CN109779578A - 基于油水密度差和旋流的自适应水平井控水工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于油水密度差和旋流的自适应水平井控水工具，第一入口和第二入口内设有翼板，中间孔连接不同直径圆柱体及球体串联的管道，圆柱截面A孔和圆柱截面B孔连接月牙形流道，管道和月牙形流道均与球体相连，油水混合物从第一入口和第二入口流入，途经翼板分离，油从中间孔流入不同直径圆柱体及球体串联的管道，水从圆柱截面A孔和圆柱截面B孔进入月牙形流道，从而进入节流区的球体，径向油流、切向水流相遇致使球体底部水形成涡流，阻挡水的进入。本发明的有益效果是能够延缓水平井水锥的出现时间、有效地控制水突进井筒内、平衡井筒内压差及井筒内流体流速。

Description

基于油水密度差和旋流的自适应水平井控水工具

技术领域

本发明属于油气田开发技术领域，涉及基于油水密度差和旋流的自适应水平井控水工具。

背景技术

目前常用的油田开发井型主要有：直井、定向井、水平井、大位移井等。不同的井型具有不同的适应范围和使用价值；但技术含量高，高产、高效的油田开发井型还是水平井，特殊环境下需要用大位移井技术。水平井或大位移井采油期间井下的环境是动态变化的，流体的类型、流体的密度和粘度、油藏的压力和温度都在变化，所以在完井设计时，流动条件是最难预测的。水平井常常面临一些挑战，比如：1)由于水平井分段的跟-趾部效应产生不均匀井眼压差，容易发生水突进井筒内(水锥)，2)由于井底油藏分布的无规律性，不可能都是均质油藏，有的地方压力大、流速快，有的地方压力小、流速慢；导致：原油渗流进油管内的压力、速度不均衡，影响原油产量和采收率；3)边、底水的存在以及油田注水开发，使得井下油、水分布不均，油井早期见水，原油含水率高，更进一步影响原油产量和采收率。当含水上升、水锥过早出现时，要延缓水平井在采油期间水锥的出现、提高原油采收率、延长油井生产寿命，则需要油藏较均匀向井筒汇流，更要控制油与水进入油管内的压力、流速及含量，主要是减少水的流入速度和含量。

发明内容

本发明的目的在于提供基于油水密度差和旋流的自适应水平井控水工具，本发明的有益效果是能够延缓水平井水锥的出现时间、有效地控制水突进井筒内、平衡井筒内压差及井筒内流体流速、延长油井生产寿命、提高原油采收率。

本发明所采用的技术方案是包括分流区、节流区，分流区的圆周面上有两个相互独立的第一入口和第二入口，分流区设有三个孔，中间孔、圆柱截面A孔和圆柱截面B孔，第一入口和第二入口内设有翼板，中间孔连接不同直径圆柱体及球体串联的管道，圆柱截面A孔和圆柱截面B孔连接月牙形流道，管道和月牙形流道均与球体相连，油水混合物从第一入口和第二入口流入，途经翼板分离，油从中间孔流入不同直径圆柱体及球体串联的管道，水从圆柱截面A孔和圆柱截面B孔进入月牙形流道，从而进入节流区的球体，径向油流、切向水流相遇致使球体底部水形成涡流，阻挡水的进入。

进一步，当水突进井筒内，油水流入所述控水工具分流区，油因粘度高、密度低，受离心力的影响，进入中间孔，随着油水流动阻力的变化，油通过分流区域的中间孔将进入节流区上部的不同直径圆柱体及球体串联的管道沿着管线低速度径向流进节流区的球体并受较小流动限制的效应，最终从控水工具节流区出口流入下一段关联的油管内；水因为密度高、粘度低，受离心力的影响，进入工具侧面的两孔内，迅速从侧面孔流向节流区下部的月牙形流道，月牙形流道出口与球体联通，流体高速度切向流进节流区的球体并受较大流出限制导致水滞留在节流区的球体内旋流，结果减少了地面水采出量。

附图说明

图1是工具俯视图；

图2是工具侧视图；

图3是工具正视图；

图4是工具剖面图。

图中，1.第一入口，2.第二入口，3.中间孔，4.圆柱截面A孔，5.圆柱截面B孔，6.翼板，7.管道，8.月牙形流道，9.球体，10.出口。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明如图1至图4所示，控水工具分为两个区域：分流区、节流区。分流区的圆周面上有两个相互独立的第一入口1和第二入口2，分流区设有三个孔，中间孔3、圆柱截面A孔4和圆柱截面B孔5，油水混合物从第一入口1和第二入口2流入，途经翼板6分离，油从中间孔3流入不同直径圆柱体及球体串联的管道7(节流区)，水从圆柱截面A孔4和圆柱截面B孔5进入月牙形流道8，从而进入节流区的球体9，径向油流、切向水流相遇致使球体9底部水形成涡流，阻挡水的进入。

不同流体(油水)进入分流区依靠它的流动性质将自动选出圆柱截面上的一个孔并流进节流区的不同的流域。水因为粘性较低往往选较长的路径，自然进入圆柱截面A孔4和圆柱截面B孔5中，然后流进节流区下部的月牙形流道8，而高粘度、低密度的油自动选择比较短的路径从中间孔3流进节流区的不同直径圆柱体及球体串联的管道7。由于水的密度高；油的密度低，因此油在水上下界面流动。

节流区由不同直径圆柱体及球体串联的管道7和月牙形流道8组成。不同直径圆柱体及球体串联的管道7对流体的限制性质主要为局部阻力损失流道，月牙形流道8属于摩擦阻力损失流道。由于局部损失取决于流体密度、流速和局部损失系数，而摩擦损失取决于流体粘度、流速和路径形状，因此流体的密度和粘度是决定通过分流区不同路径的特定流体比例的关键因素。

工作时，当发生水突进井筒内(水锥的现象)，油水流入控水工具分流区，油因粘度高、密度低，受离心力的影响，进入中间孔3。随着油水(流体)流动阻力的变化，油通过分流区域的中间孔3将进入节流区上部的不同直径圆柱体及球体串联的管道7沿着管线低速度径向流进节流区的球体9并受较小流动限制的效应，最终从控水工具节流区出口10流入下一段关联的油管内。

水因为密度高、粘度低，受离心力的影响，进入工具侧面的两孔内，迅速从侧面孔流向节流区下部的月牙形流道8，月牙形流道8出口与球体9联通，流体高速度切向流进节流区的球体9并受较大流出限制导致水滞留在节流区的球体9内旋流，结果减少了地面水采出量。

水平井某井段水不停地流进控水工具时，由于流进控水工具内的流体(油和水)在该水平井分段的流动摩阻力在逐渐增加，该区域油藏水平井分段流体流进工具或油管的流动性变差，该分段的流体流入控水工具的流体流量会减少，但并不影响其他水平井井段原油的正常生产，即可起到让油通过而限制水的流入的自动控水的作用。表1为数值模拟实验结果数据表

表1

本发明的优点还在于：

1)自动调节，不需要任何控制或电子装置来进行控水操作，减少供电和维护费用；2)节约成本，工具属纯机械结构设计，加工制作成本低，更主要的是通过控制水的突进、延长油井生产寿命，提高原油采收率，大大提高了原油开采经济效益。3)设计无运动部件、无需额外测控***的自适应水平井控水工具，实现井底控水功能；4)基于油水密度差，实现流动的自适应控制，提高了智能完井技术水平。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (2)

1.基于油水密度差和旋流的自适应水平井控水工具，其特征在于：包括分流区、节流区，分流区的圆周面上有两个相互独立的第一入口和第二入口，分流区设有三个孔，中间孔、圆柱截面A孔和圆柱截面B孔，第一入口和第二入口内设有翼板，中间孔连接不同直径圆柱体及球体串联的管道，圆柱截面A孔和圆柱截面B孔连接月牙形流道，管道和月牙形流道均与球体相连，油水混合物从第一入口和第二入口流入，途经翼板分离，油从中间孔流入不同直径圆柱体及球体串联的管道，水从圆柱截面A孔和圆柱截面B孔进入月牙形流道，从而进入节流区的球体，径向油流、切向水流相遇致使球体底部水形成涡流，阻挡水的进入。

2.按照权利要求1所述基于油水密度差和旋流的自适应水平井控水工具，其特征在于：当水突进井筒内，油水流入所述控水工具分流区，油因粘度高、密度低，受离心力的影响，进入中间孔，随着油水流动阻力的变化，油通过分流区域的中间孔将进入节流区上部的不同直径圆柱体及球体串联的管道沿着管线低速度径向流进节流区的球体并受较小流动限制的效应，最终从控水工具节流区出口流入下一段关联的油管内；水因为密度高、粘度低，受离心力的影响，进入工具侧面的两孔内，迅速从侧面孔流向节流区下部的月牙形流道，月牙形流道出口与球体联通，流体高速度切向流进节流区的球体并受较大流出限制导致水滞留在节流区的球体内旋流，结果减少了地面水采出量。