一种井下蒸汽流量控制装置及其管柱的制作方法

1.本发明涉及的是一种井下作业装置和管柱，并且更具体地，涉及一种井下蒸汽流量控制装置及具有这种井下蒸汽流量控制装置的管柱。


背景技术：

2.辽河油田稠油年产600万吨，95％依靠蒸汽热采。但随着开发的不断深入，受储层非均质性影响，平面及纵向动用不均矛盾日益突出，汽窜严重，曾攻关多种机械及化学治理方法，均未根本性解决问题，成为制约辽河稠油热采开发的最主要问题。
3.直井上曾经应用多种分注技术，但由于层段内各小层存在吸汽差异，配汽准确率及纵向动用程度均不超过80％；同时部分汽驱井由于长期服役，90％注汽井更换管柱困难，不能达到理想的纵向动用要求。
4.水平井水平段动用不均问题同样突出，90％的水平井存在储层动用不均问题，曾经研发了水平井均匀注汽工艺技术，但受制于水平段未进行有效封隔、注汽阀压降难以精准控制等因素，均未彻底实现均匀动用。蒸汽受储层物性差异影响导致吸汽不均，因此需要研制井下蒸汽流量控制装置及其管柱，从根本上解决动用不均难题。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明目的是研制井下蒸汽流量控制装置及其管柱，进一步提高油井动用均匀性，抑制汽窜，实现蒸汽流量有效精准控制；有效控制蒸汽的注入，提高蒸汽波及范围和注采效率，大幅改善稠油热采开发效果，提高稠油开发工艺水平。而且，本发明还需要使高温、高压蒸汽流不会直接对油井完井井壁中套管或筛管造成硬性伤害，能对油井起到保护作用。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
7.根据本发明的方面，提供一种井下蒸汽流量控制装置，包括：
8.中心管，该中心管设置有楔形槽和台阶部分；
9.堵帽，该堵帽安装在靠近楔形槽的中心管的一部分上；
10.喷嘴组件，该喷嘴组件包括喷嘴座和超音速喷嘴，超音速喷嘴安装在喷嘴座上，喷嘴组件被安装在中心管的楔形槽上；
11.筛网组件，该筛网组件包括筛网筋和筛网，筛网安装在筛网筋上，筛网组件的一端被套于中心管的台阶部分处并且另一端沿着靠近台阶部分的中心管的一部分延伸；
12.护帽，该护帽的一端连接在堵帽上并且另一端抵靠在筛网组件上，护帽与喷嘴组件接触并压紧喷嘴组件；以及
13.下挡环，该下挡环设置在中心管上并且与筛网组件的另一端连接。
14.在本发明的一个实施例中，该井下蒸汽流量控制装置还包括：
15.接箍，该接箍固定连接在靠近楔形槽的中心管的一部分的端部上。
16.在本发明的一个实施例中，该井下蒸汽流量控制装置还包括：
17.防转销钉，该防转销钉安装在护帽上。
18.在本发明的一个实施例中，超音速喷嘴基于措施井需求选定不同的尺寸。
19.在本发明的一个实施例中，护帽的内部具有锥度内孔并且喷嘴座具有锥形弧面。
20.在本发明的一个实施例中，锥度内孔与锥形弧面接触并压紧喷嘴座。
21.在本发明的一个实施例中，超音速喷嘴为拉伐尔喷嘴的缩扩结构。
22.在本发明的一个实施例中，护帽通过螺纹连接在堵帽上。
23.在本发明的一个实施例中，下挡环的下端与中心管焊接至一起。
24.根据本发明的另一方面，提供一种井下蒸汽流量控制管柱，包括：
25.第一悬挂器，该第一悬挂器悬挂油管，
26.多个注汽单元，注汽单元与油管连接，每个注汽单元具有井下蒸汽流量控制装置；以及
27.多个封隔器，封隔器与井下蒸汽流量控制装置彼此间隔交替设置，
28.其中井下蒸汽流量控制装置包括：
29.中心管，该中心管设置有楔形槽和台阶部分；
30.堵帽，该堵帽安装在靠近楔形槽的中心管的一部分上；
31.喷嘴组件，该喷嘴组件包括喷嘴座和超音速喷嘴，超音速喷嘴安装在喷嘴座上，喷嘴组件被安装在中心管的所述楔形槽上；
32.筛网组件，该筛网组件包括筛网筋和筛网，筛网安装在筛网筋上，
33.筛网组件的一端被套于中心管的所述台阶部分处并且另一端沿着靠近台阶部分的中心管的一部分延伸；
34.护帽，该护帽的一端连接在堵帽上并且另一端抵靠在筛网组件上，护帽与喷嘴组件接触并压紧喷嘴组件；以及
35.下挡环，该下挡环设置在中心管上并且与筛网组件的另一端连接。
36.在本发明的一个实施例中，该井下蒸汽流量控制管柱还包括：
37.原井套管；
38.第二悬挂器，第二悬挂器悬挂原井套管，油管位于悬挂的原井套管内；
39.原井筛管，原井筛管与原井套管连接，井下蒸汽流量控制装置和封隔器均在原井筛管内。
40.在本发明的一个实施例中，封隔器包括高温水敏封隔器。
41.在本发明的一个实施例中，高温水敏封隔器包括：
42.连接接头，连接接头连接到中心管上；
43.胶筒，胶筒连接在中心管上并且在高温环境下遇水膨胀以满足封隔。
44.在本发明的一个实施例中，井下蒸汽流量控制装置还包括：
45.接箍，接箍固定连接在靠近楔形槽的中心管的一部分的端部上。
46.在本发明的一个实施例中，接箍连接油管以使油管与中心管连接。
47.在本发明的一个实施例中，井下蒸汽流量控制装置还包括：
48.防转销钉，该防转销钉安装在所述护帽上。
49.在本发明的一个实施例中，超音速喷嘴基于措施井需求选定不同的尺寸。
50.在本发明的一个实施例中，护帽的内部具有锥度内孔并且喷嘴座具有锥形弧面。
51.在本发明的一个实施例中，锥度内孔与锥形弧面接触并压紧喷嘴座。
52.在本发明的一个实施例中，超音速喷嘴为拉伐尔喷嘴的缩扩结构。
53.在本发明的一个实施例中，护帽通过螺纹连接到堵帽上。
54.在本发明的一个实施例中，下挡环的下端与中心管焊接至一起。
55.通过采用上述技术方案，本发明相比于现有技术具有如下优点：
56.通过本发明的井下蒸汽流量控制装置及其管柱，本发明可以提高油井动用均匀性，实现蒸汽流量有效精准控制；本发明可以有效控制蒸汽注入效果，提高蒸汽波及范围和注采效率，大幅改善稠油热采开发效果，提高稠油开发工艺水平。而且，本发明的遮罩式设计可以使高温、高压蒸汽流不会直接对油井完井井壁中套管或筛管造成硬性伤害，能对油井起到保护作用。并且本发明利用水敏封隔器将需要注汽层段分割开来，实现多层段的蒸汽流量控制。
附图说明
57.图1示出了本发明实施例中提供的井下蒸汽流量控制管柱的结构示意图；
58.图2示出了本发明实施例中提供的井下蒸汽流量控制装置的示意图；
59.图3示出了本发明实施例中提供的高温水敏封隔器的示意图。
60.附图标记列表
61.1接箍、2中心管、3堵帽、4防转销钉、5护帽、6喷嘴座、7超音速喷嘴、8筛网筋、9筛网、10下挡环、11喷嘴组件、12筛网组件、13第一悬挂器、14第二悬挂器、15原井套管、16油管、17原井筛管、18注汽单元、19封隔器、20井下蒸汽流量控制装置、21连接接头、22胶筒、24楔形槽、25台阶部分。
具体实施方式
62.应当理解，在示例性实施例中所示的本发明的实施例仅是说明性的。虽然在本发明中仅对少数实施例进行了详细描述，但本领域技术人员很容易领会在未实质脱离本发明主题的教导情况下，多种修改是可行的。相应地，所有这样的修改都应当被包括在本发明的范围内。在不脱离本发明的主旨的情况下，可以对以下示例性实施例的设计、操作条件和参数等做出其他的替换、修改、变化和删减。
63.如图1-2所示，一种井下蒸汽流量控制装置20，包括：
64.中心管2，该中心管2设置有楔形槽24和台阶部分25；
65.堵帽3，该堵帽3安装在靠近楔形槽24的中心管2的一部分上；
66.喷嘴组件11，该喷嘴组件11包括喷嘴座6和超音速喷嘴7，超音速喷嘴7安装在喷嘴座6上，喷嘴组件11被安装在中心管2的楔形槽24上；
67.筛网组件12，该筛网组件12包括筛网筋8和筛网9，筛网9安装在筛网筋8上，筛网组件12的一端被套于中心管2的台阶部分25处并且另一端沿着靠近台阶部分25的中心管2的一部分延伸；
68.护帽5，该护帽5的一端连接在堵帽3上并且另一端抵靠在筛网组件12上，护帽与5喷嘴组件11接触并压紧喷嘴组件11；以及
69.下挡环10，该下挡环10设置在中心管2上并且与筛网组件12的另一端连接。
70.通过本发明的上述技术方案，本发明可实现超音速注汽，精确注入注汽量，减少压强损失，提高蒸汽干度，实现蒸汽腔均匀扩展；本发明可大幅减少蒸汽进入井筒，有效增加油产量，实现均匀产液。而且，本发明还可以使高温、高压蒸汽流不会直接对油井完井井壁中套管或筛管造成硬性伤害，能对油井起到保护作用。
71.在上述技术方案中，如图2所示，该井下蒸汽流量控制装置20还包括：
72.接箍1，该接箍1固定连接在靠近楔形槽24的中心管2的一部分的端部上。
73.在上述技术方案中，如图2所示，该井下蒸汽流量控制装置20还包括：
74.防转销钉4，该防转销钉4安装在护帽5上。
75.在上述技术方案中，超音速喷嘴7基于措施井需求选定不同的尺寸。
76.在上述技术方案中，护帽5的内部具有锥度内孔并且喷嘴座6具有锥形弧面。
77.在上述技术方案中，锥度内孔与锥形弧面接触并压紧喷嘴座6。
78.在上述技术方案中，超音速喷嘴7为拉伐尔喷嘴的缩扩结构。
79.在上述技术方案中，护帽5通过螺纹连接在堵帽3上。
80.在上述技术方案中，如图2所示，下挡环10的下端与中心管2焊接至一起。
81.如图1-3所示，一种井下蒸汽流量控制管柱，包括：
82.第一悬挂器13，该第一悬挂器13悬挂油管16，
83.多个注汽单元18，注汽单元18与油管16连接，每个注汽单元18具有井下蒸汽流量控制装置20；以及
84.多个封隔器19，封隔器19与井下蒸汽流量控制装置20彼此间隔交替设置，
85.其中井下蒸汽流量控制装置20包括：
86.中心管2，该中心管2设置有楔形槽24和台阶部分25；
87.堵帽3，该堵帽3安装在靠近楔形槽24的中心管2的一部分上；
88.喷嘴组件11，该喷嘴组件11包括喷嘴座6和超音速喷嘴7，超音速喷嘴7安装在喷嘴座6上，喷嘴组件11被安装在中心管2的楔形槽24上；
89.筛网组件12，该筛网组件12包括筛网筋8和筛网9，筛网9安装在筛网筋8上，筛网组件12的一端被套于中心管2的台阶部分25处并且另一端沿着靠近台阶部分25的中心管2的一部分延伸；
90.护帽5，该护帽5的一端连接在堵帽3上并且另一端抵靠在筛网组件12上，护帽5与喷嘴组件11接触并压紧喷嘴组件11；以及
91.下挡环10，该下挡环10设置在中心管2上并且与筛网组件11的另一端连接。
92.通过本发明的上述技术方案，本发明可以提高油井动用均匀性，实现蒸汽流量有效精准控制；本发明可以有效控制蒸汽注入效果，提高蒸汽波及范围和注采效率，大幅改善稠油热采开发效果，提高稠油开发工艺水平。而且，本发明的遮罩式设计可以使高温、高压蒸汽流不会直接对油井完井井壁中套管或筛管造成硬性伤害，能对油井起到保护作用。并且本发明利用水敏封隔器将需要注汽层段分割开来，实现多层段的蒸汽流量控制。
93.在上述技术方案中，如图1所示，该井下蒸汽流量控制管柱还包括：
94.原井套管15；
95.第二悬挂器14，第二悬挂器14悬挂原井套管15，油管16位于悬挂的原井套管15内；
96.原井筛管17，原井筛管17与原井套管15连接，井下蒸汽流量控制装置20和封隔器
19均在原井筛管17内。
97.在上述技术方案中，封隔器19包括高温水敏封隔器。
98.在上述技术方案中，如图3所示，封隔器19包括：
99.连接接头21，连接接头21连接到中心管2上；
100.胶筒22，胶筒22连接在中心管2上并且在高温环境下遇水膨胀以满足封隔。
101.在上述技术方案中，如图2所示，井下蒸汽流量控制装置20还包括：
102.接箍1，接箍1固定连接在靠近楔形槽24的中心管2的一部分的端部上。
103.在上述技术方案中，如图1-2所示，接箍1连接油管16以使油管16与中心管2连接。
104.在上述技术方案中，如图2所示，井下蒸汽流量控制装置20还包括：
105.防转销钉4，该防转销钉4安装在护帽5上。
106.在上述技术方案中，超音速喷嘴7基于措施井需求选定不同的尺寸。
107.在上述技术方案中，护帽5的内部具有锥度内孔并且喷嘴座具有锥形弧面。
108.在上述技术方案中，如图2所示，锥度内孔与锥形弧面接触并压紧喷嘴座6。
109.在上述技术方案中，超音速喷嘴7为拉伐尔喷嘴的缩扩结构。
110.在上述技术方案中，如图2所示，护帽5通过螺纹连接到堵帽3上。
111.在上述技术方案中，如图2所示，下挡环10的下端与中心管2焊接至一起。
112.下面通过具体实施例对本发明的上述技术方案进行说明。
113.如图2所示，井下蒸汽流量控制装置20由接箍1、中心管2、堵帽3、防转销钉4、护帽5、喷嘴座6、超音速喷嘴7、筛网筋8、筛网9以及下挡环10组成，将堵帽3安装于中心管2之上，之后根据措施井需求选定不同尺寸的超音速喷嘴7，将超音速喷嘴7安装于喷嘴座6上，之后将喷嘴座6和超音速喷嘴7组成的喷嘴组件11安装在中心管2的楔形槽24上，之后将筛网筋8和筛网9组成的筛网组件12套于中心管2的台阶部分25处，将护帽5套于中心管2上并连接在堵帽3上，护帽5内部的锥度内孔与喷嘴座6的锥形弧面接触，将喷嘴座6压紧于中心管2的楔形槽24上形成密封，最后将下挡环10套于中心管2上并将下端与中心管2焊接至一起，最后将防转销钉4安装在护帽5上，从而完成蒸汽流量控制装置20的组装。
114.如图1所示，在下入时，将该蒸汽流量控制装置20与封隔器19(例如，高温水敏封隔器)交替下入井内，在井内高温液体的作用下，封隔器19的胶筒22膨胀将措施井段分隔成几个相对独立的注汽单元18，之后开始注汽，在超音速喷嘴7为拉伐尔喷嘴的作用下，蒸汽达到超音速状态，进而实现蒸汽流量有效精准控制。
115.下面对井下蒸汽流量控制管柱进行说明：
116.如图2所示，井下蒸汽流量控制装置20：装置20通过中心管2上的楔形槽24与喷嘴座6和超音速喷嘴7形成的喷嘴组件11形成注汽通道，超音速喷嘴7为拉伐尔喷嘴的缩扩结构，在注汽时使气体在喷嘴7出口处达到超音速状态，进而实现蒸汽流量有效精准控制。
117.如图1和3所示，封隔器19采用高温水敏封隔器：可以保证在高温环境下胶筒22遇水膨胀，膨胀率满足封隔需求，在注汽的高温环境下对水平段进行有效封隔，进而保证每段的注汽量满足设计要求。
118.如图1和3所示，井下蒸汽流量控制管柱：由第一悬挂器13、第二悬挂器14、原井套管15、油管16、原井筛管17、封隔器19和井下蒸汽流量控制装置20组成，第一悬挂器13悬挂油管16，第二悬挂器14悬挂原井套管15，油管16在原井套管15弯曲，原井筛管17与原井套管
15连接，井下蒸汽流量控制装置20通过中心管2与油管16连接，井下蒸汽流量控制装置20与封隔器19交替下入井内，在井内高温液体的作用下，封隔器19的胶筒22膨胀将措施井段分隔成几个相对独立的注汽单元18，超音速喷嘴7为拉伐尔喷嘴的作用下，蒸汽达到超音速状态，进而实现蒸汽流量有效精准控制。
119.由此可见，通过本发明的井下蒸汽流量控制装置及其管柱，本发明可实现超音速注汽，精确注入注汽量，减少压强损失，提高蒸汽干度，实现蒸汽腔均匀扩展；本发明可大幅减少蒸汽进入井筒，有效增加油产量，实现均匀产液。本发明可以提高油井动用均匀性，实现蒸汽流量有效精准控制；本发明可以有效控制蒸汽注入效果，提高蒸汽波及范围和注采效率，大幅改善稠油热采开发效果，提高稠油开发工艺水平。而且，本发明的遮罩式设计可以使高温、高压蒸汽流不会直接对油井完井井壁中套管或筛管造成硬性伤害，能对油井起到保护作用。并且本发明利用水敏封隔器将需要注汽层段分割开来，实现多层段的蒸汽流量控制。
120.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。

技术特征：
1.一种井下蒸汽流量控制装置，其特征在于，包括：中心管，所述中心管设置有楔形槽和台阶部分；堵帽，所述堵帽安装在靠近所述楔形槽的所述中心管的一部分上；喷嘴组件，所述喷嘴组件包括喷嘴座和超音速喷嘴，所述超音速喷嘴安装在所述喷嘴座上，所述喷嘴组件被安装在所述中心管的所述楔形槽上；筛网组件，所述筛网组件包括筛网筋和筛网，所述筛网安装在所述筛网筋上，所述筛网组件的一端被套于所述中心管的所述台阶部分处并且另一端沿着靠近所述台阶部分的所述中心管的一部分延伸；护帽，所述护帽的一端连接在所述堵帽上并且另一端抵靠在所述筛网组件上，所述护帽与所述喷嘴组件接触并压紧所述喷嘴组件；以及下挡环，所述下挡环设置在所述中心管上并且与所述筛网组件的另一端连接。2.根据权利要求1所述的井下蒸汽流量控制装置，其特征在于，所述井下蒸汽流量控制装置还包括：接箍，所述接箍固定连接在靠近所述楔形槽的所述中心管的一部分的端部上。3.根据权利要求2所述的井下蒸汽流量控制装置，其特征在于，所述井下蒸汽流量控制装置还包括：防转销钉，所述防转销钉安装在所述护帽上。4.根据权利要求1所述的井下蒸汽流量控制装置，其特征在于，所述超音速喷嘴基于措施井需求选定不同的尺寸。5.根据权利要求1所述的井下蒸汽流量控制装置，其特征在于，所述护帽的内部具有锥度内孔并且所述喷嘴座具有锥形弧面。6.根据权利要求5所述的井下蒸汽流量控制装置，其特征在于，所述锥度内孔与所述锥形弧面接触并压紧所述喷嘴座。7.根据权利要求1所述的井下蒸汽流量控制装置，其特征在于，所述超音速喷嘴为拉伐尔喷嘴的缩扩结构。8.根据权利要求1所述的井下蒸汽流量控制装置，其特征在于，所述护帽通过螺纹连接在所述堵帽上。9.根据权利要求1所述的井下蒸汽流量控制装置，其特征在于，所述下挡环的下端与所述中心管焊接至一起。10.一种井下蒸汽流量控制管柱，其特征在于，包括：第一悬挂器，所述第一悬挂器悬挂油管，多个注汽单元，所述注汽单元与所述油管连接，每个所述注汽单元具有井下蒸汽流量控制装置；以及多个封隔器，所述封隔器与所述井下蒸汽流量控制装置彼此间隔交替设置，其中所述井下蒸汽流量控制装置包括：中心管，所述中心管设置有楔形槽和台阶部分；堵帽，所述堵帽安装在靠近所述楔形槽的所述中心管的一部分上；喷嘴组件，所述喷嘴组件包括喷嘴座和超音速喷嘴，所述超音速喷嘴安装在所述喷嘴座上，所述喷嘴组件被安装在所述中心管的所述楔形槽上；
筛网组件，所述筛网组件包括筛网筋和筛网，所述筛网安装在所述筛网筋上，所述筛网组件的一端被套于所述中心管的所述台阶部分处并且另一端沿着靠近所述台阶部分的所述中心管的一部分延伸；护帽，所述护帽的一端连接在所述堵帽上并且另一端抵靠在所述筛网组件上，所述护帽与所述喷嘴组件接触并压紧所述喷嘴组件；以及下挡环，所述下挡环设置在所述中心管上并且与所述筛网组件的另一端连接。11.根据权利要求10所述的井下蒸汽流量控制管柱，其特征在于，所述井下蒸汽流量控制管柱还包括：原井套管；第二悬挂器，所述第二悬挂器悬挂所述原井套管，所述油管位于悬挂的所述原井套管内；原井筛管，所述原井筛管与所述原井套管连接，所述井下蒸汽流量控制装置和所述封隔器均在所述原井筛管内。12.根据权利要求10所述的井下蒸汽流量控制管柱，其特征在于，所述封隔器包括高温水敏封隔器。13.根据权利要求12所述的井下蒸汽流量控制管柱，其特征在于，所述高温水敏封隔器包括：连接接头，所述连接接头连接到所述中心管上；胶筒，所述胶筒连接在所述中心管上并且在高温环境下遇水膨胀以满足封隔。14.根据权利要求10所述的井下蒸汽流量控制管柱，其特征在于，所述井下蒸汽流量控制装置还包括:接箍，所述接箍固定连接在靠近所述楔形槽的所述中心管的一部分的端部上。15.根据权利要求14所述的井下蒸汽流量控制管柱，其特征在于，所述接箍连接所述油管以使所述油管与所述中心管连接。16.根据权利要求10所述的井下蒸汽流量控制管柱，其特征在于，所述井下蒸汽流量控制装置还包括：防转销钉，所述防转销钉安装在所述护帽上。17.根据权利要求10所述的井下蒸汽流量控制管柱，其特征在于，所述超音速喷嘴基于措施井需求选定不同的尺寸。18.根据权利要求10所述的井下蒸汽流量控制管柱，其特征在于，所述护帽的内部具有锥度内孔并且所述喷嘴座具有锥形弧面。19.根据权利要求18所述的井下蒸汽流量控制管柱，其特征在于，所述锥度内孔与所述锥形弧面接触并压紧所述喷嘴座。20.根据权利要求10所述的井下蒸汽流量控制管柱，其特征在于，所述超音速喷嘴为拉伐尔喷嘴的缩扩结构。21.根据权利要求10所述的井下蒸汽流量控制管柱，其特征在于，所述护帽通过螺纹连接到所述堵帽上。22.根据权利要求10所述的井下蒸汽流量控制管柱，其特征在于，所述下挡环的下端与所述中心管焊接至一起。

技术总结
本发明涉及一种井下蒸汽流量控制装置，包括中心管，其设置有楔形槽和台阶部分；堵帽，其安装在中心管上；喷嘴组件，其包括喷嘴座和安装在喷嘴座上的超音速喷嘴，喷嘴组件被安装在楔形槽上；筛网组件，其包括筛网筋和安装在筛网筋上的筛网，筛网组件的一端被套于中心管的台阶部分处并且另一端沿着中心管延伸；护帽，其一端连接在堵帽上并且另一端抵靠在筛网组件上，护帽与喷嘴组件接触并压紧喷嘴组件；下挡环，其设置在中心管上并且与筛网组件的另一端连接。本发明也涉及一种具有上述装置的管柱。本发明可以实现蒸汽流量有效精准控制；可以对油井起到保护作用；并且可以实现多层段的蒸汽流量控制。蒸汽流量控制。蒸汽流量控制。


技术研发人员：郭玉强 施玉 何传兴 王鸿 王磊 何妮娟 杨昕 剪树旭 伍宇博 王丽莉 赵旭亮 高绍思 苏敬新 张阳阳
受保护的技术使用者：中国石油天然气股份有限公司
技术研发日：2022.03.25
技术公布日：2023/10/7