CN111364951B - 一种密度敏感自适应流量控制阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种密度敏感自适应流量控制阀，包括基管、过流支撑环、浮动盘、定位盘、锁环、端环和外保护罩；本发明的密度敏感自适应流量控制阀，能根据通过的液体或气体密度不同自动控制阀的开度大小，井下流体为高密度的水时，流量控制阀的开度减小，实现少出水，当井下为低密度的油时，流量控制阀的开度增大，实现多出油，当通过的为更低密度的气体时，流量控制阀的开度减小，实现少出气，从而实现控水、控气而不控油，最终实现生产井增产增效的目的。

Description

一种密度敏感自适应流量控制阀
技术领域
本发明属于石油天然气开采技术领域，尤指用于完井作业的一种密度敏感自适应流量控制阀。
背景技术
在石油天然气开发过程中，为增加产层的泄油面积，常采用水平井进行开发。由于储层非均质性、流体特性差异等原因，易导致水平井过早见水或见气，严重影响油田开发效益。目前水平井控水方面已有基于流体粘度自适应流量控制阀，针对高粘度原油油田开采具有一定的针对性，但针对低粘度原油油田使用受限，同时无法针对产气进行有效控制。因此，为有效控制油井水或气的产出，提高原油产量，迫切需要在完井作业过程中，采取有效的控水控气措施。
发明内容
本发明为解决现有技术中的不足，提供一种密度敏感自适应流量控制阀，能根据液体或气体密度不同自动控制阀的开度大小，有效提高井下原油开发效率。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：
一种密度敏感自适应流量控制阀，包括基管、过流支撑环、浮动盘、定位盘、锁环、端环和外保护罩；
在所述基管外表面由一侧至另一侧依次设置有过流支撑环、浮动盘、定位盘、锁环和端环；所述过流支撑环作为流体的入口，同时配合锁环对浮动盘、定位盘在径向上限位；所述浮动盘、定位盘径向限位地、可转动地安装基管外表面；所述端环与过流支撑环作为阻隔壁在外保护罩与基管之间形成一供流体流经的腔室，同时与外保护罩密封连接，所述基管在锁环与端环之间的区段处形成有采油孔；
所述浮动盘沿径向形成有过流孔道，在所述浮动盘上设置低密度浮力体，低密度浮力体密度小于石油的密度；
所述定位盘沿径向形成有控流孔道，沿圆周均布有若干数量的配重块，所述配重块密度大于基管及其他控制阀部件(过流支撑环、浮动盘、定位盘、锁环和端环)的密度；
在石油环境中所述浮动盘和定位盘沿基管周向转动至一角度，以使过流孔道和控流孔道在径向上位置相对；
在所述过流支撑环、浮动盘、定位盘和端环的外侧设置外保护罩，所述外保护罩与过流支撑环、浮动盘、定位盘和端环密封连接，以使流体仅可在过流孔道、控流孔道相连通(在径向上位置相对)时，通过导流孔、浮动盘上的过流孔道、定位盘上的控流孔道、采油通道进入基管。
在上述技术方案中，所述过流支撑环圆周均布设置有导流孔。
在上述技术方案中，所述低密度浮力体采用无机硅聚氨酯复合材料。
在上述技术方案中，所述低密度浮力体的密度优选0.1～0.9g/cm3。
在上述技术方案中，所述定位盘沿圆周形成有若干个矩形凹槽，经加工形成与凹槽体积相等的配重块通过粘胶嵌入在凹槽内，使定位盘形成一环形整体。
在上述技术方案中，所述过流支撑环、浮动盘、定位盘、锁环和端环均采用合金钢，例如45号钢或42CrMo。
在上述技术方案中，所述配重块选用硬质合金，如碳钨合金，或铅块。
在上述技术方案中，所述过流支撑环、端环焊接在基管的外壁上，所述锁环通过螺纹与基管固定连接。
在上述技术方案中，所述端环由呈阶梯状相连的粗管段和细管段构成，所述细管段外表面形成有螺纹，所述外保护罩与端环之间通过螺纹连接；所述粗管段上设置有O形圈。
在上述技术方案中，所述基管的厚度为3-20mm。
本发明的有益效果是：
本发明的密度敏感自适应流量控制阀，能根据通过的液体或气体密度不同自动控制阀的开度大小，井下流体为高密度的水时，流量控制阀的开度减小，实现少出水，当井下为低密度的油时，流量控制阀的开度增大，实现多出油，当通过的为更低密度的气体时，流量控制阀的开度减小，实现少出气，从而实现控水、控气而不控油，最终实现生产井增产增效的目的。
附图说明
图1是本发明密度敏感自适应流量控制阀装配体示意图。
图2是本发明密度敏感自适应流量控制阀中过流支撑环结构示意图。
图3是本发明密度敏感自适应流量控制阀中浮动盘结构示意图。
图4是本发明密度敏感自适应流量控制阀中定位盘结构示意图。
图5是本发明密度敏感自适应流量控制阀中基管与端环安装结构示意图。
图中：1、过流支撑环；1-1、导流孔；2、外保护罩；3、浮动盘；3-1、过流孔道；3-2、低密度浮力体；4、基管；4-1、采油孔；5、定位盘；5-1、控流孔道；5-2、配重块；6、锁环；7、端环；7-1、粗管段；7-2、细管段；8、O形圈。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
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方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例
一种密度敏感自适应流量控制阀，包括基管4、过流支撑环1、浮动盘3、定位盘5、锁环6、端环7和外保护罩2；
在所述基管外表面由一侧至另一侧依次设置有过流支撑环、浮动盘、定位盘、锁环和端环，基管的内径为124.3mm，外径为139.7mm；如图2所示，所述过流支撑环作为流体的入口，在其圆周均布设置有导流孔；同时配合锁环对浮动盘、定位盘在径向上限位；所述浮动盘、定位盘径向限位地、可转动地安装基管外表面；所述端环与过流支撑环作为阻隔壁在外保护罩与基管之间形成一供流体流经的腔室，同时与外保护罩密封连接；所述基管在锁环与端环之间的区段处形成有采油孔4-1；
如图3所示，所述浮动盘沿径向形成有过流孔道3-1，在所述浮动盘上设置低密度浮力体3-2；该低密度浮力体的密度应小于石油的密度，优选0.1～0.9g/cm3，材料采用无机硅聚氨酯复合材料，该材料具有耐高温高压、耐油腐蚀、溶胀率低、耐污等级高等特点，无机硅聚氨酯两种原料的配比依据不同产品而针对性的调整。
如图4所示，所述定位盘沿径向形成有控流孔道5-1，沿圆周均布有若干数量的配重块；在进行加工时，首先将定位盘沿圆周开若干个矩形凹槽，然后将与凹槽体积相等的配重块通过粘胶嵌入在凹槽内，使定位盘形成一环形整体；配重块的密度应大于基管及其他控制阀部件(过流支撑环、浮动盘、定位盘、锁环和端环)的密度，所述过流支撑环、浮动盘、定位盘、锁环和端环均采用合金钢，例如45号钢或42CrMo，而配重块选用硬质合金，如碳钨合金，或铅块等。
过流孔道和控流孔道的宽度大致相等，当井下为纯油环境时，浮动盘和定位盘沿基管转动至某一角度，在该角度下，过流孔道和控流孔道在径向上位置相对；使原油以最大的流速经过，当井下原油中含水量上升或含气量上升时，浮动盘上的低密度浮力体会产生浮力使浮动盘在基管上的角度发生偏转，过流孔道和控流孔道之间的流道会随之缩窄，甚至完全关闭，以达到自动针对井下原油中水、气含量的不同，调整阀门的开关状态的效果。
在所述过流支撑环、浮动盘、定位盘和端环的外侧设置外保护罩，所述外保护罩与过流支撑环、浮动盘、定位盘和端环密封连接，以使流体仅可在过流孔道、控流孔道相连通(在径向上位置相对)时，通过导流孔、浮动盘上的过流孔道、定位盘上的控流孔道、采油通道进入基管。
如图5所示，所述过流支撑环、端环焊接在基管的外壁上，所述锁环通过螺纹与基管固定连接。所述端环由呈阶梯状相连的粗管段7-1和细管段7-2构成，所述细管段外表面形成有螺纹，所述外保护罩与端环之间通过螺纹连接；所述粗管段上设置有O形圈，用以加固密封。
本发明的工作过程如下：
在完井作业过程中下入上述实施例中所述的密度敏感自适应流量控制阀，石油流体由基管外侧通过该流量控制阀进入到基管内；具体的工作工程如下所述：
入井后定位盘5由于自身重力和配重块5-2重力作用下旋转至特定的角度。
当油井原油含量高的时候，浮动盘3在低密度浮力体3-2的作用下，旋转至特定位置，浮动盘3上的过流孔道3-1与定位盘5上的控流孔道5-1对齐，形成最大过流面积，流体从过流支撑环1的导流孔1-1流经浮动盘3的过流孔道3-1，后通过定位盘5上的控流孔道5-1，沿采油孔4-1进入基管4，从而正常开采出井；
当油井含水量上升时，液体密度升高，浮力增大浮动盘3在自身重力、低密度浮力体3-2重力和两者浮力的综合作用下，旋转至特定位置，浮动盘3上的过流孔道3-1与定位盘5上的控流孔道5-1交错，过流通道减小或者关闭，从而实现对水的控制作用；
当油井开采过程中有气体产生时，介质密度急剧降低，浮力降低至可忽略不计，浮动盘3在自身重力和低密度浮力体3-2重力的综合作用下，旋转至特定位置，浮动盘3上的过流孔道3-1与定位盘5上的控流孔道5-1交错，过流通道减小或者关闭，从而实现对气的控制作用。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种密度敏感自适应流量控制阀，其特征在于：包括基管、过流支撑环、浮动盘、定位盘、锁环、端环和外保护罩；
在所述基管外表面由一侧至另一侧依次设置有过流支撑环、浮动盘、定位盘、锁环和端环；所述过流支撑环作为流体的入口，同时配合锁环对浮动盘、定位盘在径向上限位；所述浮动盘、定位盘径向限位地、可转动地安装基管外表面；所述端环与过流支撑环作为阻隔壁在外保护罩与基管之间形成一供流体流经的腔室，同时与外保护罩密封连接，所述基管在锁环与端环之间的区段处形成有采油孔；
所述浮动盘沿径向形成有过流孔道，在所述浮动盘上设置低密度浮力体，所述低密度浮力体密度小于石油的密度；
所述定位盘沿径向形成有控流孔道，沿圆周均布有若干数量的配重块，所述配重块密度大于过流支撑环、浮动盘、定位盘、锁环和端环的密度；
在石油环境中所述浮动盘和定位盘沿基管周向转动至一角度，以使过流孔道和控流孔道在径向上位置相对；
在所述过流支撑环、浮动盘、定位盘和端环的外侧设置外保护罩，所述外保护罩与过流支撑环、浮动盘、定位盘和端环密封连接，以使流体仅可在过流孔道、控流孔道相连通时，通过导流孔、浮动盘上的过流孔道、定位盘上的控流孔道、采油通道进入基管。
2.根据权利要求1所述的一种密度敏感自适应流量控制阀，其特征在于：所述过流支撑环圆周均布设置有导流孔。
3.根据权利要求1所述的一种密度敏感自适应流量控制阀，其特征在于：所述低密度浮力体采用无机硅聚氨酯复合材料。
4.根据权利要求3所述的一种密度敏感自适应流量控制阀，其特征在于：所述低密度浮力体的密度为0.1～0.9g/cm3。
5.根据权利要求1所述的一种密度敏感自适应流量控制阀，其特征在于：所述定位盘沿圆周形成有若干个矩形凹槽，经加工形成与凹槽体积相等的配重块通过粘胶嵌入在凹槽内，使定位盘形成一环形整体。
6.根据权利要求1所述的一种密度敏感自适应流量控制阀，其特征在于：所述过流支撑环、浮动盘、定位盘、锁环和端环均采用合金钢。
7.根据权利要求6所述的一种密度敏感自适应流量控制阀，其特征在于：所述配重块选用硬质合金。
8.根据权利要求1所述的一种密度敏感自适应流量控制阀，其特征在于：所述过流支撑环、端环焊接在基管的外壁上，所述锁环通过螺纹与基管固定连接。
9.根据权利要求1所述的一种密度敏感自适应流量控制阀，其特征在于：所述端环由呈阶梯状相连的粗管段和细管段构成，所述细管段外表面形成有螺纹，所述外保护罩与端环之间通过螺纹连接；所述粗管段上设置有O形圈。
10.根据权利要求1所述的一种密度敏感自适应流量控制阀，其特征在于：所述基管的厚度为3-20mm。
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