一种气井用自适应控水装置及其设计方法制造方法及图纸

本申请提供了一种气井用自适应控水装置，包括：长流道和短流道，所述长流道和所述短流道相连接并汇合至流槽；旋转控制腔，其与所述流槽相连通，且所述流槽与所述旋转控制腔的周向边缘相切；出口喷嘴，其设置在所述旋转控制腔的中心位置，且与所述旋转控制腔的端面相垂直。本申请的气井用自适应控水装置可有效实现稳气控水和稳油控水的效果，结构合理、无活动件、使用寿命长。

【技术实现步骤摘要】
一种气井用自适应控水装置及其设计方法
本专利技术涉及油气勘探开发
，更具体地，设计一种气井用自适应控水装置及其设计方法。
技术介绍
水平井因其泄油面积大、波及系数高等优点而被广泛应用于边、底水油气藏的开发，并取得了较好的应用效果。为了保障油气田高效开发，我国自上世纪90年代开始针对水平井技术持续开展探索与实践，应用范围不断拓宽，应用效果较为显著。但是，由于水平井生产中存在“跟趾效应”，并且受沿水平井筒地层物性变化等因素的影响，容易造成边底水过早侵入井筒，导致井筒大量出水，严重影响水平井的正常生产。因此，有效控水、治水已成为水平井开发中的一项亟需解决的技术难题。国内外的研究及应用表明，采用水平井均衡产液剖面完井技术是提高水平井产量，延缓水侵的有效方法。从1994年开始，水平井调流控水完井技术开始逐步发展并应用。该技术是利用环空封隔器对水平井进行分段完井，并在每个筛管短节上安放一个或多个流入控制装置，通过调节附加压降，实现均衡流入剖面，延缓水侵，最终提高采收率。目前最新发展的调流控水完井技术为可以自动识别流体的自适应控水完井技术，该技术的核心部件为自适应控水装置，目前的类型主要包括流道型装置、浮动盘型装置、遇水膨胀型装置等。但是，目前的自适应控水装置均是用于油藏稳油控水控气，无法实现控水稳气的功能，不能满足气藏稳气稳油控水的需求，目前现有技术中还未有可适用于气井的自适应控水装置及方法。
技术实现思路
针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种气井用自适应控水装置及其设计方法，用于解决上述全部或部分技术问题。第一方面，本申请提供一种气井用自适应控水装置，包括：长流道和短流道，所述长流道和所述短流道相连接并汇合至流槽；旋转控制腔，其与所述流槽相连通，且所述流槽与所述旋转控制腔的周向边缘相切；出口喷嘴，其设置在所述旋转控制腔的中心位置，且与所述旋转控制腔的端面相垂直。在根据第一方面的一个实施方式中，所述长流道和所述短流道的数量相等且均为大于零的偶数，且每组所述长流道和所述短流道之间关于所述旋转控制腔的中心对称。在根据第一方面的一个实施方式中，所述长流道和所述短流道的流道宽度之比为1.0～1.2:1，所述长流道和所述短流道的流道长度之比为3.7～4.5:1，所述长流道与所述短流道之间的夹角为30～45度。在根据第一方面的一个实施方式中，所述流槽的宽度为1.6～3.0mm，所述流槽的出口尖角小于2.5度，所述流槽的方向构造为顺流体方向。在根据第一方面的一个实施方式中，所述旋转控制腔室的直径为20～32mm，所述出口喷嘴的直径为1.6～4.5mm，且所述旋转控制腔的直径与所述出口喷嘴的直径之比为7～15:1。在根据第一方面的一个实施方式中，所述气井用自适应控水装置的压降公式为：式中，Cs为气井用自适应控水装置的阻力参数；ρ为流体密度；μ为流体粘度；m、n为拟合参数；Q为流入气井用自适应控水装置的流量；d为气井用自适应控水装置的等效出口直径。在根据第一方面的一个实施方式中，所述气井用自适应控水装置的压降公式为：式中，ρ为流体密度；μ为流体粘度；Q为流入气井用自适应控水装置的流量；d为气井用自适应控水装置的等效出口直径。第二方面，本申请提供一种气井用自适应控水装置的设计方法，包括以下步骤：S1：确定所述自适应控水装置需满足的水油压降比和水气压降比；S2：根据所确定的水油压降比和水气压降比设计自适应控水装置的结构，并根据所设计的结构计算自适应控水装置各部件的压降；S3：根据所计算的自适应控水装置各部件的压降设计自适应控水装置的结构参数，并根据所设计的结构建立自适应控水装置的模型；S4：根据所建立的自适应控水装置的模型优化自适应控制装置的结构。在根据第二方面的一个实施方式中，步骤S2中，所述自适应控水装置的结构包括：入口流道的形状与流动面积、流槽的形状与流动面积、旋转控制腔的形状、旋转控制腔内是否设置挡板及挡板的数目和排列方式。在根据第二方面的一个实施方式中，步骤S2中，自适应控水装置各部件的压降包括：入口流道的压降、流槽的压降、旋转控制腔的压降及出口喷嘴处的压降。在根据第二方面的一个实施方式中，自适应控水装置的总压降为：Δp＝ΔpL+ΔpS+ΔpN其中，Δp为自适应调流控水装置的总压降，ΔpL为流体通过入口流道产生的压降，ΔpS为流体通过流槽产生的压降；ΔpN为流体通过出口喷嘴产生的压降。在根据第二方面的一个实施方式中，所述流体通过入口流道产生的压降通过以下公式进行计算：其中，式中，λ为沿程压力损失系数；l为入口流道长度；dl为入口流道的水力直径；ζ为局部压力损失系数；ρm为混合流体密度；Q为流入自适应控水装置的流量；Al为入口流道横截面积；R为入口流道轴线曲率半径；θ为入口流道弯角。在根据第二方面的一个实施方式中，所述流体通过流槽产生的压降通过以下公式进行计算：其中，式中，lS为流槽长度；dS为流槽水力直径；vS为流槽处流体的平均流速；CDS为流槽压力损失系数；AS为流槽横截面积；ASin为流槽的入口面积，ASout为流槽的出口面积。在根据第二方面的一个实施方式中，所述流体通过旋转控制腔和出口喷嘴产生的压降通过以下公式进行计算：其中，式中，lN为喷嘴长度；dN为喷嘴的水力直径；vN为喷嘴处流体的平均流速；e为旋转控制腔内的压力损失系数；CDN为喷嘴压力损失系数；AN为喷嘴横截面积；ANin为喷嘴入口面积，ANout为喷嘴的出口面积。在根据第二方面的一个实施方式中，步骤S3中，根据所计算的自适应控水装置各部件的压降设计自适应控水装置的结构参数包括：设计自适应控水装置的入口流道、流槽、旋转控制腔和出口喷嘴的结构尺寸。与现有技术相比，本申请具有以下优点：根据本申请的气井用自适应控水装置可以有效实现稳气控水和稳油控水的效果，在相同的流量条件下，装置对水的阻力压降远大于对油的阻力压降和对气的阻力压降。该气井用自适应控水装置结构合理、无活动件、使用寿命长。根据本申请的气井用自适应控水装置设计方法可以有效指导气井用自适应控水装置结构设计与优化。上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本专利技术的目的。附图说明在下文中将基于实施例并参考附图来对本专利技术进行更详细的描述。其中：图1显示了根据本申请的一种气井用自适应控水装置的设计方法的流程图一。图2显示了根据本申请的一种气井用自适应控水装置的设计方法的流程图二。图3显示了根据本申请的一种气井用自适应控水装置的主视图。图4显示了图3中A-A处的剖视图。图5显示了图3的气井用自适应控水装置的水性能曲线拟合结果。图6显示了图3的气井用自适应控水装置的油性能曲线拟合结果。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气井用自适应控水装置，其特征在于，包括：/n长流道和短流道，所述长流道和所述短流道相连接并汇合至流槽；/n旋转控制腔，其与所述流槽相连通，且所述流槽与所述旋转控制腔的周向边缘相切；/n出口喷嘴，其设置在所述旋转控制腔的中心位置，且与所述旋转控制腔的端面相垂直。/n

【技术特征摘要】
1.一种气井用自适应控水装置，其特征在于，包括：
长流道和短流道，所述长流道和所述短流道相连接并汇合至流槽；
旋转控制腔，其与所述流槽相连通，且所述流槽与所述旋转控制腔的周向边缘相切；
出口喷嘴，其设置在所述旋转控制腔的中心位置，且与所述旋转控制腔的端面相垂直。


2.根据权利要求1所述的气井用自适应控水装置，其特征在于，所述长流道和所述短流道的数量相等且均为大于零的偶数，且每组所述长流道和所述短流道之间关于所述旋转控制腔的中心对称。


3.根据权利要求1或2所述的气井用自适应控水装置，其特征在于，所述长流道和所述短流道的流道宽度之比为1.0～1.2:1，所述长流道和所述短流道的流道长度之比为3.7～4.5:1，所述长流道与所述短流道之间的夹角为30～45度。


4.根据权利要求1或2所述的气井用自适应控水装置，其特征在于，所述流槽的宽度为1.6～3.0mm，所述流槽的出口尖角小于2.5度，所述流槽的方向构造为顺流体方向。


5.根据权利要求1所述的气井用自适应控水装置，其特征在于，所述旋转控制腔的直径为20～32mm，所述出口喷嘴的直径为1.6～4.5mm，且所述旋转控制腔的直径与所述出口喷嘴的直径之比为7～15:1。


6.根据权利要求1-4任一项所述的气井用自适应控水装置，其特征在于，所述气井用自适应控水装置的压降公式为：



式中，Cs为气井用自适应控水装置的阻力参数；ρ为流体密度；μ为流体粘度；m、n为拟合参数；Q为流入气井用自适应控水装置的流量；d为气井用自适应控水装置的等效出口直径。


7.根据权利要求6所述的气井用自适应控水装置，其特征在于，所述气井用自适应控水装置的压降公式为：



式中，ρ为流体密度；μ为流体粘度；Q为流入气井用自适应控水装置的流量；d为气井用自适应控水装置的等效出口直径。


8.一种根据权利要求1-7任一项所述的气井用自适应控水装置的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：确定自适应控水装置需满足的水油压降比和水气压降比；
S2：根据所确定的水油压降比和水气压降比设计自适应控水装置的结构，并根据所设计的结构计算自适应控水装置各部件的压降；
S3：根据所计算的自适应控水装置各部件的压降设计自适应控水装置的结构参数，并根据所设计的结构建立自适应控水装置的模型；
S4：根据所建立的自适应控水装置的模型优化自适应控制装置的结构。

【专利技术属性】
技术研发人员：赵旭，周朝，姚志良，李晓益，翟羽佳，伊伟锴，
申请(专利权)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，
类型：发明
国别省市：北京;11