CN116181282A - 一种基于特斯拉阀的智能完井流入控制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于特斯拉阀的智能完井流入控制装置及方法。本发明包括外层筛管,油管位于筛管内,在筛管一端设置带有配流盘的单向阀,在单向阀出口设置特斯拉阀流道,特斯拉阀出口位于油管内。当储层流体流到特斯拉阀处时,利用其反向限流特性,由于水的惯性力起主导作用,流速快,特斯拉阀流道结构会限制其流入量,而油的粘性力起主导作用,大部分油将流入特斯拉阀,从而达到控水的目的。本发明可用于非均质油藏水平井的智能完井控水防砂,对提高油藏的采收率具有非常重要的意义。

Description

一种基于特斯拉阀的智能完井流入控制装置及方法
技术领域
本发明涉及油气藏开发的智能完井领域,具体涉及一种基于特斯拉阀原理的流入控制装置及方法,可为非均质油藏水平井等智能完井的控水防水砂、提高油藏采收率提供技术支持。
背景技术
由于受跟趾效应、储层非均质性、储层各向异性和天然裂缝等因素影响,在较长的水平井段完井时,生产剖面是难以持续、均衡推进的。随着智能完井技术的发展,ICD已经逐步向AICD的方向迈进,实际应用的效果也越来越好。然而当前常见智能完井流入控制装置为孔板型ICD和螺旋通道型ICD,其限流方式有限,控水防砂效果不够理想。特斯拉阀起源于尼古拉·特斯拉在1920年提出的无可动部件阀,这是一个有固定几何形状的单向阀门,可以对内部流体提供一个方向相较另一个方向大得多的流体阻力。相较于传统阀,特斯拉阀无可动部件,因此使用寿命更长,便于批量生产,将特斯拉阀反向限流特性应用在水平井控水防砂等方面有潜在应用价值,因此具有较大的实用意义。
发明内容
该发明的目的在于提供一种基于特斯拉阀原理的流入控制装置及方法,在智能完井过程中利用特斯拉阀限流作用对非均质油藏水平井控水防砂,提高油藏采收率。
本发明通过以下技术方案实现:
本发明提出一种基于特斯拉阀的智能完井流入控制装置,其特征在于:位于外层中间的筛管,油管位于筛管内,在筛管一端设置单向阀,在单向阀出口设置特斯拉阀流道,特斯拉阀流道出口位于油管内。
具体的,所述特斯拉阀流道反向流入端位于单向阀出口,反向流出端位于油管内。流体在特斯拉阀中正向流动时流体受到的阻力小,流动速度快,反向流动时受到较大的阻力,流动速度大大降低,因此可以利用特斯拉阀流道反向限流特性控制。当储层流体流到特斯拉阀处时,由于水的惯性力起主导作用,流速快,特斯拉阀流道结构会限制其流入量,而油的粘性力起主导作用,大部分油将流入特斯拉阀,从而实现控水的目的。
具体的,所述特斯拉阀流道由内套管、外套管和隔流环三部分组合形成直流道、弯流道和交叉口,直流道与弯流道之间的隔流环两侧与内套管连接。
进一步,所述特斯拉阀横截面流道布置可单个流道与单个支撑面对称180°分布,也可横截面两个流道与两个支撑面间隔90°分布,也可横截面三个流道与三个支撑面间隔60°分布,还可横截面四个流道与四个支撑面间隔45°分布。
具体的,所述单向阀为弹簧式单向阀控制流入压力。当储层流体从筛管流入,筛管处压力超过阀芯弹簧力时,单向阀便自动开启,原油流入特斯拉阀端,而不能从特斯拉阀端流到筛管端,单向阀具有单向导通和防止油倒流的功能。单向阀通过油藏本身的流动,达到自动开启及关闭的目的,以此防止出现油管内采收油压过高时油倒流的情况。
优选的,所述单向阀包括底座、阀芯、弹簧、配流盘,所述四个阀芯顶住配流盘的四个孔,配流盘的孔与阀芯之间为线密封,具有良好的密封性。
具体的,所述筛网接头用于固定筛管,所述筛管割缝为朝内喇叭口,割缝形状既能保证液体的流量,在使用时又不容易被砂石堵塞,适用于井下复杂工况的情况。
具体的,所述油管上在与特斯拉阀末端接触处设置有环形缓冲槽,以便流体通过特斯拉阀后流入油管中,其两端有螺纹,可通过油管接头与其它油管连接。
更进一步,本发明的一种基于特斯拉阀的智能完井流入控制方法,包括以下步骤:
(1)当储层流体流入时,筛管首先会筛掉液体中夹杂的大部分沙砾,液体通过筛管后将到达单向阀。
(2)利用单向阀的单向导通性防止油液倒流,单向阀在下井前通过设定好不同压力段单向阀的开启压力,使水平井高压段开启压力大,低压段开启压力小,有利于各压力段采油均匀推进。
(3)液体通过单向阀之后将流到特斯拉阀套体,利用特斯拉阀流道的反向限流特性,由于水的惯性力起主导作用,流速快,特斯拉阀结构会限制其流入量,而油的粘性力起主导作用,大部分油将流入特斯拉阀并进入油管,从而达到控水的目的。
本发明具有如下优点和有益效果:
1、本发明的一种基于特斯拉阀原理的流入控制方法充分利用油水流动特性控制水。利用特斯拉阀流道反向限流作用将其设计在完井控水装置中,当水和油流到特斯拉阀处时,由于水的惯性力起主导作用,流速快,特斯拉阀流道结构会限制其流入量,而油的粘性力起主导作用,大部分油将流入特斯拉阀,从而达到控水的目的。
2、本发明的一种基于特斯拉阀原理的流入控制装置利用单向阀的单向导通特点实现非均质油藏水平井智能开采等。利用单向阀的单向导通性防止油液倒流,在下井前通过设定好不同压力段单向阀的开启压力,使水平井高压段开启压力大,低压段开启压力小,有利于各压力段采油均匀推进。
3、本发明的一种基于特斯拉阀的流入控制装置具有新的筛管结构,具有良好的控水防砂等多重功能。新的朝内喇叭口筛管结构,割缝形状既能保证液体的流量,在使用时又不容易被砂石堵塞,适用于井下复杂工况的情况。
附图说明
附图1为本发明的整体结构示意图。其中,图中附图标记对应的零部件名称为:1—油管接头,2—特斯拉阀流道,3—单向阀,4—筛管,5—筛管接头,6—油管。
附图2为特斯拉阀流道结构示意图。
附图3为特斯拉阀横截面流道布置。
附图4为带配流盘的单向阀。
附图5为筛管割缝结构示意图。
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明做进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例1的一种基于特斯拉阀的智能完井流入控制装置,结合图1、图2和图3对本发明例进行说明。
针对如图1所示基于特斯拉阀原理的流入控制装置,位于外层中间的筛管(4),油管(6)位于筛管内,在筛管一端设置的单向阀(3),在单向阀出口设置特斯拉阀流道(2),特斯拉阀出口位于油管(6)内。
根据如图2的所示特斯拉阀流道,由内套管、外套管和隔流环三部分组合形成直流道、弯流道和交叉口,直流道与弯流道之间的隔流环两侧与内套管连接。流体在特斯拉阀中正向流动时流体受到的阻力小,流动速度快,反向流动时受到较大的阻力,流动速度大大降低。因此可以利用特斯拉阀流道反向限流特性,将其设计在控水装置中,特斯拉阀流道反向流入端位于单向阀出口,反向流出端位于油管内。当储层流体流到特斯拉阀处时,由于水的惯性力起主导作用,流速快,特斯拉阀流道结构会限制其流入量,而油的粘性力起主导作用,大部分油将流入特斯拉阀,从而实现控水的目的。
单向阀(3)具有单向导通和防止储层流体倒流的特点,单向阀通过储层流体本身的流动,达到自动开启及关闭的目的,以此防止出现储层流体倒流的情况。
油管接头(1)用于连接各段油管,筛网接头(5)用于固定筛管。筛管接头通过螺纹安装在油管上,其大端与筛管焊接以保证筛管的连接可靠性。油管上在与特斯拉阀流道末端接触处设置有环形缓冲槽,以便流体通过特斯拉阀后流入油管中,其两端有螺纹,可通过油管接头与其它油管连接。
本发明中利用上述智能完井流入控制装置的具体工作步骤如下:
(1)当储层流体流入时,筛管首先会筛掉液体中夹杂的大部分沙砾,液体通过筛管后将到达单向阀。
(2)利用单向阀的单向导通性防止油液倒流,在下井前设定好不同压力段单向阀的开启压力,使水平井高压段开启压力大,低压段开启压力小,各压力段采油将均匀推进。
(3)液体通过单向阀之后将流到特斯拉阀流道,由于水的惯性力起主导作用,流速快,特斯拉阀流道结构会限制其流入量,而油的粘性力起主导作用,大部分油将流入特斯拉阀并进入油管,达到了控水的目的。
实施例2
本实施与实施例1的区别在于,优化特斯拉阀流道布置方式,具体结合附图3说明如下:
针对如图3所示的特斯拉阀流道布置方式,特斯拉阀横截面流道布置可单个流道与单个支撑面对称180°分布,也可横截面两个流道与两个支撑面间隔90°分布,也可横截面三个流道与三个支撑面间隔60°分布,还可横截面四个流道与四个支撑面间隔45°分布。优选的,横截面三个流道与三个支撑面间隔60°分布的控水性能较好,它的过流面积大,通道内流动速度低,不易发生冲蚀和堵塞,制造难度较小。
实施例3
本实施与实施例1和实施例2的区别在于,优化单向阀和筛管网孔结构,提高密封性能和防砂效果,具体结合附图4和附图5说明如下:
单向阀包括底座、阀芯、弹簧、配流盘,如图4所示四个阀芯顶住配流盘的四个孔,配流盘孔与阀芯之间为线密封,具有良好的密封性,当液体对阀芯的压力大于弹簧弹力时单向阀自动开启,液体流入,单向阀可以单向导通并防止储层流体倒流。
射孔的大小严重影响出砂量,含砂量又影响采收率,本发明提出了一种新的筛管结构,如图5所示筛管割缝为朝内喇叭口,割缝形状既能保证液体的流量,在使用时又不容易被砂石堵塞,此筛管适用于井下工况复杂的情况。

Claims (9)

1.一种基于特斯拉阀的智能完井流入控制装置,其特征在于:位于外层中间的筛管,油管位于筛管内,在筛管一端设置单向阀,在单向阀出口设置特斯拉阀流道,特斯拉阀流道出口位于油管内。
2.根据权利要求1所述的一种基于特斯拉阀的智能完井流入控制装置,其特征在于:所述特斯拉阀流道反向流入端位于单向阀出口,反向流出端位于油管内,当水和油流到特斯拉阀流道处时,由于水的惯性力起主导作用,流速快,特斯拉阀流道结构会限制其流入量,而油的粘性力起主导作用,大部分油将流入特斯拉阀流道,从而实现控水。
3.根据权利要求2所述的基于特斯拉阀的智能完井流入控制装置,其特征在于:所述特斯拉阀流道由内套管、外套管和隔流环三部分组合形成直流道、弯流道和交叉口,直流道与弯流道之间的隔流环两侧与内套管连接。
4.根据权利要求2和3所述的基于特斯拉阀的智能完井流入控制装置,其特征在于:所述特斯拉阀横截面流道布置可单个流道与单个支撑面对称180°分布,也可横截面两个流道与两个支撑面间隔90°分布,也可横截面三个流道与三个支撑面间隔60°分布,还可横截面四个流道与四个支撑面间隔45°分布。
5.根据权利要求1所述的基于特斯拉阀的智能完井流入控制装置,其特征在于:所述单向阀为弹簧式单向阀控制流入压力,当储层流体从筛管流入,筛管处压力超过阀芯弹簧力时,单向阀便开启,原油流入特斯拉阀端,而由不能从特斯拉阀端流到筛管端,单向阀根据油藏压力实现自动单向导通和防止油倒流。
6.根据权利要求5所述的一种基于特斯拉阀的智能完井流入控制装置,其特征在于:所述单向阀包括底座、阀芯、弹簧、配流盘,所述四个阀芯顶住配流盘的四个孔,配流盘的孔与阀芯之间为线密封,具有良好的密封性。
7.根据权利要求1所述的一种基于特斯拉阀的智能完井流入控制装置,其特征在于:所述筛网接头用于固定筛管,所述筛管割缝为朝内喇叭口,割缝形状既能保证液体的流量,在使用时又不容易被砂石堵塞,适用于井下复杂工况。
8.根据权利要求1所述的基于特斯拉阀的智能完井流入控制装置,其特征在于:所述油管上在与特斯拉阀流出端接触处设置有环形缓冲槽,以便流体通过特斯拉阀后流入油管中,其两端有螺纹,可通过油管接头与其它油管连接。
9.根据权利要求1~8任意一项所述的基于特斯拉阀的智能完井流入控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)当储层流体流入时,筛管首先会筛掉液体中夹杂的大部分沙砾,液体通过筛管后将到达单向阀;
(2)利用单向阀的单向导通性防止油液倒流,下井前通过设定好不同压力段单向阀的开启压力,使水平井高压段开启压力大,低压段开启压力小,有利于各压力段采油均匀推进;
(3)液体通过单向阀之后将流到特斯拉阀流道,利用特斯拉阀流道的反向限流特性,由于水的惯性力起主导作用,流速快,特斯拉阀结构会限制其流入量,而油的粘性力起主导作用,大部分油将流入特斯拉阀并进入油管,达到控水的目的。
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