一种油井流体自适应装置及流体控制装置

摘要

本发明公开了一种油井流体自适应装置及流体控制装置，油井流体自适应装置包括油管、外管，还包括流体控制装置，所述油管同心式置于外管内部，且油管与外管之间形成环形通道，所述外管开设外管流体入口，所述油管开设径向控流体口，径向控流体口安装流体控制装置。该油井流体自适应装置能够根据流体性质自动调整通过装置的流动阻力：含水率较低时，装置对流体具有一定的阻力，能够抵消跟端效应和储层非均质性的影响，生产剖面均衡推进；随着含水率的增大，流体控制装置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。

权利要求

1.一种油井流体自适应装置，包括油管、外管，其特征在于，还包括流体控制装置，所述油管同心式置于外管内部，且油管与外管之间形成环形通道，所述外管开设外管流体入口，所述油管开设径向控流体口，径向控流体口安装流体控制装置。

2.根据权利要求1所述的一种油井流体自适应装置，其特征在于，所述外管和油管通过连接装置连接固定，所述连接装置包括左同心接头、右同心接头，所述左同心接头、右同心接头结构相同，并用螺栓连接固定在一起，所述同心接头或右同心接头包括外圈、内圈、中环，所述中环连接在外圈和内圈之间，中环开设轴向通孔用以连通油管与外管之间的环形通道，所述外管丝扣式连接外圈，油管丝扣式连接内圈。

3.根据权利要求1或2所述的一种油井流体自适应装置，其特征在于，所述流体控制装置包括壳体、控制通道，所述壳体为一个扁形的长立方体结构，壳体的一侧边开设壳体流体入口，壳体内部设置控制通道，控制通道包括相连通的直通道和圆通道，直通道的宽度小于圆通道的内径，直通道的上侧边与圆通道的上切点平齐，直通道使壳体流体入口与圆通道连通，壳体底部开设控制装置出口，控制装置出口正好位于圆通道的圆心处，所述圆通道内设置同心式的圆形的限流挡板，限流挡板开设流通口。

4.根据权利要求3所述的一种油井流体自适应装置，其特征在于，所述直通道与圆通道相连接处设置一个弧形板作为第一种表面改性限流原件，弧形板的弧形外面朝向壳体流体入口，所述第一种表面改性限流原件的上半段为疏水亲油材质，即上半段表面为疏水亲油表面，所述第一种表面改性限流原件的下半段为疏油亲水材质，即下半段表面为疏油亲水表面。

5.根据权利要求4所述的一种油井流体自适应装置，其特征在于，所述第一种表面改性限流原件上端与直通道内壁之间构成水相流体通道，第一种表面改性限流原件下端与直通道内壁之间构成油相流体通道。

6.根据权利要求3所述的一种油井流体自适应装置，其特征在于，所述直通道内设置至少两列第二种表面改性限流原件阵，每列第二种表面改性限流原件阵至少包括两个表面改性限流原件，前一列的第二种表面改性限流原件与后一列的第二种表面改性限流原件相错开设置，所述第二种表面改性限流原件为三角形，三角形的其中一个角正对壳体流体入口，所述第二种表面改性限流原件的上半段为疏水亲油材质，即上半段表面为疏水亲油表面，所述第二种表面改性限流原件的下半段为疏油亲水材质，即下半段表面为疏油亲水表面。

7.一种流体控制装置，其特征在于，包括壳体、控制通道，所述壳体为一个扁形的长立方体结构，壳体的一侧边开设壳体流体入口，壳体内部设置控制通道，控制通道包括相连通的直通道和圆通道，直通道的宽度小于圆通道的内径，直通道的上侧边与圆通道的上切点平齐，直通道使壳体流体入口与圆通道连通，壳体底部开设控制装置出口，控制装置出口正好位于圆通道的圆心处，所述圆通道内设置同心式的圆形的限流挡板，限流挡板开设流通口；

所述直通道与圆通道相连接处设置一个弧形板作为第一种表面改性限流原件，弧形板的弧形外面朝向壳体流体入口，所述第一种表面改性限流原件的上半段为疏水亲油材质，即上半段表面为疏水亲油表面，所述第一种表面改性限流原件的下半段为疏油亲水材质，即下半段表面为疏油亲水表面；

所述直通道内设置至少两列第二种表面改性限流原件阵，每列第二种表面改性限流原件阵至少包括两个表面改性限流原件，前一列的第二种表面改性限流原件与后一列的第二种表面改性限流原件相错开设置，所述第二种表面改性限流原件为三角形，三角形的其中一个角正对壳体流体入口，所述第二种表面改性限流原件的上半段为疏水亲油材质，即上半段表面为疏水亲油表面，所述第二种表面改性限流原件的下半段为疏油亲水材质，即下半段表面为疏油亲水表面。

8.根据权利要求7所述的一种流体控制装置，其特征在于，所述第一种表面改性限流原件上端与直通道内壁之间构成水相流体通道，第一种表面改性限流原件下端与直通道内壁之间构成油相流体通道。

说明书

一种油井流体自适应装置及流体控制装置

技术领域

[0001] 本发明涉及改善油田开发效果的装置技术领域，具体地说是一种油井流体自适应装置及流体控制装置。

背景技术

[0002] 在油田开发过程中，由于储层非均质性等因素的影响，油井不同位置的产量有所不同，生产剖面的不均衡推进会导致在高产量位置过早见水/气。一旦发生水/气突破，油井产量将显著降低。分段射孔与变密度射孔完井等方法可以在一定程度上平衡生产剖面。但这些方法对生产剖面的调控能力有限，无法做到有效控水/气。

[0003] 截止2018年，国内外已相继研发出多种被动式流入控制装置和自适应流入控制装置。其中，被动式流入控制装置一旦水相发生锥进，由于水相粘度较低，将完全占满油井并抑制油相流体的流动，造成油井产量大幅降低。自适应流入控制装置能够自动识别水相流体并增大阻力，抑制水相流体的流动。然而，现有自适应流入控制装置存在结构复杂，无法满足油田高含水开发需求等缺点。

[0004] 申请号：201910032842.8公开了一种适用于低流速水体水环境改善的调控装置及使用方法，方壳体四边均固定有板架，所述板架的端部设置有油缸架，所述油缸架上安装有油缸，所述油缸的活塞杆端部通过料座安装有料箱，所述料箱的底部设置有电子阀门，所述板架底部通过环板安装有浮子，所述方壳体底部安装有用于对水体进行增氧的增氧装置，所述增氧装置的底部安装有用于推动整个调控装置在水中移动的动力装置；所述方壳体通过接线座安装有遥控信号器，所述遥控信号器与用于控制整个调控装置的控制器相连。此装置能够有效的改善低流速水体的环境。

[0005] 申请号：201811575785.X公开了一种分层注聚器的流速控制装置及同心步进分层注聚器，涉及地球科学领域，其中，一种分层注聚器的流速控制装置，包括：分层注聚器，所述分层注聚器具有注水流道，所述分层注聚器的上接头通过管路与注水水箱连接，所述管路上具有流速传感器，所述流速传感器与控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与打压泵连接，所述打压泵还与所述注水水箱连接；所述流速传感器，用于测量进入所述注水流道的流速；所述控制器，用于根据所述流速和设定流速控制所述打压泵工作或者不工作。以解决分层注聚器的出液孔堵塞需反复起下仪器进行投捞或者注入效率低，造成不能按时完成注入的问题。

[0006] 申请号：201410705724.6一种可调节流速的多级并联式水力旋流器，包括架体和旋流器筒体，筒体内腔经横向隔板分为设有进液口的固液分离腔和排固腔，旋流器筒体的上下两端分别安装有上端盖和锥形接头；包括由至少设有一纵向切入缝的旋流子筒体、溢流管和具有多个径向螺纹孔的填料套构成的多个旋流子；旋流子筒体的上端插装固定于上端盖，其下端穿过横向隔板；溢流管插入到旋流子筒体内，两者之间形成环形腔，溢流管上固装有与上端盖可拆卸式固连的法兰盘，其外侧面上设有定位孔；填料套置于环形腔内，其通过螺钉与溢流管固连；包括由总接头和多条管路构成的管汇结构。本水力旋流器通过开启旋流子的数量来满足不同的产液量工况，通过改变填料套的上下位置来改变进入到旋流筒体内的油气混合液的流速，从而达到较佳的固液分离效果。

[0007] 以上公开技术的技术方案以及所要解决的技术问题和产生的有益效果均与本发明不相同，针对本发明更多的技术特征和所要解决的技术问题以及有益效果，以上公开技术文件均不存在技术启示。

发明内容

[0008] 本发明的目的在于提供一种油井流体自适应装置及流体控制装置，解决现有技术中自适应流入控制装置无法满足油田高含水油井的开发需求问题。该油井流体自适应装置能够根据流体性质自动调整通过装置的流动阻力：含水率较低时，装置对流体具有一定的阻力，能够抵消跟端效应和储层非均质性的影响，生产剖面均衡推进；随着含水率的增大，流体控制装置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。

[0009] 为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种油井流体自适应装置，包括油管、外管，还包括流体控制装置，所述油管同心式置于外管内部，且油管与外管之间形成环形通道，所述外管开设外管流体入口，所述油管开设径向控流体口，径向控流体口安装流体控制装置。

[0010] 所述外管和油管通过连接装置连接固定，所述连接装置包括左同心接头、右同心接头，所述左同心接头、右同心接头结构相同，并用螺栓连接固定在一起，所述同心接头或右同心接头包括外圈、内圈、中环，所述中环连接在外圈和内圈之间，中环开设轴向通孔用以连通油管与外管之间的环形通道，所述外管丝扣式连接外圈，油管丝扣式连接内圈。

[0011] 所述流体控制装置包括壳体、控制通道，所述壳体为一个扁形的长立方体结构，壳体的一侧边开设壳体流体入口，壳体内部设置控制通道，控制通道包括相连通的直通道和圆通道，直通道的宽度小于圆通道的内径，直通道的上侧边与圆通道的上切点平齐，直通道使壳体流体入口与圆通道连通，壳体底部开设控制装置出口，控制装置出口正好位于圆通道的圆心处，所述圆通道内设置同心式的圆形的限流挡板，限流挡板开设流通口。

[0012] 所述直通道与圆通道相连接处设置一个弧形板作为第一种表面改性限流原件，弧形板的弧形外面朝向壳体流体入口，所述第一种表面改性限流原件的上半段为疏水亲油材质，即上半段表面为疏水亲油表面，所述第一种表面改性限流原件的下半段为疏油亲水材质，即下半段表面为疏油亲水表面。

[0013] 所述第一种表面改性限流原件上端与直通道内壁之间构成水相流体通道，第一种表面改性限流原件下端与直通道内壁之间构成油相流体通道。

[0014] 所述直通道内设置至少两列第二种表面改性限流原件阵，每列第二种表面改性限流原件阵至少包括两个表面改性限流原件，前一列的第二种表面改性限流原件与后一列的第二种表面改性限流原件相错开设置，所述第二种表面改性限流原件为三角形，三角形的其中一个角正对壳体流体入口，所述第二种表面改性限流原件的上半段为疏水亲油材质，即上半段表面为疏水亲油表面，所述第二种表面改性限流原件的下半段为疏油亲水材质，即下半段表面为疏油亲水表面。

[0015] 为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种流体控制装置，包括壳体、控制通道，所述壳体为一个扁形的长立方体结构，壳体的一侧边开设壳体流体入口，壳体内部设置控制通道，控制通道包括相连通的直通道和圆通道，直通道的宽度小于圆通道的内径，直通道的上侧边与圆通道的上切点平齐，直通道使壳体流体入口与圆通道连通，壳体底部开设控制装置出口，控制装置出口正好位于圆通道的圆心处，所述圆通道内设置同心式的圆形的限流挡板，限流挡板开设流通口；

[0016] 所述直通道与圆通道相连接处设置一个弧形板作为第一种表面改性限流原件，弧形板的弧形外面朝向壳体流体入口，所述第一种表面改性限流原件的上半段为疏水亲油材质，即上半段表面为疏水亲油表面，所述第一种表面改性限流原件的下半段为疏油亲水材质，即下半段表面为疏油亲水表面；

[0017] 所述直通道内设置至少两列第二种表面改性限流原件阵，每列第二种表面改性限流原件阵至少包括两个表面改性限流原件，前一列的第二种表面改性限流原件与后一列的第二种表面改性限流原件相错开设置，所述第二种表面改性限流原件为三角形，三角形的其中一个角正对壳体流体入口，所述第二种表面改性限流原件的上半段为疏水亲油材质，即上半段表面为疏水亲油表面，所述第二种表面改性限流原件的下半段为疏油亲水材质，即下半段表面为疏油亲水表面。

[0018] 所述第一种表面改性限流原件上端与直通道内壁之间构成水相流体通道，第一种表面改性限流原件下端与直通道内壁之间构成油相流体通道。

[0019] 本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

[0020] 本发明为基于高尔顿钉板及流体力学原理的油井流体控制装置，当流动空间内流体为水时，流体主要从水相流体流动通道进入限流腔，当流动空间内流体为油时，流体主要从油相流体通道进入限流腔，当流体空间内流体为油水两相流体时，水相流体从水相流体通道进入限流腔，油相流体从油相流体通道进入限流腔。产生这种现象的原因是：如果不采用表面改性，流体分子流经限流腔内的每个限流原件时，其流动路径的选择是随机的，流经限流原件两侧的概率相同。通过结合表面改性材料，使限流原件一侧疏油，另一侧疏水，干预流体分子的流动路径，油相分子更倾向从限流机构下侧流出从而径向流入限流腔，水相分子更倾向从机构上测流出从而切向流入限流腔。

[0021] 限流腔内包含多个限流挡板，限流挡板上有开口，水相流体进入限流腔内沿切向运动，流程较长，油相流体进入限流腔内沿径向运动，流程较短。这是由于通过结构设计，在一定流量条件下，使水相流体(低黏度)通过该装置时，使其为层流条件，层流流动使各层间流体质点互不混杂，水相流体将沿原流动方向流动，切向在限流腔内流动，从而产生更大的摩阻；油相流体(高黏度)通过该装置时，使其为湍流条件，由于湍流流动时流体质点相互混杂，流体易向四周扩散，沿径向直接从出口流出，摩阻较小。

[0022] 装置产生的流动阻力受油水两相流体的流量及含水率影响。在开采过程中，当装有该装置的目标段含水率较低时，储层流体通过该装置主要从限流腔径向通道流出，附加阻力较小，不限制该层段的开采；当目标段含水率较高时，储层流体通过该装置主要从限流腔切向通道流出，附加阻力较大，限制该层段水的产出。

[0023] 限流腔内的限流挡板开口通过位置设置，水相流入体较难从挡板开口处流向控制装置出口，油相流体较易从挡板开口处流向控制装置出口。

[0024] 地层流体从环形空间流入管体。

[0025] 通过改变控流机构的流道长度、限流挡板的形状、限流挡板的数量、限流挡板表面改性性能、限流腔面积和限流腔内的限流挡板结构来改变装置控水强度。

[0026] 本发明提供的油井控水自适应控制装置，基于伯努利原理、高尔顿钉板原理和表面改性，该装置能识别流体类型并自动调整装置的阻力等级，含水率较低时，装置对流体的阻力较小，不影响油的产出，当含水率增高时，装置自动调整其阻力，限制水的产出，保证油井长期稳产。

附图说明

[0027] 图1是本发明的油井流体自适应装置的结构示意图。

[0028] 图2是本发明的流体控制装置的结构示意图。

[0029] 图3是本发明的表面改性原件在油水两相条件下的流动示意图。

[0030] 图4是本发明的表面改性原件在油水两相条件下的流动示意图。

[0031] 图中：1、流体入口；2、流体入口；3、流体入口；4、外管；5、油管；6、环空通道；7、主流通道；8、连接装置；9、流体控制装置；10、流体控制装置；11、流体入口；12、表面改性限流原件；121、疏水亲油表面；122、疏油亲水表面；13、表面改性限流原件；131、疏水亲油表面；132、疏油亲水表面；14、水相流体通道；15、油相流体通道；16、限流挡板；17、控制装置出口。

具体实施方式

[0032] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0033] 请参阅图1至图4，本发明提供一种技术方案：

[0034] 一种油井流体自适应装置，包括油管5、外管4，还包括流体控制装置，所述油管同心式置于外管内部，且油管与外管之间形成环形通道，所述外管开设外管流体入口1、2、3，所述油管开设径向控流体口，径向控流体口焊接安装流体控制装置9、10。

[0035] 所述外管和油管通过连接装置8连接固定，所述连接装置包括左同心接头、右同心接头，所述左同心接头、右同心接头结构相同，并用螺栓连接固定在一起，所述同心接头或右同心接头包括外圈、内圈、中环，所述中环连接在外圈和内圈之间，中环开设轴向通孔用以连通油管与外管之间的环形通道，所述外管丝扣式连接外圈，油管丝扣式连接内圈。

[0036] 所述流体控制装置包括壳体、控制通道，所述壳体为一个扁形的长立方体结构，壳体的一侧边开设壳体流体入口11，壳体内部设置控制通道，控制通道包括相连通的直通道和圆通道，直通道的宽度小于圆通道的内径，直通道的上侧边与圆通道的上切点平齐，直通道使壳体流体入口与圆通道连通，壳体底部开设控制装置出口17，控制装置出口正好位于圆通道的圆心处，所述圆通道内设置同心式的圆形的限流挡板16，限流挡板开设流通口。限流挡板可以设置同心式的多圈组合。如图所示，设置了两圈，两圈的流通口相错开。

[0037] 所述直通道与圆通道相连接处设置一个弧形板作为第一种表面改性限流原件13，弧形板的弧形外面朝向壳体流体入口，所述第一种表面改性限流原件的上半段为疏水亲油材质，即上半段表面为疏水亲油表面131，所述第一种表面改性限流原件的下半段为疏油亲水材质，即下半段表面为疏油亲水表面132。表面改性限流原件13与壳体为一体式成型结构。疏水亲油材料、疏油亲水材料均为公知技术。

[0038] 所述第一种表面改性限流原件上端与直通道内壁之间构成水相流体通道14，第一种表面改性限流原件下端与直通道内壁之间构成油相流体通道15。

[0039] 所述直通道内设置至少两列第二种表面改性限流原件阵，每列第二种表面改性限流原件阵至少包括两个表面改性限流原件12，前一列的第二种表面改性限流原件与后一列的第二种表面改性限流原件相错开设置，所述第二种表面改性限流原件为三角形，三角形的其中一个角正对壳体流体入口，所述第二种表面改性限流原件的上半段为疏水亲油材质，即上半段表面为疏水亲油表面121，所述第二种表面改性限流原件的下半段为疏油亲水材质，即下半段表面为疏油亲水表面122。表面改性限流原件12与壳体为一体式成型结构。

[0040] 如图1所示，本发明提供了一种油井流体自适应装置，包括流体入口1、2、3和穿设于外管4内部的油管5，外管4和油管5同轴，通过连接装置8固定，连接装置8不影响流体流动，外管4的两端封闭，油管5可连接其他油管；在本实施方式中，外管4和油管5之间形成环形流动空间，流体通过环形空间进入流体控制装置9、10，从流体控制装置9、10的出口流入油管5。

[0041] 进一步，如图1、图2所示，流体控制装置9、10安装在油管5上，环形通道6的流体通过流体入口11流入流体控制装置9、10，当含水率较低时，流体主要通过油相流体通道15进入限流腔，沿径向从限流挡板16的开口处流向控制装置出口17，此时控水自适应装置的附加阻力较小；当流体含水率较高时，流体主要通过水相流体通道14进入限流腔，旋转多次后从控制装置出口17流出，此时流体控制装置9、10的附加阻力较大。

[0042] 进一步，如图1、图2、图3、图4所示，通过流体控制装置9、10的流体含水率增高时，流体通过表面改性限流原件12、13，产生油水分离，水相流体流向水相流体通道14，油相流体流向油相流体通道15，由于通过水相流体通道14的流体增多，通过油相流体通道15的流体减少，限流腔内流体流动的附加阻力增大，此时流体控制装置9、10的附加阻力增大。

[0043] 进一步，当油藏流体性质发生变化时，通过流体控制装置9、10的流体流动会随之发生动态变化，当流体为高含水流体时，限流腔内流体流动的附加阻力较大，限制高含水层段水的产出；当流体为低含水流体时，限流腔内流体流动的附加阻力较小，增大低含水层段油的产出。

[0044] 本发明一种油井流体自适应装置及流体控制装置，包括流体流动通道、结合表面改性和高尔顿钉板原理的控流机构、限流腔以及与所述流动空间连接的出口；

[0045] 所述流体流动通道包括水相流体流动通道和油相流体通道，限流机构位于流体通道入口与限流腔之间。液体能够流经流体流动通道、控流机构及限流腔从控制装置的出口排出。

[0046] 当流动空间内流体为水时，流体主要从水相流体流动通道进入限流腔，当流动空间内流体为油时，流体主要从油相流体通道进入限流腔，当流体空间内流体为油水两相流体时，水相流体从水相流体通道进入限流腔，油相流体从油相流体通道进入限流腔。产生这种现象的原因是：如果不采用表面改性，流体分子流经限流腔内的每个限流原件时，其流动路径的选择是随机的，流经限流原件两侧的概率相同。通过结合表面改性材料，使限流原件一侧疏油，另一侧疏水，干预流体分子的流动路径，油相分子更倾向从限流机构下侧流出从而径向流入限流腔，水相分子更倾向从机构上测流出从而切向流入限流腔。

[0047] 限流腔内包含多个限流挡板，限流挡板上有开口，水相流体进入限流腔内沿切向运动，流程较长，油相流体进入限流腔内沿径向运动，流程较短。这是由于通过结构设计，在一定流量条件下，使水相流体(低黏度)通过该装置时，使其为层流条件，层流流动使各层间流体质点互不混杂，水相流体将沿原流动方向流动，切向在限流腔内流动，从而产生更大的摩阻；油相流体(高黏度)通过该装置时，使其为湍流条件，由于湍流流动时流体质点相互混杂，流体易向四周扩散，沿径向直接从出口流出，摩阻较小。

[0048] 装置产生的流动阻力受油水两相流体的流量及含水率影响。在开采过程中，当装有该装置的目标段含水率较低时，储层流体通过该装置主要从限流腔径向通道流出，附加阻力较小，不限制该层段的开采；当目标段含水率较高时，储层流体通过该装置主要从限流腔切向通道流出，附加阻力较大，限制该层段水的产出。

[0049] 限流腔内的限流挡板开口通过位置设置，水相流入体较难从挡板开口处流向控制装置出口，油相流体较易从挡板开口处流向控制装置出口。

[0050] 地层流体从环形空间流入管体。

[0051] 通过改变控流机构的流道长度、限流挡板的形状、限流挡板的数量、限流挡板表面改性性能、限流腔面积和限流腔内的限流挡板结构来改变装置控水强度。

[0052] 由上所述，本发明提供的油井控水自适应控制装置，基于伯努利原理、高尔顿钉板原理和表面改性，该装置能识别流体类型并自动调整装置的阻力等级，含水率较低时，装置对流体的阻力较小，不影响油的产出，当含水率增高时，装置自动调整其阻力，限制水的产出，保证油井长期稳产。

[0053] 在本发明的描述中，需要理解的是，方位指示或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0054] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。