井下蒸汽流量干度分配调控装置技术领域
本发明涉及稠油热采过程中井下调控装置，具体地说是井下蒸汽流量干度分配调控
装置。
背景技术
其中笼统注汽开采方式占有相当比例，但是到了开发中后期，在多油层均打开同井
笼统注汽条件下目前蒸汽吞吐开采区块大部分都处于吞吐后期，各储层之间矛盾日渐突
出，严重影响油藏的动用程度。我国稠油储量十分丰富，利用注蒸汽开采稠油是热力采
油的一种重要方法,其中注入井下蒸汽的流量和干度对油井增产和提高经济效益起着十
分重要的作用，尤其是对厚油层及多层系稠油油藏来说，实现各层按油藏地质人员设计
的流量和干度注入各层，对延长油藏的生产周期及提高采收率都具有重要的实际意义。
目前现场井下注汽管柱基本采用笼统注汽的方式，没有对厚油层和多层系油藏进行精确
的流量和干度调控措施，而根据油藏自身的非均质性进行注汽，长此以往，导致井下各
层段吸汽和产油量不均衡，易注汽的地方吸汽多，而不易注汽的地方注汽少，从而影响
了注汽的整体效果，导致产油量逐渐下降。
针对上述问题进行了井下分层注汽流量干度分配调控技术调研。目前，国内比较成
熟的井下分层注汽技术主要是采用分层定量注汽的方法，采用分注阀先注一个单元，达
到注气量后再投球封闭该注汽通道，注另一个单元。该工艺实现了分层定量注汽，但无
法实现在一次注汽中同时对其进行分层配汽。另外，也有采用配汽阀的方式对蒸汽流量
进行限制，控制去各层的蒸汽流量，但其管柱结构决定了湿蒸汽中的气相优先进入配汽
阀，导致蒸汽干度随深度增加而逐渐降低，无法实现等干度配汽。
发明内容
本发明的目的在于提供井下蒸汽流量干度分配调控装置，提高厚油层及多层系油井
的动用程度及开发效果，实现不同油层间蒸汽干度、流量的合理分配，为提高稠油油藏
的开采效果提供技术保证。
为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，井下蒸汽流量干度分配调控装置，
包括外管、流量调整装置、喷嘴式流量压力平衡装置，所述外管内部设置分层注汽通道，
所述分层注汽通道分为并列的一个主通道和至少一个旁侧通道，所述主通道的上端口安
装喷嘴式流量压力平衡装置，所述旁侧通道内部安装流量调整装置，所述旁侧通道的上
端入口斜向连通至主通道上端口上方的外管内腔。
所述外管内腔中且位于分层注汽通道分支之前安装有蒸汽流型整流装置。
所述蒸汽流型整流装置呈圆盘状，且开设均布有多个通孔。
所述喷嘴式流量压力平衡装置中心开设倒圆锥形的中心孔。
所述流量调整装置包括外壳、流线型浮子、标准孔板，所述外壳内壁安装标准孔板，
标准孔板的中心安装流线型浮子，所述外壳底端外壁通过螺纹安装在旁侧通道的下端出
口内壁上。
所述流线型浮子的上下方均设置有固定在外壳内壁的扶正支架，分别为前扶正支
架、后扶正支架，所述前扶正支架的中心抵接在流线型浮子的上端面，所述后扶正支架
与流线型浮子的下端面之间设置支撑弹簧，所述扶正支架中心开设过流通道。
所述外壳外壁与旁侧通道内壁之间通过密封o圈进行密封。
所述外管上端为油管上接头连接端，开设内螺纹，所述外管下端为油管下接头连接
端，开设外螺纹。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明根据蒸汽-水两相流体的特性，利用均匀密布的多孔式的蒸汽流型整流装置
将井下湿蒸汽整流成均匀分散流，保证蒸汽中的水滴均匀的分散到气相中，为后续控制
分层注汽干度偏差提供前提条件。然后通过喷嘴式流量压力平衡装置将不同出口的压力
控制在同一压力下，消除两出口间不同背压对流量及干度造成的影响，然后一部分流体
进行分层注汽通道一，另一部分进入分层注汽通道二。在分层注汽通道一内，安装流量
调控装置，保证进入该层的蒸汽流量按照油藏工程人员通过蒸汽-水两相流理论模型计算
蒸汽流量计算的数值进入，同时也保证了进入下一级分配通道的蒸汽流量和干度的数值
是按设计进行。提高厚油层及多层系油井的动用程度及开发效果，实现不同油层间蒸汽
干度、流量的合理分配，为提高稠油油藏的开采效果提供技术保证。
可调整流量范围0t/h-18t/h；2、压力0-30MPa；3、温度374℃；4、调控误差小于
8％。
附图说明
图1为井下蒸汽流量干度分配调控装置的结构示意图；
图2为图1中流量调整装置的结构示意图。
图中，1、油管上接头连接端；2、蒸汽流型整流装置；3、第一分层注汽通道入口；
4、喷嘴式流量压力平衡装置；5、流量调整装置；6、第一分层注汽通道出口；7、第二
分层注汽通道；8、油管下接头连接端；
501、流量调整装置外壳；502、前扶正支架；503、流线型浮子；504、标准孔板；
505、支撑弹簧；506、后扶正支架；507、下部螺纹密封端；508、密封o圈。
具体实施方式
有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅提供参考与说
明之用，并非用来对本发明加以限制。
根据图1-2所示，井下蒸汽流量干度分配调控装置，包括外管、流量调整装置5、
喷嘴式流量压力平衡装置4，所述外管内部设置分层注汽通道，所述分层注汽通道分为并
列的一个主通道(实施例图中的第二分层注汽通道7)和至少一个旁侧通道，所述主通道
的上端口安装喷嘴式流量压力平衡装置4，所述旁侧通道内部安装流量调整装置5，所述
旁侧通道的上端入口(实施例图中的第一分层注汽通道入口3)斜向连通至主通道上端口
上方的外管内腔。外管内腔中且位于分层注汽通道分支之前安装有蒸汽流型整流装置2。
所述蒸汽流型整流装置呈圆盘状，且开设均布有多个通孔。所述喷嘴式流量压力平衡装
置4中心开设倒圆锥形的中心孔。
流量调整装置包括外壳501、流线型浮子503、标准孔板504，所述外壳内壁安装标
准孔板，标准孔板的中心安装流线型浮子，所述外壳底端外壁通过螺纹安装在旁侧通道
的下端出口(实施例图中的第一分层注汽通道出口6)内壁上。所述流线型浮子的上下方
均设置有固定在外壳内壁的扶正支架，分别为前扶正支架502、后扶正支架506，所述前
扶正支架的中心抵接在流线型浮子的上端面，所述后扶正支架与流线型浮子的下端面之
间设置支撑弹簧505，所述扶正支架中心开设过流通道。所述外壳外壁与旁侧通道内壁之
间通过密封o圈508进行密封。
外管上端为油管上接头连接端1，开设内螺纹，所述外管下端为油管下接头连接端
8，开设外螺纹。
外管内部上端设置密布均匀孔的蒸汽流型整流装置2，后面连接两个分别独立的分
层注汽通道，首先保证进入以上两个通道的干度基本相同，然后保证第一分层注汽通道
和第二分层注汽通道的各层流量按照设计的分配调控。然后第二分层注汽通道内安装喷
嘴式流量压力平衡装置4，最终第二分层注汽通道通过下端的油管下接头连接端8最终配
合分层封隔器等保障两层的蒸汽分配。
另外，对于三层以上的蒸汽流量、干度分配调控可以在安装层间分隔器后重新连接
以上井下蒸汽流量干度调控装置，实现多层井下蒸汽流量干度分配调控。
本发明根据蒸汽-水两相流体的特性，利用均匀密布的多孔式的蒸汽流型整流装置
将井下湿蒸汽整流成均匀分散流，保证蒸汽中的水滴均匀的分散到气相中，为后续控制
分层注汽干度偏差提供前提条件。然后通过喷嘴式流量压力平衡装置将不同出口的压力
控制在同一压力下，消除两出口间不同背压对流量及干度造成的影响，然后一部分流体
进行分层注汽通道一，另一部分进入分层注汽通道二。在分层注汽通道一内，安装流量
调控装置，保证进入该层的蒸汽流量按照油藏工程人员通过蒸汽-水两相流理论模型计算
蒸汽流量计算的数值进入，同时也保证了进入下一级分配通道的蒸汽流量和干度的数值
是按设计进行。另外，分层通道二内的流量控制装置也可是孔板、喷嘴等差压式流量节
流控制装置。
分层通道一内的蒸汽喷嘴流量按下式计算：
W
=
43.78
·
C
·
d
0
2
·
P
1
(
M
ZT
)
(
k
k
-
1
)
[
(
P
2
P
1
)
2
k
-
(
P
2
P
1
)
k
+
1
k
]
-
-
-
(
1
)
]]>
式中：
W——流体的重量流量，kg/h；
C——喷嘴流量系数，由Re和do/D值；
do——喷嘴最小孔径，m；
D——管道内径，m；
P1——喷嘴前压力，Pa；
P2——喷嘴后压力或临界限流压力，取其大者，Pa；
M——分子量；
Z——压缩系数，根据流体对比压力(Pr)对比温度Tr查气体压缩系数图求取；
T——喷嘴前流体温度，K；
K——绝热指数，k＝Cp/Cv；
CP——流体定压比热容，kJ/(kg·K)；
CV——流体定容比热容，kJ/(kg·K)。
分层通道二内的可调式蒸汽流量按下式计算：
根据流体力学原理，流体经过节流装置的流量和两端压差的关系可用下式表示：
Q
M
=
CA
2
ρΔP
-
-
-
(
2
)
]]>
式中：QM——质量流量；A——流通面积；C——流量系数；
ρ——流体密度；ΔP——节流装置两端的压差。
式中的C、ρ视为常数，当流通截面积A保持不变时，QM与ΔP的平方根成正比，
当节流装置两端压差发生变化时，流道内流量随之变化。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，非用以限定本发明的专利范围，其他运用本发
明的专利精神的等效变化，均应俱属本发明的专利范围。