CN111322036B - 气井自适应调流控水装置及其设计方法 - Google Patents
气井自适应调流控水装置及其设计方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种气井自适应调流控水装置及其设计方法，设计方法包括以下步骤：步骤1：获得某一段水平井的基础参数；步骤2：根据该段水平井自适应调流控水装置安装个数，确定每个自适应调流控水装置的流量和入口速度；步骤3：根据步骤1的基础参数和步骤2的入口速度，进行初步的几何模型设计和仿真计算条件的设置，并对初步的几何模型进行仿真参数探索；步骤4：对步骤3中初步的几何模型和仿真计算条件的设置进行试验，并将试验后的实验结果与仿真结果进行数据对比；步骤5：基于DOE正交试验设计将自适应调流控水装置进行数值优化。本发明的设计方法解决了设计思路不清晰，仿真精度不高等问题，且增加了气井自适应调流控水装置的控水增产效果。
Description
技术领域
本发明属于油气井控水完井技术领域，具体涉及一种气井自适应调流控水装置及其设计方法。
背景技术
底水气藏水平井开发过程中出现的底水脊进问题，缩短了底水气藏的无水采油期，严重影响了水平井产能优势的发挥，成为了制约水平井高效开发底水气藏的关键因素。传统的ICD控水工具仅适用于水平井筒见水前，对于见水后的气井无效。
目前针对ICD的缺点，对其进行改进，研究出对不利流体具有智能选择和抑制功能的自动流入控制装置，根据原理和装置的不同，可分为夹片型、浮动圆盘型、流道控制型及自膨胀型，而这其中流道控制型更加安全可靠，方便耐用。虽然AICD能很好的抑制水的产出，但是目前这种装置只适用于油井，针对气井的问题，还未得到有效的解决，而且也没有一个针对气井自适应调流控水装置的完整的设计方法。
就此来看，设计一套***的设计方法显得尤为重要。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种气井自适应调流控水装置及其设计方法，能够针对自适应调流控水装置进行方案设计，克服目前气井自适应调流控水装置设计思路不清晰，仿真精度不高等问题，且节省了设计周期与效率。
为实现上述目的，本发明提供了一种气井自适应调流控水装置的设计方法，包括以下步骤：
步骤1：获得某一段水平井的基础参数；
步骤2：根据该段水平井自适应调流控水装置安装个数，确定每个自适应调流控水装置的流量和入口速度；
步骤3：根据步骤1的基础参数和步骤2的入口速度，进行初步的几何模型设计和仿真计算条件的设置，并对初步的几何模型进行仿真参数探索；
如图2所示，初步的几何模型包括：基管8、套在基管8外的套管9，设置在基管8外壁并与基管8连通的气井自适应调流控水装置10以及筛管11，气井自适应调流控水装置10位于基管8和套管9之间。
步骤4：对步骤3中初步的几何模型和仿真计算条件的设置进行试验，并将试验后的实验结果与仿真结果进行数据对比；
步骤5：基于DOE正交试验设计将自适应调流控水装置进行数值优化。
在一个实施例中，所述步骤1中的基础参数包括：水平井筒参数，该段水平井处储层的流体参数，自适应调流控水装置的约束尺寸；
其中，所述水平井筒参数包括：整个水平井的长度、内外直径以及内外压力差；
所述储层的流体参数包括：液体物理参数，气体物理参数，液体和气体在该段水平井处所占的百分比以及该段水平井处周围的物理环境；
所述约束尺寸为：设计一个容纳自适应性调流控水装置的中心控制结构，并约束所述中心控制结构的长、宽、高。
在一个实施例中，所述步骤2中，按照现场实际生产的需求，初步确定该段水平井自适应调流控水装置的安装个数n，再根据水平井已知的总的生产总量Q总，从而确定每个自适应调流控水装置的流量Q1＝Q总/n；再根据每个自适应调流控水装置已知的入口面积A，确定每个自适应调流控水装置的入口速度v＝Q1/A。
在一个实施例中，所述步骤3中的仿真参数探索包括：边界层厚度、网格划分、网格质量检查、体网格生成以及网格无关性验证；
所述步骤3中的仿真计算条件的设置包括：流体流态的划分、湍流模型的选取、多相流模型的选取、边界条件的设置、稳态流场的分析以及瞬态流场的分析。
在一个实施例中，所述步骤5中，又具体包括以下步骤：
步骤5.1：基于DOE方法建立气井自适应调流控水装置数值优化的样本库；
步骤5.2：构建气井自适应调流控水装置主要几何参数与流过气井自适应调流控水装置的流体压降之间的近似模型，并进行精度预测；
步骤5.3：采用全局优化算法对所述近似模型进行全局优化；
步骤5.4：根据全局优化结果，对气井自适应调流控水装置的压力场、速度场以及压降损失进行分析，对全局优化结果进行进一步的验证。
在一个实施例中，所述步骤5.1中，又具体包括以下步骤：
步骤5.11：根据自适应调流控水装置的流动阻力的产生公式，确定影响自适应调流控水装置中增加流动阻力，达到调流控水目的的主要几何参数，确定的主要几何参数包括：入口面积、入口数量、支路数量、支路夹角和出口面积；
步骤5.12：采用正交试验设计DOE方法，构建气井自适应调流控水装置数值优化的多组实验方案；
步骤5.13：应用数值计算软件对步骤5.12中的多组试验方案进行数值计算；
步骤5.14：根据步骤5.13中数值计算获得的结果，建立样本库。
在一个实施例中，所述步骤5.11中，主要几何参数的确定过程如下：
所述流动阻力的产生公式为：根据伯努利方程，通过改变水的流径使水得到最大的流出速度，从而使出口压力最小，使整体自适应调流控水装置获得的最大压降Δp＝ΔpL+ΔpN+ΔpS；其中，ΔpL为环状通道压降；ΔpN为喷嘴压降；ΔpS为流槽压降；
其中，所述环状通道压降ΔpL包括沿程压力损失和局部压力损失；
式中，λ为沿程损失系数；l为环状管道的长度；dl为环状管道的直径；ζ为局部损失系数；ρm环状管道内流体密度，kg/m3；Q是环状管道内通过流量，m3/s；fDC为环状管道的流体分离系数；Al是环状管道的截流面积，m2；
其中，沿程损失系数λ由流动状态决定，沿程损失系数λ的表达式为：
式中，Re为雷诺数；
其中，局部损失系数ζ的表达式为：
式中，R为收缩截面直径；θ为支路夹角；
其中，环状管道的流体分离系数fDC的表达式为：
式中，ρmix为环状管道内混合流体密度，m/s2；ρcal为标准状态下的密度；μcal为标准状态下的粘度；μmix为混合流体动力粘度，m2/s；
其中，ρmix＝α0ρ0+αwρw+αgρg；式中，α0为混合流体油流占比；ρ0为环状管道内油流流体密度，m/s2；αw为混合流体水流占比；ρw为环状管道内水流流体密度，m/s2；αg为混合流体气体体积占比；ρg为环状管道内气体流体密度，m/s2；
其中，μmix＝α0μ0+αwμw+αgμg；式中，μ0为环状管道内油流流体动力粘度，m2/s；μw为环状管道内水流流体动力粘度，m2/s；μg为环状管道内气体流体动力粘度，m2/s；
其中，所述流槽压降ΔpS的表达式为：
式中，CDS为流槽压力损失系数；AS为流槽横截面积；
其中，流槽压力损失系数CDS的表达式为：
式中，KSin和KSout与环形管道的突然膨胀和突然收缩有关；KSin为环形管道的突然膨胀系数；KSout为环形管道的突然收缩系数；lS为流槽的长度；dS为流槽的直径；
其中，KSin和KSout的表达式分别为：
式中，ASin为流槽的入口面积，m2；ASout为流槽的出口面积，m2。
本发明还提供了一种根据上述任意一种所述的设计方法设计的气井自适应调流控水装置，包括圆形的控制室、与控制室连通的流体入口以及位于控制室中心处的流体出口，所述控制室的圆形腔室内设有外环形挡板和内环形挡板；所述外环形挡板与控制室之间形成外流道，所述外环形挡板与内环形挡板之间形成中流道，所述内环形挡板内形成内流道；所述外环形挡板和内环形挡板分别由两块形状相同的弧形板组成，每一块弧形板均具有第一端和第二端；
其中，所述弧形板的内壁在第一端处向外壁倾斜形成内斜壁，所述弧形板的外壁在第二端处向内壁倾斜形成外斜壁，所述外斜壁与内斜壁平行且外斜壁的长度小于内斜壁的长度；
所述外环形挡板的其中一个弧形板的第一端与另一个弧形板的第二端相对设置并形成两个平行的外环流体入口；所述内环形挡板的其中一个弧形板的第一端与另一个弧形板的第二端相对设置并形成两个平行的内环流体入口。
在一个实施例中，所述流体入口包括主流道和支流道，所述主流道与所述控制室的外壁相切，所述支流道与主流道之间形成夹角且为锐角，所述支流道连通所述主流道和所述控制室，所述支流道的横截面积大于主流道的横截面积。
在一个实施例中，所述流体入口设有两个且在所述控制室的周向上对称设置。
在一个实施例中，所述外环形挡板的两个弧形板的第一端连线与内环形挡板的两个弧形板的第一端连线形成预设夹角。
在一个实施例中，由所述主流道流入外流道的流体的流向与外环流体入口处流体的流向形成的夹角为锐角；由所述支流道流入外流道的流体的流向与外环流体入口处流体的流向形成的夹角为钝角。
在一个实施例中，所述外环流体入口与所述支流道的距离小于与所述主流道的距离，且所述外环流体入口与所述支流道进入所述控制室的入口不重合。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供了一种气井自适应调流控水装置的设计方法，解决了气井用自适应调流控水装置的设计思路不清晰，仿真精度不高等设计问题，这对气井自适应调流控水装置的研制和开发具有积极意义，提高的研究效率，进而增加了气井自适应调流控水装置的控水增产效果，具有广阔的现场应用前景。
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。其中：
图1为本发明气井自适应调流控水装置的设计方法的流程图；
图2为本发明气井自适应调流控水装置的初步几何模型及安装示意图；
图3为本发明气井自适应调流控水装置的结构示意图。
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绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。借此对本发明如何应用技术手段解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不存在冲突，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。
本发明提供一种气井自适应调流控水装置的设计方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1：获得某一段水平井的基础参数；
步骤2：根据该段水平井自适应调流控水装置安装个数，确定每个自适应调流控水装置的流量和入口速度；
步骤3：根据步骤1的基础参数和步骤2的入口速度，进行初步的几何模型设计和仿真计算条件的设置，并对初步的几何模型进行仿真参数探索；
步骤4：对步骤3中初步的几何模型和仿真计算条件的设置进行试验，并将试验后的实验结果与仿真结果进行数据对比；
步骤5：基于DOE正交试验设计将自适应调流控水装置进行数值优化。
优选地，所述步骤1中的基础参数包括：水平井筒参数，该段水平井处储层的流体参数，自适应调流控水装置的约束尺寸；
其中，所述水平井筒参数包括：整个水平井的长度、内外直径以及内外压力差；
所述储层的流体参数包括：液体物理参数，气体物理参数，液体和气体在该段水平井处所占的百分比以及该段水平井处周围的物理环境；
所述约束尺寸为：设计一个容纳自适应性调流控水装置的中心控制结构，并约束所述中心控制结构的长、宽、高；在一个实施例中，所述中心控制结构的长为60mm，宽为50mm，高为13mm。
优选地，所述步骤2中，按照现场实际生产的需求，初步确定该段水平井自适应调流控水装置的安装个数n，再根据水平井已知的总的生产总量Q总，从而确定每个自适应调流控水装置的流量Q1＝Q总/n；再根据每个自适应调流控水装置已知的入口面积A，确定每个自适应调流控水装置的入口速度v＝Q1/A。具体地，将已知的整个筛管的流过的地层的总流量Q总(如图2所示)，均分到已确定数量的每个气井自适应调流控水装置内，然后确定通过单个气井自适应调流控水装置的流量Q1，进而进行气井自适应调流控水装置阻水稳油的结构参数设计。
优选地，所述步骤3中的仿真参数探索包括：边界层厚度、网格划分、网格质量检查、体网格生成以及网格无关性验证；
其中，边界层是指：黏性流体流经固体边壁时，在壁面附近形成的流速梯度明显的流动薄层；边界层厚度是指：从边界层壁面开始，到沿着壁面切向的流动速度达到自由来流速度的99％的位置的垂直于壁面的高度；具体地，边界层的厚度在气井自适应调流控水装置上是指环形管件壁的厚度。网格划分、网格质量检查、体网格生成以及网格无关性验证均属于现有技术，在此不再赘述。
所述步骤3中的仿真计算条件的设置包括：流体流态的划分、湍流模型的选取、多相流模型的选取、边界条件的设置、稳态流场的分析以及瞬态流场的分析。
其中，仿真计算为一种利用现有的计算流体分析软件对要设计气井自适应调流控水装置内流体流动的方式进行动态分析的过程，可以得到流体在装置内流动的流线图、压力变化、流动变化等参数。
具体过程为：1、画出要计算分析的气井自适应调流控水装置的图形；2、通过图形映像，得出流体在气井自适应调流控水装置内的流过通道；3、对流体流过通道划分网格，换而言之，将流体流动的通道离散成一个个点，计算过程中，算出一个个点的流动参数，进而将一个个点的参数组合起来得出流道流体的各项参数；4、设置流体计算参数，包括：流体物性参数(水、油、气的密度、粘度、温度等)、流体流动变化模型、流体物性随压力、温度等条件变化等一些参数；5、设置边界条件，包括：流体的入口，流体的出口、流体入口、出口的油气水三相变化，流体入口、出口的温度、压力、压差等一些边界参数；6、在设定好参数后，开始进行计算；7、进行结果输出，得到流体在自适应控水装置内的流动形态、压力变化、流线变化、油气水三相的流动过程等。
优选地，所述步骤5中，又具体包括以下步骤：
步骤5.1：基于DOE方法建立气井自适应调流控水装置数值优化的样本库；
步骤5.2：构建气井自适应调流控水装置主要几何参数与流过气井自适应调流控水装置的流体压降之间的近似模型，并进行精度预测；
步骤5.3：采用全局优化算法对所述近似模型进行全局优化；
步骤5.4：根据全局优化结果，对气井自适应调流控水装置的压力场、速度场以及压降损失进行分析，对全局优化结果进行进一步的验证。
其中，所述近似模型并不是指具体的计算公式，而是指通过多次的仿真模拟计算得出的自适应调流控水装置的整体近似结构模型。比如说：通过模拟计算分析得出采用圆形通道可以实现油水旋流的差异，通过设置分叉结构可以使得油水流道的转换，通过多次的模拟仿真计算得到最适合的分叉结构的形状和数量。
进一步地，所述精度预测是指各种结构，在确定了近似模型后，对近似模型中的几个关键参数进行优化仿真计算，例如：分叉支部的个数、分叉的最优偏转角度和挡板结构的位置等。
进一步地，所述近似模型得到后，也就得到了整个气井自适应调流控水装置的整体结构，各结构的部件已经明确；全局优化就是在确定了整体结构后再次利用流体数值模拟计算软件计算整体装置中各部分的搭配和参数进行整体的优化，确定各结构的位置、偏转角度、入口角度、分叉角度等参数的优化。
进一步地，全局优化设计过后，整个气井自适应调流控水装置的整体完善结构基本上已经被确定下来，但还要进一步的变换入口的流入流体的参数(油、气、水三相不用的比例，不同的进口压力等)的数模计算来分析压力场、速度场以及压降的变化，进而进一步分析全局优化设计后结构的合理性。
优选地，所述步骤5.1中，又具体包括以下步骤：
步骤5.11：根据自适应调流控水装置的流动阻力的产生公式，确定影响自适应调流控水装置中增加流动阻力，达到调流控水目的的主要几何参数，确定的主要几何参数包括：入口面积、入口数量、支路数量、支路夹角和出口面积；具体地，入口面积与环状通道的直径R相关，入口数量与流量Q1相关，支路数量与流量Q1和环状通道的直径R相关，支路夹角与θ相关，出口直径与喷嘴压降ΔpN相关。
步骤5.12：采用正交试验设计DOE方法，构建气井自适应调流控水装置数值优化的多组实验方案；
步骤5.13：应用数值计算软件对步骤5.12中的多组试验方案进行数值计算；
步骤5.14：根据步骤5.13中数值计算获得的结果，建立样本库。
优选地，所述步骤5.11中，主要几何参数的确定过程如下：
所述流动阻力的产生公式为：根据伯努利方程，通过改变水的流径使水得到最大的流出速度，从而使出口压力最小，使整体自适应调流控水装置获得的最大压降Δp＝ΔpL+ΔpN+ΔpS；其中，ΔpL为环状通道压降；ΔpN为喷嘴压降；ΔpS为流槽压降；
其中，所述环状通道压降ΔpL包括沿程压力损失和局部压力损失；
式中，λ为沿程损失系数；l为环状管道的长度；dl为环状管道的直径；ζ为局部损失系数；ρm环状管道内流体密度，kg/m3；Q是环状管道内通过流量，m3/s；fDC为环状管道的流体分离系数；Al是环状管道的截流面积，m2；
其中，沿程损失系数λ由流动状态决定，沿程损失系数λ的表达式为：
式中，Re为雷诺数；
其中，局部损失系数ζ的表达式为：
式中，R为收缩截面直径；θ为支路夹角；
其中，环状管道的流体分离系数fDC的表达式为：
式中，ρmix为环状管道内混合流体密度，m/s2；ρcal为标准状态下的密度；μcal为标准状态下的粘度；μmix为混合流体动力粘度，m2/s；
其中，ρmix＝α0ρ0+αwρw+αgρg；式中，α0为混合流体油流占比；ρ0为环状管道内油流流体密度，m/s2；αw为混合流体水流占比；ρw为环状管道内水流流体密度，m/s2；αg为混合流体气体体积占比；ρg为环状管道内气体流体密度，m/s2；
其中，μmix＝α0μ0+αwμw+αgμg；式中，μ0为环状管道内油流流体动力粘度，m2/s；μw为环状管道内水流流体动力粘度，m2/s；μg为环状管道内气体流体动力粘度，m2/s；
其中，所述流槽压降ΔpS的表达式为：
式中，CDS为流槽压力损失系数；AS为流槽横截面积；
其中，流槽压力损失系数CDS的表达式为：
式中，KSin和KSout与环形管道的突然膨胀和突然收缩有关；KSin为环形管道的突然膨胀系数；KSout为环形管道的突然收缩系数；lS为流槽的长度；dS为流槽的直径；
其中，KSin和KSout的表达式分别为：
式中，ASin为流槽的入口面积，m2；ASout为流槽的出口面积，m2。
本发明还一种根据上述任意一种所述的设计方法设计的气井自适应调流控水装置，如图3所示，包括圆形的控制室1、与控制室1连通的流体入口2以及位于控制室中心处的流体出口3，所述控制室1的圆形腔室内设有外环形挡板4和内环形挡板5；所述外环形挡板4与控制室1之间形成外流道，所述外环形挡板4与内环形挡板5之间形成中流道，所述内环形挡板5内形成内流道；所述外环形挡板4和内环形挡板5分别由两块形状相同的弧形板组成，每一块弧形板均具有第一端和第二端；
其中，所述弧形板的内壁在第一端处向外壁倾斜形成内斜壁6，所述弧形板的外壁在第二端处向内壁倾斜形成外斜壁7，所述外斜壁7与内斜壁6平行且外斜壁6的长度小于内斜壁7的长度；
所述外环形挡板4的其中一个弧形板的第一端与另一个弧形板的第二端相对设置并形成两个平行的外环流体入口41；所述内环形挡板5的其中一个弧形板的第一端与另一个弧形板的第二端相对设置并形成两个平行的内环流体入口51。
优选地，所述流体入口2包括主流道21和支流道22，所述主流道21与所述控制室1的外壁相切，所述支流道22与主流道21之间形成夹角且为锐角，所述支流道22连通所述主流道21和所述控制室1，所述支流道22的横截面积大于主流道21的横截面积。
优选地，所述流体入口2设有两个且在所述控制室1的周向上对称设置。
优选地，所述外环形挡板4的两个弧形板的第一端连线与内环形挡板5的两个弧形板的第一端连线形成预设夹角。
优选地，由所述主流道21流入外流道的流体的流向(本实施例中为逆时针)与外环流体入口41处流体的流向形成的夹角为锐角；由所述支流道22流入外流道的流体的流向与外环流体入口41处流体的流向形成的夹角为钝角；同理，由所述外环流体入口41流入中流道的流体的流向(本实施例中为逆时针)与内环流体入口51处流体的流向形成的夹角为锐角。优选地，所述外环流体入口41与所述支流道22的距离小于与所述主流道21的距离，且所述外环流体入口41与所述支流道22进入所述控制室1的入口不重合。
本发明的结构对于大雷诺数流动，水的惯性力占主导作用，水流趋向于保持原有流动方向。因此，水大部分流入主流道。从主流道进入圆形控制室的水速度较高，相对于出口有很大的角动量，水在圆形控制室内持续高速旋转。相对于圆形控制室的中心产生很大的压力差。水流高速旋转，抑制了水的流出量。在圆形控制室设置两层环形挡板阻挡了水沿径向的流动，进一步增大了流体入口与流体出口的压力差。
而天然气流动的粘滞阻力占主导作用，从流体入口流入的气体沿着压力梯度下降最快的方向流动。气体流入主流道和支流道的比例相近。流体分别从主流道和支流道进入圆形控制室，两股流体的角动量相反，在圆形控制室的腔室内角动量相互抵消。因此，圆形控制室内的气体旋转速度很小，在压差的作用下，气体直接从流体出口流出。因此本发明装置对水的阻力很大，对气的阻力很小。
虽然已经参考如上优选实施例对本发明进行了描述，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (12)
1.一种气井自适应调流控水装置的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获得某一段水平井的基础参数；
步骤2：根据该段水平井自适应调流控水装置安装个数，确定每个自适应调流控水装置的流量和入口速度；
步骤3：根据步骤1的基础参数和步骤2的入口速度，进行初步的几何模型设计和仿真计算条件的设置，并对初步的几何模型进行仿真参数探索；
步骤4：对步骤3中初步的几何模型和仿真计算条件的设置进行试验，并将试验后的实验结果与仿真结果进行数据对比；
步骤5：基于DOE正交试验设计将自适应调流控水装置进行数值优化，数值优化包括以下步骤：
步骤5.1：基于DOE方法建立气井自适应调流控水装置数值优化的样本库；
步骤5.2：构建气井自适应调流控水装置主要几何参数与流过气井自适应调流控水装置的流体压降之间的近似模型，并进行精度预测；
步骤5.3：采用全局优化算法对所述近似模型进行全局优化；
步骤5.4：根据全局优化结果，对气井自适应调流控水装置的压力场、速度场以及压降损失进行分析，对全局优化结果进行进一步的验证。
2.根据权利要求1所述的气井自适应调流控水装置的设计方法，其特征在于，所述步骤1中的基础参数包括：水平井筒参数，该段水平井处储层的流体参数，自适应调流控水装置的约束尺寸；
其中，所述水平井筒参数包括：整个水平井的长度、内外直径以及内外压力差；
所述储层的流体参数包括：液体物理参数，气体物理参数，液体和气体在该段水平井处所占的百分比以及该段水平井处周围的物理环境；
所述约束尺寸为：设计一个容纳自适应性调流控水装置的中心控制结构，并约束所述中心控制结构的长、宽、高。
3.根据权利要求2所述的气井自适应调流控水装置的设计方法，其特征在于，所述步骤2中，按照现场实际生产的需求，初步确定该段水平井自适应调流控水装置的安装个数n，再根据水平井已知的总的生产总量Q总，从而确定每个自适应调流控水装置的流量Q1＝Q总/n；再根据每个自适应调流控水装置已知的入口面积A，确定每个自适应调流控水装置的入口速度v＝Q1/A。
4.根据权利要求3所述的气井自适应调流控水装置的设计方法，其特征在于，所述步骤3中的仿真参数探索包括：边界层厚度、网格划分、网格质量检查、体网格生成以及网格无关性验证；
所述步骤3中的仿真计算条件的设置包括：流体流态的划分、湍流模型的选取、多相流模型的选取、边界条件的设置、稳态流场的分析以及瞬态流场的分析。
5.根据权利要求4所述的气井自适应调流控水装置的设计方法，其特征在于，所述步骤5.1中，又具体包括以下步骤：
步骤5.11：根据自适应调流控水装置的流动阻力的产生公式，确定影响自适应调流控水装置中增加流动阻力，达到调流控水目的的主要几何参数，确定的主要几何参数包括：入口面积、入口数量、支路数量、支路夹角和出口面积；
步骤5.12：采用正交试验设计DOE方法，构建气井自适应调流控水装置数值优化的多组实验方案；
步骤5.13：应用数值计算软件对步骤5.12中的多组试验方案进行数值计算；
步骤5.14：根据步骤5.13中数值计算获得的结果，建立样本库。
6.根据权利要求5所述的气井自适应调流控水装置的设计方法，其特征在于，所述步骤5.11中，主要几何参数的确定过程如下：
所述流动阻力的产生公式为：根据伯努利方程，通过改变水的流径使水得到最大的流出速度，从而使出口压力最小，使整体自适应调流控水装置获得的最大压降Δp＝ΔpL+ΔpN+ΔpS；其中，ΔpL为环状通道压降；ΔpN为喷嘴压降；ΔpS为流槽压降；
其中，所述环状通道压降ΔpL包括沿程压力损失和局部压力损失；
式中，λ为沿程损失系数；l为环状管道的长度；dl为环状管道的直径；ζ为局部损失系数；ρm环状管道内流体密度，kg/m3；Q是环状管道内通过流量，m3/s；fDC为环状管道的流体分离系数；Al是环状管道的截流面积，m2；
其中，沿程损失系数λ由流动状态决定，沿程损失系数λ的表达式为：
式中，Re为雷诺数；
其中，局部损失系数ζ的表达式为：
式中，R为收缩截面直径；θ为支路夹角；
其中，环状管道的流体分离系数fDC的表达式为：
式中，ρmix为环状管道内混合流体密度，m/s2；ρcal为标准状态下的密度；μcal为标准状态下的粘度；μmix为混合流体动力粘度，m2/s；
其中，ρmix＝α0ρ0+αwρw+αgρg；式中，α0为混合流体油流占比；ρ0为环状管道内油流流体密度，m/s2；αw为混合流体水流占比；ρw为环状管道内水流流体密度，m/s2；αg为混合流体气体体积占比；ρg为环状管道内气体流体密度，m/s2；
其中，μmix＝α0μ0+αwμw+αgμg；式中，μ0为环状管道内油流流体动力粘度，m2/s；μw为环状管道内水流流体动力粘度，m2/s；μg为环状管道内气体流体动力粘度，m2/s；
其中，所述流槽压降ΔpS的表达式为：
式中，CDS为流槽压力损失系数；AS为流槽横截面积；
其中，流槽压力损失系数CDS的表达式为：
式中，KSin和KSout与环形管道的突然膨胀和突然收缩有关；KSin为环形管道的突然膨胀系数；KSout为环形管道的突然收缩系数；lS为流槽的长度；dS为流槽的直径；
其中，KSin和KSout的表达式分别为：
式中，ASin为流槽的入口面积，m2；ASout为流槽的出口面积，m2。
7.一种根据权利要求1-6任意一种所述的设计方法设计的气井自适应调流控水装置，包括圆形的控制室、与控制室连通的流体入口以及位于控制室中心处的流体出口，其特征在于，所述控制室的圆形腔室内设有外环形挡板和内环形挡板；所述外环形挡板与控制室之间形成外流道，所述外环形挡板与内环形挡板之间形成中流道，所述内环形挡板内形成内流道；所述外环形挡板和内环形挡板分别由两块形状相同的弧形板组成，每一块弧形板均具有第一端和第二端；
其中，所述弧形板的内壁在第一端处向外壁倾斜形成内斜壁，所述弧形板的外壁在第二端处向内壁倾斜形成外斜壁，所述外斜壁与内斜壁平行且外斜壁的长度小于内斜壁的长度；
所述外环形挡板的其中一个弧形板的第一端与另一个弧形板的第二端相对设置并形成两个平行的外环流体入口；所述内环形挡板的其中一个弧形板的第一端与另一个弧形板的第二端相对设置并形成两个平行的内环流体入口。
8.根据权利要求7所述的气井自适应调流控水装置，其特征在于，所述流体入口包括主流道和支流道，所述主流道与所述控制室的外壁相切，所述支流道与主流道之间形成夹角且为锐角，所述支流道连通所述主流道和所述控制室，所述支流道的横截面积大于主流道的横截面积。
9.根据权利要求7所述的气井自适应调流控水装置，其特征在于，所述流体入口设有两个且在所述控制室的周向上对称设置。
10.根据权利要求7所述的气井自适应调流控水装置，其特征在于，所述外环形挡板的两个弧形板的第一端连线与内环形挡板的两个弧形板的第一端连线形成预设夹角。
11.根据权利要求8所述的气井自适应调流控水装置，其特征在于，由所述主流道流入外流道的流体的流向与外环流体入口处流体的流向形成的夹角为锐角；由所述支流道流入外流道的流体的流向与外环流体入口处流体的流向形成的夹角为钝角。
12.根据权利要求8所述的气井自适应调流控水装置，其特征在于，所述外环流体入口与所述支流道的距离小于与所述主流道的距离，且所述外环流体入口与所述支流道进入所述控制室的入口不重合。
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