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CN116816303B - 一种集成特斯拉阀流道的井下砾石充填控水阀 - Google Patents

一种集成特斯拉阀流道的井下砾石充填控水阀

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CN116816303B
CN116816303B CN202311041454.9A CN202311041454A CN116816303B CN 116816303 B CN116816303 B CN 116816303B CN 202311041454 A CN202311041454 A CN 202311041454A CN 116816303 B CN116816303 B CN 116816303B
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CN
China
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valve
water control
gravel packing
control valve
tesla
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聂松
李海涛
高素娟
崔小江
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Southwest Petroleum University
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Southwest Petroleum University
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B34/00—Valve arrangements for boreholes or wells
    • E21B34/06—Valve arrangements for boreholes or wells in wells
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
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  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种集成特斯拉阀流道的井下砾石充填控水阀，主要由上阀盖、砾石充填阀、控水阀、阻流板、阻流板槽、特斯拉阀流道、功能分隔板、阀体、外联体、导流台、漏斗流道等结构组成。控水阀的特斯拉流道由多个特斯拉阀单元组成，其数量至少为一，至多为八。本发明存在两种工作状态，分别是砾石充填状态和控水状态。处于砾石充填状态时，控水通道被关闭，砾石充填通道被打开；在砾石充填作业结束后，砾石充填通道被关闭，控水通道被打开，发挥控水功能。该工具无电子元件、无弹簧，不需要地面打压或者电缆控制，具有可靠性高、加工成本低和安装方便等优点。

Description

一种集成特斯拉阀流道的井下砾石充填控水阀
技术领域
本申请涉及油气田开发技术领域，特别涉及一种集成特斯拉阀流道的井下砾石充填控水阀。
背景技术
随着海上油气田的持续开发，大量储层开发到中后期，地层含水率显著上升，进入到中高含水期的开发阶段，油气采收率下降，继续生产的经济效益与维护成本日渐不能达到平衡。为了在这些中高含水期的油气井中依旧能够继续保持较高采收率，或者为了在边底水油藏中延长无水或少水生产期，往往需要进行物理手段或者化学手段的控水措施。相较于化学控水，物理机械控水具有成本低、对环境友好、有效期长的优点，因此目前通常采用物理机械的方式进行控水，其中自适应控水阀应用程度最为广泛。自适应控水阀确实延长了油气井的寿命，提升了经济效益，但是海上油气田疏松砂岩储层占比大，往往都需要进行砾石充填防砂作业。常规的自适应控水阀由于其结构特点，便会增加砾石充填施工作业的难度，表现在充填时井筒压力超过地层破裂压力，从而压裂地层，砂浆进入地层，污染储层，导致砾石充填施工作业的失败。
综上所述，目前海上油田有控水和防砂的双重需求，但是当前阶段，常规自适应控水阀能够满足控水要求，但是增加了砾石充填的难度。因此亟需开发一种可以满足控水和砾石充填双重功能的井下工具。
本发明设计的一种集成特斯拉阀流道的井下砾石充填控水阀，可以在砾石充填时，关闭控水通道，打开砾石充填通道，降低砾石充填时的过阀压力；在砾石充填作业结束后，关闭砾石充填通道，打开控水阀所在通道，发挥控水的功能。
发明内容
本发明针对现有工具所忽略的问题，提供一种集成特斯拉阀流道的井下砾石充填控水阀。该工具可以在后期油气开采时发挥控水的功能，并满足前期砾石充填低过阀压力的需求。
一种集成特斯拉阀流道的井下砾石充填控水阀，其特征在于，包括：上阀盖(14)、砾石充填阀(8)、控水阀(10)、阻流板(11)、阻流板槽(3)、特斯拉阀流道(13)、功能分隔板(4)、阀体(7)、外联体(9)、导流台(15)、漏斗流道(16)；
所述阀体(7)为规则的圆柱体；所述外联体(9)为圆盘状，与阀体(7)外壁相连；所述外联体(9)外侧为螺纹；所述外联体(9)直径大于阀体(7)外壁直径；
所述导流台(15)为长方体，与阀体(7)内壁相连；所述导流台(15)顶面为砾石充填阀入口(2)的底面；所述阻流板槽(3)开设导流台(15)上部；所述阻流板槽(3)横截面为长方形；规定导流台(15)向阀体(7)中心延伸的方向为长度方向，则阻流板槽(3)的长度小于导流台(15)的宽度；
所述砾石充填阀(8)由功能分隔板(4)、阀体(7)包围的区域组成；所述砾石充填阀(8)有一个砾石充填阀入口(2)和一个砾石充填阀出口(5)；所述砾石充填阀入口(2)横截面为长方形，所述砾石充填阀出口(5)的横截面为圆环状，圆环外径尺寸与阀体(7)的内壁面所在圆的直径相同；
所述控水阀(10)包含功能分隔板(4)、上阀盖(14)两个结构所包围的区域；所述控水阀(10)有一个控水阀入口(1)和一个控水阀出口(6)；所述控水阀入口(1)横截面为长方形；功能分隔板(4)尾端围成的区域构成控水阀出口(6)；
所述控水阀入口(1)的长度与砾石充填阀入口(2)的长度相等；所述控水阀入口(1)的宽度与砾石充填阀入口(2)的宽度相等；所述控水阀入口(1)与砾石充填阀入口(2)平行，通过功能分隔板(4)隔离；所述控水阀入口(1)向内延伸至阻流板槽(3)的正上方的位置处，功能分隔板(4)上开设有通孔，放置阻流板(11)；所述阻流板(11)高度大于砾石充填阀入口(2)的高度，当下放时阻流板(11)底端低于阻流板槽(3)的顶部；
所述控水阀(10)由控水阀入口(1)、特斯拉阀流道(13)、漏斗流道(16)和控水阀出口(6)组成；所述特斯拉阀流道(13)由多个特斯拉阀单元(12)组成；特斯拉阀单元(12)的数量至少为1，至多为8；所述特斯拉阀单元(12)沿阀体(7)圆周方向等距离分布；所述特斯拉阀流道(13)的尾端与漏斗流道(16)的上部相连；所述漏斗流道(16)由上部的锥形圆台和下部的圆柱体组成；所述控水阀出口(6)位于漏斗流道(16)的尾端；
所述一种集成特斯拉阀流道的井下砾石充填控水阀，工作状态分为砾石充填状态和控水状态；砾石充填状态和控水状态不能同时存在；当处于砾石充填状态时，阻流板(11)的上端与控水阀入口(1)顶端接触；当处于控水状态时，阻流板(11)的上端与控水阀入口(1)底端接触；
所述阀体(7)，外联体(9)、阻流板(11)、上阀盖(14)以及导流台(15)表面涂覆防腐蚀材料；所述阀体(7)和上阀盖(14)通过螺纹连接配合。
综上所述，本发明具有以下有益效果：在砾石充填时，关闭控水通道，打开砾石充填通道，降低砾石充填时的过阀压力；在砾石充填作业结束后，关闭砾石充填通道，打开控水阀所在通道，发挥控水功能。该工具无电子元件、无弹簧、不需要地面打压或者电缆控制，具有可靠性高、加工成本低和安装方便等优点。
附图说明
图1是本发明在砾石充填工作状态下的前视剖面图；
图2是本发明在控水工作状态下的前视剖面图；
图3是本发明的俯视图。
以上附图各标记说明：
1、控水阀入口；2、砾石充填阀入口；3、阻流板槽；4、功能分隔板；5、砾石充填阀出口；6、控水阀出口；7、阀体；8、砾石充填阀；9、外联体；10、控水阀；11、阻流板；12、特斯拉阀单元；13、特斯拉阀流道；14、上阀盖；15、导流台；16、漏斗流道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
图1是本发明在砾石充填工作状态下的前视剖面图，从图1看到，本发明从上至下依次为上阀盖(14)和阀体(7)，阀体(7)和上阀盖(14)通过螺纹连接配合。其中阀体(7)为规则的圆柱体，在阀体(7)外壁有外联体(9)与之相连，外联体(9)为圆盘状，外侧设置螺纹，因此外联体(9)直径大于阀体(7)外壁直径。在阀体(7)内壁有导流台(15)与之相连，导流台(15)为长方体，导流台(15)顶面为砾石充填阀入口(2)的底面。
在导流台(15)上部开设阻流板槽(3)，阻流板槽(3)横截面为长方形；如果规定导流台(15)向阀体(7)中心延伸的方向为长度方向，则阻流板槽(3)的长度小于导流台(15)的宽度。
本发明从外侧到内侧依次为外联体(9)、阀体(7)、砾石充填阀(8)和控水阀(10)。
砾石充填阀(8)由功能分隔板(4)、阀体(7)包围的区域组成，砾石充填阀(8)有一个砾石充填阀入口(2)和一个砾石充填阀出口(5)；砾石充填阀入口(2)横截面为长方形，砾石充填阀出口(5)的横截面为圆环状，圆环外径尺寸与阀体(7)的内壁面所在圆的直径相同。
控水阀(10)包含功能分隔板(4)、上阀盖(14)两个结构所包围的区域；控水阀(10)有一个控水阀入口(1)和一个控水阀出口(6)；控水阀入口(1)横截面为长方形；功能分隔板(4)尾端围成的区域构成控水阀出口(6)。
控水阀入口(1)的长度与砾石充填阀入口(2)的长度相等；控水阀入口(1)的宽度与砾石充填阀入口(2)的宽度相等；控水阀入口(1)与砾石充填阀入口(2)平行，通过功能分隔板(4)隔离；控水阀入口(1)向内延伸至阻流板槽(3)的正上方的位置处，功能分隔板(4)上开设有通孔，放置阻流板(11)；阻流板(11)高度大于砾石充填阀入口(2)的高度，当下放时阻流板(11)底端低于阻流板槽(3)的顶部。
图3是本发明的俯视图，可以看出控水阀(10)由控水阀入口(1)、特斯拉阀流道(13)、漏斗流道(16)和控水阀出口(6)组成；特斯拉阀流道(13)由多个特斯拉阀单元(12)组成；特斯拉阀单元(12)的数量至少为1，至多为8；特斯拉阀单元(12)沿阀体(7)圆周方向等距离分布；特斯拉阀流道(13)的尾端与漏斗流道(16)的上部相连；漏斗流道(16)由上部的锥形圆台和下部的圆柱体组成；控水阀出口(6)位于漏斗流道(16)的尾端；在阀体(7)外侧为外联体(9)。
本发明有两种工作状态，分别是砾石充填状态和控水状态。但是砾石充填状态和控水状态不能同时存在。
图1是本发明在砾石充填工作状态下的前视剖面图，可以看出当本发明处于砾石充填状态时，阻流板(11)的上端与控水阀入口(1)顶端接触，控水阀入口(1)被关闭，砾石充填阀入口(2)处于打开状态。此时流体从砾石充填阀入口(2)进入，经过导流台(15)进入砾石充填阀(8)，然后从圆环状的砾石充填阀出口(5)流出。
图2是本发明在控水工作状态下的前视剖面图，可以看出当本发明当处于控水状态时，阻流板(11)的上端与控水阀入口(1)底端接触，砾石充填阀入口(2)被关闭，控水阀入口(1)处于打开状态。此时流体从控水阀入口(1)进入，依次经过特斯拉阀流道(13)和漏斗流道(16)，最后从圆形的控水阀出口(6)流出。
因此，应当这样理解，以上实施例描述只是为了更加清楚的了解本发明，仅用于解释本发明，不限于实施例的任何细节。本行业技术人员可能基于本发明构想任意可能的实施例，这些都应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种集成特斯拉阀流道的井下砾石充填控水阀，其特征在于，包括：上阀盖(14)、砾石充填阀(8)、控水阀(10)、阻流板(11)、阻流板槽(3)、特斯拉阀流道(13)、功能分隔板(4)、阀体(7)、外联体(9)、导流台(15)、漏斗流道(16)；
所述阀体(7)为规则的圆柱体；
所述外联体(9)为圆盘状，与阀体(7)外壁相连；所述外联体(9)外侧为螺纹；所述外联体(9)直径大于阀体(7)外壁直径；
所述导流台(15)为长方体，与阀体(7)内壁相连；所述导流台(15)顶面为砾石充填阀入口(2)的底面；
所述阻流板槽(3)开设导流台(15)上部；所述阻流板槽(3)横截面为长方形；规定导流台(15)向阀体(7)中心延伸的方向为长度方向，则阻流板槽(3)的长度小于导流台(15)的宽度；
所述砾石充填阀(8)由功能分隔板(4)、阀体(7)包围的区域组成；所述砾石充填阀(8)有一个砾石充填阀入口(2)和一个砾石充填阀出口(5)；所述砾石充填阀入口(2)横截面为长方形，所述砾石充填阀出口(5)的横截面为圆环状，圆环外径尺寸与阀体(7)的内壁面所在圆的直径相同；
所述控水阀(10)包含功能分隔板(4)、上阀盖(14)两个结构所包围的区域；所述控水阀(10)有一个控水阀入口(1)和一个控水阀出口(6)；所述控水阀入口(1)横截面为长方形；功能分隔板(4)尾端围成的区域构成控水阀出口(6)；
所述控水阀入口(1)的长度与砾石充填阀入口(2)的长度相等；所述控水阀入口(1)的宽度与砾石充填阀入口(2)的宽度相等；所述控水阀入口(1)与砾石充填阀入口(2)平行，通过功能分隔板(4)隔离；
所述控水阀入口(1)向内延伸至阻流板槽(3)的正上方的位置处，功能分隔板(4)上开设有通孔，放置阻流板(11)；所述阻流板(11)高度大于砾石充填阀入口(2)的高度，当下放时阻流板(11)底端低于阻流板槽(3)的顶部。
2.根据权利要求1所述的一种集成特斯拉阀流道的井下砾石充填控水阀，其特征在于，控水阀(10)由控水阀入口(1)、特斯拉阀流道(13)、漏斗流道(16)和控水阀出口(6)组成；所述特斯拉阀流道(13)由多个特斯拉阀单元(12)组成；特斯拉阀单元(12)的数量至少为1，至多为8；所述特斯拉阀单元(12)沿阀体(7)圆周方向等距离分布；所述特斯拉阀流道(13)的尾端与漏斗流道(16)的上部相连；所述漏斗流道(16)由上部的锥形圆台和下部的圆柱体组成；所述控水阀出口(6)位于漏斗流道(16)的尾端。
3.根据权利要求1所述的一种集成特斯拉阀流道的井下砾石充填控水阀，其特征在于，工作状态分为砾石充填状态和控水状态；砾石充填状态和控水状态不能同时存在；当处于砾石充填状态时，阻流板(11)的上端与控水阀入口(1)顶端接触；当处于控水状态时，阻流板(11)的上端与控水阀入口(1)底端接触。
4.根据权利要求1所述的一种集成特斯拉阀流道的井下砾石充填控水阀，其特征在于，所述阀体(7)，外联体(9)、阻流板(11)、上阀盖(14)以及导流台(15)表面涂覆防腐蚀材料；所述阀体(7)和上阀盖(14)通过螺纹连接配合。
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