CN105649599A - 一种用于油井的自适应式流入控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种用于油井的自适应式流入控制装置，包括外基管和穿设于外基管内部的内基管，外基管的一端开口，外基管的另一端与内基管的外壁的呈封闭连接，内基管的侧壁上靠近外基管的另一端的位置设有贯通的透孔；外基管和内基管之间的环形空间中，且位于透孔与外基管的开口端之间平行间隔设置有多个周向设有缺口的环形卡板，环形卡板的外侧壁与外基管的内壁密封连接，环形卡板的内侧壁与内基管的外壁密封连接，缺口的周向两侧设置有能沿周向伸缩的遇水膨胀单元。该装置能够克服现有技术中存在的结构复杂、适用范围小、易锥进失效等问题，该装置结构简单，有效防止锥进失效，适用范围较广。
Description
技术领域
本发明涉及改善油田开发效果的装置，尤其涉及一种用于油井的自适应式流入控制装置。
背景技术
在长水平井中，由于“跟端效应”和/或储层非均质性的影响，油井在某些位置的产量要远远高于其他位置，从而产生的不均匀生产剖面可能会引起井筒在这些位置过早见水/气。一旦发生锥进，由于其他位置的流动受到限制，油井产量将显著降低。为了消除这种不平衡现象，常用方法有分段射孔与变密度射孔完井、中心管完井等。但这些方法对流入剖面的调控能力有限，难以保证生产剖面足够均匀。
上世纪90年代早期，NorskHydro(挪威海德鲁)公司最先研发了流入控制装置(ICDs)，并于1998年首次成功应用于Troll油田。截止2013年，国内外已相继研发出不同类型的流入控制装置(ICDs)，包括被动式流入控制装置(PICD)和自适应流入控制装置(AICD)。其中，被动式流入控制装置(PICD)，通过均衡入流来延缓见水/气，然而，一旦水/气相发生锥进，由于其粘度较低，将完全占满油井，并抑制油相的流动，致使流入控制装置(ICDs)失效，降低油井产量。现有的自适应流入控制装置(AICD)有平衡片式自适应流入控制装置，其可动平衡片易出现故障，且不能有效控制水锥。还有一种EquiFlowTMAICD,其利用流体惯性力和黏性力的平衡关系来改变流体通过装置时的流道和阻力，不过黏度适用范围小，需要针对不同储层条件专门设计。同时，以上两种自适应流入控制装置(AICD)均存在结构复杂的问题。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种用于油井的自适应式流入控制装置，以克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于油井的自适应式流入控制装置，能够克服现有技术中存在的结构复杂、适用范围小、易锥进失效等问题，该装置结构简单，有效防止锥进失效，适用范围较广。
本发明的目的是这样实现的，一种用于油井的自适应式流入控制装置，所述用于油井的自适应式流入控制装置包括外基管和穿设于所述外基管内部的内基管，所述外基管的一端开口，所述外基管的另一端与所述内基管的外壁的呈封闭连接，所述内基管的侧壁上靠近所述外基管的另一端的位置设有贯通的透孔；所述外基管和所述内基管之间的环形空间中，且位于所述透孔与所述外基管的开口端之间平行间隔设置有多个周向设有缺口的环形卡板，所述环形卡板的外侧壁与所述外基管的内壁密封连接，所述环形卡板的内侧壁与所述内基管的外壁密封连接，所述缺口的周向两侧设置有能沿周向伸缩的遇水膨胀单元。
在本发明的一较佳实施方式中，所述遇水膨胀单元由遇水膨胀材料构成。
在本发明的一较佳实施方式中，所述外基管的内壁、所述缺口、所述内基管的外壁构成射流通道，相邻的两个所述环形卡板、所述外基管的内壁、所述内基管的外壁构成稳流通道，所述射流通道和所述稳流通道相互交替设置。
在本发明的一较佳实施方式中，各所述射流通道位于同一直线上。
在本发明的一较佳实施方式中，所述遇水膨胀单元膨胀扩张后，所述射流通道的过流面积缩小至初始过流面积的0～90％。
在本发明的一较佳实施方式中，所述稳流通道的轴向长度为所述射流通道的轴向长度的5倍。
在本发明的一较佳实施方式中，所述环形卡板的材质为不锈钢。
在本发明的一较佳实施方式中，所述遇水膨胀单元通过橡胶元件设置于所述环形卡板的缺口的周向两侧。
在本发明的一较佳实施方式中，所述环形卡板的外壁上设有周向凹槽，所述周向凹槽内部设置有与所述外基管的内壁密封抵靠的密封胶条。
在本发明的一较佳实施方式中，所述外基管的一端的内壁与所述内基管的外壁之间形成流体环形入口。
由上所述，本发明提供的用于油井的自适应式流入控制装置，基于射流原理和遇水膨胀材料涨缩原理，该装置能够识别流体类型并根据流体性质自动调整其通过装置的流动阻力，内基管、外基管之间的环形空间中设有环形卡板，通过环形卡板上的狭窄缺口形成射流通道，并且在环形卡板的狭窄缺口的两侧设有遇水膨胀单元，未见水前，装置对流体具有一定阻力，能够抵消跟端效应和储层非均质性的影响，见水后，流动阻力将显著增加，出水层段的流动受到显著抑制，保证油气井长期稳产；该装置结构简单，成本投入低，适用流体范围广，有利于广泛推广使用。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1：为本发明的用于油井的自适应式流入控制装置的等轴测剖视示意图。
图2：为本发明的用于油井的自适应式流入控制装置的剖视示意图。
图3：为图2中的A向示意图。
图4：为本发明的用于油井的自适应式流入控制装置使用状态示意图。
图中：100、用于油井的自适应式流入控制装置；1、外基管；10、流体环形入口；11、端板；111、端板过孔；2、内基管；21、透孔；3、环形卡板；31、缺口；32、周向凹槽；33、密封胶条；4、遇水膨胀单元；51、射流通道；52、稳流通道；8、水平井；9、油管。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1、图2所示，本发明的用于油井的自适应式流入控制装置100，包括外基管1和穿设于外基管1内部的内基管2，外基管1和内基管2同轴设置，外基管1的一端开口，外基管1的另一端与内基管2的外壁的呈封闭连接，内基管2的两端可连接油管9，或者与另一用于油井的自适应式流入控制装置100的内基管相连接；在本实施方式中，外基管1的一端的内壁与内基管2的外壁之间形成流体环形入口10，外基管1的另一端设置有与外基管2管体一体成型的端板11，端板11上设置有密封穿设内基管2的端板过孔111；内基管2的侧壁上靠近外基管1的另一端的位置设有贯通的透孔21，水平井8中的液体经流体环形入口10进入外基管1和内基管2之间的环形空间，最后经透孔21进入内基管2内部，再经与内基管2连接的油管9(现有技术)返回地面；外基管1和内基管2之间的环形空间中，且位于透孔21与外基管2的开口端之间平行间隔设置有多个周向设有缺口31的环形卡板3，在本实施方式中，环形卡板3的材质为不锈钢；环形卡板3的外侧壁与外基管1的内壁密封连接，环形卡板3的内侧壁与内基管2的外壁密封连接，缺口31的周向两侧(即环形卡板3的两端)设置有能沿周向伸缩的遇水膨胀单元4。
进一步，如图1、图2、图3所示，外基管1的内壁、缺口31、内基管2的外壁构成射流通道51，相邻的两个环形卡板3、外基管1的内壁、内基管2的外壁构成稳流通道52，射流通道51和稳流通道52相互交替设置。在本实施方式中，各射流通道51位于同一直线上，在一具体实施例中，稳流通道52的轴向长度为射流通道51的轴向长度的5倍，使得液体经过射流通道51后能充分稳定流速。
进一步，遇水膨胀单元4膨胀扩张后，射流通道51的过流面积缩小至初始过流面积的0～90％。缺口31的周向宽度尺寸为环形卡板3周长的5％-20％，确保射流通道51能够形成有效形成液体射流，并满足遇水膨胀单元4扩张减小射流通道51的过流面积的要求。当液体含水率为零或者很小时，液体经过流体环形入口10进入外基管1和内基管2之间的环形空间，遇水膨胀单元4不发生膨胀，液体经由射流通道51后在稳流通道52内射流核很快消失，流动稳定，流动阻力较小；当液体含水率增大时，液体经过流体环形入口10进入外基管1和内基管2之间的环形空间，遇水膨胀单元4发生膨胀，射流通道51面积缩小，形成连续射流，流动阻力较大；当液体含水率达到设定的临界含水率时，液体经过流体环形入口10进入外基管1和内基管2之间的环形空间，遇水膨胀单元4膨胀至射流通道51的缺口31封闭，流动阻力无限大；达到临界含水率缺口31封闭之后，如果进入的储层液体含水率下降，遇水膨胀单元4体积缓慢缩小，能够使液体再次恢复流动。遇水膨胀单元4根据液体不同的含水率产生不同程度的膨胀，含水率越高，射流通道51的过流面积越小，液体流动阻力越大，这样能够有效抑制水相快速进入内基管2中，从而保证油气井长期稳定。
进一步，如图1、图3所示，遇水膨胀单元4由遇水膨胀材料构成，例如遇水膨胀橡胶PZ-250，在一具体实施例中，其截面尺寸为30mm*20mm。遇水膨胀单元4通过橡胶元件(图中未示出)设置于环形卡板3的缺口31的周向两侧，在一具体实施例中，环形卡板3的缺口31的周向两侧设有突出的细针，遇水膨胀单元4通过插入的方式固定；在另一具体实施例中，缺口31的周向两侧设有卡槽，遇水膨胀单元4通过卡接固定。
进一步，环形卡板3与内基管2一体加工成型，环形卡板3也可以通过其他方式密封固定连接于内基管2的外壁上(例如焊接等)。
进一步，如图2所示，环形卡板3的外壁上设有周向凹槽32，周向凹槽32内部设置有与外基管1的内壁密封抵靠的密封胶条33(也可以是环形密封圈)。密封胶条33确保环形卡板3与外基管1之间的密封，避免井内液体直接进入内基管2内部。
如图4所示，本发明的用于油井的自适应式流入控制装置100在使用时，一般是多个同时串接(各内基管可以相互串接或者通过油管连接)使用，水平井8产出液体经流体环形入口10进入外基管1和内基管2之间的环形空间，环形卡板3的缺口31处的遇水膨胀单元4根据液体含水率的不同产生不同程度的膨胀，当液体含水率为零或者很小时，液体经过流体环形入口10进入外基管1和内基管2之间的环形空间，遇水膨胀单元4不发生膨胀，液体经由射流通道51后在稳流通道52内射流核很快消失，流动稳定，流动阻力较小；当液体含水率增大时，液体经过流体环形入口10进入外基管1和内基管2之间的环形空间，遇水膨胀单元4发生膨胀，射流通道51面积缩小，形成连续射流，流动阻力较大；当液体含水率达到设定的临界含水率时，液体经过流体环形入口10进入外基管1和内基管2之间的环形空间，遇水膨胀单元4膨胀至射流通道51的缺口31封闭，流动阻力无限大；达到临界含水率缺口31封闭之后，如果进入的储层液体含水率下降，遇水膨胀单元4体积缓慢缩小，能够使液体再次恢复流动。水平井8产出液体经过射流通道51和稳流通道52后经透孔21进入内基管2内部，再经与内基管2连接的油管9(现有技术)返回地面。
由上所述，本发明提供的用于油井的自适应式流入控制装置，基于射流原理和遇水膨胀材料涨缩原理，该装置能够识别流体类型并根据流体性质自动调整其通过装置的流动阻力，内基管、外基管之间的环形空间中设有环形卡板，通过环形卡板上的狭窄缺口形成射流通道，并且在环形卡板的狭窄缺口的两侧设有遇水膨胀单元，未见水前，装置对流体具有一定阻力，能够抵消跟端效应和储层非均质性的影响，见水后，流动阻力将显著增加，出水层段的流动受到显著抑制，保证油气井长期稳产；该装置结构简单，成本投入低，适用流体范围广，有利于广泛推广使用。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种用于油井的自适应式流入控制装置，其特征在于：所述用于油井的自适应式流入控制装置包括外基管和穿设于所述外基管内部的内基管，所述外基管的一端开口，所述外基管的另一端与所述内基管的外壁的呈封闭连接，所述内基管的侧壁上靠近所述外基管的另一端的位置设有贯通的透孔；所述外基管和所述内基管之间的环形空间中，且位于所述透孔与所述外基管的开口端之间平行间隔设置有多个周向设有缺口的环形卡板，所述环形卡板的外侧壁与所述外基管的内壁密封连接，所述环形卡板的内侧壁与所述内基管的外壁密封连接，所述缺口的周向两侧设置有能沿周向伸缩的遇水膨胀单元。
2.如权利要求1所述的用于油井的自适应式流入控制装置，其特征在于：所述遇水膨胀单元由遇水膨胀材料构成。
3.如权利要求1所述的用于油井的自适应式流入控制装置，其特征在于：所述外基管的内壁、所述缺口、所述内基管的外壁构成射流通道，相邻的两个所述环形卡板、所述外基管的内壁、所述内基管的外壁构成稳流通道，所述射流通道和所述稳流通道相互交替设置。
4.如权利要求3所述的用于油井的自适应式流入控制装置，其特征在于：各所述射流通道位于同一直线上。
5.如权利要求3所述的用于油井的自适应式流入控制装置，其特征在于：所述遇水膨胀单元膨胀扩张后，所述射流通道的过流面积缩小至初始过流面积的0～90％。
6.如权利要求3所述的用于油井的自适应式流入控制装置，其特征在于：所述稳流通道的轴向长度为所述射流通道的轴向长度的5倍。
7.如权利要求1所述的用于油井的自适应式流入控制装置，其特征在于：所述环形卡板的材质为不锈钢。
8.如权利要求1所述的用于油井的自适应式流入控制装置，其特征在于：所述遇水膨胀单元通过橡胶元件设置于所述环形卡板的缺口的周向两侧。
9.如权利要求1所述的用于油井的自适应式流入控制装置，其特征在于：所述环形卡板的外壁上设有周向凹槽，所述周向凹槽内部设置有与所述外基管的内壁密封抵靠的密封胶条。
10.如权利要求1所述的用于油井的自适应式流入控制装置，其特征在于：所述外基管的一端的内壁与所述内基管的外壁之间形成流体环形入口。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160608 |