一種流入控制閥的製作方法
2024-02-05 14:06:15
本發明涉及水平井儲層採收領域，特別是涉及一種能夠很好地控制油氣層中流體混合物流入到生產管線的流入控制閥。
背景技術：
水平井指井斜角達到或接近90°，井深沿著水平方向鑽進一定長度的井。一般來說，水平井適用於薄的油氣層或裂縫性油氣藏，目的在於增大油氣層的裸露面積。在生產過程中，由於流體的流動摩擦阻力影響，沿著水平井的流動方向上，油氣層與水平井生產管線上的壓差不斷地變化，這樣就導致上遊處和下遊處生產速度不一致。為了使整個生產管線上的生產速度均勻，水平井生產管線會布置很多靜態的流入控制閥以便控制油氣層中油、水和氣的流入。在水平井生產前期，靜態的流入控制閥具有很好的工作特性，但隨著生產的進行，油氣層中流體的種類及組成會發生改變，這時靜態的流入控制閥不能對不同成分的油、水和氣及其混合物進行區分，不能在發生水層或氣體層穿透時阻礙或延緩水及氣體的流入，流入控制閥不能保證按照設計的方式具有最佳的流入控制特性，這樣會影響油品的產量和質量。
技術實現要素：
本發明的目的是針對水平井生產油的過程中出現的油品質量差、產量低等問題，提供一種可以自動實現控水控氣的流入控制閥。
本發明所採用的技術方案是：一種流入控制閥，該閥以螺紋連接或者脹接的方式安裝在生產管線上，閥的高度可以隨生產管線的厚度不同而變化，閥在生產管線上的布置可以按照生產工況的不同而調整。本發明控一種流入控制閥由閥座、下閥體、閥芯、上閥體組成。閥座安裝在生產管線上，閥座內部開有階梯孔；下閥體嵌入到閥座的階梯孔中，通過凸臺限定軸向位置，下閥體內部開有錐孔；上閥體上部開圓孔，下部開曲面孔，上閥體以螺紋連接的方式擰在閥座上；閥芯置於由下閥體的錐孔及上閥體的曲面孔所構成的空間之內。
閥芯為由閥芯下錐面、閥芯上曲面及閥芯下流道所構成的實體。
閥芯上曲面與上閥體的曲面孔相對構成曲面流道；閥芯下錐面與下閥體的錐孔相對構成錐形流道，並且閥芯下錐面的斜率要大於閥體的錐孔的斜率，閥芯下流道為均布在閥芯下錐面下端的長條槽，閥芯下錐面與下閥體內部的錐孔貼合時，因為有閥芯下流道，流入閥不會閉死，仍有流體流入生產管線內。
閥芯在油儲層一側壓力為P1，在曲面流道處壓力為P2，在管線一側壓力為P3；上閥體上部圓孔面積為A1，上閥體與閥芯所構成的環形面積為A2，閥芯下部面積為A3，因此作用在閥芯2-3上的合力ΔF可以表示為：ΔF＝P1×A1+P2×A2-P3×A3。
不同的流體由於黏度的不同，流過曲面流道時流動阻力就不同，因而流速也就不同。根據伯努利方程可知，壓強水頭、速度水頭和位置水頭之和恆定。
流體流過的速度越快，曲面流道處壓力P2越小；流過的速度v越慢，曲面流道處壓力P2越大。
油黏度高，流動速度慢，其流過曲面流道時的壓力P2大，這樣閥芯便被儘可能多地壓向下閥體一側，從而允許更多的油流過；水黏度低，流動速度快，其流過時通道內的壓力P2小，這樣閥芯便被儘可能多地壓向上閥體一側，從而允許流過的水便會減少；當流過的流體為氣體時，氣體的黏度更低，流速更快，這時曲面流道趨向於閉合，氣體便幾乎不會通過。當流體為油、水和氣的混合物時，閥芯便可根據其組成自動調整在下閥體的錐孔及上閥體的曲面孔所構成的空間的位置，從而保證更多的油流進生產管線，水和氣則較少地流入。
當閥芯與下閥體接觸，即閥芯上曲面與上閥體的曲面孔相對所構成的曲面流道最大時，閥芯下流道所具有的流動空間應能保證流體完全流過，這是下流道尺寸設計的依據，流出的體積之和大於流入的體積之和。
本發明的優良效果是流入控制閥可以根據油氣層中流體的種類及其成分自動調整閥的流道空間大小，增大油的流入，控制水和氣的流入，防止發生水層和氣層穿透，從而有效地控制油品的產量及質量。
附圖說明
圖1示出了設置有本發明一種流入控制閥的生產管線的正視剖面圖；
圖2示出了設置有本發明一種流入控制閥的生產管線的左視剖面圖；
圖3示出了本發明一種流入控制閥的結構圖；
圖4a示出了本發明一種流入控制閥的閥芯結構正視圖；
圖4b示出了本發明一種流入控制閥的閥芯結構俯視圖；
圖4c示出了本發明一種流入控制閥的閥芯結構仰視圖。
圖中，1—生產管線，2—閥，2-1—閥座，2-2—下閥體，2-3—閥芯，2-4—上閥體，2-3-1—閥芯下錐面，2-3-2—閥芯上曲面，2-3-3—閥芯下流道。
具體實施方式
下面將參考附圖對本發明進行詳細地描述。
圖1、圖2示出了設置有本發明一種流入控制閥的生產管線的剖面圖。其中生產管線1開有圓孔，閥2以螺紋連接或者脹接的方式安裝在生產管線1上，閥2的高度可以隨生產管線1的厚度不同而變化，閥2在生產管線1上的布置可以按照生產工況的不同而調整。
圖3示出了本發明一種流入控制閥的結構。該控制閥由閥座2-1、下閥體2-2、閥芯2-3、上閥體2-4組成。閥座2-1安裝在生產管線1上，其內部開有階梯孔；下閥體2-2嵌入到閥座2-1的階梯孔中，通過凸臺限定軸向位置，其內部開有錐孔；上閥體2-4上部開圓孔，下部開曲面孔，以螺紋連接的方式擰在閥座2-1上；閥芯2-3置於由下閥體2-2的錐孔及上閥體2-4的曲面孔所構成的空間之內。
圖4a、圖4b及圖4c示出了本發明一種流入控制閥的閥芯結構。閥芯2-3為由下錐面2-3-1，上曲面2-3-2及下流道2-3-3所構成的實體。
閥芯上曲面2-3-2與上閥體2-4的曲面孔相對構成曲面流道；閥芯下錐面2-3-1與下閥體2-2的錐孔相對構成錐形流道，並且閥芯下錐面2-3-1的斜率要大於閥體2-2的錐孔的斜率。
閥芯2-3在油儲層一側壓力為P1，在曲面流道處壓力為P2，在管線一側壓力為P3；上閥體2-4上部圓孔面積為A1，上閥體2-4與閥芯2-3所構成的環形面積為A2，閥芯2-3下部面積為A3，因此作用在閥芯2-3上的合力ΔF可以表示為：ΔF＝P1×A1+P2×A2-P3×A3。
不同的流體由於黏度的不同，流過曲面流道時流動阻力就不同，因而流速也就不同。根據伯努利方程可知，壓強水頭、速度水頭和位置水頭之和恆定。
流體流過的速度越快，曲面流道處壓力P2越小，流過的速度越慢，曲面流道處壓力P2越大。
油黏度高，流動速度慢，其流過曲面流道時的壓力P2大，這樣閥芯2-3便被儘可能多地壓向下閥體2-2一側，從而允許更多的油流過；水黏度低，流動速度快，其流過時通道內的壓力P2小，這樣閥芯2-3便被儘可能多地壓向上閥體2-4一側，從而允許流過的水便會減少；當流過的流體為氣體時，氣體的黏度更低，流速更快，這時曲面流道趨向於閉合，氣體便幾乎不會通過。當流體為油、水和氣的混合物時，閥芯2-3便可根據其組成自動調整在下閥體2-2的錐孔及上閥體2-4的曲面孔所構成的空間的位置，從而保證更多的油流進生產管線，水和氣則較少地流入。
當閥芯2-3與下閥體2-2接觸，即閥芯上曲面2-3-2與上閥體2-4的曲面孔相對所構成的曲面流道最大時，閥芯下流道2-3-3所具有的流動空間應能保證流體完全流過。
以上所述及附圖僅用以說明及示意本發明的技術方案，而不是對其進行限制，本發明範圍由所附權利要求進行限定。