[发明专利]基于机械壅塞原理的恒流量注水喷管

说明书

技术领域

本发明涉及流体流量控制的技术领域，具体涉及一种基于机械壅塞原理的恒流量注水喷管。

背景技术

油田注水的主要目的是为了保持油田能量，保持油层压力，提高油田的供液能力，以达到进一步开采石油的目的，是实现原油高产、稳产的重要手段。强化有效的注水是目前改善油田开发效果的关键。由于各注水井之间吸水能力的不同以及配注要求的差异，需要对各注水井的流量进行控制。此外，由于我国水驱开发油藏储层非均质强，分层注水是实现高产稳产和改善油田开发效果的有效方法。随着油田精细开发的不断深入，水驱开发面临注采关系更加复杂、油层动用不均衡、层间矛盾加剧等问题，导致无效水循环严重、含水率上升快、储量动用程度低等问题。

现有的地面恒流量注水阀组主要通过手动阀门、电动阀门或恒流阀等调节。手动调节阀需要操作人员根据注水工艺配注量通过人工旋转手轮结合流量计示值进行调节。手动调节阀门控制注水量主要有两方面的缺陷：一个方面是，由于人工控制具有时间滞后效应，不能对注水出现的异常情况及时处理，特别是夜间，由于压力波动，操作人员不能及时发现并做出处理，使得注水量失控或反吐“倒灌”，严重影响油田的稳定开发和安全生产；另一方面是，大部分油田注水压力都在10～40MPa之间，属高压力危险环境，普通闸阀或截止阀易损易漏，在实际中存在着许多的不安全因素，现场人工调节不安全。电动阀门恒流量控制系统一般由远控阀门、流量计和控制单元(如微机等)组成，在其工作过程中需要一直由微机监测流量计的测量流量，并且在流量偏离预期值范围时通过远控阀门对流量进行调节，因此这种主动式流量控制机构结构复杂庞大，并且价格一般都比较高昂。目前地面注水恒流阀具有多种多样的形式，如专利CN200920198162.5，CN201320354603.2，CN200520079638.5，CN201220058772.7等所示的结构，但是他们普遍存在着结构复杂、体积庞大、成本高、不便于维修等问题。

现有的井下分层注水主要采用固定水嘴堵塞器或恒流堵塞器。固定水嘴堵塞器在流量调配时具有盲目性，对注水量的控制程度低，容易造成注水量的失衡。而现有的恒流堵塞器，如在专利CN200510009708.4，CN95207141.X，CN01237180.7等中所示的结构，存在着结构复杂、加工困难、体积较大不易下井等问题，并且阀芯形线都根据经验设计，没有经过严格的数学推导，因此存在着恒流控制精度不高等缺陷。

综上所述，基于现有技术结构复杂、恒流控制精度不高等缺陷，造成的配水量失衡，油层超注或欠注，油田注水无法精确控制，水驱采收率低，在应用中受到较多的限制。

发明内容

本发明目的在于克服上述背景技术的不足，而提供一种基于机械壅塞原理的恒流量注水喷管，通过对注水井的精细注水控制，能够改善各注水井及油层之间的配注关系，提高水驱采收率。

为实现上述目的，本发明所提供的基于机械壅塞原理的恒流量注水喷管，包括喷管壳体，所述喷管壳体的内腔一端设置有喷嘴，所述喷嘴由顺序连接的头部收缩段和喉部直管段组成；所述喷管壳体位于头部收缩段的一端设置有上游安装孔板，另一端设置有下游安装孔板；

所述喷管壳体的内腔穿设有导杆，且所述导杆的中心轴线与喷管壳体的中心轴线重合；所述导杆的一端与上游安装孔板的中心孔螺纹连接，所述导杆的另一端与下游安装孔板的中心孔螺纹连接；所述导杆上套设有横跨喉部直管段用于控制流体流量的浮子，且浮子的两端分别向上游安装孔板、下游安装孔板延伸形成流线型结构；

所述浮子朝向上游安装孔板的一端为自由端，所述浮子朝向下游安装孔板的一端通过套设在导杆上的弹簧与下游安装孔板连接，所述浮子可在流体的驱动下沿导杆轴向滑动与喉部直管段形成面积可变的流通通道。

上述技术方案中，所述上游安装孔板和下游安装孔板的结构相同，所述上游安装孔板包括外环、设置在外环的中部具有中心孔的内环、以及设置在外环的内壁与内环的外壁之间的支杆组成；所述支杆的数量为三根，且沿外环的内壁周向均匀间隔布置，相邻两根支杆之间留有供液体流通的扇形通道。

上述技术方案中，所述导杆的两端均设置有外螺纹，所述内环的中心孔内壁设置有与外螺纹相匹配的内螺纹。

上述技术方案中，所述浮子由顺序连接的浮子首段、有效控制段、以及浮子尾段组成，所述浮子首段朝向上游安装孔板布置，所述浮子尾段朝向下游安装孔板布置，所述浮子的中心轴线与喷管壳体的中心轴线重合。

上述技术方案中，所述浮子的有效控制段沿其轴向方向的外形母线的形线方程由下式确定：