CN106703767B

CN106703767B - 配水器

Info

Publication number: CN106703767B
Application number: CN201710135637.5A
Authority: CN
Inventors: 裴晓含; 宋显民; 王金忠; 王建平; 孙福超; 张建忠; 张潇男
Original assignee: Petrochina Co Ltd
Current assignee: Petrochina Co Ltd
Priority date: 2017-03-08
Filing date: 2017-03-08
Publication date: 2019-11-08
Anticipated expiration: 2037-03-08
Also published as: CN106703767A

Abstract

本申请公开了一种配水器。该配水器包括；套管、第一阀体、第二阀体；套管上设置有进水口和出水口，套管内具有与进水口连通的腔室；第一阀体设置在套管内，其中，第一阀体包括：第一本体；第一流道，设置在第一本体上，第一流道能与腔室连通；第一阀芯，第一阀芯能调节第一流道的开度；第二阀体设置在套管内，其中，第二阀体包括：第二本体；第二流道，设置在第二本体上，第二流道连通第一流道与出水口；第二阀芯，滑动设置在第二本体上，第二阀芯能根据腔室内的液体压力调节第二流道的开度，以使出水口的出水流量稳定，避免了因为注水压力以及井内压力的变化而导致注水量不稳定的问题。

Description

配水器

技术领域

本发明涉及油田分层注水领域，尤其涉及一种配水器。

背景技术

油田注水是油田开采过程中通常使用的手段。由于地层沿纵向具有多个非均质性的小层，笼统地注水开采会导致各小层动用极不均匀。例如：高渗透层吸水量大，注入水推进速度快，易导致过早水窜，形成注入井\采出井的短路循环，影响整体驱替效果。为了解决这一问题，开发了分层注水技术，以实现了各小层均衡开采。

目前，桥式同心注水技术是常用的分层注水技术之一。在进行桥式同心注水技术时需要使用到配水器。

冀东油田属于复杂断块油藏，油藏规模小，压力变化频发，井口压力变化导致注水合格率下降快。为了保证注水合格率，操作人员需要多次下测调仪对配水器的流量进行调节，成本高、效率低，现在的测试队伍及成本无法满足要求。此外，由于层间干扰的影响，调节某一层时，其他层也会受到影响，需要反复测调才能完成，导致测调工作量大。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种注水量不因井口压力的变化而改变的配水器。

为了实现上述目的，本发明提供的一种配水器，所述配水器包括；套管、第一阀体、第二阀体；

所述套管上设置有进水口和出水口，所述套管内具有与所述进水口连通的腔室；

所述第一阀体设置在所述套管内，其中，所述第一阀体包括：

第一本体；

第一流道，设置在所述第一本体上，所述第一流道能与所述腔室连通；

第一阀芯，设置在所述第一本体上，所述第一阀芯能调节所述第一流道的开度；

所述第二阀体设置在所述套管内，其中，所述第二阀体包括：

第二本体；

第二流道，设置在所述第二本体上，所述第二流道连通所述第一流道与所述出水口，以使液体由所述腔室流向所述出水口；

第二阀芯，滑动设置在所述第二本体上，所述第二阀芯能根据所述腔室内的液体压力调节所述第二流道的开度，以使所述出水口的出水流量稳定。

优选的，所述第二阀芯上设置有受力部，所述受力部具有相背对的第一侧和第二侧，所述第一侧能承受所述腔室内的液体压力，所述第二阀体上设置有弹性件，所述弹性件的一端与所述第二本体固定连接，所述弹性件的另一端与所述受力部的第二侧相抵，用于施加一反向于所述液体压力方向的弹性力。

优选的，所述第二阀芯能在所述液体压力以及弹性力的作用下移动，进而改变所述第二流道与所述出水口连通处的连通面积，从而调节所述第二流道的开度。

优选的，所述第二阀芯滑动套设在所述第二本体内，所述第二阀芯的一端设置有所述第二流道，所述受力部设置在所述阀芯的另一端；

所述弹性件套设在所述第二阀芯上，所述弹性件的一端与所述第二本体固定连接，所述弹性件的另一端与所述受力部的第二侧相抵。

优选的，所述第二阀芯靠近所述出水口的一端沿垂直其长度方向设置有通孔，所述通孔形成第二流道。

优选的，所述第二流道设置在所述第二本体上；

所述第二阀芯滑动套设在所述第二本体内，所述第二阀芯的一端能至少部分伸入所述第二流道内，所述受力部设置在所述阀芯的另一端；

所述弹性件套设在所述第二阀芯上，所述弹性件的一端与所述第二本体固定连接，所述弹性件的另一端与所述受力部的第二侧相抵；

所述第二阀芯能在所述液体压力的作用下移动，进而调节所述第二阀芯伸入所述第二流道内的部分的长度，从而调节所述第二流道的开度。

优选的，所述第一阀体和所述第二阀体相对地固定设置在所述套管的内侧壁上，所述第一阀体以及所述第二阀体的长度方向与所述套管的长度方向平行。

优选的，所述第一阀体和所述第二阀体之间设置有连通所述第一流道和所述第二流道的第三流道；所述第三流道沿所述套管的内壁周向设置。

优选的，所述套管内套设有限位件，所述限位件用于对所述第一阀体和所述第二阀体进行限位。

优选的，所述套管内套设有导流组件，所述导流组件与所述套管同轴设置，所述导流组件包括具有通孔的导流组件本体以及设置在所述导流组件本体靠近所述进水口一端上的笔尖。

优选的，所述套管内还设置有调节件，所述调节件的一端与所述导流组件连接，所述调节件的另一端能与所述第一阀体传动连接，外界的调节装置能带动所述调节件转动，进而调节所述第一阀体的开度。

优选的，所述调节件与所述导流组件同轴设置。

优选的，所述进水口设置在所述套管的上端部，所述出水口设置在所述套管下部的侧壁上。

优选的，所述套管上设置有上接头，所述上接头用于连通油管和所述进水口。

优选的，所述套管上还设置有下接头，所述下接头能与油管相连接。

当腔室内的液体压力增大后，第一流道内的液体流量因压力的增大而随之增大，此时，配水器的注水量也随之增大。与此同时，第二阀体能将第二流道的开度减小，使得第二流道内液体的流量减小，配水器的注水量又可以稳定在压力变化前的状态。同样的，当腔室内的液体压力减小时，第二阀体的调节的过程与上述过程相反，同样可以将配水器的注水量维持在压力变化前的状态。因此本申请的配水器可以实现可调并恒流，避免了因为注水压力以及井内压力的变化而导致注水量不稳定的问题。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请的实施例中配水器的结构示意图；

图2为本申请的实施例中配水器的第二阀体的结构示意图。

以上附图说明：

1、套管；11、上接头；12、下接头；13、进水口；2、第一阀体；21、第一流道；22、第一阀芯；23、第一本体3、第二阀体；31、第二流道；32、第二阀芯；33、受力部；34、第二本体；4、腔室；5、出水口；6、第三流道；7、导流组件；71、导流组件本体；72、笔尖；8、调节件；9、限位件。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请提供了一种配水器，参照图1以及图2所示，配水器包括；套管1、第一阀体2、第二阀体3；套管1上设置有进水口13和出水口4，套管1内具有与进水口13连通的腔室4；第一阀体2设置在套管1内，第一阀体2包括：第一本体23；第一流道21，设置在第一本体23上，第一流道21能与腔室4连通；第一阀芯22，设置在第一本体23上，第一阀芯22能调节第一流道21的开度；第二阀体3设置在套管1内，其中，第二阀体3包括：第二本体34；第二流道31，设置在第二本体34上，第二流道31连通第一流道21与出水口5，以使液体由腔室4流向出水口5；第二阀芯32，滑动设置在第二本体34上，第二阀芯32能根据腔室4内的液体压力调节第二流道31的开度，以使出水口5的出水流量稳定。

配水器在下入油井之前，操作人员可以通过调节装置对第一流道21的开度进行调节，以调节第一阀体2的流量，从而调节配水器的注水量。在向油层注水的过程中，当腔室4内的液体压力增大后，第一流道21内的液体流量因压力的增大而随之增大，此时配水器的注水量也随之增大。与此同时，第二阀体3能将第二流道31的开度减小，第二流道31内的液体的流量进而减小，配水器的注水量又可以稳定在压力变化前的状态。同样的，当腔室4内的液体压力减小时，第二阀体3的调节的过程与上述过程相反，也可以将配水器的注水量维持在压力变化前的状态。

综上所述，本申请的配水器可以实现注水量的可调并在注水的过程中保持恒流，避免了因为注水压力以及井内压力的变化而导致注水量不稳定的问题。

本申请的一实施方式中，套管1可以为一沿纵长方向延伸的一管体(使用状态下)。管体内可以具有一端进水口13的腔室4，外部的水源可以通过进水口13进入腔室4内。其中，腔室4的进水口13可以设置在管体的一端。管体具有进水口13的一端上还可以设置有上接头11，上接头11能将进水口13与外部的油管或者注水管相连通，液体(水)进而能通过油管或者注水管注入到腔室4内。

套管1的侧壁上还可以设置有出水口5，出水口5能与腔室4间接连通，以使出水口5能用于将腔室4内的水注入到指定的油层内。具体的，出水口5可以为一截面为圆形并沿垂直于套管1的长度设置的通孔，通孔的直径可以根据注水量进行选择。

在本实施方式中，第一阀体2可以设置在套管1内。第一阀体2包括第一本体23。第一本体23上设置有能与腔室4连通的第一流道21以及能调节第一流道21的开度的第一阀芯22。第一流道21的一端能与腔室4相连通，腔室4内的液体(水)进而能进入第一流道21内，第一流道21的另一端再与第二流道31连通，进而将液体输送到第二流道31。第一阀体2上设置有能调节第一阀芯22位置的调节件8，操作人员可以通过调节件8对第一流道21的开度进行调节，进而调节配水器的注水量。其中，第一阀体2的具体结构以及如何对第一流道21进行调节的内容已经在申请号为201410083453.5的发明申请中公开，在此不再赘述。

在本实施方式中，第二阀体3也可以设置在套管1内，且第二阀体3可以位于第一阀体2的下游位置。腔室4内的液体可以先流经第一阀体2然后再流经第二阀体3，使得第二阀体3在第一阀体2对注水量进行调节的基础上进行二次的调节，从而保证配水器的注水量的稳定。

参照图2所示，第二阀体3内可以设置有第二流道31。第二流道31能连通第一流道21和出水口5，进而能共同形成一注水流道。第二阀体3内可以滑动设置有第二阀芯32，第二阀芯32能在液体压力的作用下相对运动，进而改变第二流道31与出水口5连通处的连通面积即能通过液体的面积，从而调节第二流道31的开度。其中，腔室4内的液体压力越大，第二流道31的开度就越小。

具体的，第二阀芯32可以包括一柱体。第二阀芯32的一端上可以设置有受力部33。其中，受力部33可以为设置在柱体一端且沿径向向外延伸的凸起部。柱体的另一端可以设置有第二流道31。

受力部33具有相背对的第一侧和第二侧，受力部33的第一侧能承受腔室4内的液体压力。第二阀体3上设置有弹性件，弹性件的一端与第二阀体3固定连接，弹性件的另一端与受力部33的第二侧相抵，用于施加一反向于液体压力方向的弹性力。当第二阀芯32在液体压力的作用下改变第二流道31与出水口5连通处的连通面积。当液体压力和弹性力的大小相等方向相反时，第二阀芯32受力平衡，第二阀芯32能保持静止，进而维持在该连通面积，即保持在这一对应的开度。

第二流道31可以为一垂直于柱体的轴向方向设置的通孔。通孔的横向截面可以为圆形且通孔位于出水口5的上方。其中，出水口5也可以为一横截面为圆形的进水口13。两个圆形的面积可以相适配，当两个圆形在横向方向上的投影重合时，开度最大(为10)；当两个圆形在横向方向上的投影完全不重合时，开度最小(为0)；当投影部分重合时，开度为0～10之间。

当腔室4内的液体(水)压力增大后，第一阀体2内的第一流道21的流量将增大。当第二流道31的开度保持不变的情况下时，配水器的出水口5位置的液体的流速将增大，进而导致配水器的注水量的增大。当腔室4内的液体压力增大后，作用于受力部33第一侧的作用力也将增大。受力部33在作用力的作用下会朝向压缩弹性件的方向进行滑动。第二流道31与出水口5之间的重合面积便随之减小，第二流道31的开度进而也会减少。弹性件施加于受力部33上的弹性力与液体作用与受力部33的作用力方向相反。当弹性件的弹性力与作用力的大小相等时，第二流道31可以保持在这一开度。因此，刚增大的注水量又因为第二流道31的开度而减小，减小到液体压力变化前的状态。第二阀芯32进而能在液体压力以及弹性力的作用下调节第二流道31的开度，进而维持配水器的注水量的稳定。

当然的，当腔室4内的液体压力减少时，第二阀体3可以根据液体压力增大第二流道31的开度，进而维持配水器的注水量的稳定。

参照图1所示，该图中P1表示腔室4内的液体压力，P2表示第二流道31进水端的压力，压力差ΔP＝P1-P2。

其中配水器的流量计算公式为：

其中，Q表示配水器的流量，C_d表示流量系数；A表示连通面积；ΔP表示压差；ρ表示密度。

假设P1上升，则P2上升，ΔP上升，Q上升，第二阀体3左移，开度减小，Q又下降，进而保持稳定；

假设P1下降，则P2下降，ΔP下降，Q下降，第二阀体3右移，开度增大，Q又上升，进而保持稳定。

以下为实验室将现有技术中普通的配水器与本申请的配水器进行实验并对比的结果：

实验1：普通配水器

压力MPa	流量m<sup>3</sup>/d
		3.5	22.1
2	16.4
		1	11.6

通过实验1的表中可以看出：压力P1下降，P1-P2下降，Q下降。

实验2：本申请的配水器(第一阀体2的开度为1)

从实验2的表中可以看出：本申请的配水器的基准流量10m³/d，油管压力从3.5-1.3之间任意变化，水嘴流量最大误差小于20％，基本保持注水量的稳定。

试验3：本申请的配水器(第一阀体2的开度为2)

压力MPa	流量m<sup>3</sup>/d	误差％
			3.4	20.5	0(基准)
2.5	18.4	10.24
			1.4	18.0	12.2
2.2	20.5	0
			3.4	20.0	2.4

从实验3的表中可以看出：本申请的配水器的基准流量为20.5m³/d，油管压力从3.4-1.4之间变化，水嘴流量最大误差小于13％，基本保持注水量的稳定。

实验4：本申请的配水器(第一阀体2的开度为3)

压力MPa	流量m<sup>3</sup>/d	误差％
			3.4	28.6	0(基准)
2.4	27.8	2.8
			1.3	25.8	9.8
2.6	28.0	2.1
			3.42	26.5	7.3

从实验4的表中可以看出：本申请的配水器的基准流量28.6m³/d，油管压力从3.4-1.3之间变化，水嘴流量最大误差小于10％，基本保持注水量的稳定。

实验5：本申请的配水器(第一阀体2的开度为4)

压力MPa	流量m<sup>3</sup>/d	误差％
			3.42	39.6	0(基准)
2.5	39.9	0.76
			1.5	40.5	2.3
2.4	40.6	2.5
			3.42	39.0	1.5

从实验5的表中可以看出：本申请的配水器的基准流量39.6m³/d，油管压力从3.42-1.5之间变化，水嘴流量最大误差小于3％，基本保持注水量的稳定。

实验6：本申请的配水器(第一阀体2的开度为5)

压力MPa	流量m<sup>3</sup>/d	误差％
			3.4	53.5	0(基准)
2.5	52.6	1.7
			1.5	55.5	3.7
2.3	56.7	5.98
			3.4	55.0	2.8
2.5	52.8	1.3
			1.5	54.3	1.5
2.3	55.4	3.55
			3.4	54.2	1.3

从实验6的表中可以看出：本申请的配水器的基准流量53.5m³/d，油管压力从3.4-1.5之间变化，水嘴流量最大误差小于6％，基本保持注水量的稳定。

综合上述的各组实验数据，可以看出本申请的配水器在不同的注水量的开度下都大体上能保持注水量的稳定。

在一具体的实施方式中，第二阀体3还可以包括：第二本体34；第二阀芯32滑动套设在第二本体34内。弹性件的一端与第二本体34固定连接，弹性件的另一端与受力部33的第二侧相抵；第二阀芯32能在液体压力的作用下移动，进而调节第二流道31与出水口5的重合面积，从而调节第二流道31的开度。

其中，第二阀芯32调节第二流道31的开度的方式还包括多种。在另一实施方式中，第二流道31还可以设置在第二本体34上。第二阀芯32的一端能至少部分伸入第二流道31内。第二阀芯32能在液体压力的作用下移动，进而调节第二阀芯32伸入第二流道31内的部分的长度，从而调节第二流道31的开度。

当然的，本申请并不限于上述的实施方式，只要满足第二阀芯32能根据腔室4内的液体压力的大小调节第二流道31的开度，都是符合本申请的要求。

在另一可选的实施方式中，第一阀体2和第二阀体3可以相对地固定设置在套管1的内侧壁上且第一阀体2以及第二阀体3的长度方向与套管1的长度方向平行。例如，第一阀体2可以设置在套管1内侧壁的最高点的位置，第二阀体3可以设置在套管1内侧壁的最低点的位置。第一阀体2、第二阀体3以及套管1侧壁之间可以形成有腔室4。受力部33位于该腔室4内，使得受力部33能受到液体压力的作用。

在一可选的实施方式中，当第一阀体2和第二阀体3相对地固定设置在套管1的内侧壁上时，第一阀体2和第二阀体3之间可以设置有连通第一流道21和第二流道31的第三流道6。第三流道6可以沿周向设置在套管1的内壁上。

在另一可选的实施方式中，套管1内可以套设有导流组件7，用于引导液体的流入。导流组件7可以与套管1同轴设置且设置在靠近进水口13的一端。导流组件7可以包括具有通孔的本体以及设置在本体靠近进水口13的笔尖72。液体通过进水口13进入套管1内后，在导流组件7的引导下进入腔室4。其中，导流组件7的通孔的空间也可以为腔室4的一部分。

在另一具体的实施方式中，为了方便操作人员在井外以及井内调节第一阀体2的开度。套管1内还设置有调节件8。调节件8的一端与导流组件7连接，调节件8的另一端与第一阀体2传动连接。外界的调节装置能带动调节件8转动，进而调节第一阀体2的开度。具体的，调节件8可以设置在导流组件7合第一阀体2之间，且调节件8与导流组件7可以轴设置。调节组件上可以设置有能连通导流组件7和腔室4的通孔。

在另一可选的实施方式中，套管1上还设置有下接头12。下接头12与上接头11相背对设置在套管1的另一端上。下接头12的一端与腔室4相连通，下接头12的另一端能与油管或者另一配水器相连接。

在一可选的实施方式中，套管1内套设有限位件，限位件9用于限位设置第一阀体2和第二阀体3。限位件9可以为一圆柱体，圆柱体上开设有能容纳第一阀体2、第二阀体3以及第三流道6的限位槽，使得第一阀体2、第二阀体3以及第三流道6可以被固定设置在套管1内。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims

1.一种配水器，其特征在于，所述配水器包括：套管、第一阀体、第二阀体；

第一本体；

第二本体；

第二阀芯，滑动设置在所述第二本体上，所述第二阀芯能根据所述腔室内的液体压力调节所述第二流道的开度，以使所述出水口的出水流量稳定；

所述第一阀体和所述第二阀体相对地固定设置在所述套管的内侧壁上，所述第一阀体以及所述第二阀体的长度方向与所述套管的长度方向平行；

所述第一阀体和所述第二阀体之间设置有连通所述第一流道和所述第二流道的第三流道；所述第三流道沿所述套管的内壁周向设置；

所述套管内套设有限位件，所述限位件用于对所述第一阀体和所述第二阀体进行限位；

配水器在下入油井之前，操作人员通过调节装置对第一流道的开度进行调节，以调节第一阀体的流量，从而调节配水器的注水量；在向油层注水的过程中，当腔室内的液体压力增大后，第一流道内的液体流量因压力的增大而随之增大，此时配水器的注水量也随之增大；与此同时，第二阀体能将第二流道的开度减小，第二流道内的液体的流量进而减小，配水器的注水量又稳定在压力变化前的状态；当腔室内的液体压力减小时，第二阀体的调节的过程与上述过程相反，也能够将配水器的注水量维持在压力变化前的状态。

2.根据权利要求1所述的配水器，其特征在于，所述第二阀芯上设置有受力部，所述受力部具有相背对的第一侧和第二侧，所述第一侧能承受所述腔室内的液体压力，所述第二阀体上设置有弹性件，所述弹性件的一端与所述第二本体固定连接，所述弹性件的另一端与所述受力部的第二侧相抵，用于施加一反向于所述液体压力方向的弹性力。

3.根据权利要求2所述的配水器，其特征在于，所述第二阀芯能在所述液体压力以及弹性力的作用下移动，进而改变所述第二流道与所述出水口连通处的连通面积，从而调节所述第二流道的开度。

4.根据权利要求3所述的配水器，其特征在于，所述第二阀芯滑动套设在所述第二本体内，所述第二阀芯的一端设置有所述第二流道，所述受力部设置在所述阀芯的另一端；

5.根据权利要求4所述的配水器，其特征在于，所述第二阀芯靠近所述出水口的一端沿垂直其长度方向设置有通孔，所述通孔形成第二流道。

6.根据权利要求3所述的配水器，其特征在于，

所述第二流道设置在所述第二本体上；

7.根据权利要求1所述的配水器，其特征在于，所述套管内套设有导流组件，所述导流组件与所述套管同轴设置，所述导流组件包括具有通孔的导流组件本体以及设置在所述导流组件本体靠近所述进水口一端上的笔尖。

8.根据权利要求7所述的配水器，其特征在于，所述套管内还设置有调节件，所述调节件的一端与所述导流组件连接，所述调节件的另一端能与所述第一阀体传动连接，外界的调节装置能带动所述调节件转动，进而调节所述第一阀体的开度。

9.根据权利要求8所述的配水器，其特征在于，所述调节件与所述导流组件同轴设置。

10.根据权利要求1所述的配水器，其特征在于，所述进水口设置在所述套管的上端部，所述出水口设置在所述套管下部的侧壁上。

11.根据权利要求10所述的配水器，其特征在于，所述套管上设置有上接头，所述上接头用于连通油管和所述进水口。

12.根据权利要求10所述的配水器，其特征在于，所述套管上还设置有下接头，所述下接头能与油管相连接。