CN105626003A - 一种用于调节地层流体的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的用于调节地层流体的控制装置，包括节流件，节流件包括板状本体、设置在板状本体的旋流腔、用于接受地层流体并使其流入旋流腔的入口通道，以及设在旋流腔的中部的节流孔，其中，入口通道和旋流腔构造成使得地层流体沿着旋流腔的侧壁进入旋流腔，并经节流孔排出。该节流件不需再单独通过节流孔使地层流体产生节流压降，从而能够将节流孔的孔径设置较大一些，进而减小被阻塞的可能性。这样，能够将节流孔的孔径设置较大一些，进而减小被阻塞的可能性。另外，在旋流的过程中，水的节流压降大于油的节流压降，从而可以有效地实现控水目的。

Description

一种用于调节地层流体的控制装置

技术领域

本发明涉及一种采油用控制装置，特别地涉及一种用于调节地层流体的控制装置。

背景技术

在采油***中通常需要通过用于调节地层流体的控制装置控制地层流体的流入速度，以满足生产需要。目前，经常采用的其中一种控制装置为喷嘴型控制装置。其具体的工作原理为：通过使流体流过若干个预先设置好结构尺寸的节流孔，并通过节流孔的节流作用使流体流过时产生节流压降，从而达到控水稳油的目的。但是，利用节流孔产生节流压降时，需要将节流孔的直径设计的非常小，在某些情况下可能需要小于1.5mm。这样，当流体中携带有固体杂质(例如，砂砾)时，容易使节流孔发生阻塞。

因此，如何解决节流孔容易被阻塞的问题，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种用于调节地层流体的控制装置，可以有效地减少节流孔被阻塞的可能性。

本发明的用于调节地层流体的控制装置，包括节流件，所述节流件包括板状本体、设置在所述板状本体的旋流腔、用于接受地层流体并使其流入所述旋流腔的入口通道，以及设在所述旋流腔的中部的节流孔，其中，所述入口通道和所述旋流腔构造成使得地层流体沿着所述旋流腔的侧壁进入所述旋流腔，并经所述节流孔排出。

当地层流体在旋流至节流孔的过程中，地层流体的流速会逐渐增大。并且当地层流体流出节流孔后，地层流体的流速会被大幅度降低，从而使地层流体在流出节流件后会产生节流压降。这样，不需再单独通过节流孔使地层流体产生节流压降，从而能够将节流孔的孔径设置较大一些，进而减小被阻塞的可能性。此外，由于本发明的节流孔的孔径相对于现有技术中的节流孔的孔径可以设置相对较大一些，因此在产生相同的节流压降的情况下，该控制装置具有更大的过流面积。而且，在地层流体的旋流过程中，能够带动固体杂质运动，因此该控制装置还具有较好的自洁功能。另外，由于地层流体中的油的粘度大、密度小，而地层流体中的水的粘度小、密度大，因此在旋流的过程中，水的节流压降大于油的节流压降，从而可以更有效地实现控水稳油的目的。

在一个实施例中，所述入口通道包括横截面沿着地层流体的流动方向逐渐减小的缩口段，以及分别与所述缩口段和所述旋流腔连通并且横截面不变的连通段。这样，结构简单；便于加工；设置有缩口段可以先使地层流体经过缩径加速后，再进入旋流腔中，从而进一步提高节流压降；而且便于通过设置连通段的方向调节地层流体流入旋流腔时的流入方向。

在一个实施例中，所述连通段构造成沿所述旋流腔的切线方向延伸，并且所述连通段的一个侧壁与所述旋流腔的侧壁光滑连接。这样，地层流体沿旋流腔的切线方向流入旋流腔，从而可以减少地层流体与旋流腔的碰撞和摩擦，进而进一步提高节流件的节流压降。

在一个实施例中，所述缩口段的最大横截面面积与所述连通段的横截面面积之比为4-5:1。这样，可以进一步提高地层流体在旋流腔流动时的节流压降，从而提高对油井开采前期的均匀控液、抑制高渗段产液、提升低渗段产液、促使底水均匀抬升的控制作用。

在一个实施例中，所述旋流腔成圆形，所述节流孔位于所述旋流腔的圆心。如此设置，结构简单，便于加工，而且还可以使地层流体有效地在旋流腔内旋转至节流孔。

在一个实施例中，沿所述旋流腔的周向均匀地设有至少两个入口通道，以使地层流体能够实现较为稳定的旋流，从而进一步提高节流压降。

在一个实施例中，还包括用于接受从所述节流件中流出的地层流体的基管，其中，所述节流件设置在所述基管的外侧，所述基管上设有用于使地层流体从地层流入所述节流件的导流孔。由于地层流体在地层中的流动状态有紊流、层流，甚至可能出现小漩涡等。这样不利于地层流体在旋流腔中形成旋流。因此，在地层流体流入节流件之前，先采用导流孔对地层流体进行一次整流，从而进一步提高节流件能够产生的节流压降。而且导流孔还起到控制流量的作用，以提高进入节流件中的流量均匀性。

在一个实施例中，沿所述基管的周向设有多个彼此间隔且对应不同的导流孔的容纳槽，其中，各所述容纳槽中分别设有一个节流件，并且所述容纳槽构造成从所述导流孔流出的地层流体经过所述容纳槽而流入所述节流件。在实际油田现场应用中，可根据电测结果在一个控制装置内安装节流件1-4个。

在一个实施例中，所述旋流腔的底壁和所述入口通道的底壁处于同一平面，以提高地层流体旋流时的稳定性，从而可以进一步提高地层流体的节流压降。

在一个实施例中，地层流体为油、水或油水混合物。由于该控制装置在采油过程中应用的最多，因此优先选用该控制装置调节的地层流体为油、水或油水混合物。

在一个实施例中，所述旋流腔的底壁以及所述入口通道的底壁的粗糙度均在0.0032mm以下，以便于流体在旋流腔内的加速旋转，从而进一步提高对地层流体的节流压降。

在一个实施例中，所述节流孔的直径为3-6mm，以减少节流孔被阻塞的可能性。

在一个实施例中，所述旋流腔的高度为2.4-5.0mm，而直径为18-32mm，以使地层流体能够较好地在旋流腔中形成旋流，从而进一步提高旋流腔的控水稳油功能。

在一个实施例中，所述导流孔的直径为3-6mm，以减少导流孔被阻塞的可能性。

在一个实施例中，还包括套设在所述基管的外侧的外套，其中所述节流件设置在所述基管和所述外套之间。这样，可以通过外套保护节流件和基管，从而可以延长基管和节流件的使用寿命。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。在图中：

图1为本发明的用于调节地层流体的控制装置的结构示意图。

图2为本发明中的基管的结构示意图。

图3为图2中的A部的局部示意图。

图4为本发明中的节流件的结构示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例描绘。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的用于调节地层流体的控制装置包括基管1、套设在基管1外侧的外套2，以及位于基管1和外套2之间的节流件3。在基管1上开设有贯穿其管壁的通孔。当地层流体流经节流件3后，再从基管1的通孔中流入基管1的内部。

在一个具体的实施例中，外套2的一端设有内螺纹，在基管1的外侧并大致靠近中部的位置上设有外螺纹。外套2通过螺纹旋在基管1上，并通过密封圈4密封连接。并且在将外套2套设在基管1上时，基管1的外壁与外套2的内壁抵接。

更为具体地，如图2所示，基管1上位于螺纹两侧的部分的壁厚不同。其中，位于外套2的外部的管壁较薄，而位于外套2的内部的管壁较厚，以便于设置节流件3。并且在基管1上两个壁厚不同的管段之间设有阶梯台，在外套2的内部设有相应的阶梯台。当外套2固定在基管1上时，通过分别设置在外套2和基管1上的阶梯台定位并固定，以提高外套2的牢固性。用于密封外套2和基管1的密封圈4可以位于阶梯台的位置上。

在基管1的外侧开设有用于容纳节流件3的容纳槽11，并且该容纳槽11位于基管1的管壁较厚的部分。在将节流件3放入基管1的容纳槽11中时，节流件3的顶壁与基管1的外壁平齐。这样，当将外套2套设在基管1上时，节流件3的顶壁与外套2的内壁抵接，从而通过外套2将节流件3卡在基管1的容纳槽11中，以防止节流件3晃动或掉落等。而且，外套2的内壁与节流件3的顶壁抵接后，还可以有效地防止地层流体从节流件3的顶壁流入节流件3中。当然，节流件3也可以通过焊接的方式固定在基管1的容纳槽11中，以进一步提高节流件3的稳固性。

此外，在基管1的管壁上设有沿其轴向延伸的导流孔12(如图3所示)。导流孔12的一端与节流件3连通，另一端贯穿基管1。地层流体先经过导流孔12，然后再流入节流件3中。

更为优选地，沿基管1的周向间隔地设有多个导流孔12，同时也设有多个容纳槽11。每个容纳槽11对应不同的导流孔12，即，每个容纳槽11与不同的导流孔12连通。并且在每个容纳槽11中设置一个节流件3。在一个例子中，当在基管1上设有4个节流件3时，沿基管1的周向设置有12个导流孔12，每个容纳槽11对应三个不同的导流孔12。

当设有多个导流孔12时，可以使全部的导流孔12均处于导通状态。当导流孔12的个数较多时，也可以堵住部分导流孔12，使其处于阻断状态。导流孔12的直径优选为3-6mm，以防止固体杂质阻塞导流孔12。另外，还可以在导流孔12中设置导流管，地层流体通过导流管流入节流件3中。这样，可以通过调节导流管的长度来调节地层流体的流动通道。

更为具体地，容纳槽11设置为阶梯槽。节流件3放置在阶梯槽的深度较深的凹槽部分。从导流孔12流出的地层流体先汇入阶梯槽的深度较浅的凹槽部分，然后再从阶梯槽中流入节流件3中。这样，结构简单，便于加工导流孔12，同时也便于使每个容纳槽11对应不同的导流孔12，从而提高流入每个节流件3的流量均匀性。

当在基管1上设置多个节流件3时，相邻的两个节流件3上的节流孔33沿基管1的轴向彼此错开设置。这样，可以使基管1的受力点在不同的横截面上，从而提高基管1的使用寿命。

当然，也可以使外套2和基管1之间留有间隙，地层流体通过外套2和基管1之间的间隙流入到节流件3中，等。

此外，如图4所示，节流件3包括板状本体34、设置在板状本体34上的旋流腔31、位于旋流腔31的中部的节流孔33，以及设置在板状本体34上的入口通道32。板状本体34可以为平板状。此时，外套2的内壁也可以设置为一用于容纳板状本体34的凹槽，以使板状本体34能够与外套2的内壁贴合。更为具体地，板状本体34为矩形板，以便于加工和制造。

当然，节流件3也可以通过焊接的方式固定在基管1的容纳槽11中，以进一步提高节流件3的稳固性。也可以在板状本体34的上方设置上盖，从而使得地层流体从入口通道32中流入旋流腔31中。上盖的上表面可以为与外套2的内壁相贴合的弧形面，以便于安装上盖。

当在板状本体34上设有上盖时，两者的贴合面的平面度可以均在±0.0016mm之间。上盖的材质可以与板状本体34的材质相同，均采用硬度较高(HRA＞87)的抗冲蚀材料。两者可以采用摩擦焊焊接为一个整体。焊接后的整体节流件3可以采用激光焊或铜钎焊装入容纳槽11内。

旋流腔31的大致形状为圆形状，节流孔33位于旋流腔31的圆心处。入口通道32包括沿地层流体的流动方向横截面面积逐渐减小的缩口段321和沿地层流体的流动方向横截面面积大致不变的连通段322。当地层流体流入缩口段321后，通过连通段322流入旋流腔31中。

更为优选地，缩口段321的两个侧壁均为弧形状。连通段322的两个侧壁均为平面状，以便于加工和设置。连通段322的一个侧壁与旋流腔31的侧壁光滑连接，并沿旋流腔31的切线方向延伸，另一个侧壁与旋流腔31密封连接。

当地层流体中的水流入节流件3后，先经过入口通道32节流加速，然后沿着旋流腔31的切线方向进入旋流腔31。当流入旋流腔31的水量逐渐增大时，水会以沿着旋流腔31的切线方向运动的切向速度逐渐旋流至旋流腔31的中部，并从节流孔33流出。由于水的密度大，粘度小进而导致水的惯性力大，从而使得水在旋流腔31内的切向速度较高。这样，当旋流腔31的光洁度较高，水的粘度较低时，就使得水在旋流的过程中的切向速度损失较小。根据能量守恒定律，伴随着旋转半径的不断缩小，水的切向速度会不断增大。在进入节流孔33前，水的切向速度达到最大值，在流出节流孔33后，水的切向速度会被大幅度降低。在不考虑重力影响的情况下，旋流出去的水产生的额外附加压降可表示为：

其中，ρ_水表示水的密度，ν_水切1表示水在旋流腔31中的最大速度，ν_水切2表示水在流出节流孔33后的速度。

相对于直接采用节流孔33进行节流的控制装置，本发明提出的控制装置在水流出节流孔33的时候增加了额外的切向速度节流阻力。由于水的旋转速度较大，节流后水的旋流速度下降较大，进而水使得产生的节流阻力较大。在相同的节流孔33的条件下，采用本发明的控制装置所产生的节流阻力是常规喷嘴型控制装置的20倍以上，极大的提高了控水效果。

当地层流体的油流入节流件3后，先经过入口通道32的节流加速，然后沿着旋流腔31的切向方向进入旋流腔31。当流入旋流腔31的油量逐渐增大时，油会以沿着旋流腔31的切线方向运动的切向速度逐渐旋流至旋流腔31的中部，并从节流孔33流出。由于油的密度小，粘度大进而导致油的粘性力大，从而使得油在旋流腔31内的切向速度较低。这样，使得油在旋流的过程中的切向速度损失较大。具体的切向速度损失的大小与所采的油的粘度直接相关，油的粘度越大，油在旋转的过程中切向速度的损失就越大。在进入节流孔33前，油的切向速度达到最大，但相对于水的切向速度较小。在经过节流孔33后，油的切向速度被进一步降低。在不考虑重力影响的情况下，旋流出去的油产生的额外附加压降ΔP_油可表示为：

其中，ρ_油表示油的密度，ν_油切1表示油在旋流腔31中的最大速度，ν_油切2表示油在流出节流孔33后的速度。

相对于直接采用节流孔33进行节流的控制装置，本发明提出的控制装置在油流出节流孔33的时候增加了额外的切向速度节流阻力。由于油在流出的时候有一定的旋转速度，进而使得油产生的节流阻力也有了一定的增加，也可以使油产生附加节流压降。但相对于水来说，油的附加节流压降增加的较少。因此，本发明所提出的控制装置具有遇水高摩阻，遇油低摩阻，自行调节油水阻力的功能。

当地层流体以油水混合物的状态流入节流件3后，根据含水率的不同油水混合物的粘度处于水、油之间，其产生的额外附加阻力也处于水、油之间，当油水混合物的含水率较低时，节流件产生的附加阻力与单独通过油时产生的附加阻力相近，随着含水率的增加，节流件产生的附加阻力逐渐增加，最终增加到与单独通过水时产生的附加阻力。本发明所提出的控制装置具有随着含水率变化，自行调节阻力的功能。

此外，入口通道32和旋流腔31的底面均处于同一平面。并且入口通道32的底面和旋流腔31的底面光滑连接。更为优选地，旋流腔31的粗糙度小于0.0032mm，以减少旋流腔31对地层流体产生的摩擦阻力，从而进一步提高控水稳油的能力。板状本体34的洛氏硬度HRA可以大于87，其材质可以选用钨钴合金。

优选地，旋流腔31的高度为2.4-5.0mm。如果当旋流腔31的高度较小时，由于流体的流动空间过小，从而使得地层流体无法在旋流腔31中正常流动。如果当旋流腔31的高度较高时，由于旋流腔的流动空间过大，可容纳的流体过多，使地层流体旋流至节流孔33时的速度较小，从而产生的节流压降较小。旋流腔31的直径为18-32mm。节流孔33的孔径为3-6mm。这样，在能够通过节流孔33实现节流的同时，还可以减少节流孔33被阻塞的可能性。

在一个例子中，当每天流过每个节流件3的流量为2.5-40m³时，旋流腔31的高度优选为4mm。旋流腔31的直径优选为23.5mm。节流孔33的孔径优选为4mm。当然，当流过旋流腔31的流量变化时，旋流腔31的直径和高度也可以随之变化。

此外，沿旋流腔31的周向均匀地设有至少两个入口通道32。在一个实施例中，沿旋流腔31的周向设有两个入口通道32。两个入口通道32位于板状本体34的对角处。并且两个入口通道32朝向相反的方向设置。

进一步地，缩口段321的最大横截面面积与连通段322的横截面面积之比为4-5:1。这样，可以使地层流体形成较为合适的加速度，从而可以进一步提高地层流体的节流压降。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (15)

1.一种用于调节地层流体的控制装置，包括节流件，所述节流件包括板状本体、设置在所述板状本体的旋流腔、用于接受地层流体并使其流入所述旋流腔的入口通道，以及设在所述旋流腔的中部的节流孔，其中，所述入口通道和所述旋流腔构造成使得地层流体沿着所述旋流腔的侧壁进入所述旋流腔，并经所述节流孔排出。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述入口通道包括横截面沿着地层流体的流动方向逐渐减小的缩口段，以及分别与所述缩口段和所述旋流腔连通并且横截面不变的连通段。

3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述连通段构造成沿所述旋流腔的切线方向延伸，并且所述连通段的一个侧壁与所述旋流腔的侧壁光滑连接。

4.根据权利要求2或3所述的控制装置，其特征在于，所述缩口段的最大横截面面积与所述连通段的横截面面积之比为4-5:1。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述旋流腔成圆形，所述节流孔位于所述旋流腔的圆心。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的控制装置，其特征在于，沿所述旋流腔的周向均匀地设有至少两个所述入口通道。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的控制装置，其特征在于，还包括用于接受从所述节流件中流出的地层流体的基管，其中，所述节流件设在所述基管的外侧，并且所述基管上设有用于使地层流体从地层流入所述节流件的导流孔。

8.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，沿所述基管的周向设有多个彼此间隔且对应不同的导流孔的容纳槽，其中，各所述容纳槽中分别设有一个节流件，并且所述容纳槽构造成从所述导流孔流出的地层流体经过所述容纳槽而流入所述节流件。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述旋流腔的底壁和所述入口通道的底壁处于同一平面。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的控制装置，其特征在于，地层流体为油、水或油水混合物。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述旋流腔的底壁以及所述入口通道的底壁的粗糙度均在0.0032mm以下。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述节流孔的直径为3-6mm。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述旋流腔的高度为2.4-5.0mm，而直径为18-32mm。

14.根据权利要求7或8所述的控制装置，其特征在于，所述导流孔的直径为3-6mm。

15.根据权利要求7或8所述的控制装置，其特征在于，还包括套设在所述基管的外侧的外套，其中所述节流件设置在所述基管和所述外套之间。