线为中心，即出口孔上端与腔室中心连通，所述主体上表面还开设环形分流道，所述环形分流道开设在腔室外围，所述腔室与环形分流道之间开设腔室入口，所述主体上表面还开设主体入口槽和入口流道，所述入口流道开设在环形分流道外围，所述入口流道内端口连接环形分流道，入口流道外端口连接主体入口槽内端口，主体入口槽外端口连通至主体圆周壁外界。
2.根据权利要求1所述的一种流体流入控制装置，其特征在于，所述主体入口槽和环形分流道还通过流槽直接连通。
3.根据权利要求1或2所述的一种流体流入控制装置，其特征在于，所述主体入口槽自身的外端口的过流面积大于主体入口槽自身的内端口的过流面积。
4.根据权利要求1或2所述的一种流体流入控制装置，其特征在于，所述入口流道自身的外端口的过流面积大于入口流道自身的内端口的过流面积。
5.根据权利要求1或2所述的一种流体流入控制装置，其特征在于，所述主体入口槽至少设置两个，所有的主体入口槽以出口孔中轴线为圆心形成环形矩阵，每一个主体入口槽配置一个入口流道；所述腔室入口开设的数量和所述主体入口槽开设的数量一致。
6.根据权利要求1或2所述的一种流体流入控制装置，其特征在于，所述上端盖下表面设有上端盖入口槽，上端盖入口槽与主体的主体入口槽对齐。
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