地，板状本体34为矩形板，以便于加工和制 造。
[0039] 当然，节流件3也可以通过焊接的方式固定在基管1的容纳槽11中，以进一步提 高节流件3的稳固性。也可以在板状本体34的上方设置上盖，从而使得地层流体从入口通 道32中流入旋流腔31中。上盖的上表面可以为与外套2的内壁相贴合的弧形面，以便于 安装上盖。
[0040] 当在板状本体34上设有上盖时，两者的贴合面的平面度可以均在±0. 0016mm之 间。上盖的材质可以与板状本体34的材质相同，均采用硬度较高（HRA > 87)的抗冲蚀材 料。两者可以采用摩擦焊焊接为一个整体。焊接后的整体节流件3可以采用激光焊或铜钎 焊装入容纳槽11内。
[0041] 旋流腔31的大致形状为圆形状，节流孔33位于旋流腔31的圆心处。入口通道32 包括沿地层流体的流动方向横截面面积逐渐减小的缩口段321和沿地层流体的流动方向 横截面面积大致不变的连通段322。当地层流体流入缩口段321后，通过连通段322流入旋 流腔31中。
[0042] 更为优选地，缩口段321的两个侧壁均为弧形状。连通段322的两个侧壁均为平 面状，以便于加工和设置。连通段322的一个侧壁与旋流腔31的侧壁光滑连接，并沿旋流 腔31的切线方向延伸，另一个侧壁与旋流腔31密封连接。
[0043] 当地层流体中的水流入节流件3后，先经过入口通道32节流加速，然后沿着旋流 腔31的切线方向进入旋流腔31。当流入旋流腔31的水量逐渐增大时，水会以沿着旋流腔 31的切线方向运动的切向速度逐渐旋流至旋流腔31的中部，并从节流孔33流出。由于水 的密度大，粘度小进而导致水的惯性力大，从而使得水在旋流腔31内的切向速度较高。这 样，当旋流腔31的光洁度较高，水的粘度较低时，就使得水在旋流的过程中的切向速度损 失较小。根据能量守恒定律，伴随着旋转半径的不断缩小，水的切向速度会不断增大。在进 入节流孔33前，水的切向速度达到最大值，在流出节流孔33后，水的切向速度会被大幅度 降低。在不考虑重力影响的情况下，旋流出去的水产生的额外附加压降可表示为：
[0044]
[0045] 其中，P 7X表示水的密度，V，^^表示水在旋流腔31中的最大速度，V 7W32表示水 在流出节流孔33后的速度。
[0046] 相对于直接采用节流孔33进行节流的控制装置，本发明提出的控制装置在水流 出节流孔33的时候增加了额外的切向速度节流阻力。由于水的旋转速度较大，节流后水的 旋流速度下降较大，进而水使得产生的节流阻力较大。在相同的节流孔33的条件下，采用 本发明的控制装置所产生的节流阻力是常规喷嘴型控制装置的20倍以上，极大的提高了 控水效果。
[0047] 当地层流体的油流入节流件3后，先经过入口通道32的节流加速，然后沿着旋流 腔31的切向方向进入旋流腔31。当流入旋流腔31的油量逐渐增大时，油会以沿着旋流腔 31的切线方向运动的切向速度逐渐旋流至旋流腔31的中部，并从节流孔33流出。由于油 的密度小，粘度大进而导致油的粘性力大，从而使得油在旋流腔31内的切向速度较低。这 样，使得油在旋流的过程中的切向速度损失较大。具体的切向速度损失的大小与所采的油 的粘度直接相关，油的粘度越大，油在旋转的过程中切向速度的损失就越大。在进入节流孔 33前，油的切向速度达到最大，但相对于水的切向速度较小。在经过节流孔33后，油的切向 速度被进一步降低。在不考虑重力影响的情况下，旋流出去的油产生的额外附加压降AP m
[0048] 其中，P #表示油的密度，V 表示油在旋流腔31中的最大速度，V 表示油 在流出节流孔33后的速度。
[0049] 相对于直接采用节流孔33进行节流的控制装置，本发明提出的控制装置在油流 出节流孔33的时候增加了额外的切向速度节流阻力。由于油在流出的时候有一定的旋转 速度，进而使得油产生的节流阻力也有了一定的增加，也可以使油产生附加节流压降。但相 对于水来说，油的附加节流压降增加的较少。因此，本发明所提出的控制装置具有遇水高摩 阻，遇油低摩阻，自行调节油水阻力的功能。
[0050] 当地层流体以油水混合物的状态流入节流件3后，根据含水率的不同油水混合物 的粘度处于水、油之间，其产生的额外附加阻力也处于水、油之间，当油水混合物的含水率 较低时，节流件产生的附加阻力与单独通过油时产生的附加阻力相近，随着含水率的增加， 节流件产生的附加阻力逐渐增加，最终增加到与单独通过水时产生的附加阻力。本发明所 提出的控制装置具有随着含水率变化，自行调节阻力的功能。
[0051] 此外，入口通道32和旋流腔31的底面均处于同一平面。并且入口通道32的底面 和旋流腔31的底面光滑连接。更为优选地，旋流腔31的粗糙度小于0. 0032mm，以减少旋流 腔31对地层流体产生的摩擦阻力，从而进一步提高控水稳油的能力。板状本体34的洛氏 硬度HRA可以大于87,其材质可以选用钨钴合金。
[0052] 优选地，旋流腔31的高度为2. 4-5. 0mm。如果当旋流腔31的高度较小时，由于流 体的流动空间过小，从而使得地层流体无法在旋流腔31中正常流动。如果当旋流腔31的 高度较高时，由于旋流腔的流动空间过大，可容纳的流体过多，使地层流体旋流至节流孔33 时的速度较小，从而产生的节流压降较小。旋流腔31的直径为18-32_。节流孔33的孔径 为3-6mm。这样，在能够通过节流孔33实现节流的同时，还可以减少节流孔33被阻塞的可 能性。
[0053] 在一个例子中，当每天流过每个节流件3的流量为2. 5-40m3时，旋流腔31的高度 优选为4_。旋流腔31的直径优选为23. 5_。节流孔33的孔径优选为4_。当然，当流过 旋流腔31的流量变化时，旋流腔31的直径和高度也可以随之变化。
[0054] 此外，沿旋流腔31的周向均匀地设有至少两个入口通道32。在一个实施例中，沿 旋流腔31的周向设有两个入口通道32。两个入口通道32位于板状本体34的对角处。并 且两个入口通道32朝向相反的方向设置。
[0055] 进一步地，缩口段321的最大横截面面积与连通段322的横截面面积之比为 4-5:1。这样，可以使地层流体形成较为合适的加速度，从而可以进一步提高地层流体的节 流压降。
[0056] 虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况 下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲 突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文 中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
【主权项】
1. 一种用于调节地层流体的控制装置，包括节流件，所述节流件包括板状本体、设置在 所述板状本体的旋流腔、用于接受地层流体并使其流入所述旋流腔的入口通道，以及设在 所述旋流腔的中部的节流孔，其中，所述入口通道和所述旋流腔构造成使得地层流体沿着 所述旋流腔的侧壁进入所述旋流腔，并经所述节流孔排出。2. 根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述入口通道包括横截面沿着地层 流体的流动方向逐渐减小的缩口段，以及分别与所述缩口段和所述旋流腔连通并且横截面 不变的连通段。3. 根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述连通段构造成沿所述旋流腔的 切线方向延伸，并且所述连通段的一个侧壁与所述旋流腔的侧壁光滑连接。4. 根据权利要求2或3所述的控制装置，其特征在于，所述缩口段的最大横截面面积与 所述连通段的横截面面积之比为4-5:1。5. 根据权利要求1-4中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述旋流腔成圆形，所述 节流孔位于所述旋流腔的圆心。6. 根据权利要求1-5中任一项所述的控制装置，其特征在于，沿所述旋流腔的周向均 匀地设有至少两个所述入口通道。7. 根据权利要求1-6中任一项所述的控制装置，其特征在于，还包括用于接受从所述 节流件中流出的地层流体的基管，其中，所述节流件设在所述基管的外侧，并且所述基管上 设有用于使地层流体从地层流入所述节流件的导流孔。8. 根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，沿所述基管的周向设有多个彼此间 隔且对应不同的导流孔的容纳槽，其中，各所述容纳槽中分别设有一个节流件，并且所述容 纳槽构造成从所述导流孔流出的地层流体经过所述容纳槽而流入所述节流件。9. 根据权利要求1-8中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述旋流腔的底壁和所 述入口通道的底壁处于同一平面。10. 根据权利要求1-9中任一项所述的控制装置，其特征在于，地层流体为油、水或油 水混合物。11. 根据权利要求1-10中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述旋流腔的底壁以 及所述入口通道的底壁的粗糙度均在〇. 0032mm以下。12. 根据权利要求1-11中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述节流孔的直径为 3-6mm〇13. 根据权利要求1-12中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述旋流腔的高度为 2. 4-5. 0_，而直径为 18_32mm。14. 根据权利要求7或8所述的控制装置，其特征在于，所述导流孔的直径为3-6mm。15. 根据权利要求7或8所述的控制装置，其特征在于，还包括套设在所述基管的外侧 的外套，其中所述节流件设置在所述基管和所述外套之间。
【专利摘要】本发明的用于调节地层流体的控制装置，包括节流件，节流件包括板状本体、设置在板状本体的旋流腔、用于接受地层流体并使其流入旋流腔的入口通道，以及设在旋流腔的中部的节流孔，其中，入口通道和旋流腔构造成使得地层流体沿着旋流腔的侧壁进入旋流腔，并经节流孔排出。该节流件不需再单独通过节流孔使地层流体产生节流压降，从而能够将节流孔的孔径设置较大一些，进而减小被阻塞的可能性。这样，能够将节流孔的孔径设置较大一些，进而减小被阻塞的可能性。另外，在旋流的过程中，水的节流压降大于油的节流压降，从而可以有效地实现控水目的。
【IPC分类】E21B43/12
【公开号】CN105626003
【申请号】CN201410645373
【发明人】赵旭, 侯倩, 张同义, 岳慧, 姚志良, 段友智, 付道明, 翟羽佳
【申请人】中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2014年11月6日