地，板狀本體34為矩形板，以便于加工和制 造。
[0039] 當(dāng)然，節(jié)流件3也可以通過焊接的方式固定在基管1的容納槽11中，以進(jìn)一步提 高節(jié)流件3的穩(wěn)固性。也可以在板狀本體34的上方設(shè)置上蓋，從而使得地層流體從入口通 道32中流入旋流腔31中。上蓋的上表面可以為與外套2的內(nèi)壁相貼合的弧形面，以便于 安裝上蓋。
[0040] 當(dāng)在板狀本體34上設(shè)有上蓋時(shí)，兩者的貼合面的平面度可以均在±0. 0016mm之 間。上蓋的材質(zhì)可以與板狀本體34的材質(zhì)相同，均采用硬度較高（HRA > 87)的抗沖蝕材 料。兩者可以采用摩擦焊焊接為一個(gè)整體。焊接后的整體節(jié)流件3可以采用激光焊或銅釬 焊裝入容納槽11內(nèi)。
[0041] 旋流腔31的大致形狀為圓形狀，節(jié)流孔33位于旋流腔31的圓心處。入口通道32 包括沿地層流體的流動(dòng)方向橫截面面積逐漸減小的縮口段321和沿地層流體的流動(dòng)方向 橫截面面積大致不變的連通段322。當(dāng)?shù)貙恿黧w流入縮口段321后，通過連通段322流入旋 流腔31中。
[0042] 更為優(yōu)選地，縮口段321的兩個(gè)側(cè)壁均為弧形狀。連通段322的兩個(gè)側(cè)壁均為平 面狀，以便于加工和設(shè)置。連通段322的一個(gè)側(cè)壁與旋流腔31的側(cè)壁光滑連接，并沿旋流 腔31的切線方向延伸，另一個(gè)側(cè)壁與旋流腔31密封連接。
[0043] 當(dāng)?shù)貙恿黧w中的水流入節(jié)流件3后，先經(jīng)過入口通道32節(jié)流加速，然后沿著旋流 腔31的切線方向進(jìn)入旋流腔31。當(dāng)流入旋流腔31的水量逐漸增大時(shí)，水會(huì)以沿著旋流腔 31的切線方向運(yùn)動(dòng)的切向速度逐漸旋流至旋流腔31的中部，并從節(jié)流孔33流出。由于水 的密度大，粘度小進(jìn)而導(dǎo)致水的慣性力大，從而使得水在旋流腔31內(nèi)的切向速度較高。這 樣，當(dāng)旋流腔31的光潔度較高，水的粘度較低時(shí)，就使得水在旋流的過程中的切向速度損 失較小。根據(jù)能量守恒定律，伴隨著旋轉(zhuǎn)半徑的不斷縮小，水的切向速度會(huì)不斷增大。在進(jìn) 入節(jié)流孔33前，水的切向速度達(dá)到最大值，在流出節(jié)流孔33后，水的切向速度會(huì)被大幅度 降低。在不考慮重力影響的情況下，旋流出去的水產(chǎn)生的額外附加壓降可表示為：
[0044]
[0045] 其中，P 7X表示水的密度，V，^^表示水在旋流腔31中的最大速度，V 7W32表示水 在流出節(jié)流孔33后的速度。
[0046] 相對(duì)于直接采用節(jié)流孔33進(jìn)行節(jié)流的控制裝置，本發(fā)明提出的控制裝置在水流 出節(jié)流孔33的時(shí)候增加了額外的切向速度節(jié)流阻力。由于水的旋轉(zhuǎn)速度較大，節(jié)流后水的 旋流速度下降較大，進(jìn)而水使得產(chǎn)生的節(jié)流阻力較大。在相同的節(jié)流孔33的條件下，采用 本發(fā)明的控制裝置所產(chǎn)生的節(jié)流阻力是常規(guī)噴嘴型控制裝置的20倍以上，極大的提高了 控水效果。
[0047] 當(dāng)?shù)貙恿黧w的油流入節(jié)流件3后，先經(jīng)過入口通道32的節(jié)流加速，然后沿著旋流 腔31的切向方向進(jìn)入旋流腔31。當(dāng)流入旋流腔31的油量逐漸增大時(shí)，油會(huì)以沿著旋流腔 31的切線方向運(yùn)動(dòng)的切向速度逐漸旋流至旋流腔31的中部，并從節(jié)流孔33流出。由于油 的密度小，粘度大進(jìn)而導(dǎo)致油的粘性力大，從而使得油在旋流腔31內(nèi)的切向速度較低。這 樣，使得油在旋流的過程中的切向速度損失較大。具體的切向速度損失的大小與所采的油 的粘度直接相關(guān)，油的粘度越大，油在旋轉(zhuǎn)的過程中切向速度的損失就越大。在進(jìn)入節(jié)流孔 33前，油的切向速度達(dá)到最大，但相對(duì)于水的切向速度較小。在經(jīng)過節(jié)流孔33后，油的切向 速度被進(jìn)一步降低。在不考慮重力影響的情況下，旋流出去的油產(chǎn)生的額外附加壓降A(chǔ)P m
[0048] 其中，P #表示油的密度，V 表示油在旋流腔31中的最大速度，V 表示油 在流出節(jié)流孔33后的速度。
[0049] 相對(duì)于直接采用節(jié)流孔33進(jìn)行節(jié)流的控制裝置，本發(fā)明提出的控制裝置在油流 出節(jié)流孔33的時(shí)候增加了額外的切向速度節(jié)流阻力。由于油在流出的時(shí)候有一定的旋轉(zhuǎn) 速度，進(jìn)而使得油產(chǎn)生的節(jié)流阻力也有了一定的增加，也可以使油產(chǎn)生附加節(jié)流壓降。但相 對(duì)于水來說，油的附加節(jié)流壓降增加的較少。因此，本發(fā)明所提出的控制裝置具有遇水高摩 阻，遇油低摩阻，自行調(diào)節(jié)油水阻力的功能。
[0050] 當(dāng)?shù)貙恿黧w以油水混合物的狀態(tài)流入節(jié)流件3后，根據(jù)含水率的不同油水混合物 的粘度處于水、油之間，其產(chǎn)生的額外附加阻力也處于水、油之間，當(dāng)油水混合物的含水率 較低時(shí)，節(jié)流件產(chǎn)生的附加阻力與單獨(dú)通過油時(shí)產(chǎn)生的附加阻力相近，隨著含水率的增加， 節(jié)流件產(chǎn)生的附加阻力逐漸增加，最終增加到與單獨(dú)通過水時(shí)產(chǎn)生的附加阻力。本發(fā)明所 提出的控制裝置具有隨著含水率變化，自行調(diào)節(jié)阻力的功能。
[0051] 此外，入口通道32和旋流腔31的底面均處于同一平面。并且入口通道32的底面 和旋流腔31的底面光滑連接。更為優(yōu)選地，旋流腔31的粗糙度小于0. 0032mm，以減少旋流 腔31對(duì)地層流體產(chǎn)生的摩擦阻力，從而進(jìn)一步提高控水穩(wěn)油的能力。板狀本體34的洛氏 硬度HRA可以大于87,其材質(zhì)可以選用鎢鈷合金。
[0052] 優(yōu)選地，旋流腔31的高度為2. 4-5. 0mm。如果當(dāng)旋流腔31的高度較小時(shí)，由于流 體的流動(dòng)空間過小，從而使得地層流體無法在旋流腔31中正常流動(dòng)。如果當(dāng)旋流腔31的 高度較高時(shí)，由于旋流腔的流動(dòng)空間過大，可容納的流體過多，使地層流體旋流至節(jié)流孔33 時(shí)的速度較小，從而產(chǎn)生的節(jié)流壓降較小。旋流腔31的直徑為18-32_。節(jié)流孔33的孔徑 為3-6mm。這樣，在能夠通過節(jié)流孔33實(shí)現(xiàn)節(jié)流的同時(shí)，還可以減少節(jié)流孔33被阻塞的可 能性。
[0053] 在一個(gè)例子中，當(dāng)每天流過每個(gè)節(jié)流件3的流量為2. 5-40m3時(shí)，旋流腔31的高度 優(yōu)選為4_。旋流腔31的直徑優(yōu)選為23. 5_。節(jié)流孔33的孔徑優(yōu)選為4_。當(dāng)然，當(dāng)流過 旋流腔31的流量變化時(shí)，旋流腔31的直徑和高度也可以隨之變化。
[0054] 此外，沿旋流腔31的周向均勻地設(shè)有至少兩個(gè)入口通道32。在一個(gè)實(shí)施例中，沿 旋流腔31的周向設(shè)有兩個(gè)入口通道32。兩個(gè)入口通道32位于板狀本體34的對(duì)角處。并 且兩個(gè)入口通道32朝向相反的方向設(shè)置。
[0055] 進(jìn)一步地，縮口段321的最大橫截面面積與連通段322的橫截面面積之比為 4-5:1。這樣，可以使地層流體形成較為合適的加速度，從而可以進(jìn)一步提高地層流體的節(jié) 流壓降。
[0056] 雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但在不脫離本發(fā)明的范圍的情況 下，可以對(duì)其進(jìn)行各種改進(jìn)并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結(jié)構(gòu)沖 突，各個(gè)實(shí)施例中所提到的各項(xiàng)技術(shù)特征均可以任意方式組合起來。本發(fā)明并不局限于文 中公開的特定實(shí)施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于調(diào)節(jié)地層流體的控制裝置，包括節(jié)流件，所述節(jié)流件包括板狀本體、設(shè)置在 所述板狀本體的旋流腔、用于接受地層流體并使其流入所述旋流腔的入口通道，以及設(shè)在 所述旋流腔的中部的節(jié)流孔，其中，所述入口通道和所述旋流腔構(gòu)造成使得地層流體沿著 所述旋流腔的側(cè)壁進(jìn)入所述旋流腔，并經(jīng)所述節(jié)流孔排出。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述入口通道包括橫截面沿著地層 流體的流動(dòng)方向逐漸減小的縮口段，以及分別與所述縮口段和所述旋流腔連通并且橫截面 不變的連通段。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制裝置，其特征在于，所述連通段構(gòu)造成沿所述旋流腔的 切線方向延伸，并且所述連通段的一個(gè)側(cè)壁與所述旋流腔的側(cè)壁光滑連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的控制裝置，其特征在于，所述縮口段的最大橫截面面積與 所述連通段的橫截面面積之比為4-5:1。5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的控制裝置，其特征在于，所述旋流腔成圓形，所述 節(jié)流孔位于所述旋流腔的圓心。6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的控制裝置，其特征在于，沿所述旋流腔的周向均 勻地設(shè)有至少兩個(gè)所述入口通道。7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的控制裝置，其特征在于，還包括用于接受從所述 節(jié)流件中流出的地層流體的基管，其中，所述節(jié)流件設(shè)在所述基管的外側(cè)，并且所述基管上 設(shè)有用于使地層流體從地層流入所述節(jié)流件的導(dǎo)流孔。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制裝置，其特征在于，沿所述基管的周向設(shè)有多個(gè)彼此間 隔且對(duì)應(yīng)不同的導(dǎo)流孔的容納槽，其中，各所述容納槽中分別設(shè)有一個(gè)節(jié)流件，并且所述容 納槽構(gòu)造成從所述導(dǎo)流孔流出的地層流體經(jīng)過所述容納槽而流入所述節(jié)流件。9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的控制裝置，其特征在于，所述旋流腔的底壁和所 述入口通道的底壁處于同一平面。10. 根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的控制裝置，其特征在于，地層流體為油、水或油 水混合物。11. 根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的控制裝置，其特征在于，所述旋流腔的底壁以 及所述入口通道的底壁的粗糙度均在〇. 0032mm以下。12. 根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的控制裝置，其特征在于，所述節(jié)流孔的直徑為 3-6mm〇13. 根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的控制裝置，其特征在于，所述旋流腔的高度為 2. 4-5. 0_，而直徑為 18_32mm。14. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的控制裝置，其特征在于，所述導(dǎo)流孔的直徑為3-6mm。15. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的控制裝置，其特征在于，還包括套設(shè)在所述基管的外側(cè) 的外套，其中所述節(jié)流件設(shè)置在所述基管和所述外套之間。
【專利摘要】本發(fā)明的用于調(diào)節(jié)地層流體的控制裝置，包括節(jié)流件，節(jié)流件包括板狀本體、設(shè)置在板狀本體的旋流腔、用于接受地層流體并使其流入旋流腔的入口通道，以及設(shè)在旋流腔的中部的節(jié)流孔，其中，入口通道和旋流腔構(gòu)造成使得地層流體沿著旋流腔的側(cè)壁進(jìn)入旋流腔，并經(jīng)節(jié)流孔排出。該節(jié)流件不需再單獨(dú)通過節(jié)流孔使地層流體產(chǎn)生節(jié)流壓降，從而能夠?qū)⒐?jié)流孔的孔徑設(shè)置較大一些，進(jìn)而減小被阻塞的可能性。這樣，能夠?qū)⒐?jié)流孔的孔徑設(shè)置較大一些，進(jìn)而減小被阻塞的可能性。另外，在旋流的過程中，水的節(jié)流壓降大于油的節(jié)流壓降，從而可以有效地實(shí)現(xiàn)控水目的。
【IPC分類】E21B43/12
【公開號(hào)】CN105626003
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410645373
【發(fā)明人】趙旭, 侯倩, 張同義, 岳慧, 姚志良, 段友智, 付道明, 翟羽佳
【申請(qǐng)人】中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2014年11月6日