水平井阻水装置技术领域
本发明涉及一种采油装置，特别是一种水平井阻水装置。
背景技术
水平井由于具有泄油面积大、波及系数高等特点，已被广泛用于底水油藏的
开发，并在许多油田取得了一定的应用效果。但由于水平井采油过程中存在沿井
筒内的压降，并且受沿水平井筒地层物性发生变化等因素的影响，这些因素容易
造成底水锥进进而导致地层大量出水。当地层大量出水时，相应的井段几乎不会
采出油，油井产液中也会含有大量的水，对水平井的正常生产带来严重影响。
在阻止地层出水的设备中，调流控水装置是整套水平井调流控水技术的核心
工具。调流控水装置主要起到抑制高渗段产液，从而达到均衡采液控水的目的。
但是，现有技术中的调流控水装置不但对水的流动有较大的阻力，对油的流动也
有较大的阻力，因此阻水针对性不强。因此，急需要一种用于水平井的阻水针对
性强的阻水装置。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种水平井阻水装置。这种水平井阻水装置能
够对水产生较高的阻力而对油的阻力很小，从而在不会影响油井的采油产量。
根据本发明，提出了一种水平井阻水装置，包括：用于接收流体的油水分流
器，和与油水分流器连通的盘状导流器，在导流器中心设置有流体出口，来自油
水分流器的油在导流器内沿径向到达流体出口而流出，来自油水分流器的水在导
流器内沿周向绕流到达流体出口而流出。
根据本发明的水平井阻水装置，油的流动路径较短，从而受到的阻力也较小。
水的流动路径较长，从而受到的阻力也较大，并且随着水周向绕流接近流体出口，
水的流速也逐渐增加，流体出口对水的绕流流出的阻力迅速增加，从而进一步增
加水的流动阻力。在油井正常采油期间，产液成分主要为油，这种产液受到的水
平井阻水装置的阻力较小，不会影响油的产液量。在油井渗水时，产液成分主要
为水并且会受到水平井阻水装置的很大的阻力，从而降低油井产液中的含水量。
也就是说，根据本发明的水平井阻水装置的阻水针对性很强。
在一个实施例中，油水分流器通过导水管和导油管与导流器相连通，其中导
水管沿导流器的切向与导流器连通，导油管沿导流器的径向与导流器连通。导水
管的设置方式使得，以一定速度从导水管中出来的水由于惯性作用必然会沿着导
流器的周向流动并且绕流到达流体出口。同理，导油管的设置方式使得油会沿直
径方向直接流到流体出口。由此，确保了水在流过水平井阻水装置时会经过较长
的路径而阻力较大，油的流动路径较短而阻力较小。
在一个实施例中，油水分流器包括与外界的流体连通并且与导水管和导油管
同向延伸的亲油管、亲水管和进液管，亲油管、亲水管、进液管三者的末端与导
水管和导油管两者的起始端交汇于第一交汇点，进液管处于亲油管和亲水管之
间，并且亲油管和导水管处于进液管的同侧，亲水管和导油管处于进液管的另一
同侧。进液管的横截面积与亲油管的横截面积和亲水管的横截面积之比为
(2.5～3.5)∶(2.5～3.5)∶(1～1.5)。亲油管和亲水管以与进液管垂直的方式与进液管相
交，亲油管与导油管之间的夹角在105度到120度之间，亲水管与导水管之间的
夹角在105度到120度之间。在这种结构中，进液管中的流量最大，并且亲油管
中的油或亲水管中的水都会使主流管中的流体发生偏转而流到导油管中或导水
管中。当油井产液的成分主要为油时，油井产液主要流入亲油管中。当油井产液
的成分主要为水时，油井产液主要流入亲水管，并会驱使主流管中的水流入导水
管中。由于水的流动路径较长，阻力较大，因此水的采出较慢，而油的流动路径
较短，阻力较小，因此不影响油井正常采油，也就是本发明的水平井阻水装置能
够自动阻水而不阻油。
在一个实施例中，进液管在第一交汇点处横截面缩小。这种结构的进液管使
得流体以射流的方式从进液管中喷出，喷出的位置流体的流速较大但压力较低，
从而会吸引亲油管中的油和/或亲水管中的水流向第一交汇点，即这种进液管起到
推动流体的作用。
在一个实施例中，在亲油管上设置有多个横截面缩小的区域。这种结构的亲
油管能够增强对含水量较高的液体的阻挡作用。
在一个实施例中，导水管和导油管朝向彼此而延伸并交叉于第二交汇点，导
水管的处于第一交汇点和第二交汇点之间的部分为导水管上游段，导水管的处于
第二交汇点和导流器之间的部分为导水管下游段，导油管的处于第一交汇点和第
二交汇点之间的部分为导油管上游段，导油管的处于第二交汇点和导流器之间的
部分为导油管下游段，油水分流器还包括与外界的流体直接连通的主流管，主流
管终止于第二交汇点并且与导水管和导油管连通，主流管处于导水管上游段和导
油管上游段之间，并且导水管上游段和导油管下游段处于主流管的同侧，导油管
上游段和导水管下游段处于主流管的另一同侧。导油管上游段和导水管上游段以
与主流管垂直的方式与主流管相交，导油管上游段与导油管下游段之间的夹角在
105度到120度之间，导水管上游段与导水管下游段之间的夹角在105度到120
度之间。主流管的横截面积与导油管上游段的横截面积和导水管上游段的横截面
积之比为(2～3)∶(1～1.5)∶(1～1.5)。在这种结构中，导油管上游段中的油或导
水管上游段中的水都会使主流管中的流体发生偏转而流到导油管下游段中或导
水管下游段中。当油井产液的成分主要为油时，油井产液主要流入导油管上游段，
并会驱使主流管中的油流入导油管下游段中。当油井产液的成分主要为水时，油
井产液主要流入导水管上游段，并会驱使主流管中的水流入导水管下游段中。由
于水的流动路径较长，阻力较大，因此水的采出较慢，而油的流动路径较短，阻
力较小，因此不影响油井正常采油，也就是本发明的水平井阻水装置能够自动阻
水而不阻油。此外，由于主流管的横截面积很大，因此不会影响油井的正常采油
产量。
在一个实施例中，主流管内不设置流体流动阻挡结构。这种主流管具有最大
的流量，使得本发明的水平井阻水装置不会使油井的产油量下降。
应注意地是，在本申请中，用语“水”并不是纯水，而是可以为含水量较大
的油；而用语“油”中也可以为含有少量的水。
与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)在本发明的水平井阻水装置中，
油的流动路径较短，从而受到的阻力也较小；水的流动路径较长，从而受到的阻
力也较大，因此这种水平井阻水装置的阻水针对性很强。(2)水平井阻水装置
包括亲油管、亲水管、进液管、导油管和导水管，并且通过优化设置这些管路，
实现了水平井阻水装置能够自动阻水而不阻油。(3)水平井阻水装置还包括主
流管。在主流管内不设置流动阻挡结构，使得本发明的水平井阻水装置不会使油
井的产油量下降。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1示意性地显示了根据本发明的水平井阻水装置原理图；
图2示意性地显示了根据本发明的水平井阻水装置的第一实施例的结构图；
图3是根据本发明的亲水管的结构示意图；
图4是图2中的I部分的放大视图；
图5示意性地显示了根据本发明的水平井阻水装置的第二实施例的结构图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
图1显示了水平井阻水装置10(以下称之为装置10)原理图。如图1所示，
装置10包括油水分流器20和盘状导流器11。油水分流器20通过入口12与外界
流体相连通，油水分流器20与导流器11通过导水管13和导油管14相连通。在
导流器11的中心设置有流体出口15，以使得流入到导流器11的流体离开装置
10。
为了使得装置10对水产生大的阻力，即阻水针对性强，将导水管13沿导流
器11的切向与导流器11连通，而将导油管14沿导流器11的径向与导流器11
连通，如图1所示。这种结构充分的利用了流体沿圆盘切向和直径流动的原理：
使得沿切向流入圆盘的流体周向绕流到圆盘中心，从而其流动路程较长，摩阻较
大；而沿直径流入圆盘的流体会直接流入到圆盘中心，从而其流动路程较短摩阻
较小。发明人研究发现，沿切向流入导流器11的水的流动摩阻是沿径向流入导
流器11的油的流动摩阻的几倍至几十倍，这取决于油和水的成分以及导流器11
自身摩擦系数。此外，随着水周向绕流接近流体出口15，水的流速也逐渐增加，
流体出口15对水的绕流流出的阻力迅速增加，从而进一步增加水的流动阻力。
而油沿径向运动，流体出口15对油的流出阻力很小。在一个实施例中，流体出
口15的直径与导水管13的直径和导油管14的直径之比为(2～3)∶(5～7)∶(5～7)。
这种尺寸的流体出口15、导水管13和导油管14使得水的流出阻力较大，而油的
流出阻力很小。因此，图1所示的装置10能够自动区分油和水，实现过油高摩
阻而过水低摩阻，从而装置10能够阻水而不阻油。
图2显示了装置10的第一实施例的结构示意图。这种结构的装置10能够自
动并快速区分油和水，从而提高了装置10的阻水针对性。如图2所示，装置10
的油水分流器20包括与外界的流体连通的亲油管21、亲水管22和进液管23，
其中亲油管21亲油而阻水，亲水管22亲水而阻油，进液管23对油和水均不产
生阻挡作用。进液管23处于亲油管21和亲水管22之间并且亲油管21、亲水管
22和进液管23与导水管13和导油管14同向延伸。应注意地是，这里所述的“同
向延伸”并不能按照数学意义上的同向来理解，而是理解为亲油管21、亲水管
22、进液管23、导水管13和导油管14中的流体方向均大体朝向导流器11的方
向。亲油管21、亲水管22、进液管23三者的末端与导水管13和导油管14两者
的起始端交汇于第一交汇点24，并且亲油管21和导水管13处于进液管23的同
侧，亲水管22和导油管14处于进液管23的另一同侧。若将亲油管21和导油管
14整体看做一个导油件，并将亲水管22和导水管13整体看做一个导水件，则导
油件和导水件为交叉布置。这样，当油井产液(即外界的流体)主要为油时，油
井产液会主要流入亲油管21和进液管23中。在第一交汇点24处，在亲油管21
内的油流推动下，进液管23中的油流会发生偏转而流入导油管14中。当油井产
液(即外界流体)主要为水时，油井产液会主要流入亲水管22和进液管23中。
在第一交汇点24处，在亲水管22内的水流推动下，进液管23中的水流会发生
偏转而流入导水管13中。当油井产液中油的含量大于水的含量时，亲油管21中
的流体流量就会大于亲水管22中的流体流量，必然会推动进液管23中的流体会
发生偏转而流入导油管14中，而阻挡亲水管22中的流体，从而实现装置10自
动阻水的目的。
为了保证进液管23内的流体能顺利地偏转到导水管13中或导油管14中，
将亲油管21和亲水管22以与进液管23垂直的方式与进液管23相交，并且亲油
管21与导油管14之间的夹角在105度到120度之间，亲水管22与导水管13之
间的夹角在105度到120度之间；进液管23的横截面积与亲油管21的横截面积
和亲水管22的横截面积之比为(2.5～3.5)∶(2.5～3.5)∶(1～1.5)。这样，能进一步提
高装置10对油中含水量的自动识别精度，并且自动使含水量更多的油在导水管
13中流动。在一个实施例中，当流过装置10的油含水量(以重量计)在35～45％
以下时，这种流体会经导水管13流到导流器11中。
为了提高亲油管21的阻水效果，即当进入装置10的流体的含水率升高时，
亲油管21的流量要降低，则亲油管21由亲油材料制成，并且在亲油管21上设
置有多个横截面缩小的区域(如图3所示)，这种亲油管21具有良好的输水效
果。在一个实施例中，亲油管21上的横截面缩小的区域的直径D2与亲油管21
主体的直径D1之比为(5～7)∶(2～3)。
还如图4所示，进液管23在第一交汇点24处横截面缩小。这样，进液管23
与下游的导油管14和导水管13一起形成了文丘里管，并且第一交汇点24区域
形成文丘里管的喉部。根据文丘里效应，在第一交汇点24处(即文丘里管的喉
部)的压力低于亲油管21内的压力和亲水管22内的压力，这种压差会促使亲油
管21内的油或亲水管22内的水流向第一交汇点24区域，并且因此促进装置10
内流体的流动。实际上，这种进液管23还起到了促进装置10内流体流动的作用。
图5显示了装置的第二实施例(即装置10’)。这种结构的装置10’与图2所
示的装置10的大体结构相同，区别仅在于导水管13和导油管14的设置方式，
并且还增加了与外界流体直接连通的主流管51。下面将对这些区别进行详细描
述。
如图5所示，导水管13和导油管14从第一交汇点24处开始延伸，并且在
与导流器11相交之前而彼此交叉于第二交汇点52。这里，将导水管13的处于第
一交汇点24和第二交汇点52之间的部分为导水管上游段53；导水管13的处于
第二交汇点52和导流器11之间的部分为导水管下游段54；导油管14的处于第
一交汇点24和第二交汇点52之间的部分为导油管上游段55；导油管14的处于
第二交汇点52和导流器11之间的部分为导油管下游段56。主流管51终止于第
二交汇点52处并且与导水管13和导油管14连通。主流管51处于导水管上游段
53和导油管上游段55之间，并且导水管上游段53和导油管下游段56处于主流
管51的同侧，导油管上游段55和导水管下游段54处于主流管51的另一同侧。
如与亲油管21、亲水管22和进液管23的工作原理类似，导水管上游段53的流
体或导油管上游段55内的流体均能将主流管51内的流体引导到导水管下游段54
中或导油管下游段56中。
为了保证主流管51内的流体能顺利偏转到导水管下游段54中或导油管下游
段56中，将导油管上游段55和导水管上游段53以与主流管51垂直的方式与主
流管相交，并且导油管上游段55与导油管下游段56之间的夹角在105度到120
度之间，导水管上游段53与导水管下游段54之间的夹角在105度到120度之间；
主流管51的横截面积与导油管上游段55的横截面积和导水管上游段53的横截
面积之比为(2～3)∶(1～1.5)∶(1～1.5)。由于主流管51的横截面积大于亲油管21、
亲水管22、进液管23导水管13和导油管14的横截面积，并且在主流管51内没
有设置流动阻挡结构，这会进一步降低装置10对油井采油效率的影响，保证油
井的采油产量。
应注意地是，虽然图5中显示了导流器11、导油管下游段56和导水管下游
段54均处于导水管下游段54和导油管上游段55围成的区域内，但是实际上导
流器11、导油管下游段56和导水管下游段54也可都处于导水管下游段54和导
油管上游段55围成的区域之外。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的
情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只
要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起
来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内
的所有技术方案。