[发明专利]一种自调流式喷管型流入控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种改善油田开发效果的装置，具体涉及一种自调流式喷管型流入控制装置。

背景技术

在长水平井中，由于水平井筒中流动压降的存在，使不同井筒位置生产压差不同，导致油井跟端的产量通常要比趾端高得多，从而产生的不均匀生产剖面可能会引起井筒跟端处过早见水/气。一旦发生锥进，由于趾端的流动受到限制，油井产量将显著降低。为了消除这种不平衡现象，常用方法有分段射孔与变密度射孔完井，中心管完井等。但这些方法对流入剖面的调控能力有限，难以保证生产剖面足够均匀。上世纪90年代早期，Norsk Hydro公司最先引用了流入控制装置（ICDs）技术，即在每个筛管节点上布置ICDs，ICDs将在井筒完井段上产生一个额外的压降，通过平衡实际生产压差，使得整个井段的流入剖面趋于均匀化，从而延缓水或气发生锥进，提高油井总产量和最终采收率，该技术于1998年首次成功应用于Troll油田。截止2013年，国内外已相继研发出不同类型的被动式ICDs，如Schlumberger的FloRite系列ICD、Weatherford的FloReg ICD、Baker Hughes的Equalizer系列ICD、Halliburton的EquiFlow ICD、冀东油田的调流控水筛管等。

而现有的ICD可分为三个类型：喷嘴型、螺旋通道型和喷管型。它们分别利用不同的机理来保证流入剖面的均匀性，其中喷嘴型ICD为限流机理，螺旋通道型ICD为摩阻机理，而喷管型ICD则是在这两种机理的共同作用下产生压降的。

喷嘴型ICD用流体通过装置时流道的收缩来产生节流压降。从本质上来说，该方法使流体从较大区域流入一个小直径喷嘴，从而产生了流动阻力。喷嘴型ICD的优点是结构简单，且一旦钻井过程中实时收集的信息表明需要改变流动阻力时，通过更换不同直径的喷嘴便能立即对其进行调整。喷嘴型ICD的缺点是产生流动阻力的喷嘴直径一般很小，故而特别容易受到高速流体颗粒的冲蚀和堵塞。

螺旋通道型ICD利用表面摩阻来产生一个相似的压降，其设计思路是在油管上缠绕一圈或更多的流动通道。与利用喷嘴产生的瞬时压降不同，这种设计在相对较长的区域产生分段式的压降。因此，在同等的FRR下，其最小过流面积较大，而最大过流速度较小，在钻井液循环过程中更能抵抗流体颗粒的冲蚀和堵塞。然而，螺旋通道型ICD对粘度很敏感，该性质会使得水/气优先于油流动，从而使得井筒内过早见水/气。

喷管型ICDs产生压降的主要方式是在长喷管内限流。从本质上来说，该方法使流体从较大区域流入一较长的小直径喷管，从而产生了流动阻力。和喷嘴相比，由于喷管一般较长，故而在同等的FRR下，其沿程阻力损失较大，而局部阻力损失较小。表现在结构上即最小过流面积较大，而最大过流速度较小，因此在钻井液循环过程中，喷管型ICD更能抵挡流体颗粒的冲蚀和堵塞。和螺旋通道型ICD相比，沿程阻力损失在喷管型ICDs的压降构成中所占比例较小，因此喷管型ICD对粘度较不敏感。

针对不同的储层条件，通过延长或缩短喷管长度即可改变喷管型ICD的压降构成，趋向于喷嘴型或螺旋通道型ICD的压降构成，产生相似的流动特性，从而满足不同储层的需要。从这一点来说，喷管型ICD的适用性最强。

然而，由于喷管型ICD一旦下入油井之后，便无法调整其喷管长度，而这通常会使得其在低流量下阻力过大，高流量下阻力过小，难以保证流入剖面足够均匀。且进行多级ICDs完井时，由于非均质地层中不同层段的储层物性不同，所需的FRR不同，需要根据钻井过程中测得的信息，在下入油井之前，对每一个喷管型ICD的结构参数进行优化，使其产生的FRR与该层段的储层物性相适应，保证流入剖面足够均匀，然而，这通常费时费力。

另外本发明中的流入控制装置为通过机械结构设计和水动力学原理在完井段产生一个额外的压降，平衡跟端效应或储层非均质性引起的压降，从而改变生产压差，使沿水平井筒流入剖面趋于均匀；而水锥和脊进为在水平井生产过程中，由于跟端效应或储层非均质性的影响，不同位置的生产压差不同，流体在某一位置快速流动，从而使得生产剖面不均匀，出现提前见水或气的现象。

发明内容

本发明的目的提供一种自调流式喷管型流入控制装置，包括相互连接的基管、上部外套、下部外套、活动喷管和弹簧，能够根据流量大小自动调整流动阻力等级，抵消跟端效应和储层非均质性的影响，使沿水平井筒流入剖面均匀，减少气水锥进，提高油井产量。

为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种自调流式喷管型流入控制装置的解决方案，具体如下：