CN111963113B - 自动流入控制限流器、流入控制装置及控水管柱 - Google Patents
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Abstract
一种自动流入控制限流器、流入控制装置及控水管柱，自动流入控制限流器包括：本体、下盖、浮筒及至少一暂时限制件，本体包括中空的内圆柱、外圆柱和上盖，内圆柱和外圆柱同轴设置在上盖上，内圆柱的中心孔为流体流入孔；下盖与外圆柱的下端可拆卸连接，并与上盖及外圆柱共同围合成一容置空间，内圆柱位于容置空间内；浮筒设置在容置空间内，且活动套装在内圆柱外并能沿内圆柱的轴线自由移动；至少一暂时限制件，设置于容置空间中，暂时限制件的一端顶抵浮筒，暂时限制件的另一端顶抵下盖的内表面，暂时限制件限制浮筒移动，当经过一设定条件后，暂时限制件失去限制功能，使得浮筒可根据流体性质自由移动。
Description
技术领域
本发明涉及油气田水平井控水技术，特别是一种控水管柱及其自动流入控制限流器和流入控制装置。
背景技术
在石油、天然气开采过程中，油气田生产的各种井型都可能会面临着流动产液剖面不均衡的特点，随着开采时间的延长，这种不均衡流动剖面会导致过早见水，降低井的寿命，影响井的生产能力。
现有控水技术采用多种方式，常见的有三种：一种是先找水再控水，这种方式施工工艺复杂，技术要求高、工序多，作业难度大；第二种是采用流入控制工具控水，通过防砂过滤和节流调节延长水平井段均衡压降，能够抑制底水和边水水脊运动不均衡的现象，从而发挥整个水平段的生产能力、延长水平井的寿命，但这种方式需要提前知道油藏信息；第三种是流入控制装置与砾石充填或者连续封隔体相结合，既能实现控水功能又能实现砾石充填防砂功能。
关于流入控制装置与砾石充填或者连续封隔体相结合的完井方式目前有很多缺点：1、砾石充填或者连续封隔体完井本质上都需要进行充填作业，需要有较大的返流空间。流入控制装置(ICD)节流面积小，充填时需要在末端接常规筛管，在筛管内接充填返流滑套，充填完毕后关闭滑套，这段常规筛管也随着失去作用。同时使用常规流入控制装置(ICD)进行充填也需要提前了解地层信息，根据地层信息进行调剖设计。后期地层水情况变化，不能自动调节。2、自动流入控制装置(AICD)进行充填防砂控水，由于根据粘度变化自动调控的限流装置遇水会关闭，导致反循环流道关闭，因此不能直接充填，也只能在筛管末端添加常规筛管和滑套组合进行充填，充填完毕后关闭滑套，后段筛管失去作用。
因此，有必要研制一种克服上述缺陷的能用于自动流入控制装置进行充填防砂控水暂失效自动流入控制限流器。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供了一种自动流入控制限流器，其中，包括：
本体，包括中空的内圆柱、外圆柱和上盖，所述内圆柱和所述外圆柱同轴设置在所述上盖上，所述内圆柱的中心孔为流体流入孔；
下盖，与所述外圆柱的下端可拆卸连接，并与所述上盖及所述外圆柱共同围合成一容置空间，所述内圆柱位于所述容置空间内，所述下盖上设有流体流出孔，所述下盖的内表面与所述内圆柱的底端面之间具有用于液体流通的间隙；以及
浮筒，设置在所述容置空间内，且所述浮筒活动套装在所述内圆柱外并能沿所述内圆柱的轴线自由移动；
至少一暂时限制件，设置于所述容置空间中，所述暂时限制件的一端顶抵浮筒，所述暂时限制件的另一端顶抵所述下盖的内表面，所述暂时限制件限制所述浮筒移动，当经过一设定条件后，所述暂时限制件失效使得所述浮筒可以根据流体性质自由移动。
上述的自动流入控制限流器，其中，所述暂时限制件为可溶解材料所制成，经过所述设定条件后所述暂时限制件溶解后失去限制功能。
上述的自动流入控制限流器，其中，所述暂时限制件为记忆材料制成，经过所述设定条件后所述暂时限制件产生形变后失去限制功能。
上述的自动流入控制限流器，其中，所述暂时限制件为磁性材料所制成，经过所述设定条件后所述暂时限制件消磁后失去限制功能。
上述的自动流入控制限流器，其中，所述间隙等于所述浮筒的最大位移距离。
上述的自动流入控制限流器，其中，所述上盖、所述内圆柱和所述外圆柱为一体成型结构。
本发明还提供一种流入控制装置，其中，包括：
中心管，为中空的圆柱管；
外护套，包括互相连接的套体和两套端，所述外护套通过所述两套端套装在所述中心管上并与所述中心管同轴设置，所述套体与所述中心管的外壁之间具有用于液体流通的环形空间，所述套体包括过滤部和限流部，所述过滤部的套体壁上设置有过滤机构；以及
自动流入控制限流器，为上述中任意一项所述的自动流入控制限流器，安装在所述中心管的管壁上，所述中心管的管壁上对应于所述限流部交错设置有多个安装孔，流入所述环形空间的液体通过所述自动流入控制限流器进入所述中心管内，所述自动流入控制限流器根据油气井产量自动调节流入所述中心管的流体流量。
上述的流入控制装置，其中，所述安装孔为螺纹孔，所述外圆柱螺纹连接于所述安装孔，所述上盖的外缘上设置有密封结构。
上述的流入控制装置，其中，所述过滤机构为双层防砂过滤结构，所述过滤部的套体壁外层设置带有滤砂沟槽的防砂过滤网，所述过滤部的套体壁内层设置多层金属纤维致密筛网。
本发明还提供一种控水管柱，用于水平井的控水及稳油生产，其中，包括：
主管柱，安装在水平井的油井管柱内，所述油井管柱与所述主管柱的环空内设置有封隔器；以及
至少一组流入控水管柱，包括顺序连接的流入控制装置、筛管和盲管，所述流入控制装置与所述主管柱连接，所述流入控制装置为上述中任意一项所述的流入控制装置。
上述的控水管柱，其中，所述流入控水管柱为顺序连接的多组，每组所述多组流入控水管柱的盲管与所述油井管柱之间均设置有封隔器。
本发明是一种主动式控水方式，通过简单的控水管柱及智能流入控制装置，将被动控水变成主动控水，根据液体的粘度和密度自动控制液体的流量，实现了对油的开源及对水的节流作用。其有益效果如下：
(1)本发明的自动流入控制限流器，为自动式控水装置，无须任何动力及人工干预，可根据流体的粘度、密度等性能特点，自动实现流量的控制，“开源”粘度大、密度低的流体，“节流”粘度小、密度高的流体；
(2)本发明的控水管柱，结构简单，便于下入和起出，一次入井即可实现控制产层流量，均衡流动剖面并提高产油量；
(3)本发明确定AICD限流装置安装位置及安装数量的方法以及布置管串连接方式的方法，为根据油藏特征，由软件自动计算得出AICD限流装置的数量及位置的精确布置，以实现抑制高含水层产量，降低含水率，提油增效的目的。
(4)可根据现场作业要求，人为调节失效时间长短；
(5)暂时限制自动流入功能时，不识别油水，不限油/水，可实现脱砂充填与大排量排液；
(6)暂时限制自动流入功能时，最大流量高于常规ICD，也可根据需要控制初期流量大小从而降低施工风险；
(7)暂时限制失效后，AICD可以识别油/水，实现智能抑水；
(9)结合充填工艺，实现AICD初期暂失效，充填反循环液畅流，后期无限级隔离智能防砂限水；
(10)该装置技术成熟，性能独特，可靠性强，不污染地层；
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明一实施例的控水管柱示意图；
图2为本发明一实施例的流入控制装置结构示意图；
图3为本发明一实施例的自动流入控制限流器结构示意图。
图4为图3暂时限制件失效后打开通路示意图；
图5为图3暂时限制件失效后关闭通路示意图；
图6为本发明暂时限制件的另一实施例的形变前结构示意图；
图7为本发明暂时限制件的另一实施例的形变后结构示意图；
图8为图6暂时限制件失效前关闭通路示意图；
图9为图7暂时限制件失效后打开通路示意图。
其中，附图标记：
1 主管柱
2 封隔器
3 流入控制装置
31 外护套
311 套体
312 套端
313 过滤机构
314 过滤部
315 限流部
32 中心管
33 自动流入控制限流器
331 本体
3311 外圆柱
3312 内圆柱
3313 上盖
3314 工具固定孔
332 浮筒
333 下盖
334 流出孔
335 流入孔
336 容置空间
337 暂时限制件
34 环形空间
4 筛管
5 盲管
10 油井管柱
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
参见图1-图5，图1为本发明一实施例的控水管柱示意图；图2为本发明一实施例的流入控制装置结构示意图；图3为本发明一实施例的自动流入控制限流器结构示意图。图4为图3暂时限制件失效后打开通路示意图；图5为图3暂时限制件失效后关闭通路示意图。本发明的控水管柱，用于水平井的自动调节式控水及稳油生产，包括：主管柱1，安装在水平井的油井管柱10内，所述油井管柱10与所述主管柱1的环空内设置有封隔器2；以及至少一组流入控水管柱，包括顺序连接的流入控制装置3、筛管4和盲管5，所述流入控制装置3与所述主管柱1连接，本实施例中，所述流入控水管柱可以根据实际生产情况设置为顺序连接的多组，每组所述多组流入控水管柱的盲管5与所述油井管柱10之间均设置有封隔器2。因该控水管柱的其他组成、结构、相互之间的位置关系、连接关系及其功能等均为较成熟的现有技术，故在此不做赘述，下面仅对本发明的流入控制装置3及其自动流入控制限流器33予以详细说明。
进一步地，本发明的流入控制装置3，包括：中心管32，为中空的圆柱管；外护套31，包括互相连接的套体311和两套端312，所述外护套31通过所述两套端312套装固定在所述中心管32上并与所述中心管32同轴设置，例如该外护套31可通过两套端312焊接在所述中心管32上，所述套体311与所述中心管32的外壁之间具有用于液体流通的环形空间34，流体经过外护套31上的过滤机构313过滤后，流入环形空间34，所述套体311包括过滤部314和限流部315，所述过滤部314的套体壁上设置有过滤机构313，形成自动控水限流装置的防砂过滤通道，本实施例中，所述过滤机构313优选为双层防砂过滤结构，所述过滤部314的套体壁外层设置带有滤砂沟槽的防砂过滤网，所述过滤部314的套体壁内层设置多层金属纤维致密筛网，可以过滤掉流体中的细砂粒，防止砂粒流入AICD内；以及自动流入控制限流器33，安装在所述中心管32的管壁上，所述中心管32的管壁上对应于所述限流部315交错设置有多个安装孔，流入所述环形空间34的液体通过所述自动流入控制限流器33进入所述中心管32内，所述自动流入控制限流器33根据油气井产量自动调节流入所述中心管32的流体流量。本实施例中，所述安装孔优选为螺纹孔，所述自动流入控制限流器33通过所述外圆柱3311的螺纹与所述安装孔连接，所述上盖3313的外缘上设置有密封结构，例如密封槽，该密封槽内安装密封垫圈。
再进一步地，本发明的自动流入控制限流器33(即Autonomous inflow controldevice，简称AICD)，包括：本体331，包括中空的内圆柱3312、外圆柱3311和上盖3313，所述内圆柱3312和外圆柱3311同轴设置在所述上盖3313上，所述内圆柱3312的中心孔为流体流入孔335，所述外圆柱3311的外圆周面上设置有用于连接的螺纹；下盖333，与所述外圆柱3311的下端可拆卸连接，并与所述上盖3313及所述外圆柱3311共同围合成一容置空间336，所述内圆柱3312位于所述容置空间336内，所述下盖333上设有流体流出孔334，所述下盖333的内表面与所述内圆柱3312的底端面之间具有用于液体流通的间隙；以及浮筒332，设置在所述容置空间336内，包括互相连接的端盖3321和套筒3322，所述套筒活动套装在所述内圆柱3312外并能沿所述内圆柱3312的轴线自由移动，所述端盖3321平行于所述上盖3313并位于所述套筒3322靠近所述下盖333的一端。
更进一步地，自动流入控制限流器33还包括二个暂时限制件337，暂时限制件337，设置于容置空间336中，暂时限制件337的一端顶抵浮筒332的端盖3321，所述暂时限制件337的另一端顶抵所述下盖333的内表面，暂时限制件337限制浮筒332移动，当经过一设定条件后，暂时限制件337失去限制功能，使得浮筒332可以根据流体性质自由移动。
具体地说，基于本发明的自动流入控制限流器33使得筛管充填完井只需要在整个管柱都安装同一种筛管，在砾石充填的时候，暂时限制件337使得流入控制装置3失去限流作用，待完成砾石充填作业后(设定的时间)，暂时限制件337可自动溶解或者通过消磁技术隐匿，当暂时限制件337失去限制浮筒332运动的作用后，该装置中的浮筒332具备自由活动的功能。因此，在流体流入的时候可以根据流体的性质上下浮动。一般设置是产油时，浮筒浮动到上盖，打开通路T(见图4，图4中箭头反向为油的流动方向)，油流经过自动流入控制装置进入管柱内，生产到地面，产水时该浮筒332会根据流体粘度等性质，移动到下盖，关闭通路，限制水的产出。从而能实现整个井段只能控水作用，使得整个井眼的产能都不会受到影响。
需要说明的是，在本实施例中，设定条件可以设定时间或者设定温度，具体地说，当设定条件为设定时间时，经过设定时间后暂时限制件337失去限制功能；当设定条件为设定温度时，对暂时限制件337加温至设定温度时暂时限制件337失去限制功能，但本发明并不以此为限。
在本发明的一实施例中，所述暂时限制件为可溶解材料所制成，经过所述设定时间后所述暂时限制件溶解后失去限制功能。
请参照图6-图9，图6为本发明暂时限制件的另一实施例的形变前结构示意图；图7为本发明暂时限制件的另一实施例的形变后结构示意图；图8为图6暂时限制件失效前关闭通路示意图；图9为图7暂时限制件失效后打开通路示意图。在本实施例中，暂时限制件337为记忆材料制成，且预先加工暂时限制件337为一不规则环形结构，经过设定时间或温度升高后，暂时限制件337产生形变后为一圆环形结构同时失去限制功能，使得浮筒332可以向自由移动，此时若流体粘度变化，浮筒332可以自动打开或关闭通路。
值得注意的是，本发明并不对暂时限制件337的形状结构进行限制，设计者可根据需要设计暂时限制件337的形状结构。
在本发明的一实施例中，所述暂时限制件为磁性材料所制成，经过所述设定时间后所述暂时限制件消磁后失去限制功能。
其中，所述间隙优选等于所述浮筒332的最大位移距离，即浮筒332的端盖的底面与内圆柱3312的端面齐平，浮筒332的套筒长度与内圆柱3312的高度相等。另外，所述上盖3313与所述外圆柱3311相对一侧的表面上设置有用于安装或拆卸的工具固定孔3314，所述工具固定孔3314优选为沉头盲孔。所述上盖3313、内圆柱3312和所述外圆柱3311优选为一体成型结构。
可根据油藏地质特征及油井出水情况，采用控水软件计算出某层段所需的控水限流装置的数量，并布局筛管4、盲管5、流入控制装置3的位置及数量，按照控水工艺软件计算的自动流入控制限流器33的安装位置及安装数量，对应设置中心管32上安装孔的位置和数量，并组装流入控制装置3，然后安装控水管柱，即将主管柱1、封隔器2、流入控制装置3、盲管5和筛管4等进行连接并下入油井管柱10内，以最优化的方法完成控水工艺的施工。
将本发明的流入控制装置3连接在水平井的控水管柱上，地层中的流体经过外层外护套31上的防砂过滤机构313过滤掉细砂粒后，流体流入外护套31与中心管32的环形空间34内，当流体流至自动流入控制限流器33(AICD)时，因自动流入控制限流器33上设有流入孔335，流体经过内圆柱3312上的流入孔335流至自动流入控制限流器33的内部容置空间336，自动流入控制限流器33对不同密度、不同粘度的流体有不同的控制作用，当混合流体注入自动流入控制限流器33后，其中密度小、粘度高的油会使浮筒332上浮，而使下盖333上的流出孔334全部处于最大开启状态，流体顺畅流出；而混合流体中的水使浮筒332下沉，下盖333上的流出孔334处于最小开启状态，流体大部分无法顺畅通过，因此密度小、粘度高的油由下盖333上的流出孔334流入中心管32内，然后通过举升方式被采集至地面。自动流入控制限流器33可自动“开源”油的流入，而“节流”了水的流入，从而起到稳油控水的作用。
本发明结构简单，工艺性好，施工简单、高效，可有效起到防砂、控水、稳油的作用，均衡产液剖面，实现了自动式稳油控水生产，改变了被动式控水的局面，使得控水由被动控制变为主动调节，同时流入控制装置将流体经过层层过滤后，再流入自动流入控制限流器，减少了砂堵的可能性，解决了现有技术的水平井在开发过程中出现的底水锥进甚至水淹的问题。
同时，基于本发明的自动流入控制限流器33，无需要根据前期数据调节限流装置，可实现脱砂充填与大排量排液；无需常规筛管结合滑套解决充填返流问题；整个井眼都是流入控制装置筛管，没有浪费的井段；砾石充填作业完成后，AICD可以恢复识别油/水，实现智能抑水；提高控水筛管充填完井防砂作业效率；该工艺技术成熟，性能独特，可靠性强，不污染地层
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种自动流入控制限流器，其特征在于，将被动控水变成主动控水，根据液体的粘度和密度自动控制液体的流量，包括：
本体，包括中空的内圆柱、外圆柱和上盖，所述内圆柱和所述外圆柱同轴设置在所述上盖上，所述内圆柱的中心孔为流体流入孔；
下盖，与所述外圆柱的下端可拆卸连接，并与所述上盖及所述外圆柱共同围合成一容置空间，所述内圆柱位于所述容置空间内，所述下盖上设有流体流出孔，所述下盖的内表面与所述内圆柱的底端面之间具有用于液体流通的间隙；以及
浮筒，设置在所述容置空间内，且所述浮筒活动套装在所述内圆柱外并能沿所述内圆柱的轴线自由移动；
至少一暂时限制件，设置于所述容置空间中，所述暂时限制件为可溶解材料、记忆材料或磁性材料所制成，所述暂时限制件的一端顶抵浮筒，所述暂时限制件的另一端顶抵所述下盖的内表面，所述暂时限制件限制所述浮筒移动，当经过一设定条件后，所述暂时限制件失效使得所述浮筒可以根据流体性质自由移动；
其中，完成砾石充填作业后，所述暂时限制件通过自动溶解、产生形变或消磁失去限制所述浮筒运动的作用，所述浮筒在流体流入时根据流体性质上下浮动；产油时所述浮筒浮动到所述上盖，打开通路，油流进入管柱内并生产到地面；产水时所述浮筒根据流体粘度移动到所述下盖，关闭通路，限制水的产出。
2.如权利要求1所述的自动流入控制限流器，其特征在于，所述间隙等于所述浮筒的最大位移距离。
3.如权利要求1或2所述的自动流入控制限流器，其特征在于，所述上盖、所述内圆柱和所述外圆柱为一体成型结构。
4.一种流入控制装置，其特征在于，包括：
中心管，为中空的圆柱管；
外护套，包括互相连接的套体和两套端，所述外护套通过所述两套端套装在所述中心管上并与所述中心管同轴设置，所述套体与所述中心管的外壁之间具有用于液体流通的环形空间，所述套体包括过滤部和限流部，所述过滤部的套体壁上设置有过滤机构；以及
权利要求1或2所述的自动流入控制限流器，安装在所述中心管的管壁上，所述中心管的管壁上对应于所述限流部交错设置有多个安装孔，流入所述环形空间的液体通过所述自动流入控制限流器进入所述中心管内，所述自动流入控制限流器根据油气井产量自动调节流入所述中心管的流体流量。
5.如权利要求4所述的流入控制装置，其特征在于，所述安装孔为螺纹孔，所述外圆柱螺纹连接于所述安装孔，所述上盖的外缘上设置有密封结构。
6.如权利要求4或5所述的流入控制装置，其特征在于，所述过滤机构为双层防砂过滤结构，所述过滤部的套体壁外层设置带有滤砂沟槽的防砂过滤网，所述过滤部的套体壁内层设置多层金属纤维致密筛网。
7.一种控水管柱，用于水平井的控水及稳油生产，其特征在于，包括：
主管柱，安装在水平井的油井管柱内，所述油井管柱与所述主管柱的环空内设置有封隔器；以及
至少一组流入控水管柱，包括顺序连接的流入控制装置、筛管和盲管，所述流入控制装置与所述主管柱连接，所述流入控制装置为上述权利要求5-6中任意一项所述的流入控制装置。
8.如权利要求7所述的控水管柱，其特征在于，所述流入控水管柱为顺序连接的多组，每组所述流入控水管柱的盲管与所述油井管柱之间均设置有封隔器。
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