基于流体密度差异的自动控水装置

本发明涉及控水，具体涉及基于流体密度差异的自动控水装置。

背景技术：

1、水平井开采是近年来油气藏优先考虑的开采技术之一，在多类型油藏的开发过程中得到了广泛应用。随着水平井技术的推广与应用，该技术也逐渐暴露出一些无法忽视的问题，由于地层各位置渗透率的非均质性以及沿井筒流动方向存在压力降，造成了水平井井筒流入剖面不均匀，易产生压降漏斗，过早见水或见气，造成产量的急剧下降，出现这类问题往往会严重影响油井的产油量和经济效益，严重时甚至可导致水平井暴性水淹，迫使油井关井，产生油井极大损失。

2、为平衡流体沿水平井井筒流动，延缓水突，近年来国内外广泛应用的水平井新型控水完井方式主要包括：icd(inflowcontroldevice)控水完井、连续封隔体icd控水完井、aicd(automaticinflowcontroldevice)控水完井。icd控水阀产生的压降大小在安装前就已设计确定，除非重新完井作业，否则安装后其控水强度不能再改变。连续封隔体icd控水是指在icd控水完井的基础上，通过下入连续的封隔器以减少或消除环空流动及其对完井性能的不利影响。aicd控水阀可以根据井下流体情况自动调节其产生的附加压降大小，能够通过对低粘流体提供较大的附加压降以实现控水目的。

3、目前国内关于aicd的专利主要依靠高粘度的油在aicd中走更少的路径，而低粘度的水会走更多的路径来实现控水增油的功效。中国专利申请号为201610946014.1的aicd流道参数的设计方法和中国专利申请号为201811080478.4的一种aicd控水装置都针对油水存在粘度差异时进行了分离作用，但并未考虑油井后期出水量高会导致粘度差异不明显的问题，且现有aicd在地层高速流体的作用下，压降非常大。随着油井生产，原始的油藏饱和度会下降，而水的饱和度相对较高，井底附近的水相对更容易被生产出来，基于流体粘度的aicd控水阀不能很好的工作，因此急需一种不依靠流体粘度差异以及流体压降较小时也能正常工作的新型aicd。

技术实现思路

1、基于前述的现有技术对于油气井后期油水粘度差异较小，aicd不能很好的进行分离的缺陷，本发明实施例提供了一种基于流体密度选择的自动控水装置，其能根据油与水密度差异，产生压降，促进油和水的分离，增油控水效果较佳。

2、为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。

3、一种基于流体密度差异的自动控水装置，包括：壳体、流体选择器、生产阀、卸压单向阀以及收集通道。这里以油水分离来举例说明该装置的功能，但该装置不仅限于油水分离，而适用于任何具有密度差异的流体分离。

4、提出了基于流体密度差异的自动控水装置的实施例，壳体存在一个流体进入装置的喷嘴，而壳体内部被分为三个腔体，第一腔体上有一凸台，其内部可以通过螺纹方式连接流体选择器，第一腔体有一个旁侧流道连接第二腔体；通过螺栓连接方式固定生产阀的第二腔体，底部有一个生产阀出口连接收集通道，第二腔体与第三腔体间通过中央流道连接；通过螺纹等方式固定卸压单向阀的第三腔体，通过底部单向阀出口连接收集通道。

5、进一步的，提出了流体选择器的实施例。流体旋转器可绕中间轴径向旋转，流入的流体带动叶轮旋转，通过旋转产生向心加速度，这种向心加速度很容易达到重力加速度g的30倍以上，使得浮球受重力的影响可以忽略不计。

6、进一步的，浮球的密度介于油和水之间，多个浮子可以根据有效密度而逐级设置，实现精准调控进入中间轴的流体。

7、进一步的，浮球在低于自身密度的流体中朝靠近中间轴方向运动，浮球在在高于自身密度的流体中朝远离中间轴方向运动，浮球靠近或远离中间轴导致浮子通道打开数量不一样，从而尽可能获取所需要有效密度的流体。

8、进一步的，在浮球通道与中间轴间设置一定宽度的槽，可以保证在旋转的过程中，流体依然可以通过打开的浮球通道进入中间轴内部，保证了流量的稳定性。

9、进一步的，在中间轴上方连接中间管汇，进入中间轴内部的流体根据浮子通道打开情况汇入后续的生产阀底部。

10、进一步的，在生产阀底部预留一个流道用来连接中间管汇，生产阀是一个用弹簧保持常闭状态的阀门，阀门与收集通道通过阀门的打开与关闭来进行所需要密度流体的收集。

11、进一步的，当流体是需要的有效密度的流体，比如油，此时浮球向中间轴移动，关闭浮球通道，中间管汇没有流体通过，生产阀底部也没有从中间管汇流入的流体，生产阀上下两端产生压力差，压缩生产阀弹簧，使阀门打开，流体汇入收集通道。

12、进一步的，当流体是不需要的非有效密度的流体，比如水，此时浮球向远离中间轴方向移动，浮球通道打开，中间管汇有流体通过，生产阀底部接受到从中间管汇流入的流体，生产阀上下两端压力差差异较小，生产阀弹簧未被压缩，阀门保持关闭状态，流体没有汇入输油管道。

13、进一步的，未汇入油管的流体，流向第三级卸压单向阀，单向阀开度远远小于生产阀打开时开度，流体经过单向阀少量汇入收集通道，保证生产阀关闭时整个装置有多个卸压口，保证正常工作。

14、本方法中用于实现流体密度区分的流体选择器，除使用浮球外，还可采用方形浮块、不规则浮块等本领域技术人员能够想到的任意现有形状。

15、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

16、1、本发明通过流体冲击叶轮轴承带动流体选择器旋转，让浮子依靠向心力以及流体密度不同在通道内部移动，控制生产阀阀门的打开关闭，从而使所需要的流体进入收集通道，不需要的流体缓慢或者少量进入收集通道，填补了现有aicd技术的空白。

17、2、本发明的流体选择器，浮子可以根据流体密度多级设置来精准调控收集的流体，适用于井下流体密度差异多变以及水气分离困难等领域，具有较强的适用性。

技术特征：

1.基于流体密度差异的自动控水装置，其特征在于，该装置包括壳体(1)，挡板(2)，流体选择器(3)，中间管汇(4)，生产阀(5)，卸压单向阀(6)和收集通道(7)，密封内部装置的挡板(2)通过螺栓固定于壳体(1)上方，壳体(1)内部有三个腔体，流体选择器(3)通过螺纹固定在第一腔体(12)上，生产阀(5)通过螺栓固定于第二腔体(15)内部，中间管汇(4)连通流体选择器(3)上端和生产阀(5)底部，卸压单向阀(6)通过螺纹固定于第三腔体(18)内部，生产阀(5)以及卸压单向阀(6)底部连接的收集通道(7)用于收集流体。

2.根据权利要求1所述的基于流体密度差异的自动控水装置，其特征在于，所述的壳体(1)存在一个流体进入装置的喷嘴(11)，而壳体内部被分为三个腔体，第一腔体(12)有一凸台(13)，其内部通过螺纹连接流体选择器(3)，第一腔体(12)有一个旁侧流道(14)连接第二腔体(15)；通过螺栓连接方式固定生产阀(5)的第二腔体(15)，底部有一个生产阀出口(16)连接收集通道(7)，第二腔体(15)与第三腔体(18)间通过中央流道(17)连接；通过螺纹方式固定卸压单向阀(6)的第三腔体(18)，通过底部单向阀出口(19)连接收集通道(7)。

3.根据权利要求1所述的基于流体密度差异的自动控水装置，其特征在于，所述的流体选择器(3)由叶轮(31)、浮子通道(32)、具有内部流道的轴体(33)、轴承(34)、浮子(35)、壳体(1)以及连接生产阀(5)的中间管汇(4)组成，叶轮(31)与轴承(34)安装在具有内部流道的轴体(33)上，让流体带动叶轮(31)旋转，浮子(35)的密度介于所需要的流体和不需要流体密度之间，使得浮子有两种工作状态，当浮子(35)向远离轴体方向的移动，浮子通道(32)被打开，流体进入中间管汇(4)，当浮子(35)向靠近轴体方向的移动，浮子通道(32)被关闭，流体禁止进入中间管汇(4)。

4.根据权利要求1所述的基于流体密度差异的自动控水装置，其特征在于，所述的生产阀(5)由生产阀阀座(51)、生产阀阀盘(52)、生产阀弹簧(53)以及收集通道(7)组成，根据流体选择器浮子(35)打开浮子通道(32)数量不同导致进入中间管汇(4)流体压力不同，从而在生产阀阀盘(52)上下产生压差，中间管汇(4)有流体进入时，生产阀阀盘(52)上下两端压力变化不大，阀门保持常闭状态，流体无法通过生产阀(5)进入收集通道(7)，反之，中间管汇(4)无流体进入时，生产阀阀盘(52)上下两端产生压差，导致生产阀弹簧(53)压缩打开生产阀(5)，流体进入收集通道(7)。

技术总结
本发明公开了一种基于流体密度差异的自动控水装置，主要解决现有技术中存在的如何实现在地层流体粘度相似油藏中成功达到控水增油等问题。该装置包括壳体和挡板，密封在壳体与挡板内部的流体选择器、生产阀和卸压单向阀，以及最后流体汇入的收集通道。通过上述方案，本发明达到了利用地层流体带动流体选择器旋转从而使生产阀在油液中打开，水中关闭的目的，实现了基于密度的控水增油效果，具有很高的实用和推广价值。

技术研发人员：钟林,张浩,王川,王国荣,邱顺佐,王阳,张林锋,邱轩,陈俊名,吴孟迪,张政
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：
技术公布日：2025/1/9