一種均衡入流剖面穩油阻水裝置製造方法
2023-12-04 08:05:11 2
一種均衡入流剖面穩油阻水裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種均衡入流剖面穩油阻水裝置，屬於油田完井領域。本裝置包括同軸線設置的第一外筒、第二外筒、第一內筒、第二內筒、噴管和彈簧；所述第一外筒的一端與第二外筒的一端連接；所述第一內筒插接在第一外筒和第二外筒的內腔中，其與第二外筒的接觸處為過盈配合，其右側端部與第二外筒固定在一起，其與第一外筒之間形成第一層環空；在所述第一層環空內依次安放所述彈簧及噴管，彈簧的一端頂在第二外筒內的臺階上，另一端頂住噴管；所述噴管能夠沿軸向移動；所述彈簧和噴管是套在第一內筒外的；在所述第一內筒上開有多組導流小孔；所述第二內筒直接插入第一內筒中，兩者接觸處為過盈配合，其右側端部與第一內筒固定。
【專利說明】一種均衡入流剖面穩油阻水裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於油田完井領域，涉及水平井篩管控水完井技術，具體涉及一種均衡入流剖面穩油阻水裝置。
【背景技術】
[0002]水平井作為油氣田開發的一項先進技術，已應用於大多數類型的油氣藏。在均勻油藏中，水平井採油過程中受到流動壓降的影響，其跟端的壓降和流量都要比趾端大的多；在非均質油藏中，由於高滲流體的突進，跟趾效應尤為明顯。由此產生的不均勻剖面，一旦遇水或氣，極易發生錐進，導致趾端流體流動受阻，油井產量將大大降低。
[0003]上世紀90年代，調流控水技術被引入到油田完井中。利用膨脹封隔器將水平井進行分段完井，在每個篩管節點上安放流入控制裝置，其作用是:增加附加壓差，限制高滲段產量，均衡流入剖面，延緩錐進現象，最終提高油井的總產量。
[0004]現有的流入控制裝置工作原理大致分為:利用動量變化產生壓降(流過孔、噴嘴或者改變方向)，利用摩擦產生壓降(通過管道流動)、或者利用前兩者的結合。因此，流入控制裝置按照工作機理可分為:噴嘴型、螺旋通道型和混合型。
[0005]噴嘴型流入控制裝置通過使流體流過若干結構尺寸預先設置好的噴嘴，通過節流作用產生附加壓降。其優點是結構簡單，下井前可以根據井下情況對噴嘴數量進行及時調配，壓降損失與流體粘度無關；缺點是易受到高速流體攜帶顆粒的衝蝕，發生堵塞。
[0006]螺旋通道型流入控制裝置通過使流體流過預先設計好的螺旋通道或彎曲通道，在摩擦阻力作用下產生附加壓降。其優點是過流面積大，有效避免了流體的衝蝕和堵塞；缺點是流動阻力與流體密度和粘度密切相關，會使水/氣由於油流動，導致井筒內過早見水/氣。
[0007]混合型流入控制裝置是前兩者的綜合，為獲得相同的流動阻力，由於摩擦阻力作用，其過流面積比噴嘴型流入控制裝置大；由於節流阻力作用，和螺旋通道型流入控制裝置相比,其對流體粘度的敏感型相對降低。
[0008]以上三種流入控制裝置，其尺寸或數量需在完井之前或完井時，根據地層固定流量進行設置，一旦投入生產便不能進行調節。但在實際情況下，地層中相同位置的流量在整個採油過程中也會發生變化，這時所需阻力也會相應發生變化，預先設計的流入控制器就可能會失去作用。
實用新型內容
[0009]本實用新型的目的在於防止水平井的底水錐進，克服過早見水的問題，提供一種均衡入流剖面穩油阻水裝置，使其能夠根據流體流量自動調節所產生的附加阻力，減小跟趾效應和油層非均質性的影響，均衡流入剖面，提高油井的產油量。同時，提高裝置對不同複雜地層的適應能力，擴大裝置適用範圍，做到結構簡單，經濟有效。
[0010]本實用新型是通過以下技術方案實現的:
[0011]一種均衡入流剖面穩油阻水裝置，包括同軸線設置的第一外筒、第二外筒、第一內筒、第二內筒、噴管和彈簧；
[0012]所述第一外筒的一端與第二外筒的一端連接；
[0013]所述第一內筒插接在第一外筒和第二外筒的內腔中，其與第二外筒的接觸處為過盈配合，其右側端部與第二外筒固定在一起，其與第一外筒之間形成第一層環空；
[0014]在所述第一層環空內依次安放所述彈簧及噴管，彈簧的一端頂在第二外筒內的臺階上，另一端頂住噴管；所述噴管能夠沿軸向移動；所述彈簧和噴管是套在第一內筒外的；
[0015]在所述第一內筒上開有多組導流小孔；
[0016]所述第二內筒直接插入第一內筒中，兩者接觸處為過盈配合，其右側端部與第一內筒固定；在所述第二內筒上設有螺旋通道；在螺旋通道的尾部設有導流大孔；
[0017]在所述第二內筒上對應第一內筒上開導流小孔的位置設有第二層環空；所述螺旋通道的一端與第二層環空連通，另一端與所述導流大孔連通，從而引導進入第二層環空的流體進過螺旋通道的沿程摩阻節流後經由導流大孔流入第二內筒內；
[0018]流體從第一層環空進入噴管，從噴管流出後經過第一內筒上的導流小孔進入第二層環空，再通過第二內筒上的螺旋通道後經過導流大孔進入第二內筒的內腔中；
[0019]當噴管沿軸向壓縮彈簧時，能夠堵住部分小孔。
[0020]在第一內筒上的每組小孔包括5-10個小孔，單個小孔的直徑為2_4mm ;每組的導流小孔沿與第一內筒的軸線平行的方向依次設置。
[0021]在第一內筒圓周方向上每隔90度設有一組導流小孔。
[0022]所述第一外筒帶有公扣螺紋，第二外筒帶有母扣螺紋，兩者通過螺紋連接，在螺紋連接處設有密封圈。
[0023]所述噴管為中空的環形套管，其內徑為3_6mm。
[0024]所述第二內筒上的導流大孔的直徑大於等於8mm。
[0025]在圓周上每隔90度設有一個導流大孔。
[0026]所述螺旋通道是直接在第二內筒的外壁上加工形成的。
[0027]另外，所述螺旋通道也可採用導管纏繞在第二內筒的外壁上形成，導管的直徑為5?7mm,導管的入口端與第一內筒和第二內筒的接觸處密封,保證進入第二環空的流體全部進入螺旋導管中，保證進入第二層環形空間的流體必須經過螺旋導管才能經由導流大孔流出穩油控水裝置。
[0028]與現有技術相比，本實用新型的有益效果是:增加附加壓差，限制高滲段產量，均衡流入剖面，延緩水/氣錐進，提高油井產量；在無需外界介入的情況下，可根據流體流量自動調節附加阻力的大小，過流面積大，具有自潔作用，防衝蝕和堵塞，適用性更強；結構簡單，安全可靠，經濟實用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1是本實用新型的整體結構示意圖。
[0030]圖2是第一外筒的結構示意圖。
[0031]圖3是第二外筒的結構示意圖。
[0032]圖4是第一內筒的結構示意圖。
[0033]圖5是第二內筒的結構示意圖。
[0034]圖6是螺旋通道的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述:
[0036]圖1所示為本實用新型雙層流道混合型自主調節流入控制裝置結構示意圖，本發明流道區域主要由第一層環空1、活動噴管2、彈簧3 (活動噴管2與彈簧3在該裝置成型後就裝備在一起不需要再次進行更換)、第二層環空4、螺旋通道7 (螺旋通道7有兩種設置方法，第一種如圖6中所示，螺旋通道直接設置在第二內筒的外壁上，然後通過與上部外套的緊密配合實現流體沿螺旋通道的流出；第二種方法是沿第二內筒的外壁設置多圈環形管道，管道的直徑在5?7mm之間。兩種方法各有利弊，第一種方法直接在內筒上加工螺旋通道，加工相對複雜，並且螺旋通道的凸出部分與上部外套內壁的緊密貼合屬於整個面過盈配合，裝配有一定的難度，但該種方法充分利用了第二內筒，部件相對較少，過流面積較大，方便流體流動。採用環形管道的方法，過流面積相對較小，但在流體控制精確度相對較高，裝備難度相對較低。)、基管5(包括第一內筒和第二內筒)及孔道組成。所述孔道可以分為兩個部分，第一個部分孔道為開在第一內筒上的小孔6，為一連竄的5-10個小孔，每個小孔直徑在2?4_之間，優選採用每隔90度有一連竄小孔，共4連竄，也可採用其它排列方式，與之相對應的，為了便於噴管2對小孔的封堵，噴管2的內側形狀也要與小孔所開位置的弧度一致，第一內筒主要起到控制流體流量的目的。當進入流入控制器的流體流量過大時，噴管2延軸向運動壓縮彈簧，並同時覆蓋一部分小孔，使得通過小孔進入第二層環空區域4的流體的流量減小，流體的流量越大，噴管2延軸向運動壓縮彈簧就越多，覆蓋的小孔的數量也就越多，通過小孔進入第二層環空區域4的流體的流量就越小，反之，進入流入控制器的流體流量較小時，噴管2延軸向運動壓縮彈簧的量較小，覆蓋一部分小孔的數量較少，通過小孔進入第二層環空區域4的流動空間較大，流入的流體的量也就相對較多。
[0037]第二個部分孔道是安裝在第二內筒上的大孔8，該大孔的直徑較大，大於等於8mm即可，一般為8-12_，優選每隔90度有一個孔，共4個，也可採用其它排列方式，主要起到將流過旋流通道的流體弓I入基管內的目的，對通過旋流通道的流體不起任何的節流作用。)。
[0038]噴管2被安放在第一內筒外的第一層環空4內，其一端與彈簧連接,只能做延軸向的壓縮彈簧的往復運動。噴管本身是個中空的環形套管，噴管的內徑為3-6_，當進入穩油控水裝置的流體的流量過大時，由於噴管受到流體的推力作用從而壓縮彈簧，噴管的軸向運動阻擋了部分小孔，減少了流體進入第二層空間的導流小孔的數量，從而導致流入第二層空間的流體的減少，實現對通過穩油控水裝置的流量的減少。
[0039]從結構上來說，該穩油阻水裝置共有5個部件組成，分別為:帶公扣螺紋的第一外筒(如圖2所示)、帶母扣螺紋的第二外筒(如圖3所示)，帶一連竄小孔的第一內筒(如圖4所示)、帶直徑較大孔的第二內筒(如圖5所示)、以及螺旋通道(如圖6所示)，組合安裝時，第一外筒和第二外筒採用螺紋連接，在螺紋連接處設有兩道密封圈以確保進入穩油阻水裝置的流體不外洩，第一內筒插接在第二外筒上，採用過盈配合，其右側端部與第二外筒焊接在一起，第一內筒與第一外筒之間形成的空間即為第一層環空，裡面安放噴管及彈簧，進入第一環空內的流體必須通過噴管，再經過噴管後的導流小孔流入第二環形空間，並且噴管也只能做延軸向的壓縮和放鬆彈簧的往復運動。第二內筒直接插入第一內筒，採用過盈配合，在右側端部與第一內筒焊接，螺旋通道可直接在第二內筒上加工出，也可採用導管纏繞在第二內筒上，但導管的入口端要進行密封，保證進入第二環空的流體全部進入螺旋導管中。
[0040]跟以往的流入控制裝置相比，本裝置多了一層環空，見圖1。首先，流體流經篩管進入裝置的第一層環空1，該層環空中有一活動噴管2，通過彈簧3 (彈簧3可採用焊接的方法固定在第二外筒的特定位置上，主要採用整個端面與固定在外套的特定位置整體焊接，此外在彈簧的左右兩側均是外套的凹陷壁面，從而保證了彈簧只能做延流體流動方向的軸向壓縮運動。)與環空末端連接。噴管2的下遊是一系列小孔(即第一內筒上的一連串小孔)，流體流經小孔可以到達第二層環空4 (流體進入到噴管2後，由噴管2流出的流體先進入噴管2出口與彈簧固定端壁面之間的空間，然後流經彈簧固定端壁面之間的空間下面所餘留的小孔進入到第二層環空4。)，第二層環空4內的結構與螺旋通道型流入控制裝置相同，由螺旋通道7組成，流體流經螺旋通道7通過導流大孔8流入基管5。
[0041]本設計主要針對同一位置流體的流量變化，使裝置能夠在不同的流量下提供不同的阻力壓降，因而具有更加廣泛的適用性。當流量較小時，流體流經噴管2下遊的一連竄小孔(即溝通第一層環空與第二層環空的一連竄小孔)、螺旋通道5、導流大孔8到達基管5內與主流匯合，噴管2在流體衝擊力、管壁摩擦力和彈簧反彈力作用下形成動態平衡；當流量加大，彈簧3被壓縮，同時噴管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連通了，而未被堵死的小孔的孔道仍連通著，由於流入進入第二層環空4的孔道減少了，進而限制了地層流體的流入)，使得流體流動的阻力變大；流量達到一定程度以後，彈簧被壓死(小孔未全堵死)，該裝置提供的阻力達到最大值。
[0042]該裝置充分利用了螺旋通道進行流入控制、過流面積大，具有自潔作用、能夠有效避免了流體的衝蝕和堵塞等優點，又避免了螺旋通道在控制井下大流量或過低流量下被動控水的不足。在第一層流入控制噴管的作用下，可以根據設定的流量來設置螺旋型通道的長度，從而更好的對入流的流體進行控制，達到主動控液的目的。
[0043]流體流經篩管進入本裝置的第一層環空1，由流體力學知，一定流量的流體會對活動噴管2產生一定的衝擊力，加上活動噴管2與外套間的摩擦力和彈簧反彈力三者之間可形成動態平衡。流體持續穩定的通過孔道小孔到達第二層環空區域4，流經螺旋通道7再次獲得一個由摩擦阻力產生的附加壓降。最後通過第二層環空區域中的導流大孔8到達基管5與主流匯合。
[0044]如前所述，因為噴管2主要起到控制流體流量的作用，當流入流體控制器中噴管2的流體過多時，噴管2要壓縮彈簧，使得通過噴管2的流體進入第二層空間的通過孔的數量減小。噴管2既要起到封堵部分小孔的作用，又要在噴管壓縮彈簧的軸向運動中不產生較大的附加摩擦阻力。因此，噴管2與外套和基管5之間是間隙配合，但間隙的量較少在0.3mm以下，此外噴管2與外套和基管5的接觸面的加工精度較高，其加工精度在0.0016mm以下。這樣既保證了噴管的自由軸向運動，也保證了噴管2的封堵作用。
[0045]小孔6中的一系列連續小孔是開在第一內筒上，這一系列小孔使得流入控制器的第一層環空區域與第二層環空區域4相連通，也對流入穩油阻水裝置的流量起控制作用，進入穩油阻水裝置的流體均要通過這一系列小孔進入環空4。
[0046]當流體流量逐漸增加時，流體對活動噴管2產生的衝擊力逐漸增加，當該衝擊力增加到大於彈簧彈力與管壁對噴管摩擦力的合力的時候，一定數量的小孔6會被堵死，流體流動的阻力增大；當流量達到一定程度以後，彈簧被壓死，大部分的孔道被堵死，裝置提高的阻力達到最大值。從而均衡流體流入剖面，延緩水/氣的錐進，並且根據流體流量自動調節附加阻力的大小，適用性變得更強。
[0047]該裝置可以有效的增加附加壓降，限制高滲段產量，均衡流入剖面，延緩水/氣錐進現象，提高油井的總產量。在此基礎上，通過添加彈簧控制的活動噴管，配合噴管在動平衡過程中的堵孔的設計，使裝置能夠對不同流量情況自動調整阻力大小，使其適用範圍更廣。本發明結構簡單，安全可靠，經濟實用。
[0048]上述技術方案只是本實用新型的一種實施方式，對於本領域內的技術人員而言，在本實用新型公開了原理的基礎上，很容易做出各種類型的改進或變形，而不僅限於本實用新型上述具體實施例所描述的結構，因此前面描述的只是優選的，而並不具有限制性的意義。
【權利要求】
1.一種均衡入流剖面穩油阻水裝置，其特徵在於:所述均衡入流剖面穩油阻水裝置包括同軸線設置的第一外筒、第二外筒、第一內筒、第二內筒、噴管和彈簧； 所述第一外筒的一端與第二外筒的一端連接； 所述第一內筒插接在第一外筒和第二外筒的內腔中，其與第二外筒的接觸處為過盈配合，其右側端部與第二外筒固定在一起，其與第一外筒之間形成第一層環空； 在所述第一層環空內依次安放所述彈簧及噴管，彈簧的一端頂在第二外筒內的臺階上，另一端頂住噴管；所述噴管能夠沿軸向移動；所述彈簧和噴管是套在第一內筒外的； 在所述第一內筒上開有多組導流小孔； 所述第二內筒直接插入第一內筒中，兩者接觸處為過盈配合，其右側端部與第一內筒固定；在所述第二內筒上設有螺旋通道；在螺旋通道的尾部設有導流大孔； 在所述第二內筒上對應第一內筒上開導流小孔的位置設有第二層環空；所述螺旋通道的一端與第二層環空連通，另一端與所述導流大孔連通； 當噴管沿軸向壓縮彈簧時，能夠堵住部分小孔。
2.根據權利要求1所述的均衡入流剖面穩油阻水裝置，其特徵在於:在第一內筒上的每組小孔包括5-10個導流小孔，單個導流小孔的直徑為2-4mm ;每組的導流小孔沿與第一內筒的軸線平行的方向依次設置。
3.根據權利要求2所述的均衡入流剖面穩油阻水裝置，其特徵在於:在第一內筒圓周方向上每隔90度設有一組導流小孔。
4.根據權利要求3所述的均衡入流剖面穩油阻水裝置，其特徵在於:所述噴管為中空的環形套管，其內徑為3-6mm。
5.根據權利要求4所述的均衡入流剖面穩油阻水裝置，其特徵在於:所述第二內筒上的導流大孔的直徑大於等於8_。
6.根據權利要求5所述的均衡入流剖面穩油阻水裝置，其特徵在於:在圓周上每隔90度設有一個導流大孔。
7.根據權利要求1至6任一所述的均衡入流剖面穩油阻水裝置，其特徵在於:所述第一外筒帶有公扣螺紋，第二外筒帶有母扣螺紋，兩者通過螺紋連接，在螺紋連接處設有密封圈。
8.根據權利要求1至6任一所述的均衡入流剖面穩油阻水裝置，其特徵在於:所述螺旋通道是直接在第二內筒的外壁上加工形成的。
9.根據權利要求1至6任一所述的均衡入流剖面穩油阻水裝置，其特徵在於:所述螺旋通道採用導管纏繞在第二內筒的外壁上形成，導管的直徑為5?7_，導管的入口端與第一內筒和第二內筒的接觸處密封。
【文檔編號】E21B43/32GK204163705SQ201420479363
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年8月22日 優先權日:2014年8月22日
【發明者】趙旭, 薛亮, 朱曉麗, 張輝, 侯倩, 姚志良, 張超, 熬竹青, 張金法 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院