CN115199244A - 自适应调流控水装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

公开一种自适应调流控水装置及其使用方法，该自适应调流控水装置包括内套筒、外套筒、过滤网、自适应调流控水阀和智能开关机构。内套筒内设有中心流道。外套筒套设于内套筒外。外套筒和内套筒之间具有环空流道。过滤网套设于外套筒外，能过滤地层流体。自适应调流控水阀设置于外套筒的筒壁上，能增大地层流体中水的流动阻力。自适应调流控水阀被配置为允许流体从外套筒外流入环空流道。智能开关机构设置于内套筒的筒壁上。智能开关机构内设有将环空流道和中心流道连通的过流通道。智能开关机构被配置为通过地面打压可操控地打开或关闭过流通道。本说明书所提供的自适应调流控水装置及其使用方法，能延长油气井的寿命，提高单井的产量和采收率。

Description

自适应调流控水装置及其使用方法

技术领域

本说明书涉及油气井完井技术领域，尤其涉及一种自适应调流控水装置及其使用方法。

背景技术

近年来，随着国内外油田勘探开发的不断深入，高含水井的数量也不断随之增加，每年约有数百口的新钻井和老井需要治理高含水的问题，治理高含水的问题在油气资源开采中逐渐发挥着越来越重要的作用。油气井在生产过程中，由于不同储层的物性存在差异，导致入流剖面推进不均匀，一旦油气井生产段被边底水突破，将导致整个油气井含水率快速上升进而导致生产井的产量急剧下降并最终关井停产。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本说明书的一个目的是提供一种自适应调流控水装置及其使用方法，能延长油气井的寿命，提高单井的产量和采收率。

为达到上述目的，本说明书实施方式提供一种自适应调流控水装置，包括：

内套筒，所述内套筒内设有中心流道；

套设于所述内套筒外的外套筒，所述外套筒和所述内套筒之间具有环空流道；

套设于所述外套筒外的过滤网，用于过滤地层流体；

设置于所述外套筒的筒壁上的自适应调流控水阀，用于增大地层流体中水的流动阻力；所述自适应调流控水阀被配置为允许流体从所述外套筒外流入所述环空流道；

设置于所述内套筒的筒壁上的智能开关机构，所述智能开关机构内设有将所述环空流道和所述中心流道连通的过流通道；所述智能开关机构被配置为通过地面打压可操控地打开或关闭所述过流通道。

作为一种优选的实施方式，所述智能开关机构包括设置在所述过流通道内的单向阀，所述单向阀被配置为允许流体从所述环空流道向所述中心流道流动，而阻止流体从所述中心流道向所述环空流道流动。

作为一种优选的实施方式，所述智能开关机构还包括：

压力传感器，用于感应地面传输的压力并提供压力信号；

驱动件，用于根据所述压力信号驱动所述单向阀关闭所述过流通道。

作为一种优选的实施方式，所述智能开关机构还包括：

与所述压力传感器电连接的微处理器，用于接收并处理所述压力信号；所述驱动件在所述微处理器处理所述压力信号后驱动所述单向阀；

电池，用于为所述压力传感器和所述微处理器供电。

作为一种优选的实施方式，所述智能开关机构还包括沿第一方向延伸的安装短节，所述压力传感器、所述电池、所述微处理器、所述驱动件和所述单向阀沿所述第一方向依次安装在所述安装短节内。

作为一种优选的实施方式，所述内套筒沿第二方向延伸，所述第一方向垂直于所述第二方向；所述智能开关机构还包括沿所述第一方向延伸的安装座；所述安装座安装在所述内套筒的筒壁上；所述安装短节安装在所述安装座内且与所述安装座之间形成夹壁通道；所述过流通道包括夹壁通道和采油通道；所述采油通道设置于所述安装短节的侧壁上且所述采油通道的一端和所述夹壁通道连通，所述单向阀能打开或关闭所述采油通道的另一端。

作为一种优选的实施方式，所述过滤网的内壁和/或外壁设有用于支撑所述过滤网的支撑网；所述过滤网外套设有用于保护所述过滤网和所述支撑网的外保护套；所述过滤网内设有用于保护所述外套筒的绕丝骨架。

作为一种优选的实施方式，所述自适应调流控水装置还包括用于固定连接所述外套筒、所述外保护套、所述过滤网、所述支撑网和所述绕丝骨架的接箍。

作为一种优选的实施方式，所述自适应调流控水装置还包括对接插头，所述对接插头和所述内套筒之间通过上接头固定相连；所述外套筒背离所述上接头的一侧固定连接有下接头，所述下接头和所述外套筒之间设有密封圈。

本申请实施方式还提供一种如上任一种实施方式所述的自适应调流控水装置的使用方法，包括以下步骤：

使用膨胀封隔器对水平井筒进行分段；

将所述自适应调流控水装置下入所述水平井筒，所述自适应调流控水装置通过悬挂封隔器悬挂在套管上；其中，在所述水平井筒的不同分段布置有不同数量或相同数量的所述自适应调流控水装置；

下入抽油管柱；

在进行生产时，流体依次经过所述过滤网和所述自适应调流控水阀进入所述环空流道，再经过所述过流通道流入所述中心流道，通过所述抽油管柱被输送至地面；

在发生边底水侵入时，通过地面打压使发生边底水侵入的所述分段的所述自适应调流控水装置的所述过流通道关闭，发生边底水侵入的所述分段停止生产。

有益效果：

本实施方式所提供的自适应调流控水装置，通过自适应调流控水阀增大地层流体中水的流动阻力，能够利用油、水两相流体粘度力和势能力的不同，起到油水识别、流道转换及流体限制的作用，根据入流流体含水率的变化自适应调流所产生的附加阻力，起到了油气井生产过程中前期调流，中后期控水的作用。该自适应调流控水装置可以自适应地根据所属层位产出的流体含水率，调节相应的过流附加阻力，进而达到自动调流控水的目的，从而在整个油气井开发生产周期达到改善油气井入流剖面、平衡油气井筒产液剖面、提高采收率的效果。

同时针对油气井部分生产井段边底水突破导致的含水率急剧上升、产量急剧下降等现象，本自适应调流控水装置包括压力驱动的由地面控制的智能开关机构，可以通过地面打压控制相应层段自适应调流控水装置的过流通道的开闭，从而关停部分边底水突破的油气井生产段，以达到提高采收率、提高产量、延长油气井寿命的目的。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一个实施例提供的自适应调流控水阀的结构示意图；

图2是图1的立体图；

图3是本申请另一个实施例提供的自适应调流控水阀的结构示意图；

图4是图3的剖面图；

图5是图3的立体图；

图6是本申请另一个实施例提供的自适应调流控水阀的结构示意图；

图7是图6的立体图；

图8是本申请另一个实施例提供的自适应调流控水阀的结构示意图；

图9是图8的立体图；

图10是本申请另一个实施例提供的自适应调流控水阀的结构示意图；

图11是图10的立体图；

图12是本申请一个实施例提供的自适应调流控水装置的结构示意图；

图13是本申请一个实施例提供的智能开关机构的结构示意图；

图14是本申请一个实施例提供的自适应调流控水装置在水平井筒中使用时的结构示意图；

图15是图12中A处的放大示意图。

附图标记说明：

1、入口；2、腔室；3、出口；4、短流道；5、长流道；6、入口端；7、旋流腔；8、出口；9、入口流道；10、分支流道；11、导流通道；12、旋流腔；13、出口；14、入口流道；15、流体加速通道；16、旋流盘；17、中心出口；18、漏斗型入口流道；19、分支流道；20、导流通道；21、旋流盘；22、中心出口；

100、自适应调流控水装置；200、悬挂封隔器；300、膨胀封隔器；400、水平井筒；401、第一分段；402、第二分段；403、第三分段；

101、对接插头；102、上接头；103、接箍；104、外套筒；105、自适应调流控水阀；106、外保护套；107、过滤网；108、支撑网；109、绕丝骨架；110、环空流道；111、内套筒；112、智能开关机构；113、密封圈；114、下接头；115、中心流道；

201、安装短节；202、压力传感器；203、电池；204、微处理器；205、传动件；206、驱动件；207、单向阀；208、层位采油通道；209、串通采油通道；210、安装座；211、夹壁通道。

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中的技术方案，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的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的另一个元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中另一个元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

还需要说明的是，除非具有明确定义，在未定义的方位词中，本公开中的“上”“下”可以理解为与井口位置的远近关系定义，相邻两个部件，距离井口近的部件位于距离井口远的部件的上方，而同一部件的不同部分，同样以距离井口远近来进行定义。

参阅图1、图2，本公开的一个实施例提供一种自适应调流控水阀105，该自适应调流控水阀105作为油气水三相入流自适应调流控水核心控制机构(AICD)。该实施例提供一种设置在井中且适于接收流入流体的自适应调流控水阀105(AICD)。

该自适应调流控水阀105作为流体流入控制机构通过对不需要的流体(例如油气井中的水)引入相对较大的流动阻力和相对较大的压降，对需要的流体(例如油气井中的油、气)引入相对较小的流动阻力和相对较小的压降，以这种方式流入控制机构可以降低不需要流体在产出液中所占的比例，使油气井保持高效生产。

所述自适应调流控水阀105包括腔室2、出口3和至少一个入口1。所述腔室2具有第一端(在面对图2时为上端，在安装在调流控水筛管上时第一端为在基管径向方向上的径向外端)和第二端(在面对图2时为下端，在安装在调流控水筛管上时第一端为在基管径向方向上的径向内端)，且腔室的截面沿腔室的延伸而缩小，腔室2的第一端为圆柱形腔室，腔室2的第二端为内径小于第一端的圆柱形腔室。该自适应调流控水阀105中，入口1直径：出口3直径：流道高度＝1:1.8～2.8:4.5～6.5。其中，流道高度为面对图2时腔室2的顶部至出口3的竖直高度，也可以为入口1与出口3在面对图2时竖直方向的间距。入口1或入口1流道的内径：旋流腔室2最大内径＝1:4.5～7.5。自适应调流控水阀105为阶梯形状，其对应腔室第一端的部分外径大于对应腔室第二端的部分的外径，如此方便定位安装于基管的连通孔中。

腔室出口3为腔室的第二端。入口1处有一个横向的维度尺寸，用以接收流体并向腔室2的第一端进行输送，入口1为直线型流道，并以大致沿切向方向通入腔室2(的第一端)，从而在腔室2内部产生沿腔室2切面方向向出口旋转的流体。同时，在入口1至腔室2的第一端间可以增加油水变摩阻结构(阻尼结构)，以更加达到油气水分离的目的。

该自适应调流控水阀105对于要生产的理想流体(油、气)具有更有利的压力与流速特性。当地层流体流入装置内，由入口1流道节流后，流体形成射流.当入流流体为油的时候，由于油的密度相对较小，粘度相对较大，形成的射流的速度相对较小，进而在涡流腔内的旋转增加效果有限，很快从中心出口3流出，在整个装置内生的节流阻力相对较小；而当水进入控水装置内，由于水的密度相对较大，粘度较小，惯性力较大，形成的射流的速度相对较大，进而在涡流腔内的旋转增加效果明显，在涡流腔室2内形成高速的旋流，进而产生较大的节流阻力。

自适应调流控水阀105包括入口1的涡流诱导器，该涡流诱导器使进入的流体产生射流并将这些射流引导到自适应调流控水阀105的腔室2中。在腔室2内，射流产生旋转流以及轴向流，该轴向流向腔室2的出口3转化。在旋转腔室2内，流体的重力势能转化为向中心旋转的运动势能，而切向运动的运动势能在中心出口3转化为整个自适应调流控水阀105所产生的节流阻力，因此，整套控水装置对水的阻力较大，油由于粘度较大在节流件内所形成的节流阻力相对较小，而气的粘度力和惯性力都很小，因而在控水装置内形成了节流阻力也非常小。

该自适应调流控水阀105为一体式结构，由适用于井下环境且具有较强结构完整性的材料形成，例如钢或碳化钨，可以通过加工、注塑、铸造等方式形成。该装置整体尺寸小巧，高度约为14-18mm，上截面直径18-20mm，下截面直径4-6mm，出口3直径1.6-4.5mm，装置下端外部为螺纹设计，方便安装于油气井管柱上。

图1和图2分别显示的是双入口1旋流结构的横向截面和3维视图。从图中可以看出该结构包括两个流体入口1，这两个入口1将切向的射流分别送入腔室2，参照图2可以看出腔室2为倒圆锥型的内部腔室2，入口1穿过腔室2壁，腔室2第二端为流体出口3。

该自适应调流控水阀105中的漩涡流在最靠近轴线的眼区形成低压区。粘度较高的油以较低的速度旋转运动，粘度较低的流体(如气体或水)则旋转速度要高得多，眼处较低的压力有效地扼制了流体流动。因此，该自适应调流控水阀105主要对流体粘度作出反应，诱导的旋转流动导致压力降，并且压力降的程度是流动的流体特性的函数，流量减少的强度随着流体粘度的降低而增加，在纯气体流中达到最大值。

如图3、图4，本公开的另一个实施例还提供一种自适应调流控水阀105，相较于图1、图2的自适应调流控水阀105，该实施例增加了长短流道设计。其中，图3、图4分别为长短流道结构的正视图和横向截面图。该自适应调流控水阀105包含四个圆柱形入口流道，且流道长度不同(入口流道包括：短流道4，长流道5)。短流道4、长流道5汇合后经过一次缩径到达旋流腔入口端6。入口端6连通在短流道4、长流道5与旋流腔7之间。入口端6的过流面积小于短流道4和长流道5的过流面积之和。长流道5直径：短流道4直径＝1:1～1.4。长流道5长度：短流道4长度＝3～5.5:1。

旋流腔7的第二端(在安装于调流控水筛管上时第二端为径向内端，该端可以作为插入到基管壁的阶梯通孔中进行定位安装)为流体出口8，其中旋流腔7为倒圆锥型的内部腔室，与图1、图2中的双入口旋流结构的内部腔室结构一致。图5为长短流道结构的三维图。

短流道4、长流道5在保有双入口旋流结构的调流控水的基础上，新增加了两个入口流道，可以有效增大过油面积，降低装置对油的阻力，同时通过长短流道的设计减小湍流区域的形成，同时，整套结构增加了多个局部节流机构，使得对水的阻力大幅度提高，对水的控制功能进一步加强，入口端6的缩径则可以有效增加流速，使流体更容易形成沿着旋流腔切面流动的射流。该结构对水的控制阻力得到了进一步增强，水油过流的压力比进一步放大。

为了进一步增加油、气、水控制的针对性，通过增加分支流道的方法，建立了多分支流道结构的油气水自适应调流控水阀105。如图6、图7所示，本公开的一个实施例还提供一种多分支流道结构的油气水自适应调流控水阀105。其中，图6和图7分别为多分支流道结构的俯视透视图和纵向透视图。图7为多分支流道结构的三维图。

该自适应调流控水阀105包含两个矩形入口流道9。矩形入口流道9的横截面积为矩形结构。在入口流道9沿内延伸设有多个分支流道10和两个引导流体在旋流腔12内做旋流运动的导流通道11，其中，如图7所示，流道高度从入口流道9到导流通道11流道高度逐渐下降，呈一定下降坡度。自适应调流控水阀105的底端为流体出口13。

具体的，入口流道9直径(图6所示状态下的流道宽度)：出口13直径＝1:1.8～2.5。入口流道9直径(图6所示状态下的流道宽度)：分支流道10直径(图6所示状态下的流道宽度)＝1～1.2:1。入口流道9入口高度：入口流道9出口高度＝3:2。其中，入口流道9的出口为导流通道11的进口。入口流道9在图6状态下的流道宽度不变，导流通道11在图6状态下的流道宽度沿流向逐渐减小。

多分支导流结构在保有双入口旋流的调流控水机理上，在入口流道9内增加了油水分流机构及油水变摩阻结构的设计，以更加达到控水稳油的目的。分支流道10利用局部摩阻效应起到过油阻水的作用，导流通道11利用沿程摩阻效应起到过水阻油的作用，同时流道出入口高度落差使水更容易形成沿着旋流腔切面流动的射流。该结构促使流体在旋流的过程中密度相对较小而先对相对较大的油快速向流体出口13流动，而密度较大的水则沿旋流腔旋转，从而起到控水稳油的作用。此外，分支流道10的存在进一步促使从分支流道10流出的油以直线的方式流向中心出口，而导流通道11流出的水更接近以旋转的方式进入旋流腔，进而在旋流腔中心形成高的节流阻力。

为了进一步增加自适应调流控水阀105的控水、稳油、采气的综合控制能力，可在三种圆锥形结构的旋流腔(图1至图7的自适应调流控水阀105的腔室可以称为旋流腔)内布置活动小球，旋流腔内的可活动小球根据具体密度要求由不同材料制成。当流入流体的密度小于小球密度时，作用于流体上的离心力小于作用于小球上的离心力，小球将对应有一个更大的浮力，所以小球将围绕旋流腔向上旋转(即离流体出口更远的一端)；反之当流入流体的密度大于小球密度时，小球就会向流体出口移动。该机构可以利用这种效果选择性的生产或限制不同密度的流体流动，例如产气控水，产油控水。

以上给出了三种大致呈圆锥形的油、气、水三相自适应调流控水机构，圆锥形自适应调流控水阀105具有安装方便、旋流腔室相对过流面积大、可以通过圆锥形涡流增加油水阻力变化的优势。

考虑到自身体积的限制，单个圆锥形节流件的通过面积和旋转涡流相对较小，为了方便现场应用，在圆锥形自适应调流控水阀105的基础上，本公开还提出了两个平板形的自适应调流控水阀105的实施例。该自适应调流控水阀105作为控水节流件对地层流体进行调控。

如图8、图9示出的一平板型自适应调流控水阀105结构示意图。图8和图9分别为平板型双入口自适应调流控水阀105的俯视透视图和三维透视图。该自适应调流控水阀105包含两个漏斗型入口流道14，两个窄流体加速通道15、一个流体旋流盘16和中心出口17。其中，如图9所示，流体加速通道15与旋流盘16成相切状态。地层流体流入该自适应调流控水阀105后，由入口流道14进入自适应调流控水阀105，经过流体加速通道15截流加速后进入中心旋流盘16，中心旋流盘16的直径与中心出口的直径比为：(8.5～12):1。由于水的粘度小、密度大，以切线方向进入旋流盘16中在旋流盘16中形成高速旋流，根据旋转动量守恒定律，水在旋流盘16内通过高速的旋转形成高的附加阻力，进而增大整个节流件产生的附加压力；而油由于粘度大，密度相对较小，在旋流盘16内很难像水一样形成高速的旋转流动，从而较快的向中心出口流出。整套节流机构中心旋流盘16的旋转控液至关重要。旋流盘16的直径与整个自适应调流控水阀105的高度比为：10～12:1，流道加速通道15的长度、宽度、高度比为：9～11:1～1.5：1.2～1.8。

如图10、图11示出的另一平板型自适应调流控水阀105结构示意图。图10和图11分别为平板型多分支自适应调流控水阀105结构的俯视透视图和三维透视图。该自适应调流控水阀105包含两个漏斗型入口流道18，八个分支流道19、两个逐渐变窄的导流通道20和一个流体旋流盘21和中心出口22。

其中如图11所示，八个分支流道19由端面凸起分隔组成。凸起结构(端面凸起)与同位置的导流通道20成垂直形态，同时凸起结构在来流方向的端角为尖角，这种结构使得入流流体为惯性力较大的水时分支流道内会形成涡旋，阻挡水流入分支流道，确保流入节流件的水大致全部(至少大部分)进入导流通道20，导流通道20从入口端到出口端逐渐变细的通道。具体的，导流通道20的入口端宽度：出口端宽度比为3:2。导流通道20出口与旋流盘21成相切状态，确保进入节流件的地层水流由切线进入旋流盘21，中心旋流盘21的直径与中心出口的直径比为：(6.5～10.5):1，由于水的粘度小、密度大，以切线方向进入旋流盘21中在旋流盘21中形成高速旋流，根据旋转动量守恒定律，水在旋流盘21内通过高速的旋转形成高的附加阻力，进而增大整个节流件产生的附加压力；而油由于粘度大，密度相对较小，进入平板型多分支导流自适应调流控水阀105的会通过分支流道直接流向中心出口，在节流件内产生的附加阻力相对较小。旋流盘21的直径与整个节流机构(自适应调流控水阀105)的高度比为：8.5～10.5:1，流道加速通道长度、宽度、高度比为：9～11:1～1.5：1.2～1.8。

请参阅图12和图15。本申请实施方式提供一种自适应调流控水装置100，包括内套筒111、外套筒104、过滤网107、自适应调流控水阀105和智能开关机构112。

其中，内套筒111内设有中心流道115。外套筒104套设于内套筒111外。外套筒104和内套筒111之间具有环空流道110。内套筒111将环空流道110和中心流道115分隔。过滤网107套设于外套筒104外，用于过滤地层流体。自适应调流控水阀105设置于外套筒104的筒壁上，用于增大地层流体中水的流动阻力。自适应调流控水阀105被配置为允许流体从外套筒104外流入环空流道110。智能开关机构112设置于内套筒111的筒壁上。智能开关机构112内设有将环空流道110和中心流道115连通的过流通道。智能开关机构112被配置为通过地面打压可操控地打开或关闭过流通道。

本实施方式所提供的自适应调流控水装置100，通过自适应调流控水阀105增大地层流体中水的流动阻力，能够利用油、水两相流体粘度力和势能力的不同，起到油水识别、流道转换及流体限制的作用，根据入流流体含水率的变化自适应调流所产生的附加阻力，起到了油气井生产过程中前期调流、均衡控液，中后期控水采油的作用。该自适应调流控水装置100可以自适应地根据所属层位产出的流体含水率，调节相应的过流附加阻力，进而达到自动调流控水的目的，从而在整个油气井开发生产周期达到改善油气井入流剖面、平衡油气井筒产液剖面、提高采收率的效果。

同时针对油气井部分生产井段边底水突破导致的含水率急剧上升、产量急剧下降等现象，本自适应调流控水装置100包括压力驱动的由地面控制的智能开关机构112，可以通过地面打压控制相应层段自适应调流控水装置100的过流通道的开闭，从而关停部分边底水突破的油气井生产段，以达到提高采收率、提高产量、延长油气井寿命的目的。

本申请实施方式中自适应调流控水装置100的自适应调流控水阀105可以选用上述实施方式提供的任一自适应调流控水阀105，在此不再赘述。自适应调流控水阀105的内部设有特殊的流动通道，能增加流体沿程摩阻，增加地层流体进入环空流道110的流动阻力，进而控制此生产井段周围储层流体的产出速度。该自适应调流控水阀105利用油水的基本物性差异，通过采用改变流动通道的几何特性来改变流体运动势能的方法，设计了特殊的流动通道，通过水油密度的差异以及粘度差异来造成油水在几何流道中流动的差异，这样油水在旋转流动过程中能量损失不同，实现了针对油的低沿程摩阻与针对水的高沿程摩阻，达到了阻水通油的效果。另一方面通过特殊的流道，形成旋流消耗流体的动能，减缓流体的生产速度，达到了控流的目的，最终达到了油水自适应的稳油控水、调节入流剖面的目的。

在本实施方式中，如图13所示，智能开关机构112包括设置在过流通道内的单向阀207。单向阀207被配置为允许流体从环空流道110向中心流道115流动，而阻止流体从中心流道115向环空流道110流动。如此设置，可以使得智能开关机构112实现智能开关的作用，当发生边底水侵入时，通过地面打压使智能开关机构112的单向阀207关闭过流通道，从而关闭发生边底水侵入的水平井段的油流通道，停止生产，起到了延长油气井寿命，提高单井产油量和采收率的作用。

其中，该单向阀207可以包括球阀和球座，当球阀与球座配合时，过流通道被封堵，从而流体无法从环空流道110向中心流道115流动。在内套筒111的径向上，球座可以位于球阀的外侧，智能开关机构112接收到地面的压力信号后，保持球阀和球座相配合的状态，从而停止生产，避免边底水突破造成的不良影响。

具体的，智能开关机构112还可以包括用于感应地面传输的压力并提供压力信号的压力传感器202。智能开关机构112还可以包括用于根据压力信号驱动单向阀207关闭过流通道的驱动件206。

如图13所示，智能开关机构112还可以包括与压力传感器202电连接的微处理器204。微处理器204可以接收并处理压力传感器202提供的压力信号。驱动件206在微处理器204处理压力信号后可以驱动单向阀207。智能开关机构112还可以包括用于为压力传感器202、微处理器204、以及智能开关机构112其他需要电力的结构供电的电池203。

进一步地，智能开关机构112还包括沿第一方向延伸的安装短节201，压力传感器202、电池203、微处理器204、驱动件206和单向阀207沿第一方向依次安装在安装短节201内。在图13中，第一方向为左右方向，且图13中的左端比右端更靠近中心流道115。

优选的，在微处理器204和驱动件206之间还可以设有传动件205，传动件205在微处理器204处理压力信号后带动驱动件206驱动单向阀207，从而关闭过流通道。

在本实施方式中，内套筒111沿第二方向延伸，第一方向垂直于第二方向。在图12中，第一方向即为左右方向，第二方向即为上下方向。也即，第一方向为内套筒111的轴向，第二方向为内套筒111的径向，智能开关机构112的轴线和内套筒111的径向平行。内套筒111的筒壁上可以安装一个或多个智能开关机构112，本申请对此不作唯一的限定。

具体的，智能开关机构112还包括沿第一方向延伸的安装座210。安装座210安装在内套筒111的筒壁上。安装短节201安装在安装座210内且与安装座210之间形成夹壁通道211。过流通道可以包括夹壁通道211和采油通道。采油通道设置于安装短节201的侧壁上且采油通道的一端和夹壁通道211连通，单向阀207能打开或关闭采油通道的另一端。如图13所示，采油通道可以包括层位采油通道208和串通采油通道209。层位采油通道208和串通采油通道209可以间隔设置在安装短节201的侧壁上。

在本实施方式中，为了防止油气井因某处生产段边底水突破导致整个油气井含水率快速上升导致生产井的产量急剧下降并最终关井停产，延长采出期，可以在不同的水平井段设置用于检测边底水侵入的检测件，且多个自适应调流控水装置100可以对应不同的水平井段，本申请可以选择性地关闭各水平井段的过流通道。通对自适应调流控水装置100的合理井下布局来平衡油气井筒产液剖面，抑制边底水突破。同时可以通过地面打压来控制不同水平井段的智能开关机构112，控制过流通道的开关，阻止因部分井段底水突破导致的含水率快速上升导致的产量下降。

如图12所示，过滤网107的内壁和/或外壁设有用于支撑过滤网107的支撑网108。过滤网107外套设有用于保护过滤网107和支撑网108的外保护套106。过滤网107内设有用于保护外套筒104的绕丝骨架109。具体的，自适应调流控水装置100还可以包括用于固定连接外套筒104、外保护套106、过滤网107、支撑网108和绕丝骨架109的接箍103。过滤网107、支撑网108和绕丝骨架109可以通过焊接与接箍103相连。

如图12所示，在本实施方式中，自适应调流控水装置100还可以包括对接插头101，对接插头101可以将该自适应调流控水装置100与其他井底完井管柱和工具相连。对接插头101和内套筒111之间通过上接头102固定相连。外套筒104背离上接头102的一侧固定连接有下接头114。下接头114和外套筒104之间设有密封圈113。密封圈113可以保证下接头114和外套筒104密封连接。

在一种具体的应用场景中，可以先将上接头102安装在内套筒111上，再将自适应调流控水阀105安装在外套筒104上，并将外套筒104安装在上接头102上然后将接箍103焊接在上接头102上，随后将外保护套106、过滤网107、支撑网108、绕丝骨架109焊接在接箍103与外套筒104上，之后按图12所示结构安装其他部件。

本申请提供的自适应调流控水装置100主要针对油气井生产过程中由于压降漏斗、岩石非均质性、渗透率各向异性、压力不均衡等因素造成的沿油气井生产井段产液不均衡、边底水锥进速度快等现象和由于边底水突破导致的油气井含水率急剧上升，产油量急剧下降的问题。油气井生产过程中由于地层非均质性严重、油水流度比的不同及开发方案和措施不当等原因，均能导致油田含水上升速度加快，一旦边底水突破，导致含水量急剧上升，原油产出率急剧下降并最终导致关井。

本申请提供的自适应调流控水装置100可以和防砂筛管组合，通过油气井筒测井资料和录井解释资料对油气井筒进行分段，对整个油气井筒下入该自适应调流控水装置100并进行设计和合理布局，基于自适应调流控水阀105设计的特殊流道，多次变换流体的流动方向而消耗同一压力作用下流体动能，根据油水不同物性自动识别增加不同的沿程摩阻，达到增加流体入流附加阻力，阻水通油的目的。通过控制不同水平井段流体的入流速度，延缓高渗带生产段储层流体的产出速度，均衡整个油气井筒的产液剖面，抑制边底水锥进，延缓水平井见水时间，延长无水或者低含水采油期、最终提高单井产油量和采收率。

本申请实施方式还提供一种自适应调流控水装置100的使用方法，该自适应调流控水装置100可以为如上任一实施方式所述的自适应调流控水装置100。该使用方法包括以下步骤：

步骤S100：使用膨胀封隔器300对水平井筒400进行分段。

如图14所示，可以用膨胀封隔器300将水平井筒400分成第一分段401、第二分段402和第三分段403。当然，具体的分段可以根据实际需求进行合理设计，本申请对此不作唯一限定。可以根据水平井筒400的物性资料对其进行分段。封隔器可以采用裸眼封隔器。使用膨胀封隔器300对水平井筒400进行分段，膨胀封隔器300遇油膨胀，无需封隔器坐封验封作业，能增加整套工艺的安全性和施工的简便性。

步骤S200：将自适应调流控水装置100下入水平井筒400，自适应调流控水装置100通过悬挂封隔器200悬挂在套管上。

其中，在水平井筒400的不同分段可以布置有不同数量或相同数量的自适应调流控水装置100，根据设计要求进行合理选择。如图14所示，每个井段布置一个自适应调流控水装置100。还有，在下入自适应调流控水装置100前可以将自适应调流控水装置100与其他井底完井管柱和工具相连，构成一个整体，再将该整体下入水平井筒400，悬挂在套管上。

步骤S300：下入抽油管柱。

下入抽油管柱后，即可开井进行生产。在进行生产时，流体依次经过过滤网107和自适应调流控水阀105进入环空流道110，再经过过流通道流入中心流道115，通过抽油管柱被输送至地面。

在发生边底水侵入时，通过地面打压使发生边底水侵入的分段的自适应调流控水装置100的过流通道关闭，发生边底水侵入的分段停止生产。如图14所示，第二分段402发生了底水侵入，则可以通过地面打压控制智能开关机构112关闭过流通道，阻止大量水的侵入，实现对底水突破水平井段的封闭。

需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本说明书的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本文引用的任何数值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (10)

1.一种自适应调流控水装置，其特征在于，包括：

内套筒，所述内套筒内设有中心流道；

套设于所述内套筒外的外套筒，所述外套筒和所述内套筒之间具有环空流道；

套设于所述外套筒外的过滤网，用于过滤地层流体；

设置于所述外套筒的筒壁上的自适应调流控水阀，用于增大地层流体中水的流动阻力；所述自适应调流控水阀被配置为允许流体从所述外套筒外流入所述环空流道；

设置于所述内套筒的筒壁上的智能开关机构，所述智能开关机构内设有将所述环空流道和所述中心流道连通的过流通道；所述智能开关机构被配置为通过地面打压可操控地打开或关闭所述过流通道。

2.根据权利要求1所述的自适应调流控水装置，其特征在于，所述智能开关机构包括设置在所述过流通道内的单向阀，所述单向阀被配置为允许流体从所述环空流道向所述中心流道流动，而阻止流体从所述中心流道向所述环空流道流动。

3.根据权利要求2所述的自适应调流控水装置，其特征在于，所述智能开关机构还包括：

压力传感器，用于感应地面传输的压力并提供压力信号；

驱动件，用于根据所述压力信号驱动所述单向阀关闭所述过流通道。

4.根据权利要求3所述的自适应调流控水装置，其特征在于，所述智能开关机构还包括：

与所述压力传感器电连接的微处理器，用于接收并处理所述压力信号；所述驱动件在所述微处理器处理所述压力信号后驱动所述单向阀；

电池，用于为所述压力传感器和所述微处理器供电。

5.根据权利要求4所述的自适应调流控水装置，其特征在于，所述智能开关机构还包括沿第一方向延伸的安装短节，所述压力传感器、所述电池、所述微处理器、所述驱动件和所述单向阀沿所述第一方向依次安装在所述安装短节内。

6.根据权利要求5所述的自适应调流控水装置，其特征在于，所述内套筒沿第二方向延伸，所述第一方向垂直于所述第二方向；所述智能开关机构还包括沿所述第一方向延伸的安装座；所述安装座安装在所述内套筒的筒壁上；所述安装短节安装在所述安装座内且与所述安装座之间形成夹壁通道；所述过流通道包括夹壁通道和采油通道；所述采油通道设置于所述安装短节的侧壁上且所述采油通道的一端和所述夹壁通道连通，所述单向阀能打开或关闭所述采油通道的另一端。

7.根据权利要求1所述的自适应调流控水装置，其特征在于，所述过滤网的内壁和/或外壁设有用于支撑所述过滤网的支撑网；所述过滤网外套设有用于保护所述过滤网和所述支撑网的外保护套；所述过滤网内设有用于保护所述外套筒的绕丝骨架。

8.根据权利要求7所述的自适应调流控水装置，其特征在于，所述自适应调流控水装置还包括用于固定连接所述外套筒、所述外保护套、所述过滤网、所述支撑网和所述绕丝骨架的接箍。

9.根据权利要求1所述的自适应调流控水装置，其特征在于，所述自适应调流控水装置还包括对接插头，所述对接插头和所述内套筒之间通过上接头固定相连；所述外套筒背离所述上接头的一侧固定连接有下接头，所述下接头和所述外套筒之间设有密封圈。

10.一种如权利要求1所述的自适应调流控水装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

使用膨胀封隔器对水平井筒进行分段；

将所述自适应调流控水装置下入所述水平井筒，所述自适应调流控水装置通过悬挂封隔器悬挂在套管上；其中，在所述水平井筒的不同分段布置有不同数量或相同数量的所述自适应调流控水装置；

下入抽油管柱；

在进行生产时，流体依次经过所述过滤网和所述自适应调流控水阀进入所述环空流道，再经过所述过流通道流入所述中心流道，通过所述抽油管柱被输送至地面；

在发生边底水侵入时，通过地面打压使发生边底水侵入的所述分段的所述自适应调流控水装置的所述过流通道关闭，发生边底水侵入的所述分段停止生产。

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