流入控制装置、控水短节和采油管柱的制作方法

1.本发明涉及油气开采技术领域，尤其涉及一种流入控制装置。本发明还涉及一种包括上述流入控制装置的控水短节。本发明还涉及一种包括上述流入控制装置的采油管柱。


背景技术：

2.在非均质油藏的开采过程中，容易因储层的实际部分情况、井内压力、井下操作方式等因素而出现过早出水的问题。这最终会导致采收率低、成本增加等问题。
3.目前已经有流入控制装置(icd)来控制地层中的油和水流入井眼中的速度，以此来减缓出水的时间。早期的流入控制装置一般分为喷嘴型、通道型和孔板型几种，属于笼统的、被动式控水。作业人员需要提前对各个储层中的储藏情况进行检测和分析，并根据结果使流入控制装置具有相对应的节流面积。该流入控制装置会局部地控制该储层的产液速度，但不能区分油相和水相。在油井见水后，流入控制装置就失去作用，不能再进一步起到降低水的流出速度的作用。
4.在此基础上，近年来出现了自适应流入控制装置(aicd)。现有的自适应流入控制装置主要是对流经其中的流体的粘度进行检测，并根据检测结果来调节通向井眼的阀的开关，或调节通道的流通面积。这种装置的流体识别精度较低，容受到井下各种实际扰动的干扰，并且结构复杂、加工难度大，因而具有相当高的成本。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明提出了一种流入控制装置，能用于解决或至少削弱上述问题中的至少一项。
6.根据本发明的第一方面，提出了一种流入控制装置，包括；圆锥形的旋流腔，所述旋流腔的第一端的截面积大于所述旋流腔的第二端的截面积；流体流入部分，所述流体流入部分构造为用于与储层相连通以接收储层流体，所述流体流入部分包括至少一个切向地连通到所述旋流腔的第一端的流入通道；流体流出部分，所述流体流出部分相对于所述旋流腔对中地布置，并连通在所述旋流腔的第二端与井眼通道之间。
7.不同粘度、密度的储层流体进入旋流腔的流动状态不同。例如，当储层流体中的含水量较高时，该流体会更倾向于在旋流腔中进行时间较长的旋流。当储层流体中的含水量较低时，该流体会更倾向于直接流向流体流出部分。由此，可有效控制不同组分的储层流体流向流体流出部分、进而流向井眼通道的速度。当储层流体中的水更多时，流向井眼通道的速度更慢。这有利于更加准确有效地减缓采油过程中采到水的时间，从而有利于提高采收率，降低采收成本。另外，上述流入控制装置中也不包括复杂的结构，不需额外的驱动和传动结构。这有利于降低流入控制装置的制造难度和制造成本。
8.在一个优选的实施例中，所述流入通道包括分别用于连通储层的第一支流通道段和第二支流通道段，以及用于连通旋流腔的第一端的汇合通道段，所述第一支流通道段和
第二支流通道段的下游端与所述汇合通道段的上游端连通，使得地层流体能分别通过第一支流通道段和第二支流通道段进入所述汇合通道段。
9.在一个优选的实施例中，所述第一支流通道段的过流面积较大，所述第二支流通道的过流面积较小；和/或所述第一支流通道段的长度较小，所述第二支流通道段的长度较大；所述第一支流通道段与所述汇合通道段切向地连接或具有较小的夹角，所述第二支流通道段与所述汇合通道段具有较大的夹角。
10.在一个优选的实施例中，所述汇合通道段沿朝向所述旋流腔的方向具有逐渐缩窄的过流面积。
11.在一个优选的实施例中，所述流体流入部分还包括从所述流入通道的中间连通到所述旋流腔的第一端的变向通道；其中，在所述变向通道与所述流入通道的连通处，所述变向通道与所述流入通道具有第一夹角，所述第一夹角构造为使得粘度较低的储层流体较为不容易进入到所述变相通道内。
12.在一个优选的实施例中，所述第一夹角的角度在30
°
至45
°
的范围内。
13.在一个优选的实施例中，所述变向通道以朝向所述旋流腔的中心的方向连通到所述旋流腔的第一端。
14.在一个优选的实施例中，所述变向通道以与所述流入通道相反的方向切向地连通到所述旋流腔的第一端。
15.在一个优选的实施例中，在所述旋流腔内设置有围绕所述旋流腔的中心布置的弧形的导流挡板，所述导流挡板构造为促使所述旋流腔内的正在进行旋流的储层流体进一步进行旋流。
16.在一个优选的实施例中，多个所述导流挡板沿周向彼此间隔开布置形成导流挡板组，在所述旋流腔内设置有多个同心布置的导流挡板组。
17.在一个优选的实施例中，所述旋流腔内设置有浮球，当所述储层流体在所述旋流腔内旋流产生的离心力较小时，所述浮球受到较大的浮力而靠近所述旋流腔的第一端；当所述储层流体在所述旋流腔内旋流产生的离心力较大时，所述浮球受到较小的浮力而靠近所述旋流腔的第二端，以封堵所述流体流出部分。
18.根据本发明的第二方面，提出了一种控水短节，所述控水短节包括：筛管；套设在所述筛管内的基管，在所述基管内形成所述井眼通道，在所述筛管与所述基管之间形成间隔空间，所述间隔空间构造为能与储层相连通；以及安装在所述基管的侧壁上的上述流入控制装置；其中，所述流体流出部分径向插入到所述基管的侧壁内，以使所述流体流出部分与所述井眼通道相连通，所述流体流入部分处于所述间隔空间内以与所述间隔空间连通。
19.根据本发明的第三方面，提出了一种采油管柱，包括对应于各个储层布置的多个控水短节，各个控水短节包括上述流入控制装置。
附图说明
20.在下文中参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
21.图1显示了根据本发明的第一个实施例的流入控制装置的结构示意图；
22.图2显示了图1中的流入控制装置的侧视示意图；
23.图3显示了根据本发明的第二个实施例的流入控制装置的结构示意图；
24.图4显示了根据本发明的第三个实施例的流入控制装置的结构示意图；
25.图5显示了图4中的流入控制装置的侧视示意图；
26.图6显示了根据本发明的第四个实施例的流入控制装置的结构示意图；
27.图7显示了根据本发明的第五个实施例的流入控制装置的结构示意图；
28.图8显示了根据本发明的第六个实施例的流入控制装置的结构示意图；
29.图9显示了根据本发明的一个实施例的控水短节的结构示意图。
30.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
31.下面将结合附图对本发明作进一步说明。
32.图1和图2显示了根据本发明的第一个实施例的流入控制装置100的结构示意图。该流入控制装置100包括依次连接布置的流体流入部分、旋流腔130和流体流出部分140。旋流腔130大体上具有圆锥形的形状，并具有截面面积较大的第一端和截面面积较小的第二端。该第一端与流体流入部分相邻布置并连通。该第二端与流体流出部分140相邻布置并连通。流体流入部分140可构造为圆柱形的管道。
33.应当理解的是，为了便于加工制造，如图2所示，旋流腔130的第一端也可设置有一段圆柱形的形状，但这并不排除在旋流腔大体为圆锥形的范围之外。
34.在图1和图2所示的第一个实施例中，流体流入部分包括2个沿切向连通到旋流腔130的流入通道110。流入通道100构造为直线型通道，一端通向旋流腔130，另一端延伸到流入控制装置100之外，以在工作过程中连通到储层。在这种情况下，储层流体可以借由流入通道110沿切向进入到旋流腔130内，并由此在旋流腔130内进行旋流。在储层流体主要为水的情况下，由于水的粘性低、密度大，因此其会在旋流腔130内进行较为剧烈、时间较长的旋流，再借由流体流出部分140流向井眼通道。在储层流体主要为油的情况下，由于油的粘性大、密度低，因此其会在旋流腔130内进行较为削弱、时间较短的旋流，再借由流体流出部分140流向井眼通道。也就是说，根据流体中的含油量或含水量的差异，储层流体流向井眼通道的速度会具有差异。
35.另外，旋流腔130的最大直径与最小直径(或流体流出部分140的直径)之比在5∶1至12.5∶1之间，优选地在8.5∶1至12.5∶1之间。旋流腔130的最大直径与纵向高度之比在1.4∶1至1.6∶1之间。这种形状的旋流腔130能够针对水实现有效的旋流作用，并且具有足够紧凑的结构而利于结合到控水短节中。尤其是，这有利于在控水短节的一个圆周上结合多个流入控制装置100，从而有利于提高采收效率。
36.应当理解的是，也可仅设置1个流入通道110，或设置3个以上流入通道。
37.图3显示了根据本发明的第二个实施例的流入控制装置200的结构示意图，其中的流体流入部分、旋流腔230和流体流出部分240与第一个实施例中的类似，区别在于如下方面。
38.如图3所示，流体流入部分中的流入通道包括第一支流通道段211和第二支流通道段212，以及与它们相连的汇合通道段213。第一支流通道段211和第二支流通道段212的上游端均延伸到流入控制装置200之外，以用于在工作过程中连通储层并接收储层流体。第一支流通道段211和第二支流通道段212的下游端连通到上述汇合通道段213的上游端。汇合
通道段213的下游端连通到旋流腔230的第一端。
39.在工作过程中，储层流体分别流入第一支流通道段211和第二支流通道段212，并在第一支流通道段211、第二支流通道段212和汇合通道段213的连通处汇合。在储层流体主要为水的情况下，在上述连通处会形成较为激烈的湍流，并由此减缓储层流体流入旋流腔的时间。在储层流体主要为油的情况下，由于油粘性大、主要以层流形式流动，因此储层流体在上述流通处不会形成激烈的湍流。这使得主要为油的储层流体能更快地流入旋流腔，并由此更快地通过流体流出部分240流向井眼通道。另外，多个支流通道段的设计也有利于增大过流面积，从而有利于降低流入控制装置200对油的阻力，有利于油的快速通过。
40.在图3所示的优选实施例中，第一支流通道段211与汇合通道段213之间的夹角较小，或在连接处沿切向连通(即，平滑连接)，而第二支流通道段212则相对于汇合通道段213具有更大的夹角。另外，第一支流通道段211的长度更小、过流面积更大，而第二支流通道段212的长度更大、过流面积更小。在这种情况下，储层流体主要为水时所形成的的湍流更加激烈，由此更有利于区分不同组分的储层流体流向井眼通道的速度和时间。
41.此外，汇合通道段213的过流面积沿朝向旋流腔230的方向逐渐缩窄。这有利于增大通过汇合通道段213的储层流体的流速，使其更容易在旋流腔内进行旋流。然而，这种作用对于油和水来说是有差异的。对于水来说，过流面积逐渐缩窄的汇合通道段213能使其形成射流，并由此加剧后续的旋流。对于油来说，过流面积逐渐缩窄的汇合通道段213使其流速增大的程度相对较小，后续旋流加剧的程度也相对较小。这也有利于加大水和油流向井眼通道的时间和速度的差异。
42.图4和图5显示了根据本发明的第三个实施例的流入控制装置300的结构示意图，其中的流体流入部分、旋流腔330和流体流出部分340与第一个实施例中的类似，区别在于如下方面。
43.流体流入部分中的流入通道310为了具有较长的路径而围绕着旋流腔330延伸，其一端311通向流入控制装置300之外，另一端312切向地通向旋流腔330的第一端。在旋流腔330与流入通道310之间还设置有另外的变向通道320。该变向通道320可构造为大体上朝向旋流腔330的中心(即，朝向流体流出部分340所在的方向)延伸的直线型通道，并使得该变向通道320与流入通道310之间形成第一夹角。例如，该第一夹角可以在30
°
至90
°
的范围内。变向通道320与流入通道310之间具有第一夹角，以使得粘度小、密度高的水不容易进入到变向通道320中，而是会沿着较长的流入通道310进入旋流腔330，并在旋流腔330内剧烈地旋流。尤其是在储层压力大、流体流速高的情况下，更是如此。者能有效地减缓水流向井眼通道的时间和速度。粘度较大的油则更容易进入到变向通道320中，并经由变向通道320的引导而相对直接地流向中心处的流体流除部分340。这有利于进一步增大水和油进入井眼通道的时间和速度差异。
44.另外，在一个优选的实施例中，变向通道320与流入通道310之间的连接处尽可能形成尖角。然而，在实际加工制造中(尤其是在铸造成型中)，变向通道320与流入通道310之间难免形成圆角过渡。如形成圆角过渡，则圆角r＜2.5mm。这也有利于避免水进入到变向通道320中。
45.在图4所示的优选实施例中，第一支流通道段211的长度更小、过流面积更大，而第二支流通道段212的长度更大、过流面积更小。在这种情况下，储层流体主要为水时所形成
的的湍流更加激烈，由此更有利于区分不同组分的储层流体流向井眼通道的速度和时间。
46.另外，如图5所示，流入通道310可构造为从入口311到出口312处沿朝向旋流腔330的第二端的方向倾斜的结构。这种倾斜的结构使水更容易形成沿着旋流腔切面流动的射流。
47.图6显示了根据本发明的第四个实施例的流入控制装置400的结构示意图，其中的流体流入部分、旋流腔430和流体流出部分440与第三个实施例中的类似，区别在于如下方面。
48.变向通道420a、420b与旋流腔430相切地连通，但该相切的方向与流入通道410a和410b与旋流腔430相切的方向相反。在图6中，流入通道410a和410b与旋流腔430逆时针相切，而变向通道420a、420b与旋流腔430顺时针相切。当水流入到流入通道410a和410b中时，其难以进入到变向通道420a和420b中。尤其是在井下压力大、水的流速高的情况下，更是如此。在这种情况下，水(或者说含水量高的储层流体)能经由流入通道410a和410b进入到旋流腔430内，并进行剧烈的旋流。油则容易从流入通道410a和410b分别进入到变向通道420a和420b。如图6所示，变向通道420a与进入通道410b相对，变向通道420b与进入通道410a相对，因此进入到旋流腔430内的油(或者说含油量高的储层流体)会在变向通道420a与进入通道410b之间的某处以及变向通道420b与进入通道410a之间的某处发生撞击和流动干扰，并由此阻碍旋流。此后，油(或者说含油量高的储层流体)会相对直接地流向流体流出部分440。这同样有利于进一步增大水和油进入井眼通道的时间和速度差异。
49.在图6所示的实施例中，变向通道420a与流入通道410a之间以及变向通道420b与流入通道410b之间的第一夹角例如可以在30
°
至45
°
的范围内。变向通道420a与流入通道410a之间以及变向通道420b与流入通道410b之间的连接处同样尽可能地形成尖角。如形成圆角过渡，则圆角r＜2.5mm，以利于避免水进入到变向通道320中。
50.图7显示了根据本发明的第五个实施例的流入控制装置500的结构示意图，其中的流体流入部分、旋流腔530和流体流出部分540与第四个实施例中的类似，区别在于如下方面。
51.在旋流腔530内设置有围绕其中心布置的弧形的导流挡板550a、550b。导流挡板550a、550b在周向上可设置多个且彼此间隔开，以形成导流挡板组。导流挡板550a和550b所在的不同导流挡板组彼此间隔开且同心布置。由此，在主要为水的储层流体沿流入通道510a、510b流入旋流腔530内之后，其可在导流挡板550a、550b的作用下在旋流腔530内进行更加剧烈的旋流。在主要为油的储层流体沿流入通道510a、510b和变向通道520a、520b进入旋流腔530内之后，其还能借由导流挡板之间间隔开的通道直接流向流体流出部分540。这有利于进一步增大水和油进入井眼通道的时间和速度差异。在储层流体含气的情况下，这也能避免气体干扰水的旋流。因此，这种导流挡板的设置特别有利于应用在油、气、水共存的储层条件中。
52.图8显示了根据本发明的第六个实施例的流入控制装置600的结构示意图，其中的流体流入部分、旋流腔630和流体流出部分640与第一个实施例中的类似，区别在于如下方面。
53.在旋流腔630内放置有可以自由运动的浮球660。浮球660例如可由聚氟乙烯等材料制成。在经由进入通道610进入旋流腔630的储层流体主要为油的情况下，储层流体在旋
流腔内旋流产生的离心力较小。此时，浮球660受到较大的浮力而靠近旋流腔630的第一端，远离旋流腔630的第二端，并由此远离流体流出部分640。在储层流体主要为水的情况下，储层流体在旋流腔内剧烈旋流产生较大的离心力。此时，浮球660会进入中心的低压区，并由此受到较小的浮力而靠近旋流腔的第二端，并由此靠近流体流出部分640。在这种情况下，浮球660会封堵该流体流出部分640而阻碍储层流体流向井眼通道。
54.应当理解的是，在没有明显矛盾的情况下，上述实施例中的内容可彼此结合。例如，浮球660也可应用到除第六个实施例之外的其他实施例中。导流挡板可以应用到除第五个实施例之外的其他实施例中。根据需要，第二个实施例中的分支形式的流入通道也可与第三个实施例至第五个实施例中的变向通道同时存在。
55.图9显示了安装有上述图1-2所示的第一个实施例的流入控制装置100的控水短节1000的一个实施例。然而应当理解的是，该控水短节1000中的流入控制装置100也可替换为第二个实施例至第五个实施例中的流入控制装置，或任意其他包含在本发明的精神和范围内的适当的流入控制装置。
56.控水短节1000包括筛管1001，其带有用于连通储层以接收储层流体的通孔。控水短节100还包括套设在筛管1001内的基管1002。在基管1002内形成井眼通道1003。在基管1002与筛管1001之间形成供储层流体流过的间隔空间。
57.流入控制装置嵌设在基管1002的侧壁上。如图1所示，流入控制装置100的流体流出部分140的外侧形成有螺纹141，其用于螺纹安装在基管1002上。在流入控制装置100安装到基管1002上时，流体流出部分140的通道大体上垂直于井眼通道1003，并与其连通。流体流入部分中的流入通道可连通到上述间隔空间，并由此接收储层流体。
58.在本发明的一个实施例的采油管柱中，包含上述多个控水短节1000。各个控水短节1000与相应的储层对应。在采收过程中，不同储层中的不同组分的储层流体可以在流入控制装置的流速控制作用下以不同速度流入采油管柱中的井眼通道。这能有效避免、或至少削弱储层中水的趾进效应，并由此减缓采收到水的时间，提高采收效率，降低采收成本。
59.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。