[发明专利]一种气井用自适应控水装置及其设计方法

权利要求书

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；

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；

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；

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；

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；

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。

2.一种根据权利要求1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。

3.根据权利要求2所述的气井用自适应控水装置的设计方法，其特征在于，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。

4.根据权利要求2所述的气井用自适应控水装置的设计方法，其特征在于，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。

5.根据权利要求4所述的气井用自适应控水装置的设计方法，其特征在于，自适应控水装置的总压降为：

Δp＝Δp_L+Δp_S+Δp_N

其中，Δp为自适应调流控水装置的总压降，Δp_L为流体通过入口流道产生的压降，Δp_S为流体通过流槽产生的压降；Δp_N为流体通过出口喷嘴产生的压降。

6.根据权利要求5所述的气井用自适应控水装置的设计方法，其特征在于，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；d_l为入口流道的水力直径；ζ为局部压力损失系数；ρ_m为混合流体密度；Q为流入自适应控水装置的流量；A_l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。

7.根据权利要求6所述的气井用自适应控水装置的设计方法，其特征在于，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，l_S为流槽长度；d_S为流槽水力直径；v_S为流槽处流体的平均流速；C_DS为流槽压力损失系数；A_S为流槽横截面积；A_Sin为流槽的入口面积，A_Sout为流槽的出口面积。