CN108756835A - 折流型控制阀及井系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了折流型控制阀及其井系统，包括完井管柱和折流型控制阀；所述完井管柱水平段上沿跟端到趾端方向依次间隔封闭设有多组折流型控制阀；所述折流型控制阀包括盖板和阀主体，盖板和阀主体过盈配合；所述阀主体上设有圆形腔室和控制腔室，圆形腔室设有与外部相连通的进液口，圆形腔室和控制腔室分别通过流道A和流道B相连；控制腔室底部设有连通控制腔室和阀主体下端的喷嘴。本发明的折流型控制阀根据流体物性（黏度、密度、流速、含水率、气液比等）确定流过折流型控制阀的压降，自动调节油藏的注/采剖面，实现了油藏的自我调节，自我控制，由于没有运动部件和控制电缆，可靠性高，成本低。

Description

折流型控制阀及井系统

技术领域

本发明涉及石油钻采中地下流体流动控制的工具技术领域，尤其是涉及一种折流型控制阀及其井系统。

背景技术

在生产井中，由于井筒的跟趾效应和地层的非均质性，使得沿井筒的流量分布不均，即井底和高渗透率井段的产量明显高于低渗透率井段，从而影响低渗透率井段的采出程度，在边/底水油藏中，这种沿井筒的流量分布不均衡，还会使得边/底水过早进入井筒，水进入井筒后，由于其流动性远强于原油，使产出的油量大幅度降低。因此，调节地层的产液剖面可以防止水锥或气锥，最小化产水量或产气量、最大化产油量等。

在注液井中，通常希望将水、蒸汽、气体等均匀地注入到地层中，但由于井筒沿程压降和地层的非均质性，流体在地层中非均匀流动，使得注入流体的波及效率低，最终导致注入流体过早进入生产井筒。因此，调节地层的注入剖面可以使流体向生产井筒均匀推进，进而提高油藏的采收率。

因此，研发一种控制井中流体流量并均衡注/采剖面的工具，具有重大的实际意义。

发明内容

为了克服上述所存在的技术缺陷，本发明的目的在于提供一种均衡注/采剖面，提高油田整体开发效益的折流型控制阀及其井系统。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

本技术方案为折流型控制阀及其井系统，包括完井管柱和折流型控制阀；所述完井管柱水平段上沿跟端到趾端方向依次间隔封闭设有多组折流型控制阀；所述折流型控制阀包括盖板和阀主体，盖板和阀主体过盈配合；所述阀主体上设有圆形腔室和控制腔室，圆形腔室设有与外部相连通的进液口，圆形腔室和控制腔室分别通过流道A和流道B相连；控制腔室底部设有连通控制腔室和阀主体下端的喷嘴。

作为优化，所述圆形腔室和控制腔室之间设有折流腔室；所述折流腔室通过流道C和流道D与圆形腔室相连通；折流腔室通过流道E与控制腔室相连通，流体在折流腔室中流动时，流速和方向发生改变，增加了流动阻力，产生流动压降。

作为优化，所述控制腔室中设有折流板；所述折流板将控制腔室分割为预旋流道和旋流腔室，折流板进一步使低粘度流体产生较高的旋流压降。

作为优化，所述折流板形状为几何图形中的一种。

作为优化，所述流道C位于圆形腔室和折流腔室的中心轴线上；流道D分别与圆形腔室和折流腔室相切；所述流道E分别与折流腔室和控制腔室相切；所述折流腔室通过流道F与控制腔室相连通；流道F位于折流腔室与控制腔室的中心轴线上。引导低粘度注入液在圆形腔室中作螺旋运动，在注入液产生一定的能耗之后由进液口流出，进入油藏，实现均衡注液。

作为优化，所述折流腔室设有一个以上，多个折流腔室之间串联或并联，折流腔室和控制腔室的形状分别为几何图形中的一种。

作为优化，所述进液口与圆形腔室相切；流道A位于圆形腔室和控制腔室的中心轴线上，流道B分别与圆形腔室和控制腔室相切，此结构设计，提升水、蒸汽、气体等低粘度流体在圆形腔室中的旋转流动，从而当低粘度流体经过圆形腔室后，在控制腔室中通过折流板进一步产生较高的旋流压降。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能够给生产井中高产液段提供更多的附加压降，从而均衡产液剖面，也能够给低粘度流体提供比原油更多的限制，控制低粘度流体的产出；在注液井中，实现均衡注液（水、蒸汽、气体等）剖面，提高油藏的整体开发效益；折流型控制阀根据流体物性（黏度、密度、流速、含水率、气液比等）确定流过折流型控制阀的压降，自动调节油藏的注/采剖面，实现了油藏的自我调节，自我控制，由于没有运动部件和控制电缆，可靠性高，成本低。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明井系统的结构示意图。

图2是本发明折流型控制阀的主结构示意图。

图3是本发明折流型控制阀无折流板的俯视结构示意图。

图4是本发明折流型控制阀中大圆环折流板的俯视结构示意图。

图5是本发明折流型控制阀中小圆环折流板的俯视结构示意图。

图6是本发明折流型控制阀中圆柱折流板的俯视结构示意图。

图7是本发明折流型控制阀中圆形折流腔室的俯视结构示意图。

图8是本发明折流型控制阀中方形折流腔室的俯视结构示意图。

图中标记：完井管柱1、折流型控制阀2、盖板3、阀主体4、圆形腔室5、控制腔室6、进液口7、流道A8、流道B9、喷嘴10、折流腔室11、流道C12、流道D13、流道E14、折流板15、预旋流道16、旋流腔室17、流道F18、井筒19、封隔器20、筛管21、表面套管22、技术套管23。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，如图1-图6中所示，本发明为一种折流型控制阀及其井系统，其特征在于：包括完井管柱1和折流型控制阀2；所述完井管柱1水平段上沿跟端到趾端方向依次间隔封闭设有多组折流型控制阀2；所述折流型控制阀2包括盖板3和阀主体4，盖板3和阀主体4过盈配合；所述阀主体4上设有圆形腔室5和控制腔室6，圆形腔室5设有与外部相连通的进液口7，圆形腔室5和控制腔室6分别通过流道A8和流道B9相连；控制腔室6底部设有连通控制腔室6和阀主体4下端的喷嘴10；完井管柱1安装在井筒19中，井筒19从表秒套管22和技术套管23中竖直向下延伸，直至水平井筛管21；完井管柱1水平段上沿跟端到趾端方向依次设有多组折流型控制阀2，相邻折流型控制阀2之间通过封隔器20间隔封闭，折流型控制阀2外围设有筛管21；封隔器20封隔筛管21和完井管柱1之间的环空，使得各完井段的流体仅能通过折流型控制阀2与地层或井筒连通。封隔器20设置的个数与水平段的非均质程度密切相关，各完井段折流型控制阀2的个数与该段的流体特性（黏度、密度、流速、含水率、气液比等）和产液量（注液量）密切相关。折流型控制阀2不仅可以在水平井中使用，可以用于直井、大斜度井等其他井型中；所述控制腔室6中设有折流板15；所述折流板15将控制腔室6分割为预旋流道16和旋流腔室17；折流板15的作用为进一步提高低粘度流体的旋流作用。

所述进液口7与圆形腔室5相切；流道A8位于圆形腔室5和控制腔室6的中心轴线上，流道B9分别与圆形腔室5和控制腔室6相切，此结构设计，提升水、蒸汽、气体等低粘度流体在圆形腔室5中的旋转流动，从而当低粘度流体经过圆形腔室5后，在控制腔室6中通过折流板15进一步产生较高的旋流压降。所述控制腔室6的形状为几何形状中的一种；折流板15形状为几何图形中的一种，如大圆环、小圆环或圆柱状；折流板15的作用为进一步使低粘度流体产生较高的旋流压降。

折流型控制阀在生产井中的工作过程：当储层流体中的原油通过进液口7进入圆形腔室5后，由于原油的黏度高，流动阻力大，原油由最短路径流道A8直接进入控制腔室6中，并由控制腔室6底部的喷嘴10节流，原油不会在圆形腔室5和旋流腔室17中旋转，也不会产生旋流压降，因此油在折流型控制阀2中流动的压降只有局部压降。根据局部压降的特点：流速越高压降越大，高产液段的过阀压降大于低产液段的过阀压降，因此折流型控制阀可以均衡水完井段产液量，延缓边/底水突破进井筒。当储层中的水（或气体）通过进液口7进入圆形腔室5后，由于水（或气体）的黏度低，流动阻力小，水（或气体）经最长的路径流过折流型控制阀，即水（气体）在圆形腔室5中做螺旋运动，产生一定的能耗之后再由流道B9进入控制腔室6，在控制腔室6中的预旋流道16的导流下进入旋流腔室17，并在旋流腔室17中高速旋转，再次产生一部分旋流压降，最后再由喷嘴10节流流出，因此水（或气体）在折流型控制阀中流动的压降不仅有局部压降，还有沿程压降和旋流压降。对比油在折流性控制阀中的压降可知，折流型控制阀能够给水（或气体）提供比油更多的压降，因此折流型控制阀在井筒水突破后能够增油控水。

折流型控制阀在注液井中的工作过程：当完井管柱1中的流体（水、蒸汽、气体等）通过喷嘴10进入折流型控制阀后，由于注入液黏度都很低，因此注入液在旋流腔室17中高速旋转之后再由预旋流道16进入流道B9，流过流道B9后进入圆形腔室5，由于流道B9与圆形腔室5相切，因此引导低粘度注入液在圆形腔室5中作螺旋运动，在注入液产生一定的能耗之后由进液口7流出，进入油藏。油藏高渗透率段的吸液能力比低渗透率段的吸液能力强，若没有流量控制工具，油藏的注液剖面会不均衡，放入折流型控制阀后可以增加高渗透率段注入液的流动阻力，从而均衡注液剖面。

实施例2，在实施例1的基础上进行进一步优化设计，如图7和图8中所示，圆形腔室5和控制腔室6之间设有折流腔室11；所述折流腔室11通过流道C12和流道D13与圆形腔室5相连通；折流腔室11通过流道E14与控制腔室6相连通。所述折流腔室11设有一个以上，多个折流腔室11之间串联或并联，折流腔室11和控制腔室6的形状分别为几何图形中的一种；折流腔室11的形状可以是圆形、方形等任何形状，折流腔室11的个数可以是一个也可以是多个，多个折流腔室11在阀主体4中可以并联，也可以串联。流体在折流腔室11中流动时，流速和方向发生改变，增加了流动阻力，将产生流动压降。

所述流道C12位于圆形腔室5和折流腔室11的中心轴线上；流道D13分别与圆形腔室5和折流腔室11相切；所述流道E14分别与折流腔室11和控制腔室6相切；所述折流腔室11通过流道F18与控制腔室6相连通；流道F18位于折流腔室11与控制腔室6的中心轴线上；在生产井中，流道F18的设置，缩短原油的通过路径。

折流型控制阀在生产井中的工作过程：当储层流体中的原油通过进液口7进入圆形腔室5后，由于油的黏度高，流动阻力大，油由最短路径即从流道C12直接进入折流腔室11中，并由折流腔室11上的流道E14进入控制腔室6，然后直接由控制腔室6底部的喷嘴10节流，原油不会在圆形腔室5和旋流腔室17中旋转，也不会在折流腔室11中转向，因此油在折流型控制阀中流动的压降只有局部压降。同样根据局部压降的特点：流速越高压降越大，高产液段的过阀压降大于低产液段的过阀压降，因此折流型控制阀可以均衡水完井段产液量，延缓边/底水突破进井筒。当储层中的水（或气体）通过进液口7进入圆形腔室5后，由于水（或气体）的黏度低，流动阻力小，水（或气体）经最长的路径流过折流型控制阀，即水（气体）在圆形腔室5中做螺旋运动，产生一定的能耗之后再由流道D13进入折流腔室11，在折流腔室11中流体流动方向发生改变，会产生一部分能耗，在折流腔室11中转向之后由流道E14进入控制腔室6，并在控制腔室6中高速旋转，再次产生一部分旋流压降，最后再由喷嘴10节流流出，因此水（或气体）在折流型控制阀中路东的压降不仅有局部压降，还有沿程压降和旋流压降，以及流向转变产生的压降，因此，折流型控制阀能够给水（或气体）提供比油更多的压降，故能够在井筒水突破后增油控水。

折流型控制阀在注液井中的工作过程:当完井管柱1中的流体（水、蒸汽、气体等）通过喷嘴10进入折流型控制阀2后，由于注入液黏度都很低，因此注入液在旋流腔室17中高速旋转之后再由流道E14进入折流腔室11，在折流腔室11中转向耗能之后由流道D13进入圆形腔室5，由于流道D13与圆形腔室5相切，因此引导低粘度注入液在圆形腔室5中作螺旋运动，在注入液产生一定的能耗之后由进液口7流出，进入油藏。折流型控制阀给高注液段的井筒流体提供了更多的流动限制，因此能达到均衡注液剖面的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.折流型控制阀及其井系统，其特征在于：包括完井管柱（1）和折流型控制阀（2）；所述完井管柱（1）水平段上沿跟端到趾端方向依次间隔封闭设有多组折流型控制阀（2）；

所述折流型控制阀（2）包括盖板（3）和阀主体（4），盖板（3）和阀主体（4）过盈配合；所述阀主体（4）上设有圆形腔室（5）和控制腔室（6），圆形腔室（5）设有与外部相连通的进液口（7），圆形腔室（5）和控制腔室（6）分别通过流道A（8）和流道B（9）相连；

控制腔室（6）底部设有连通控制腔室（6）和阀主体（4）下端的喷嘴（10）。

2.根据权利要求1所述的折流型控制阀及其井系统，其特征在于：所述圆形腔室（5）和控制腔室（6）之间设有折流腔室（11）；所述折流腔室（11）通过流道C（12）和流道D（13）与圆形腔室（5）相连通；折流腔室（11）通过流道E（14）与控制腔室（6）相连通。

3.根据权利要求1或2所述的折流型控制阀及其井系统，其特征在于：所述控制腔室（6）中设有折流板（15）；所述折流板（15）将控制腔室（6）分割为预旋流道（16）和旋流腔室（17）。

4.根据权利要求3所述的折流型控制阀及其井系统，其特征在于：所述折流板（15）形状为几何图形中的一种。

5.根据权利要求2所述的折流型控制阀及其井系统，其特征在于：所述流道C（12）位于圆形腔室（5）和折流腔室（11）的中心轴线上；流道D（13）分别与圆形腔室（5）和折流腔室（11）相切；所述流道E（14）分别与折流腔室（11）和控制腔室（6）相切。

6.根据权利要求2或5所述折流型控制阀及其井系统，其特征在于：所述折流腔室（11）通过流道F（18）与控制腔室（6）相连通；流道F（18）位于折流腔室（11）与控制腔室（6）的中心轴线上。

7.根据权利要求2所述的折流型控制阀及其井系统，其特征在于：所述折流腔室（11）设有一个以上，多个折流腔室（11）之间串联或并联，折流腔室（11）和控制腔室（6）的形状分别为几何图形中的一种。

8.根据权利要求1所述的折流型控制阀及其井系统，其特征在于：所述进液口（7）与圆形腔室（5）相切；流道A（8）位于圆形腔室（5）和控制腔室（6）的中心轴线上，流道B（9）分别与圆形腔室（5）和控制腔室（6）相切。