可主动调节的自适应调流控水采油装置的制作方法

本发明属于油田完井技术领域，涉及调流筛管控水完井技术，特别涉及一种均衡流入剖面、阻水稳油的可主动调节的自适应调流控水采油装置。

背景技术：

水平井作为油气田开发的一项先进技术，已应用于大多数类型的油气藏。在均匀油藏中，水平井采油过程中受到流动压降的影响，其跟端的压降和流量都要比趾端大的多。在非均质油藏中，由于高渗流体的突进，跟趾效应尤为明显。由此产生的不均匀剖面，一旦遇水或气，极易发生锥进，导致趾端流体流动受阻，油井产量将大大降低。

上世纪90年代，调流控水技术被引入到油田完井中。利用膨胀封隔器将水平井进行分段完井，在每个筛管节点上安放流入控制装置，其作用是：增加附加压差，限制高渗段产量，均衡流入剖面，延缓锥进现象，最终提高油井的总产量。

现有的流入控制装置工作原理大致分为：利用动量变化产生压降(流过孔、喷嘴或者改变方向)，利用摩擦产生压降(通过管道流动)、或者利用前两者的结合。因此，流入控制装置按照工作机理可分为：喷嘴型、螺旋通道型和混合型。

喷嘴型流入控制装置通过使流体流过若干结构尺寸预先设置好的喷嘴，通过节流作用产生附加压降。喷嘴型流入控制装置的优点是结构简单，下井前可以根据井下情况对喷嘴数量进行及时调配，压降损失与流体粘度无关；缺点是易受到高速流体携带颗粒的冲蚀，发生堵塞。

螺旋通道型流入控制装置通过使流体流过预先设计好的螺旋通道或弯曲通道，在摩擦阻力作用下产生附加压降。螺旋通道型流入控制装置的优点是过流面积大，有效避免了流体的冲蚀和堵塞；缺点是流动阻力与流体密度和粘度密切相关，会使水/气由于油流动，导致井筒内过早见水/气。

混合型流入控制装置是前两者的综合，为获得相同的流动阻力，由于摩擦阻力作用，混合型流入控制装置的过流面积比喷嘴型流入控制装置大；由于节流阻力作用，和螺旋通道型流入控制装置相比，其对流体粘度的敏感型相对降低。

以上三种流入控制装置，其尺寸或数量需在完井之前或完井时，根据地层固定流量进行设置，一旦投入生产便不能进行调节。但在实际情况下，地层中相同位置的流量在整个采油过程中也会发生变化，这时所需阻力也会相应发生变化，预先设计的流入控制器就可能会失去作用。

技术实现要素：

鉴于现有技术的不足，本发明的目的是提供一种针对同一位置流体的流量变化的可主动调节的自适应调流控水采油装置，该可主动调节的自适应调流控水采油装置能够在不同的流量下提供不同的阻力压降，因而具有更加广泛的适用性。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种可主动调节的自适应调流控水采油装置，包括：

纵长延伸的基管；所述基管的管壁内设有沿其延伸方向螺旋延伸的螺旋通道；所述基管的管壁设有与所述螺旋通道相通的输入部，所述基管的内壁上设有将所述螺旋通道与所述基管内部相连通的输出部；

能够调节所述输入部开度的调节机构；所述调节机构能使得所述输入部的开度与流体流量呈负相关关系。

作为一种优选的实施方式，所述基管的管壁内还设有沿所述基管轴向延伸的调节通道；所述调节通道在所述基管一端的端面上形成流体输入口；所述输入部将所述螺旋通道与所述调节通道相连通；

所述调节机构包括位于所述调节通道内的活动喷管以及弹性件；所述流体输入口用于输流入体并使流体通过所述活动喷管进入所述输入部；

所述活动喷管能在流体的冲力下向远离所述流体输入口方向运动；所述活动喷管远离所述流体输入口运动时逐渐将所述输入部遮挡，以减小所述输入部的开度；所述弹性件在所述活动喷管向远离所述流体输入口方向运动时向所述活动喷管施加与所述运动方向相反的作用力。

作为一种优选的实施方式，所述活动喷管的内径为3～6毫米；所述活动喷管的内壁设有亲水疏油材料。

作为一种优选的实施方式，所述螺旋通道的内径为7～15毫米，长度为200～500毫米。

作为一种优选的实施方式，所述输入部包括多个沿所述基管轴向排列的输入孔；所述活动喷管在所述调节通道内移动时通过遮挡不同数量的所述输入孔改变所述输入部的开度。

作为一种优选的实施方式，多个沿所述基管轴向排列的输入孔中，越远离流体输入口的输入孔与所述输出部之间螺旋通道的长度越短。

作为一种优选的实施方式，所述基管包括第一内筒、第二内筒；所述第一内筒的外壁上设有沿所述基管轴向螺旋延伸的螺旋槽；所述第二内筒套设于所述第一内筒外；所述第二内筒的内壁与所述螺旋槽形成所述螺旋通道；所述输出部设置于所述第一内筒的筒壁上；所述输入部设置于所述第二内筒的筒壁上。

作为一种优选的实施方式，所述基管还包括第一外筒、第二外筒；所述第一外筒的下端连接所述第二外筒的上端；所述调节通道设置于所述第一外筒的筒壁上；所述第二外筒的内壁上设有顶抵台阶；所述顶抵台阶位于所述输入部以及调节通道下方；所述弹性件为一端顶抵所述顶抵台阶以及另一端顶抵所述活动喷管的弹簧。

作为一种优选的实施方式，所述输出部包括具有节流结构的输出孔。

作为一种优选的实施方式，所述节流结构包括壳体、以及调节盘；所述壳体具有容纳所述调节盘的腔室、以及与所述腔室相通的节流入口、节流出口；所述调节盘的盘面与所述节流入口输流入体的流向垂直。

作为一种优选的实施方式，所述腔室沿沿垂直于所述调节盘的盘面方向的长度大于所述调节盘的厚度；所述调节盘的外径小于所述腔室的内径。

作为一种优选的实施方式，所述壳体具有所述节流出口的一端固定连接有柱体结构；所述柱体结构上开设有将所述节流出口与所述腔室连通的出流通道，多个所述出流通道沿周向均匀分布；所述柱体结构位于所述腔室的一端的端面上开设有与所述调节盘的盘面平行的流道。

作为一种优选的实施方式，所述节流结构在所述基管上设有1个或者沿所述基管周向设有2个或更多个；所述节流出口的直径为1.6～5.0毫米。

有益效果：

本实施方式所提供的可主动调节的自适应调流控水采油装置通过设有调节机构，当流体流量较小时，调节机构使得输入部处于较大的开度，从而对流体流动的阻力较小，保证进入螺旋通道的流体的量；当流体流量增大时，调节机构使得输入部的开度减小，从而对流体流入螺旋通道的阻力变大；当流量达到一定程度以后，输入部的开度被调剂机构降低至最小状态，从而该可主动调节的自适应调流控水采油装置提供的阻力达到较佳值。因此，该可主动调节的自适应调流控水采油装置针对同一位置流体的流量变化，能够在不同的流量下提供不同的阻力压降，具有更加广泛的适用性。

另外，该可主动调节的自适应调流控水采油装置通过在基管的管壁上设有螺旋通道，可以充分利用螺旋通道进行流入控制、过流面积大，具有自洁作用、能够有效避免了流体的冲蚀和堵塞等优点。同时，通过设置调节机构可以避免螺旋通道在控制井下大流量或过低流量下被动控水的不足，此外，螺旋通道的设计还可以起到减缓流体流动，确保进入控水油嘴内的流体稳定的作用。

综上可以看出，本实施方式中的可主动调节的自适应调流控水采油装置具有更大的过流面积，能够根据流体流量自动调节所产生的附加阻力，达到减小跟趾效应和油层非均质性的影响，均衡流入剖面，提高油井的产油量。同时，该可主动调节的自适应调流控水采油装置能够改善对不同复杂地层和产液状况的适应能力，扩大装置的适用范围，并且结构简单，经济有效。

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。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

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是本发明一种实施方式所提供的可主动调节的自适应调流控水采油装置结构示意图；

图2是图1的立体剖视图；

图3是图1的第一内筒结构示意图；

图4是图1的第二内筒结构示意图；

图5是图1的第一外筒结构示意图；

图6是图1的第二外筒结构示意图；

图7是图1的节流结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

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”、“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发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明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，不是旨在于限制本发明。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。

请参阅图1、图2，为本发明实施方式所提供的一种可主动调节的自适应调流控水采油装置结构示意图，该可主动调节的自适应调流控水采油装置包括：纵长延伸的基管1；所述基管1的管壁内设有沿其延伸方向螺旋延伸的螺旋通道2；所述基管1的管壁设有与所述螺旋通道2相通的输入部3，所述基管1的内壁上设有将所述螺旋通道2与所述基管1内部相连通的输出部8；能够调节所述输入部3开度的调节机构；所述调节机构能使得所述输入部3的开度与流体流量呈负相关关系。

将该可主动调节的自适应调流控水采油装置下入到井内指定位置，当流体流量较小时，调节机构使得输入部3处于较大的开度，从而对流体流动的阻力较小，保证进入螺旋通道2的流体的量；当流体流量增大时，调节机构使得输入部3的开度减小，从而对流体流入螺旋通道2的阻力变大；当流量达到一定程度以后，输入部3的开度被调剂机构降低至最小状态，从而该可主动调节的自适应调流控水采油装置提供的阻力达到较佳值。因此，该可主动调节的自适应调流控水采油装置针对同一位置流体的流量变化，能够在不同的流量下提供不同的阻力压降，具有更加广泛的适用性。

另外，该可主动调节的自适应调流控水采油装置通过在基管1的管壁上设有螺旋通道2，可以充分利用螺旋通道2进行流入控制、过流面积大，具有自洁作用、能够有效避免了流体的冲蚀和堵塞等优点。同时，通过设置调节机构可以避免螺旋通道2在控制井下大流量或过低流量下被动控水的不足，此外，螺旋通道2的设计还可以起到减缓流体流动，确保进入控水油嘴内的流体稳定的作用。

综上可以看出，本实施方式中的可主动调节的自适应调流控水采油装置具有更大的过流面积，能够根据流体流量自动调节所产生的附加阻力，达到减小跟趾效应和油层非均质性的影响，均衡流入剖面，提高油井的产油量。同时，该可主动调节的自适应调流控水采油装置能够改善对不同复杂地层和产液状况的适应能力，扩大装置的适用范围，并且结构简单，经济有效。

在本实施方式中，基管1的(内部)管道为经输出部8流入流体的通道。基管1可以为一体结构，并可以在管壁上开设形成螺旋通道2。另外，基管1也可以为分体结构，通过多个部件组合连接形成。

在本实施方式中，调节机构可以设置于基管1上，调节机构在流体流量增大时降低螺旋通道2的开度，并在流体流量减小时增大螺旋通道2的开度。具体的，所述基管1的管壁内还设有沿所述基管1轴向延伸的调节通道4。所述调节通道4在所述基管1一端的端面上形成流体输入口6；所述输入部3将所述螺旋通道2与所述调节通道4相连通。

在本实施方式中，所述调节机构包括位于所述调节通道4内的活动喷管5以及弹性件7。所述流体输入口6用于输入流体并使流体通过所述活动喷管5进入所述输入部3。

具体的，所述活动喷管5能在流体的冲力下向远离所述流体输入口6方向运动。所述活动喷管5远离所述流体输入口6运动时逐渐将所述输入部3遮挡，以减小所述输入部3的开度。所述弹性件7在所述活动喷管5向远离所述流体输入口6方向运动时向所述活动喷管5施加与所述运动方向相反的作用力。

所述调节机构能够对入流流量的调节，确保进入自适应调流控水采油装置内的流体不至于过大。另外，为了进一步实现对入流流体流量的控制，所述活动喷管的内径为3～6毫米。其中，该活动喷管的内径也可以在入井工具组装前根据地层的产液情况确定。此外，所述活动喷管的内壁设有亲水疏油材料，进一步增大对水的(粘滞)阻力，降低对油的阻力。其中，该亲水疏油材料优选采用涂覆的方式设置于活动喷管的内壁上。

在本实施方式中，同一调节通道4中可以设置一活动喷管5，也可以设置有多个活动喷管5。其中，活动喷管5可以为直管，活动喷管5的延伸方向与基管1的轴向相平行(或视为相同)。相应的，弹性件7的形变方向同样与基管1的轴向相同，从而为活动喷管5的位移提供回复力。

为方便调控输入部3的开度，所述输入部3可以包括多个沿所述基管1轴向排列的输入孔。所述活动喷管5在所述调节通道4内移动时通过遮挡不同数量的所述输入孔改变所述输入部3的开度。在其他实施例中，输入部3也可以为长孔，该长孔的长度方向与所述基管1的轴向平行，当活动喷管5向下运动时，遮挡(即为封堵)输入部3的长度增大，输入部3与外部相通的长度逐渐减小，从而降低输入部3的开度，增大流体的进入阻力。

在本实施方式中，螺旋通道2可以减缓流体流动，确保进入输出部8的流体状态稳定。如图1、图4所示，进一步地，为可以根据变化的流体流量调整所通过螺旋通道2的长度，从而更好地实现对流入流体的自适应控制，多个沿所述基管1轴向排列的输入孔中，越远离流体输入口6的输入孔与所述输出部8之间螺旋通道2的长度越短。如图4所示，输入孔沿周向可以具有多列，每列输入孔可以对应一个活动喷管5。

螺旋通道的作用主要是减缓入流流体的流速，整理入流流体流态的作用，确保进入后方“节流结构”的流体处于层流状态，螺旋通道的宽度和长度可根据所控制的地层流体的流量进行调节。具体的，所述螺旋通道的内径可以为7～15毫米，长度为200～500毫米。

具体地如图1-图4所示，所述基管1包括第一内筒9、第二内筒10。所述第一内筒9的外壁上设有沿所述基管1轴向螺旋延伸的螺旋槽。所述第二内筒10套设于所述第一内筒9外。所述第二内筒10的内壁与所述螺旋槽形成所述螺旋通道2。所述输出部8设置于所述第一内筒9的筒壁上；所述输入部3设置于所述第二内筒10的筒壁上。

如图5、图6所示，所述基管1还包括第一外筒11、第二外筒12。所述第一外筒11的下端连接所述第二外筒12的上端。具体的，第一外筒11的下端通过外螺纹连接所述第二外筒12的上端的内螺纹。所述调节通道4设置于所述第一外筒11的筒壁上。所述第二外筒12的内壁上设有顶抵台阶13；所述顶抵台阶13位于所述输入部3以及调节通道4下方。所述弹性件7为一端顶抵所述顶抵台阶13以及另一端顶抵所述活动喷管5的弹簧。

其中，第一内筒9的上端可以螺纹连接第一外筒11的下端，第二外筒12套设于第二内筒10外，第二内筒10固定夹设于第二外筒12与第一内筒9之间。第一外筒11沿径向与形成输入部3的多个输入孔相对的部分形成扩径部分，该扩径部分位于调节通道4与顶抵台阶13之间。

第一外筒11套设于第二内筒10外，并且第一外筒11和第二内筒10之间的环空可以形成调节通道4，多个活动喷管5在环空中沿周向均匀分布且与多列输入孔一一对应。弹性件7上端的初始位置高于输入部3，并随着流体流量的增大逐渐压缩，从而活动喷管5逐渐将输入孔逐个封堵。其他的实施例中，调节通道4并不拘泥于环空的形式，调节通道4也可以为单独的管道，比如调节通道4通过钻孔形成，每个调节通道4中设有一个活动喷管5。

在使用该可主动调节的自适应调流控水采油装置进行控水时，流体流经筛管后进入该可主动调节的自适应调流控水采油装置的第一层调节通道4(环空)。根据流体力学可知，一定流量的流体会对活动喷管5产生一定的冲击力，加上活动喷管5与调节通道4的壁之间的摩擦力和弹簧反弹力(顶抵力)三者之间可形成动态平衡。流体持续稳定的通过输入孔到达螺旋通道2。流体流经螺旋通道2再次获得一个由摩擦阻力产生的附加压降，减缓流体的流速，稳定流体的状态。最后通过螺旋通道2末端的输出部8后到达基管1内部与主流汇合。

其中，当流体流量较小时，流体流经活动喷管5、输入部3、螺旋通道2、输出部8到达基管1的内部(也是第一内筒9的内部)与主流汇合。活动喷管5在流体冲击力、管壁摩擦力和弹簧反弹力作用下形成动态平衡。当流体流量逐渐增加时，流体对活动喷管5产生的冲击力逐渐增加，当流体的冲击力增加到大于弹簧弹力与管壁对活动喷管5摩擦力的合力的时候，弹簧被压缩，同时活动喷管5下移堵死部分数量的输入孔，使得流体进入螺旋通道2的阻力变大。

当流体的流量达到一定程度以后，弹簧被压死，大部分的孔道被堵死(此时，输入部3的输入孔未被全部遮挡堵死)，该可主动调节的自适应调流控水采油装置提高的阻力达到最大值，从而均衡流体流入剖面，延缓水/气的锥进，并且能够根据流体流量自动调节附加阻力的大小，适用性变得更强。

请继续参阅图1、图2，输出部8可以位于螺旋通道2的末端，具体的，输出部8可以为将第一内筒9的筒壁贯穿，将螺旋通道2与基管1的内部主通道相通的通孔。为进一步稳定流体状态，所述输出部8包括具有节流结构的输出孔。

其中，该输出孔可以形成节流喷嘴形式，也可以如图7所示。如图7所示，所述节流结构包括壳体14、以及调节盘17；所述壳体14具有容纳所述调节盘17的腔室16、以及与所述腔室16相通的节流入口15、节流出口20；所述调节盘17的盘面与所述节流入口15输流入体的流向垂直。其中，所述腔室16沿沿垂直于所述调节盘17的盘面方向的长度大于所述调节盘17的厚度；所述调节盘17的外径小于所述腔室16的内径。如此，调节盘17与腔室16内壁间隙配合，调节盘17可以相对于节流入口15前后自由地活动，自主地调节流体的流动状态，进而实现对流体的更为精细的主动控制。

具体的，所述壳体14具有所述节流出口20的一端固定连接有柱体结构21；所述柱体结构21上开设有将所述节流出口20与所述腔室16连通的出流通道，多个所述出流通道沿周向均匀分布；所述柱体结构21位于所述腔室16的一端的端面上开设有与所述调节盘17的盘面平行的流道18。

在本实施方式中，该节流结构具有自调节功能，地层流体流入控水油嘴内的流道18，该流道18流经可活动的调节盘17，该调节盘17可以相对于入口自由地活动，根据伯努利

(Bernoulli)效应，从节流入口15流入的流体在调节盘17上产生的压力变化会减小或增加流通面积，该节流结构基于预先估计的流动进行设计，可根据流体组分及其性质自主地调节流体的流动，进而实现对流体的更为精细的主动控制。其中，所述节流结构在所述基管上设有1个或者沿所述基管周向设有2个或更多个。实际应用中，可根据所要调节的地层流体流量的大小调整输出孔的数量(如图1、图2所示示例中为4个)和安装在输出孔内的节流结构的节流出口20的直径可以为1.6～5.0毫米。为方便安装节流结构，该节流结构可以采用密封扣19(螺纹连接)的方式拧入(旋入)输出孔中。

综上所述，本实施方式所提供的可主动调节的自适应调流控水采油装置能够增加流体的附加压差，限制高渗段产量，均衡流入剖面，延缓水/气锥进，提高油井产量；并且，在无需外界介入的情况下，可根据流体流量和流体物性自动调节附加阻力的大小，过流面积大，具有自洁作用，防冲蚀和堵塞，适用性更强；同时，结构简单，安全可靠，经济实用。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

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。