调流控水装置、短节、管柱和二次控水完井方法与流程

本发明涉及油气井完井技术领域，具体涉及一种调流控水装置、短节、管柱和二次控水完井方法。

背景技术：

水平井与常规直井相比，增大了井筒与油藏的接触面积，单井产量高。随着水平井技术的不断进步，水平井越来越多的被应用于油藏的生产开发。

随着生产开发的进行，由于水平井筒较长，储层岩石的非均质性和渗透率的各向异性，以及不同的油水界面张力导致油水不同的出流压差，非常容易因边底水锥进而导致水平井筒大量产水，甚至水平井筒暴性水淹，缩短了水平井的生命周期，影响了水平井控制区域的采出程度和单井采收率。

为了延缓水平井边底水锥进速度，延长水平井无水产油期或者低含水产油期，要均衡同一水平井段油水的出流速度，或者均衡整个水平井筒的产液剖面，以抑制水相的产出速度，促进油相的产出。

现有技术中，可以通过注入氮气、泡沫等药剂等化学方法调整产液剖面，抑制水的产出。还可以注入选择性封堵凝胶、选择性封堵冻胶和超细水泥等物理方法，封堵主要产水通道，减少水的产出。以上这些方法对于延缓水平井的边底水锥进，延长油井生产周期，改善出流剖面有一定的效果，但是存在费用较高，需多次作业，并且化学药剂一定程度上损害储层等不足。

由此，需要发明一种调流控水装置，以均衡水平井产液剖面，延缓水线锥进速度，实现稳油控水的目的。

技术实现要素：

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种调流控水装置、短节、管柱和二次控水完井方法。该装置用于水平井中能增加井筒中流体进入井筒的生产管柱内的流动阻力，从而控制水平井对应储层内流体的产出速度，进而调整水平井产液剖面，由此抑制边底水锥进，延缓水平井见水时间，达到提高单井产量和采收率的目的。

根据本发明的第一方面，提出了一种调流控水装置，包括：

基管，在基管的下游端外壁上设置有安装槽，

设置在安装槽处的旋流控制器，

套设在基管的外侧的保护筒，保护筒与基管形成下游端封堵的环空腔，

其中，在流体进入环空腔后，通过旋流控制器进入到基管的内腔中。

在一个实施例中，控制器具有：

控制器主体，

设置在控制器主体内的旋流腔，

设置在控制器主体的侧面的用于与旋流腔连通的入口，

设置在控制器主体的底面用于与旋流腔连通的出口，出口与基管的内腔连通，

用于连通入口和旋流腔的旋流通道，

用于连通旋流通道和旋流腔的分流通道，

其中，控制器主体构造为长方体。

在一个实施例中，在从入口到出口的方向上，旋流通道的流通面积逐渐变小。

在一个实施例中，旋流通道的最大流通面积处的流通面积与最小流通面积处的流通面积的比值为2.8-3.2。

在一个实施例中，旋流腔的底壁构造为斜面状，和/或出口包括在从上游到下游的方向上截面面积逐渐变小的锥孔。

在一个实施例中，在环空腔内的基管的上游端外壁上设置多个沿轴向延伸的第一条块，多个第一条块周向上间隔式设置。

在一个实施例中，在环空腔内的基管的外壁上设置多个周向间隔的凸块，凸块设置在第一条块的下游并与保护筒抵接。

在一个实施例中，在凸块的下游端的基管的外壁上设置第二条块以在周向上将环空腔分隔为多个引流空间，并在各引流空间内均设置有安装槽和旋流控制器。

根据本发明的第二方面，提供一种短节，包括：

根据上述的调流控水装置，

设置在调流控水装置的上游并与调流控水装置连通的筛管装置。

在一个实施例中，筛管装置具有：

与基管连接的内管，

设置在内管外侧并与内管形成环空空间的保护套，在保护套上设置有与环空空间连通的过流孔，

将环空空间分隔为内环空空间和外环空空间的过滤网组件，内环空空间与环空腔连通。

在一个实施例中，在内管的壁上设置轴向延伸的用于支撑过滤网组件的支撑件。

根据本发明的第三方面，提供一种管柱，包括：

连接油管，

设置在连续油管的下端的封隔器，

设置在封隔器的下游的充填转换器，

设置在充填转换器的下游的上述的短节。

在一个实施例中，在短节的内腔中设置轴向延伸的冲管，其中，冲管的上端与充填转换器连接，并且冲管的外壁与短节的内腔壁间隔式设置。

根据本发明的第四方面，提供一种二次控水完井方法，包括：

步骤一：下入上述的管柱，使得短节位于水平井段，充填转换器设置在水平段跟端或水平井井斜端位置，

步骤二：使得封隔器坐封以封隔管柱和原井壁之间的环空，

步骤三：向管柱内泵入携砂液及砾石，使得砾石填充到短节与原井筒之间的环空内，

步骤四：停止泵入。

在一个实施例中，在步骤三种，泵入的携砂液及砾石的排量为0.1到0.2立方米每分钟。

在一个实施例中，在步骤四中，当井口所监控的充填压力升高5到10兆帕时，停止泵入。

在一个实施例中，在步骤三种，砾石的密度为1.0-1.03克每立方厘米，抗压强度不小于60兆帕，颗粒粒径为40-100目，球形度不小于0.95。

与现有技术相比，本发明的优点在于，在将该调流控水装置下入到水平井中后，储层的流体能进入到环空腔，然后通过旋流控制器而进入到基管的内腔，再被输送到地面。该装置增加了能增加储层的流体的流动阻力，从而控制水平井的对应储层内流体的产出速度，进而调整水平井产液剖面，由此抑制边底水锥进，延缓水平井见水时间，达到提高单井产量和采收率的目的。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1显示了根据本发明的一个实施例的管柱；

图2显示了根据本发明的一个实施例的短节；

图3显示了根据本发明的一个实施例的工作筒；

图4显示了根据本发明的一个实施例的旋流控制器；

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

图1显示了根据本发明的管柱10。如图1所示，管柱10包括从上游到下游方向，依次设置的连接油管1、封隔器2、充填转换器3和短节100。其中，封隔器2设置在连接油管1的下端，用于封隔管柱10和原井壁之间的环空，以保证在水平段内充填砾石后不会上返。充填转换器3处在封隔器2的下游，用于转换流体的通道，用于保证从井口注入管柱10内腔的砂砾和携砂液经过充填转换器3后进入水平井段短节100与原井筒之间的环形，在携砂液通过短节100进入管柱10的内腔中后，携砂液经过充填转换器3后进入管柱10与上层原井筒的环形内，最后排出井外。短节100包括相连接的调流控水装置101和筛管装置102，并设置在水平井的水平段，用于实现对储层的无限极封隔，达到无限极控水，具体结构下文中会进行详细描述。

管柱10可以包括多个依次相连接的短节100。这种设置能增加工作效率，有助于实现对储层的无限极封隔。

如图2所示，短节100包括相连接的调流控水装置101和筛管装置102。其中，调流控水装置101处在筛管装置102的下游。在井筒内的流体经过筛管装置102被过滤后，进入到调流控水装置101中。

如图2所示，筛管装置102包括内管103，保护套104和过滤网组件105。其中，内管103呈筒状。保护套104套接在内管103的外侧，并与内管103形成环空空间106。过滤网组件105设置在环空空间106内，并套接在内管103的外壁上，以将环空空间106分隔为内环空空间107和外环空空间108。另外，在保护套104上设置有连通外环空空间108的过流孔109。从而，流体可以通过过流孔109进入到外环空空间108中，然后再通过过滤网组件105进入到内环空空间107中。

在一个实施例中，在内管103的壁上设置支撑件110，以用于支撑过滤网组件105。该支撑件110可以构造为设置在内管103的壁上轴向延伸的长条板，例如，支撑件110为钢筋。过滤网组件105包括滤网层111和支撑层112。其中，支撑层112用于支撑柔性的滤网层111，以达到过滤和畅流的双重目的。为了增加过滤效果，过滤网组件105可以包括多层滤网层111和支撑层112。具有这种结构的筛管装置102结构简单，易于实现，并且过滤效果好。

如图2所示，调流控水装置101具有基管120、旋流控制器121和保护筒122。在基管120的下游端的外壁上设置有安装槽123，以用于安放和限定旋流控制器121。旋流控制器121使得通过其中的流体产生旋流，并对流体中的水和油产生不同的阻力，从而控制水平井的对应储层内流体的产出速度，进而调整水平井产液剖面，抑制边底水锥进，延缓水平井见水时间，达到提高单井产量和采收率的目的。保护筒122套设在基管120的外侧，并与基管120形成下游端封堵的环空腔124。旋流控制器121设置在该环空腔124中。同时，该环空腔124与内环空空间107连通，以接收来自内环空空间107的流体。

在一个实施例中，如图4所示，旋流控制器121具有控制器主体125、旋流腔126、入口127、出口128、旋流通道129和分流通道130。其中，控制器主体125呈方形结构，以能方便地安装到安装槽123处。旋流腔126设置在控制器主体125中，以用于接收通过旋流通道129和分流通道130流入的流体。入口127设置在控制器主体125的侧面，用于流体流入到旋流腔126中。出口128设置在控制器主体125的底面，与旋流腔126和基管120的内腔均连通。旋流通道129用于连通入口127和旋流腔126，以使得通过入口127进入到的流体，经过旋流通道129后产生旋流效果再进入到旋流腔126中。分流通道130设置在旋流通道129和旋流腔126之间，以用于沟通旋流通道129和旋流腔126。结构上，旋流通道129由螺旋状的槽形成。而分流通道130由设置在相对应旋流通道129的槽壁上的径向的槽形成。该旋流控制器125能够根据地层流体的物性差异(密度、粘度)及流动性质，对地层流体(油、水)进行区分，自动调整条流动路径的流量分配比例，对入流量较大及高含水率的地层流体进行限制，达到自适应稳油控水的效果。具体地说，当进入旋流控制器125的地层流体粘度较小且密度较大(含水率高)时，流体能够经由旋流通道129和分流通道130两条流动路径进入旋流腔126，但分流通道130对该地层流体产生的阻力大于旋流通道129对该地层流体产生的阻力，因此，沿旋流通道129进入旋流腔126的流量占比较大，这些流体由旋流通道129进入旋流腔126并做近心旋流运动后，流速逐渐降低，最后通过出口128流到基管120的内腔中，流体流速越快，旋流时间越长，流体的流动路径越长，产生的阻力越大。当进入旋流控制器121的地层流体粘度较大且密度较小(含水率低)时，能够经由旋流通道129和分流通道130两条流动路径进入旋流腔126，但旋流通道129对该地层流体产生的阻力大于分流通道130对地层流体产生的阻力，因此，沿分流通道130进入旋流腔126的流量占比较大，这些流体由分流通道130进入旋流腔126，最后通过出口128流入基管120的内腔中，这种情况下，流体的流动路径较短，产生的阻力较小。

优选地，控制器主体125由钨钴合金制成。这种设置方式可以提高旋流控制器121的耐磨性，提高其使用寿命。同时，将由钨钴合金制成的控制器主体125加工为长方形状，可以方便快捷地安装在安装槽123处。

优选地，在从入口127到出口128的方向上，旋流通道129的流通面积逐渐变小。进一步优选地，旋流通道129的最大流通面积处的流通面积与最小流通面积处的流通面积的比值为2.8-3.2，例如，比值为3。通过这种设置能够增加油水混合物的节流阻力，更好地提高调流控水效果。

优选地，旋流腔126的底壁构造为斜面状，进一步优选地，旋流腔126的底壁的倾斜角度为3-5度，例如4度，以使得流体会更顺利的流向出口128。这种设置方式能提高引导油流的效果，减少对油的阻力，进而提高调流控水效果。

优选地，出口128包括在从上游到下游的方向上截面面积逐渐变小的锥孔。例如，在从基管120的外到内的方向上，出口128可以构造为缩口。进一步优选地，出口128的锥度角为60度，也就是，在出口128的轴向截面上，两个腰线之间的夹角为60度。通过这种设置出口128能更好地引导流体进入到基管120的内腔，其具有引导流油的作用。并且，这种设置方式还能减少对与油的阻力，进一步增加控水调流效果。当然，出口128还可以构造为其它结构形式，例如，出口128包括从上游到下游的方向上截面面积逐渐变小的锥孔段和设置在锥孔段的下游的圆筒段。锥孔段的锥度角也可以为60度。这种设置方式同样能达到增加控水调流的目的。

需要说明的是，图4中只是显示了旋流控制器121的一部分。旋流控制器121还包括能设置在图中所示部分上的盖体。该盖体盖合在图4所示的旋流控制器121的上面，以形成封闭的旋流腔126等。

如图3所示，在环空腔124内的基管120的上游外壁上设置第一条块131，该第一条块131沿轴向延伸，并在周向上间隔式设置。由此，将环空腔124的上游端分为了不同的液体流动通路，以起到引流作用。

在环空腔124内的基管120的外壁上设置凸块132。在轴向上，该凸块132设置在第一条块131的下游。在周向上，该凸块132间隔式设置，并不阻碍流体沿着轴向流动。在径向上，该凸块132与保护筒122抵接，以起到保证两者之间位置关系的作用。该凸块132主要起到了支撑保护筒122并提高基管120的强度的作用。

在凸块132的下游端的基管120的外壁上设置第二条块133。该第二条块133轴向延伸，并周向间隔式设置以在周向上将环空腔124分隔为多个引流空间134。在各引流空间134内均设置有安装槽123和与安装槽123匹配的旋流控制器121。例如，在周向上设置多个四个安装槽123，以提高调流控水装置101的调流控水能力。

为了实现内环空空间107和环空腔124的连通，如图2所示，内管103和基管120固定连接。在保护套104下游端设置连接筒17，且连接筒17与保护筒122连接。通过这种方式实现了内环空空间107和环空腔124的连通。

使用这种管柱10，能向水平井进行充填砾石操作，从而达到无限制封隔储层的作用。同时，还能根据流入流体的物性自动调节所产生的附加阻力，从而达到减小水平井跟趾效应和油层非均质性影响，增加产油层位的产量。具有这种结构的短节100能增加油、水和油水混合物的节流阻力，对油井开采前期的均匀控液，抑制高渗段产液，提升低渗段产液，促使底水均匀抬升具有较大的控制作用，能自动调节过水与过油的压降，无能耗，效率高。

在一个优选地实施例中，管柱10还包括冲管6。其中，冲管6的一端与填充转换器125连接，另一端沿着管柱10的水平段延伸。冲管6设置在短节100的内腔中并与短节100的内腔间隔式设置。在流体经过筛管装置102和调流控水装置101后，进入到冲管6与短节100所形成的环空空间内，然后再在通过冲管6的下游端开口进入到冲管6的内腔中，而最终返回到地面。通过设置冲管6能保证砾石的填充效果，从而提高无限极分隔储层的效果。

下面根据图1到4详细描述二次控水完井方法。

首先，将管柱10下入井筒中。使得短节100位于井底水平段处，充填转换器设置3在水平段跟端或水平井井斜端位置。

然后，在管柱10下到位后，坐封封隔器2以封隔管柱100和原井壁之间的环空。

再次，在井口向管柱10的内腔中注入携砂液及砾石。携砂液携带砾石，通过充填转换器3后进入管柱10与水平段原井筒之间的环形。砾石留在水平段原井筒之间的环形，而携砂液进入到筛管装置102的内环空空间107内，接着流入到环空腔124中，通过限流控制器121后，再进入到冲管6中。返回携砂液通过冲管6后，经过充填转换器3进入管柱100与原井筒之间的环空，返回携砂液经过环空后排出井外进入循环罐，完成一次充填的循环。使用中，不断重复上述的循环，直至水平井的水平段的管柱10和原井筒的环空全部充满充填砾石7为止。在水平段环空充填砾石过程中，通过井口所监控的充填压力来判断水平段环空的充填程度。比如，当充填压力快速升高5到10兆帕时，水平段填满，可以停止输送。优选地，在充填过程中，可以采用比较小的排量来进行充填，例如，充填排量为0.1-0.2m³/min。

其中，用于充填的砾石选用密度较低且与水密度相近的砾石，例如，砾石的密度为1.0～1.03g/cm³。通过这种设置确保砾石可以用油田水来进行充填携带。在一个优选的实施例中，砾石的抗压强度不小于60mpa，耐温也该不小于200℃。此外，砾石的颗粒粒径为40—100目，球形度不小于0.95。这种较小的砾石粒径和较高的球形度保证了砾石堆积后的紧密程度，降低砾石整体充填后的渗透率，起到明显的阻挡流体横向流动的封隔作用。同时，该特性的砾石能适应井筒中的环境，保证满足使用需要。

在充填结束后，提出封隔器2以上的连续油管1，并下入采油管柱，对油井进行开采。

以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。