CN204163705U - 一种均衡入流剖面稳油阻水装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种均衡入流剖面稳油阻水装置，属于油田完井领域。本装置包括同轴线设置的第一外筒、第二外筒、第一内筒、第二内筒、喷管和弹簧；所述第一外筒的一端与第二外筒的一端连接；所述第一内筒插接在第一外筒和第二外筒的内腔中，其与第二外筒的接触处为过盈配合，其右侧端部与第二外筒固定在一起，其与第一外筒之间形成第一层环空；在所述第一层环空内依次安放所述弹簧及喷管，弹簧的一端顶在第二外筒内的台阶上，另一端顶住喷管；所述喷管能够沿轴向移动；所述弹簧和喷管是套在第一内筒外的；在所述第一内筒上开有多组导流小孔；所述第二内筒直接插入第一内筒中，两者接触处为过盈配合，其右侧端部与第一内筒固定。

Description

一种均衡入流剖面稳油阻水装置

技术领域

本实用新型属于油田完井领域，涉及水平井筛管控水完井技术，具体涉及一种均衡入流剖面稳油阻水装置。

背景技术

水平井作为油气田开发的一项先进技术，已应用于大多数类型的油气藏。在均匀油藏中，水平井采油过程中受到流动压降的影响，其跟端的压降和流量都要比趾端大的多；在非均质油藏中，由于高渗流体的突进，跟趾效应尤为明显。由此产生的不均匀剖面，一旦遇水或气，极易发生锥进，导致趾端流体流动受阻，油井产量将大大降低。

上世纪90年代，调流控水技术被引入到油田完井中。利用膨胀封隔器将水平井进行分段完井，在每个筛管节点上安放流入控制装置，其作用是：增加附加压差，限制高渗段产量，均衡流入剖面，延缓锥进现象，最终提高油井的总产量。

现有的流入控制装置工作原理大致分为：利用动量变化产生压降(流过孔、喷嘴或者改变方向)，利用摩擦产生压降(通过管道流动)、或者利用前两者的结合。因此，流入控制装置按照工作机理可分为：喷嘴型、螺旋通道型和混合型。

喷嘴型流入控制装置通过使流体流过若干结构尺寸预先设置好的喷嘴，通过节流作用产生附加压降。其优点是结构简单，下井前可以根据井下情况对喷嘴数量进行及时调配，压降损失与流体粘度无关；缺点是易受到高速流体携带颗粒的冲蚀，发生堵塞。

螺旋通道型流入控制装置通过使流体流过预先设计好的螺旋通道或弯曲通道，在摩擦阻力作用下产生附加压降。其优点是过流面积大，有效避免了流体的冲蚀和堵塞；缺点是流动阻力与流体密度和粘度密切相关，会使水/气由于油流动，导致井筒内过早见水/气。

混合型流入控制装置是前两者的综合，为获得相同的流动阻力，由于摩擦阻力作用，其过流面积比喷嘴型流入控制装置大；由于节流阻力作用，和螺旋通道型流入控制装置相比，其对流体粘度的敏感型相对降低。

以上三种流入控制装置，其尺寸或数量需在完井之前或完井时，根据地层固定流量进行设置，一旦投入生产便不能进行调节。但在实际情况下，地层中相同位置的流量在整个采油过程中也会发生变化，这时所需阻力也会相应发生变化，预先设计的流入控制器就可能会失去作用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于防止水平井的底水锥进，克服过早见水的问题，提供一种均衡入流剖面稳油阻水装置，使其能够根据流体流量自动调节所产生的附加阻力，减小跟趾效应和油层非均质性的影响，均衡流入剖面，提高油井的产油量。同时，提高装置对不同复杂地层的适应能力，扩大装置适用范围，做到结构简单，经济有效。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种均衡入流剖面稳油阻水装置，包括同轴线设置的第一外筒、第二外筒、第一内筒、第二内筒、喷管和弹簧；

所述第一外筒的一端与第二外筒的一端连接；

所述第一内筒插接在第一外筒和第二外筒的内腔中，其与第二外筒的接触处为过盈配合，其右侧端部与第二外筒固定在一起，其与第一外筒之间形成第一层环空；

在所述第一层环空内依次安放所述弹簧及喷管，弹簧的一端顶在第二外筒内的台阶上，另一端顶住喷管；所述喷管能够沿轴向移动；所述弹簧和喷管是套在第一内筒外的；

在所述第一内筒上开有多组导流小孔；

所述第二内筒直接插入第一内筒中，两者接触处为过盈配合，其右侧端部与第一内筒固定；在所述第二内筒上设有螺旋通道；在螺旋通道的尾部设有导流大孔；

在所述第二内筒上对应第一内筒上开导流小孔的位置设有第二层环空；所述螺旋通道的一端与第二层环空连通，另一端与所述导流大孔连通，从而引导进入第二层环空的流体进过螺旋通道的沿程摩阻节流后经由导流大孔流入第二内筒内；

流体从第一层环空进入喷管，从喷管流出后经过第一内筒上的导流小孔进入第二层环空，再通过第二内筒上的螺旋通道后经过导流大孔进入第二内筒的内腔中；

当喷管沿轴向压缩弹簧时，能够堵住部分小孔。

在第一内筒上的每组小孔包括5-10个小孔，单个小孔的直径为2-4mm；每组的导流小孔沿与第一内筒的轴线平行的方向依次设置。

在第一内筒圆周方向上每隔90度设有一组导流小孔。

所述第一外筒带有公扣螺纹，第二外筒带有母扣螺纹，两者通过螺纹连接，在螺纹连接处设有密封圈。

所述喷管为中空的环形套管，其内径为3-6mm。

所述第二内筒上的导流大孔的直径大于等于8mm。

在圆周上每隔90度设有一个导流大孔。

所述螺旋通道是直接在第二内筒的外壁上加工形成的。

另外，所述螺旋通道也可采用导管缠绕在第二内筒的外壁上形成，导管的直径为5～7mm，导管的入口端与第一内筒和第二内筒的接触处密封，保证进入第二环空的流体全部进入螺旋导管中，保证进入第二层环形空间的流体必须经过螺旋导管才能经由导流大孔流出稳油控水装置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：增加附加压差，限制高渗段产量，均衡流入剖面，延缓水/气锥进，提高油井产量；在无需外界介入的情况下，可根据流体流量自动调节附加阻力的大小，过流面积大，具有自洁作用，防冲蚀和堵塞，适用性更强；结构简单，安全可靠，经济实用。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图2是第一外筒的结构示意图。

图3是第二外筒的结构示意图。

图4是第一内筒的结构示意图。

图5是第二内筒的结构示意图。

图6是螺旋通道的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述：

图1所示为本实用新型双层流道混合型自主调节流入控制装置结构示意图，本发明流道区域主要由第一层环空1、活动喷管2、弹簧3(活动喷管2与弹簧3在该装置成型后就装备在一起不需要再次进行更换)、第二层环空4、螺旋通道7(螺旋通道7有两种设置方法，第一种如图6中所示，螺旋通道直接设置在第二内筒的外壁上，然后通过与上部外套的紧密配合实现流体沿螺旋通道的流出；第二种方法是沿第二内筒的外壁设置多圈环形管道，管道的直径在5～7mm之间。两种方法各有利弊，第一种方法直接在内筒上加工螺旋通道，加工相对复杂，并且螺旋通道的凸出部分与上部外套内壁的紧密贴合属于整个面过盈配合，装配有一定的难度，但该种方法充分利用了第二内筒，部件相对较少，过流面积较大，方便流体流动。采用环形管道的方法，过流面积相对较小，但在流体控制精确度相对较高，装备难度相对较低。)、基管5(包括第一内筒和第二内筒)及孔道组成。所述孔道可以分为两个部分，第一个部分孔道为开在第一内筒上的小孔6，为一连窜的5-10个小孔，每个小孔直径在2～4mm之间，优选采用每隔90度有一连窜小孔，共4连窜，也可采用其它排列方式，与之相对应的，为了便于喷管2对小孔的封堵，喷管2的内侧形状也要与小孔所开位置的弧度一致，第一内筒主要起到控制流体流量的目的。当进入流入控制器的流体流量过大时，喷管2延轴向运动压缩弹簧，并同时覆盖一部分小孔，使得通过小孔进入第二层环空区域4的流体的流量减小，流体的流量越大，喷管2延轴向运动压缩弹簧就越多，覆盖的小孔的数量也就越多，通过小孔进入第二层环空区域4的流体的流量就越小，反之，进入流入控制器的流体流量较小时，喷管2延轴向运动压缩弹簧的量较小，覆盖一部分小孔的数量较少，通过小孔进入第二层环空区域4的流动空间较大，流入的流体的量也就相对较多。

第二个部分孔道是安装在第二内筒上的大孔8，该大孔的直径较大，大于等于8mm即可，一般为8-12mm，优选每隔90度有一个孔，共4个，也可采用其它排列方式，主要起到将流过旋流通道的流体引入基管内的目的，对通过旋流通道的流体不起任何的节流作用。)。

喷管2被安放在第一内筒外的第一层环空4内，其一端与弹簧连接，只能做延轴向的压缩弹簧的往复运动。喷管本身是个中空的环形套管，喷管的内径为3-6mm，当进入稳油控水装置的流体的流量过大时，由于喷管受到流体的推力作用从而压缩弹簧，喷管的轴向运动阻挡了部分小孔，减少了流体进入第二层空间的导流小孔的数量，从而导致流入第二层空间的流体的减少，实现对通过稳油控水装置的流量的减少。

从结构上来说，该稳油阻水装置共有5个部件组成，分别为：带公扣螺纹的第一外筒(如图2所示)、带母扣螺纹的第二外筒(如图3所示)，带一连窜小孔的第一内筒(如图4所示)、带直径较大孔的第二内筒(如图5所示)、以及螺旋通道(如图6所示)，组合安装时，第一外筒和第二外筒采用螺纹连接，在螺纹连接处设有两道密封圈以确保进入稳油阻水装置的流体不外泄，第一内筒插接在第二外筒上，采用过盈配合，其右侧端部与第二外筒焊接在一起，第一内筒与第一外筒之间形成的空间即为第一层环空，里面安放喷管及弹簧，进入第一环空内的流体必须通过喷管，再经过喷管后的导流小孔流入第二环形空间，并且喷管也只能做延轴向的压缩和放松弹簧的往复运动。第二内筒直接插入第一内筒，采用过盈配合，在右侧端部与第一内筒焊接，螺旋通道可直接在第二内筒上加工出，也可采用导管缠绕在第二内筒上，但导管的入口端要进行密封，保证进入第二环空的流体全部进入螺旋导管中。

跟以往的流入控制装置相比，本装置多了一层环空，见图1。首先，流体流经筛管进入装置的第一层环空1，该层环空中有一活动喷管2，通过弹簧3(弹簧3可采用焊接的方法固定在第二外筒的特定位置上，主要采用整个端面与固定在外套的特定位置整体焊接，此外在弹簧的左右两侧均是外套的凹陷壁面，从而保证了弹簧只能做延流体流动方向的轴向压缩运动。)与环空末端连接。喷管2的下游是一系列小孔(即第一内筒上的一连串小孔)，流体流经小孔可以到达第二层环空4(流体进入到喷管2后，由喷管2流出的流体先进入喷管2出口与弹簧固定端壁面之间的空间，然后流经弹簧固定端壁面之间的空间下面所余留的小孔进入到第二层环空4。)，第二层环空4内的结构与螺旋通道型流入控制装置相同，由螺旋通道7组成，流体流经螺旋通道7通过导流大孔8流入基管5。

本设计主要针对同一位置流体的流量变化，使装置能够在不同的流量下提供不同的阻力压降，因而具有更加广泛的适用性。当流量较小时，流体流经喷管2下游的一连窜小孔(即沟通第一层环空与第二层环空的一连窜小孔)、螺旋通道5、导流大孔8到达基管5内与主流汇合，喷管2在流体冲击力、管壁摩擦力和弹簧反弹力作用下形成动态平衡；当流量加大，弹簧3被压缩，同时喷管2堵死部分小孔6(小孔6中的一系列小孔中的部分小孔被堵死了，被堵死小孔的孔道就不连通了，而未被堵死的小孔的孔道仍连通着，由于流入进入第二层环空4的孔道减少了，进而限制了地层流体的流入)，使得流体流动的阻力变大；流量达到一定程度以后，弹簧被压死(小孔未全堵死)，该装置提供的阻力达到最大值。

该装置充分利用了螺旋通道进行流入控制、过流面积大，具有自洁作用、能够有效避免了流体的冲蚀和堵塞等优点，又避免了螺旋通道在控制井下大流量或过低流量下被动控水的不足。在第一层流入控制喷管的作用下，可以根据设定的流量来设置螺旋型通道的长度，从而更好的对入流的流体进行控制，达到主动控液的目的。

流体流经筛管进入本装置的第一层环空1，由流体力学知，一定流量的流体会对活动喷管2产生一定的冲击力，加上活动喷管2与外套间的摩擦力和弹簧反弹力三者之间可形成动态平衡。流体持续稳定的通过孔道小孔到达第二层环空区域4，流经螺旋通道7再次获得一个由摩擦阻力产生的附加压降。最后通过第二层环空区域中的导流大孔8到达基管5与主流汇合。

如前所述，因为喷管2主要起到控制流体流量的作用，当流入流体控制器中喷管2的流体过多时，喷管2要压缩弹簧，使得通过喷管2的流体进入第二层空间的通过孔的数量减小。喷管2既要起到封堵部分小孔的作用，又要在喷管压缩弹簧的轴向运动中不产生较大的附加摩擦阻力。因此，喷管2与外套和基管5之间是间隙配合，但间隙的量较少在0.3mm以下，此外喷管2与外套和基管5的接触面的加工精度较高，其加工精度在0.0016mm以下。这样既保证了喷管的自由轴向运动，也保证了喷管2的封堵作用。

小孔6中的一系列连续小孔是开在第一内筒上，这一系列小孔使得流入控制器的第一层环空区域与第二层环空区域4相连通，也对流入稳油阻水装置的流量起控制作用，进入稳油阻水装置的流体均要通过这一系列小孔进入环空4。

当流体流量逐渐增加时，流体对活动喷管2产生的冲击力逐渐增加，当该冲击力增加到大于弹簧弹力与管壁对喷管摩擦力的合力的时候，一定数量的小孔6会被堵死，流体流动的阻力增大；当流量达到一定程度以后，弹簧被压死，大部分的孔道被堵死，装置提高的阻力达到最大值。从而均衡流体流入剖面，延缓水/气的锥进，并且根据流体流量自动调节附加阻力的大小，适用性变得更强。

该装置可以有效的增加附加压降，限制高渗段产量，均衡流入剖面，延缓水/气锥进现象，提高油井的总产量。在此基础上，通过添加弹簧控制的活动喷管，配合喷管在动平衡过程中的堵孔的设计，使装置能够对不同流量情况自动调整阻力大小，使其适用范围更广。本发明结构简单，安全可靠，经济实用。

上述技术方案只是本实用新型的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本实用新型公开了原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本实用新型上述具体实施例所描述的结构，因此前面描述的只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (9)

1.一种均衡入流剖面稳油阻水装置，其特征在于：所述均衡入流剖面稳油阻水装置包括同轴线设置的第一外筒、第二外筒、第一内筒、第二内筒、喷管和弹簧；

所述第一外筒的一端与第二外筒的一端连接；

所述第一内筒插接在第一外筒和第二外筒的内腔中，其与第二外筒的接触处为过盈配合，其右侧端部与第二外筒固定在一起，其与第一外筒之间形成第一层环空；

在所述第一层环空内依次安放所述弹簧及喷管，弹簧的一端顶在第二外筒内的台阶上，另一端顶住喷管；所述喷管能够沿轴向移动；所述弹簧和喷管是套在第一内筒外的；

在所述第一内筒上开有多组导流小孔；

所述第二内筒直接插入第一内筒中，两者接触处为过盈配合，其右侧端部与第一内筒固定；在所述第二内筒上设有螺旋通道；在螺旋通道的尾部设有导流大孔；

在所述第二内筒上对应第一内筒上开导流小孔的位置设有第二层环空；所述螺旋通道的一端与第二层环空连通，另一端与所述导流大孔连通；

当喷管沿轴向压缩弹簧时，能够堵住部分小孔。

2.根据权利要求1所述的均衡入流剖面稳油阻水装置，其特征在于：在第一内筒上的每组小孔包括5-10个导流小孔，单个导流小孔的直径为2-4mm；每组的导流小孔沿与第一内筒的轴线平行的方向依次设置。

3.根据权利要求2所述的均衡入流剖面稳油阻水装置，其特征在于：在第一内筒圆周方向上每隔90度设有一组导流小孔。

4.根据权利要求3所述的均衡入流剖面稳油阻水装置，其特征在于：所述喷管为中空的环形套管，其内径为3-6mm。

5.根据权利要求4所述的均衡入流剖面稳油阻水装置，其特征在于：所述第二内筒上的导流大孔的直径大于等于8mm。

6.根据权利要求5所述的均衡入流剖面稳油阻水装置，其特征在于：在圆周上每隔90度设有一个导流大孔。

7.根据权利要求1至6任一所述的均衡入流剖面稳油阻水装置，其特征在于：所述第一外筒带有公扣螺纹，第二外筒带有母扣螺纹，两者通过螺纹连接，在螺纹连接处设有密封圈。

8.根据权利要求1至6任一所述的均衡入流剖面稳油阻水装置，其特征在于：所述螺旋通道是直接在第二内筒的外壁上加工形成的。

9.根据权利要求1至6任一所述的均衡入流剖面稳油阻水装置，其特征在于：所述螺旋通道采用导管缠绕在第二内筒的外壁上形成，导管的直径为5～7mm，导管的入口端与第一内筒和第二内筒的接触处密封。