CN114198067B - 一种流体控制筛管及管柱 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种流体控制筛管及管柱，涉及石油开采技术设备领域，该流体控制筛管包括内管和外管，外管套设在内管外，外管和内管之间具有间隔并围合形成环形的容置空间，容置空间的两端封闭，外管的外壁上开设有与环形间隔连通的多个进液孔，内管具有轴向贯通的导流腔，内管的外壁上开设有用于连通导流腔和容置空间的多个安装孔，各安装孔内安装有用于控制进入导流腔内液体流量的流体控制喷嘴。本发明提出的流体控制筛管及管柱能够控制进入流体控制筛管内的液体流量，进而能够应用于不同产业量的油井。

Description

一种流体控制筛管及管柱

技术领域

本发明涉及石油开采技术设备领域，特别涉及一种流体控制筛管及管柱。

背景技术

在油田开采时，一般需要通过流体控制装置对井下的流体进行控制。目前，在油气田井下作业流体控制领域，一般有浮盘型流体控制装置和流道型流体控制装置。

但是，上述两种流体控制装置均具有缺陷。首先，现有的浮盘型流体控制装置，主要应用伯努力方程，对加工精度要求非常高，成本高；又因其含有活动部件，活动部件为浮盘，而且随着生产的进行，浮盘容易磨损，磨损量达到一定程度，便不能实现控水不控油的效果，有效期短。其次，流道型流体控制装置设计复杂，加工成本高。而且只适应于产液量较高的油井，产液量低时，无法应用。再次，上述两种筛管一但喷嘴堵塞、流体控制失效或进入开发后期需要提液生产时，无法进行补救。

有鉴于此，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，经过反复试验设计出一种流体控制筛管及管柱，以期解决现有技术存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种流体控制筛管及管柱，能够控制进入流体控制筛管内的液体流量，进而能够应用于不同产液量的油井，

为达到上述目的，本发明提出一种流体控制筛管，其中，所述流体控制筛管包括内管和外管，所述外管套设在所述内管外，所述外管和所述内管之间具有间隔并围合形成环形的容置空间，所述容置空间的两端封闭，所述外管的外壁上开设有与所述环形间隔连通的多个进液孔，所述内管具有轴向贯通的导流腔，所述内管的外壁上开设有用于连通所述导流腔和所述容置空间的多个安装孔，各所述安装孔内安装有用于控制进入所述导流腔内液体流量的流体控制喷嘴。

如上所述的流体控制筛管，其中，所述流体控制喷嘴包括支撑杯、喷嘴本体和弹性元件，所述支撑杯穿设于所述安装孔中且与所述安装孔的内壁密封连接，所述支撑杯的杯口朝向所述容置空间并与所述容置空间相连通，所述支撑杯的杯底开设有与所述导流腔相连通的第一贯通孔，所述喷嘴本体呈柱状且具有轴向贯通的导流孔，所述喷嘴本体的一端为导入端，所述喷嘴本体的另一端为导出端，所述导出端由杯口插入所述支撑杯内，所述导出端与所述杯底具有间隙，所述弹性元件的一端顶抵于所述导入端，所述弹性元件的另一端顶抵于所述外管的内壁。

如上所述的流体控制筛管，其中，所述导入端的端面开设有与弹性元件对应配合的安装槽，所述弹性元件的一端插入所述安装槽内。

如上所述的流体控制筛管，其中，所述导出端的端面上设置有限位凸起，所述限位凸起顶抵在所述杯底上，以保证所述导出端与所述杯底之间始终具有所述间隙。

如上所述的流体控制筛管，其中，所述支撑杯的内壁和所述喷嘴本体之间还设置有密封圈。

如上所述的流体控制筛管，其中，所述内管外套设有可溶环，所述可溶环将所述容置空间分隔为互不连通的第一容置腔和第二容置腔，所述安装孔与所述第一容置腔相连通，各所述进液孔与所述第二容置腔相连通。

如上所述的流体控制筛管，其中，所述第二容置腔内设置有过滤网，所述过滤网呈筒状并套设在所述内管外，所述过滤网的外壁与所述外管的内壁紧密贴合。

如上所述的流体控制筛管，其中，所述内管上还开设有与所述第一容置腔相连通的第二贯通孔，所述内管内穿设有用于封闭所述第二贯通孔的解封套，所述解封套通过剪切销钉与所述内管固定连接。

如上所述的流体控制筛管，其中，所述内管包括本体和中间接头，所述本体和所述中间接头均呈管状，所述中间接头串联在所述本体的一端，所述安装孔开设在所述本体上，所述第二贯通孔开设在所述中间接头上，所述解封套通过所述剪切销钉固定连接在所述中间接头上。

本发明还提出一种流体控制管柱，其中，所述流体控制管柱包括通过油管依次串联的悬挂器、至少一个流体控制筛管和丝堵，所述流体控制筛管为如上所述的流体控制筛管。

如上所述的流体控制管柱，其中，所述油管上串联有多个所述流体控制筛管，每两个相邻的两个所述流体控制筛管之间串联有一个封隔器。

如上所述的流体控制管柱，其中，所述悬挂器为Y445型悬挂器。

如上所述的流体控制管柱，其中，所述封隔器为Y341封隔器。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：

本发明提出的流体控制筛管及管柱能够通过流体控制喷嘴控制进入流体控制筛管内的液体流量，进而能够应用于不同产业量的油井，适应范围广。使用时，井下油层的原油通过外管上的进液孔进入流体控制筛管内的容置空间内，再经由流体控制喷嘴进入导流腔内，最终经由导流腔向上流至井口。由于流体控制喷嘴能够控制进入导流腔内的液体流量，这样，流体控制喷嘴既能够应用于产液量小的油井，而当原油产量提高时，由流体控制喷嘴进入导流腔内的原油流量也可以相应增加，无需更换流体控制筛管即可满足原油产量提高的需求，使得流体控制筛管和流体控制管柱能够应用于不同产业量范围的油井，特别能够适应于产液量变化范围大的油井。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明提出的流体控制筛管的结构示意图；

图2为本发明中内管和外管的装配示意图；

图3为本发明中流体控制喷嘴的结构示意图；

图4为本发明中喷嘴本体的结构示意图；

图5为本发明中支撑杯的俯视图；

图6为本发明中第二贯通孔封闭时的局部放大图；

图7为本发明中第二贯通孔打开时的局部放大图；

图8为本发明提出的流体控制管柱的结构示意图。

附图标记说明：

100、流体控制筛管； 10、内管；

11、导流腔； 12、安装孔；

13、第二贯通孔； 14、本体；

15、中间接头； 151、第一连接部；

152、导流部； 153、第二连接部；

154、第一限位台阶； 155、第二限位台阶；

16、下接头； 20、外管；

21、进液孔； 22、上接头；

30、容置空间；

31、第一容置腔； 32、第二容置腔；

40、流体控制喷嘴； 41、支撑杯；

411、杯口； 412、杯底；

413、第一贯通孔； 414、杯沿；

42、喷嘴本体； 421、导入端；

422、导出端； 423、导流孔；

424、安装槽； 425、凸起；

43、弹性元件； 44、密封圈；

50、可溶环； 60、过滤网；

61、支撑筋； 70、解封套；

71、剪切销钉； 80、底堵；

200、流体控制管柱； 210、悬挂器；

220、封隔器； 230、丝堵。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能存在居中元件。

如图1至图8所示，本发明提出一种流体控制筛管100，流体控制筛管100包括内管10和外管20，外管20套设在内管10外，外管20和内管10之间具有间隔并围合形成环形的容置空间30，容置空间30的两端封闭，外管20的外壁上开设有与容置空间30连通的多个进液孔21，内管10具有轴向贯通的导流腔11，内管10的外壁上开设有用于连通导流腔11和容置空间30的多个安装孔12，各安装孔12内安装有用于控制进入导流腔11内液体流量的流体控制喷嘴40。

本发明还提出一种流体控制管柱200，该流体控制管柱200包括顺序连接的悬挂器210、至少一个如上所述的流体控制筛管100和丝堵230。

本发明提出的流体控制筛管100和流体控制管柱200能够通过流体控制喷嘴40控制进入流体控制筛管100内的液体流量，进而能够应用于不同产业量的油井，适应范围广。使用时，井下油层的原油通过外管20上的进液孔21进入流体控制筛管100内的容置空间30内，再经由流体控制喷嘴40进入导流腔11内，最终经由导流腔11向上流至井口。流体控制喷嘴40能够控制进入导流腔11内的液体流量，这样，流体控制喷嘴40既能够应用于产液量小的油井，而当原油产量提高时，由流体控制喷嘴40进入导流腔11内的原油流量也可以相应增加，无需更换流体控制筛管100即可满足原油产量提高的需求，使得流体控制筛管100和流体控制管柱200能够应用于不同产业量范围的油井，特别能够适应于产液量变化范围大的油井。

在本发明一个可选的实施方式中，流体控制喷嘴40包括支撑杯41、喷嘴本体42和弹性元件43，支撑杯41穿设于安装孔12中且支撑杯41的外壁与安装孔12的内壁密封连接，支撑杯41的杯口411朝向容置空间30并与容置空间30相连通，支撑杯41的杯底412开设有与导流腔11相连通的第一贯通孔413，喷嘴本体42呈柱状且具有轴向贯通的导流孔423，喷嘴本体42的一端为导入端421，喷嘴本体42的另一端为导出端422，导出端422由杯口411插入支撑杯41内，导出端422与杯底412具有间隙h，弹性元件43的一端顶抵于导入端421，弹性元件43的另一端顶抵于外管20的内壁。采用上述结构，容置空间30内的流体依次流经导流孔423、间隙h、第一贯通孔413最终进入导流腔11，由于喷嘴本体42和支撑杯41的杯底412之间的间隙h很小，喷嘴本体42的直径b远大于间隙h。液流流动经过缝隙时，流体控制喷嘴40会在间隙h处产生一压力P。

根据公式：

其中，μ为粘度，喷嘴本体42的直径b＝2r₂(r₂为喷嘴本体42的半径)和导流孔423直径(孔径)2r₁(r₁为导流孔423的半径)都是常数(如图4所示)。当液流的流量Q、间隙h均一定时，压力P与液流的粘度μ成正比。压力P大于0时，喷嘴本体42将克服弹性元件43压缩力向上移动，间隙h将会增加。间隙h增至一定程度时，压力P_油与弹性元件43压缩力将达到平衡。因油的粘度大于水，所以油通过时产生的压力P_油大于水通过时产生的力P_水。油通过时间隙h_油大于水通过时的间隙h。间隙h越大，液流通过时产生的摩阻损失越小，喷嘴本体42前后的压降也越小(即，由导入端421至导出端422的压力差越小)。因此油井生产所需要的生产压差也越小，从而使得流体控制喷嘴具有液流随粘度增加，所需要生产压差越小的特性，使得流体控制喷嘴40具有控制低粘度体的产出，增加高粘度液体的产出的功效，进而起到控制水产出，增加油产出的效果。

在本发明中，流体控制喷嘴40不需要浮盘来调节间隙，进而增强了流体控制喷嘴40的耐磨性，延长了流体控制喷嘴的使用寿命。

在本发明中，在喷嘴本体42其导流孔423的孔径等参数确定后，可能过室内试验测试生产压差与液体粘度的具体关系，下入油井时，可以根据油井的产出液粘度、产液量、喷嘴的室内试验数据等选择内管10上安装的流体控制喷嘴40的个数、导流孔423的孔径等参数。

在该实施方式一个可选的例子中，支撑杯41其杯口411处具有一圈外翻的杯沿414，杯沿414卡合在内管10的外壁上，以避免支撑杯41的移动，提高支撑杯41安装的牢固程度。

在该实施方式一个可选的例子中，导入端421的端面上开设有与弹性元件43对应配合的安装槽424，弹性元件43的一端插入安装槽424内，以避免弹性元件43和喷嘴本体42之间发生分离，保证流体控制喷嘴40的正常进运行。

优选的，弹性元件43为弹簧，弹簧的一端插入安装槽424内，弹簧的另一端顶抵在外管20的内壁上。

在该实施方式一个可选的例子中，流体控制喷嘴40包括多个弹性元件43，喷嘴本体42的导入端421的端面上开设有多个安装槽424，各安装槽424内分别插装有一个弹性元件43。

在一个可选的例子中，导流孔423沿喷嘴本体42的轴线开设，多个安装槽424沿喷嘴本体42的周向均布于导流孔423的外周，以保证喷嘴本体42受力均衡。

在该实施方式一个可选的例子中，导出端422上设置有限位凸起425，限位凸起425顶抵在杯底412上，以保证导出端422与杯底412之间始终具有间隙h的存在，防止容置空间30内的液压将喷嘴本体42压紧在杯底412上而堵塞导流孔423和第一贯通孔413。

在该实施方式一个可选的例子中，杯底412上开设有多个第一贯通孔413，多个第一贯通孔413沿杯底412的周向均布。

在该实施方式一个可选的例子中，支撑杯41的内壁和喷嘴本体42之间还设置有橡胶密封圈44，以保证喷嘴本体42与支撑杯41的内壁密封滑动配合。

在本发明一个可选的实施方式中，内管10外套设有可溶环50，可溶环50将容置空间30分隔为互不连通的第一容置腔31和第二容置腔32，安装孔12与第一容置腔31相连通，各进液孔21与第二容置腔32相连通。可溶环50可以采用现有技术，在一个可选的例子中，可溶环50采用镁合金制成，用于溶解可溶环50的降解介质一般为盐水。油井生产时，可溶环50先被溶解掉，第一容置腔31和第二容置腔32相连通，液流先通过各进液孔21进入第二容置腔32，再由第二容置腔32沿轴向进入第一容置腔31并朝流体控制喷嘴40方向流动。

在本发明一个可选的实施方式中，第二容置腔32内设置有过滤网60，过滤网60呈筒状并套设在内管10外，过滤网60的外壁与外管20的内壁紧密贴合，过滤网60的内壁通过支撑筋61与内管10的外壁固定连接。采用上述结构，如果液流中有砂粒，则会被阻挡在过滤网60外侧不会进入容置空间30，进而避免砂粒堵塞流体控制喷嘴40的导流孔423。

在实施方式一个可选的例子中，支撑筋61通过点焊固定于内管10的外壁面。

在本发明一个可选的实施方式中，内管10上还开设有与第一容置腔31相连通的第二贯通孔13，内管10内穿设有用于封闭第二贯通孔13的解封套70，解封套70通过剪切销钉71与内管10固定连接。采用上述结构，当油田生产后期流体控制失效，或者想提高产液量时，可下入与解封套70配套的打捞工具，通过打捞工具上提解封套70，剪切销钉71被剪断，解封套70轴向移动从而打开第二贯通孔13，第二贯通孔13被打开后成为新的流动通道，进而增加流体控制筛管100的进液量，使得油井便可以继续生产，而不用将整个管柱起出更换。

在该实施方式一个可选的例子中，内管10包括本体14和中间接头15，本体14和中间接头15均呈管状，中间接头15串联在本体14的一端，安装孔12开设在本体14的外壁上，第二贯通孔13开设在中间接头15的外壁上，解封套70通过剪切销钉71固定连接在中间接头15的内壁上。

在该实施方式一个可选的例子中，中间接头15包括顺序设置的第一连接部151、导流部152和第二连接部153，第一连接部151的外径大于导流部152的外径形成第一限位台阶154，第一连接部151与外管20的内壁固定连接，导流部152的外壁与外管20的内壁具有间隔，第二连接部153的内径小于导流部152的内径形成第二限位台阶155，第二连接部153的内壁与本体14其一端的外壁固定连接，第二贯通孔13开设在导流部152的外壁上。采用上述结构，导流部152的内径大于第二连接部153的内径，即使解封套70穿设在导流部152内，也不会对导流腔11的内径产生影响，保证导流腔11内流体的流量。

进一步的，外管20的内壁上设置有与第一限位台阶154对位配合的凸台，凸台顶抵在第一限位台阶154上，以对中间接头15产生限位作用。

进一步的，第一连接部151与外管20螺纹连接，第二连接部153和本体14螺纹连接，解封套70的一端顶抵在第二限位台阶155上，进而防止在配套打捞工具下入井下前，解封套70相对于中间接头15产生相对滑动。

进一步的，解封套70和中间接头15之间设置有密封圈，以保证解封套70关闭时，第二贯通孔13的封闭效果。

在该实施方式另一个可选的例子中，流体控制筛管100包括底堵80，底堵80呈筒状并套设在本体14的另一端的外壁上，底堵80的外壁与外管10的内壁密封固定连接，底堵80的内壁与内管10的外壁密封固定连接，进而封闭第二容置腔32的端部。

在一个可选的例子中，容置空间30的一端被中间接头15封闭，容置空间30的另一端被底堵80封闭，容置空间30内部设有可溶环50，中间接头15和可溶环50之间围合形成为第一容置腔31、可溶环50和底堵80之间围合形成第二容置腔32。

在本发明一个可选的实施方式中，外管20的端部凸出于中间接头15形成用于连接的上接头22，内管10的端部凸出于外管20形成用于连接的下接头16。

在本发明一个可选的实施方式中，油管上串联有两个以上的流体控制管柱200，每两个相邻的流体控制管柱200之间串联有一个封隔器220，进而使得流体控制管柱200能够实现分层控水。

在该实施方式一个可选的例子中中，封隔器220为Y341型的封隔器。Y341型的封隔器可逐级解封，进而可以逐个被打捞，进一步利于整个流体控制管柱200被一起打捞至地面。

在本发明一个可选的实施方式中，悬挂器210为Y445型的悬挂器，在后期流体控制管柱200防砂失效，起出防砂管柱时，下入Y445型的悬挂器的配套捞锚，上提打捞管柱解封Y445悬挂器后，继续上提管柱，即可将整个流体控制管柱200由井下起出。

在本发明中，Y445型的悬挂器、Y341型的封隔器均可以采用现有技术，在此不进行赘述。

请参考图1至图5，现结合一实施例详细说明本发明提出的流体控制筛管100和流体控制管柱200的具体工作过程：

悬挂器210、流体控制筛管100、可逐级解封的封隔器220和丝堵230通过螺纹连接在一起形成流体控制管柱200，将流体控制管柱200送至井底设计位置后，因丝堵230的作用流体控制管柱200的底部封闭，从井口直接打压即可实现可逐级解封的封隔器220的坐封，继续打压，Y445型的悬挂器210实现坐封丢手；最后上提管柱起出丢手管柱即可。

油井生产时，可溶环50先被溶解掉。液流先通过外管20上开设的进液孔21、过滤网60进入流体控制筛管100内部的容置空间30，再沿轴向流体控制喷嘴40方向流动。如果液流中有砂粒，则会被阻挡在筛管外面；液流通过流体控制喷嘴40后进入内管10内部的导流腔11。

当后期流体控制失效，或者想提高产液量时，可下入与解封套70配套的打捞工具，打捞工具打捞住解封套70后，上提管柱，剪切销钉71被剪断；解封套70轴向移动，中间接头15上的第二贯通孔13成为新的流动通道。这样，油井可以继续生产，而不用起出管柱。

后期流体控制筛管100防砂失效，需要起出整个流体控制管柱200时，下入Y445型的悬挂器210的配套捞锚，上提打捞管柱解封Y445型的悬挂器210后，继续上提管柱，可逐级解封的Y341型的封隔器220被逐个打捞。流体控制管柱200被一起打捞至地面。

针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。

Claims (12)

1.一种流体控制筛管，其特征在于，所述流体控制筛管包括内管和外管，所述外管套设在所述内管外，所述外管和所述内管之间具有间隔并围合形成环形的容置空间，所述容置空间的两端封闭，所述外管的外壁上开设有与所述环形间隔连通的多个进液孔，所述内管具有轴向贯通的导流腔，所述内管的外壁上开设有用于连通所述导流腔和所述容置空间的多个安装孔，各所述安装孔内安装有用于控制进入所述导流腔内液体流量的流体控制喷嘴；

所述流体控制喷嘴包括支撑杯、喷嘴本体和弹性元件，所述支撑杯穿设于所述安装孔中并与所述安装孔的内壁密封连接，所述支撑杯的杯口朝向所述容置空间并与所述容置空间相连通，所述支撑杯的杯底开设有与所述导流腔相连通的第一贯通孔，所述喷嘴本体呈柱状且具有轴向贯通的导流孔，所述喷嘴本体的一端为导入端，所述喷嘴本体的另一端为导出端，所述导出端由杯口插入所述支撑杯内，所述导出端与所述杯底具有间隙，所述弹性元件的一端顶抵于所述导入端，所述弹性元件的另一端顶抵于所述外管的内壁。

2.如权利要求1所述的流体控制筛管，其特征在于，所述导入端的端面开设有与弹性元件对应配合的安装槽，所述弹性元件的一端插入所述安装槽内。

3.如权利要求1所述的流体控制筛管，其特征在于，所述导出端的端面上设置有限位凸起，所述限位凸起顶抵在所述杯底上，以保证所述导出端与所述杯底之间始终具有所述间隙。

4.如权利要求1所述流体控制筛管，其特征在于，所述支撑杯的内壁和所述喷嘴本体之间还设置有密封圈。

5.如权利要求1所述的流体控制筛管，其特征在于，所述内管外套设有可溶环，所述可溶环将所述容置空间分隔为互不连通的第一容置腔和第二容置腔，所述安装孔与所述第一容置腔相连通，各所述进液孔与所述第二容置腔相连通。

6.如权利要求5所述的流体控制筛管，其特征在于，所述第二容置腔内设置有过滤网，所述过滤网呈筒状并套设在所述内管外，所述过滤网的外壁与所述外管的内壁紧密贴合。

7.如权利要求5所述的流体控制筛管，其特征在于，所述内管上还开设有与所述第一容置腔相连通的第二贯通孔，所述内管内穿设有用于封闭所述第二贯通孔的解封套，所述解封套通过剪切销钉与所述内管固定连接。

8.如权利要求7所述的流体控制筛管，其特征在于，所述内管包括本体和中间接头，所述本体和所述中间接头均呈管状，所述中间接头串联在所述本体的一端，所述安装孔开设在所述本体上，所述第二贯通孔开设在所述中间接头上，所述解封套通过所述剪切销钉固定连接在所述中间接头上。

9.一种流体控制管柱，其特征在于，所述流体控制管柱包括通过油管依次串联的悬挂器、至少一个流体控制筛管和丝堵，所述流体控制筛管为权利要求1至8中任意一项所述的流体控制筛管。

10.如权利要求9所述的流体控制管柱，其特征在于，所述油管上串联有多个所述流体控制筛管，每两个相邻的两个所述流体控制筛管之间串联有一个封隔器。

11.如权利要求10所述的流体控制管柱，其特征在于，所述封隔器为Y341封隔器。

12.如权利要求9所述的流体控制管柱，其特征在于，所述悬挂器为Y445型悬挂器。