底水油藏水平井AICD完井控水技術(shù)研究

潘鶴弦　張港玲　馬夢(mèng)琪　張恒　王曉東

摘 要 水平井對(duì)于薄、低滲透以及小儲(chǔ)量邊際油層的開發(fā)具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，極大地改善油氣田開發(fā)的經(jīng)濟(jì)性，提高了油氣田開發(fā)的效果和效益。但在不同類型的油藏開發(fā)中，尤其是底水油藏，水平井面臨的一系列難題日益突出，主要表現(xiàn)為底水脊進(jìn)過(guò)快，導(dǎo)致水平井含水率快速上升、水錐嚴(yán)重。為此，通過(guò)研究國(guó)內(nèi)外底水油藏的控水原理以及新技術(shù)，針對(duì)我國(guó)底水油藏開發(fā)所面臨的技術(shù)難題，研制出了一種新型的AICD控水裝置。借助CAD軟件進(jìn)行建模，CFD軟件進(jìn)行流體分析，通過(guò)數(shù)值模擬，該裝置對(duì)底水油藏水平井的開發(fā)具有穩(wěn)油控水的作用，能夠提高水平井的有效井段，從而改善開發(fā)效果，提高采收率。

關(guān)鍵詞 底水油藏 水平井 AICD 控水

中圖分類號(hào)：TE355 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.06.025

AIDC Completion Water Control Technology for Horizontal Wells in

Bottom Water Reservoirs

PAN Hexuan， ZHANG Gangling， MA Mengqi， ZHANG Heng， WANG Xiaodong

（College of Petroleum Engineering， China University of Petroleum （Beijing）， Beijing 102249）

Abstract The horizontal well has its unique advantages for the development of thin， low permeability and small reserves marginal oil layer， which greatly improves the economy of oil and gas field development， and improves the effect and benefit of oil and gas field development. However， in the development of different types of reservoirs， especially in the bottom water reservoir， a series of difficult problems are becoming increasingly prominent in horizontal wells， which are mainly manifested in the rapid growth of bottom water ridges， resulting in rapid increase in water content in horizontal wells and serious water cones. Therefore， by studying the water control principle and new technology of the bottom water reservoir at home and abroad， a new type of AICD water control device is developed in view of the technical problems faced by the development of the bottom water reservoir in China. With the help of CAD software， CFD software is used to carry out fluid analysis. Through numerical simulation， the device has the effect of stabilizing oil and water control in the development of horizontal well in bottom water reservoir， which can improve the effective well section of horizontal well， thus improve the development effect and increase the recovery rate.

Keywords bottom water reservoir； horizontal well； AICD； water control

0 前言

水平井的生產(chǎn)剖面通常難以均衡推進(jìn)，易在油井高滲層段、裂縫處過(guò)早見(jiàn)水。在底水油藏的開發(fā)過(guò)程中，一旦出現(xiàn)底水脊進(jìn)，將大大地縮短油藏的無(wú)水采油期。針對(duì)這一難題，國(guó)內(nèi)外研發(fā)了多種流入結(jié)構(gòu)的控水裝置（ICD），包括噴嘴型、迷宮型、螺旋通道型等結(jié)構(gòu)，但被動(dòng)式的ICD存在流動(dòng)阻力等級(jí)恒定、見(jiàn)水/氣失效等問(wèn)題。為解決我國(guó)底水油藏水平井開發(fā)所面臨的技術(shù)難題和現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，綜合調(diào)研分析國(guó)內(nèi)外的多種底水油藏水平井的控水技術(shù)，基于Y型流道平衡慣性力和粘滯力原理以及離心力分離原理，在流入控制器（ICD）的基礎(chǔ)上自主設(shè)計(jì)研發(fā)了一種新型的AICD控水裝置。

1 新型AICD裝置結(jié)構(gòu)及控水原理

新型自動(dòng)流入控制器的設(shè)計(jì)基于Y型流道平衡慣性力和粘滯力原理以及離心力分離原理，見(jiàn)圖1，慣性力大的流體由主流道流進(jìn)AICD閥，粘滯力大的流體由支路流道流入AICD閥，主流道為切向式入口，支路流道為徑向式入口，主流道與支路流道管徑相同并且最佳夾角為60啊V髁韉懶魈逖憂邢蛄魅？

AICD控制器內(nèi)部，相對(duì)于中心出口有一個(gè)很大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，流體將隨著其不斷接近出口而開始高速旋轉(zhuǎn)。而分支流體延徑向流入AICD控制器內(nèi)部，相對(duì)出口幾乎沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，流體將延最短的路徑直接流向出口。當(dāng)油水同時(shí)進(jìn)入新型AICD時(shí)，由于油的粘度大，主要從支路流道進(jìn)入腔室，以最短的路徑流入噴嘴；水的粘度小，主要延切向流入腔室，在圓形腔室里旋轉(zhuǎn)。由于水的慣性力遠(yuǎn)大于油的慣性力，流入腔室的油會(huì)以最短的路徑到達(dá)出口，而水會(huì)在圓形腔室里產(chǎn)生高速的旋轉(zhuǎn)壓降。通過(guò)油水二者在慣性力和粘滯力上的差別，結(jié)合離心力分離原理，故水流過(guò)新型AICD的壓降大于油流過(guò)時(shí)的壓降，新型AICD限制了水的產(chǎn)出。

同時(shí)，新型AICD能夠均勻剖面、消除趾跟效應(yīng)、消除環(huán)空流影響等作用，又能根據(jù)流體性質(zhì)和流動(dòng)路徑對(duì)油水進(jìn)行自動(dòng)分流分相處理，最后限制了水的產(chǎn)出。由于新型AICD裝置不存在運(yùn)動(dòng)部件，其可靠性大大提高，適用于非均質(zhì)強(qiáng)的底/邊水油藏，能有效解決中高含水率油藏，大大改善油藏的綜合開采水平。

1.1 基于CFD的流體流場(chǎng)分析

新型AICD的實(shí)體模型經(jīng)ICEM軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分之后，再導(dǎo)入CFD軟件里面進(jìn)行流體數(shù)值模擬分析與計(jì)算，該軟件從基本的物理定理出發(fā)，在很大程度上替代了耗資巨大的流體動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，能清晰直觀的獲得數(shù)據(jù)，從而在理論上對(duì)新型AICD裝置進(jìn)行了驗(yàn)證。基于CFD的模擬實(shí)驗(yàn)分三種情況：在純油的條件下，取油的粘度分別為1、20、50、70（單位：mPa.s），驗(yàn)證不同粘度下油的流速與壓降之間的關(guān)系；在純水條件下，取水的密度分別為1000、900、800、700（單位：kg/m2），驗(yàn)證不同密度下水的流速與壓降的關(guān)系；在油水混合的條件下，含水率分別20%、40%、60%、80%，驗(yàn)證不同含水率下油水混合相的流速與壓降的關(guān)系。在速度云圖和壓力云圖中，不同顏色代表不同的流速、壓力分布，其中藍(lán)色代表流速、壓力相對(duì)較小，顏色由藍(lán)變綠再變紅，意味著相應(yīng)的速度、壓力不斷增大。通過(guò)分析速度云圖和壓力云圖：純水進(jìn)入腔室比純油進(jìn)入腔室的速度快，而且純水產(chǎn)生較大的慣性力進(jìn)而在腔室內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，油的粘滯力較大，速度變化較慢，而在噴嘴處速度增加；純水從入口到噴嘴的壓降大于純油的，說(shuō)明水在腔室內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生了附加壓降；油水混合時(shí)，水主要從切向入口進(jìn)入，然后在腔室內(nèi)產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)，油主要從徑向入口進(jìn)入，易最短的路徑到達(dá)噴嘴，水產(chǎn)生的壓降大于油產(chǎn)生的壓降，故新型AICD能控制水的產(chǎn)出。

1.2 基于CFD模擬的流體敏感性分析

新型AICD根據(jù)流體的性質(zhì)和流動(dòng)路徑限制水的產(chǎn)出，在油水混合條件下，對(duì)新型AICD粘度、密度和流速敏感性進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)圖2。CFD軟件流體數(shù)值模擬過(guò)程中得到：在純油的條件下，一定粘度的油隨著流速增加壓降上升；純油在相同流速下，粘度越高壓降越小，故新型AICD能適應(yīng)多種粘度的油；在純水條件下，水的密度一定時(shí)，隨著流體流量增加壓降增大；隨著水的密度的增加壓降越大，但是密度從700kg/m2增加到1000kg/m2，壓降變化只有0.02～0.028MPa，因此密度對(duì)壓降影響很小。油水混合時(shí)，一定含水率下，隨著流體流量增加壓降增大；隨著含水率的增加壓降增大，在含水率從20%上升至80%的過(guò)程中，壓降變化率也增大，說(shuō)明混合流體流經(jīng)新型AICD后，AICD能改變壓降進(jìn)而控制水的產(chǎn)出。通過(guò)分析敏感性曲線，流體流過(guò)新型AICD的壓降主要由流體的粘度和流量決定，流量越大控水效果越好，故新型AICD能夠適應(yīng)多粘度和多密度下的流體，對(duì)于中高含水率的底水油藏也有明顯的控水保油的優(yōu)勢(shì)。

2 結(jié)論

（1）傳統(tǒng)ICD無(wú)法適應(yīng)油井見(jiàn)水后的一系列問(wèn)題，新型AICD的設(shè)計(jì)理念融合傳統(tǒng)ICD的優(yōu)點(diǎn)，又能根據(jù)儲(chǔ)層生產(chǎn)動(dòng)態(tài)進(jìn)行自我調(diào)節(jié)。該裝置是根據(jù)流體特性和流動(dòng)路徑限制水的產(chǎn)出，無(wú)需在井下安裝其他運(yùn)動(dòng)部件和電子設(shè)備，故具有較高的實(shí)用性和可靠性。

（2）在流體敏感性分析時(shí)，流體流經(jīng)新型AICD時(shí)，隨著流體流量的增加壓降升高，并且流體的壓降變化與流體密度關(guān)系不大。油水混合相時(shí)，隨著含水率的增加，流體的壓降升高，壓降變化率也升高。故該新型AICD能在較復(fù)雜的粘度、密度條件下有效控制水的產(chǎn)出。

（3）新型AICD從設(shè)計(jì)到CFD軟件的流體模擬分析，都實(shí)現(xiàn)了“控水保油”的目標(biāo)，其安裝位置靈活，能夠適應(yīng)目前大部分中高含水的底水油藏，并且能夠解決見(jiàn)水前后的一系列儲(chǔ)層問(wèn)題，改善油田的綜合開發(fā)效益。

基金項(xiàng)目：中國(guó)石油大學(xué)（北京）大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃資助（2017）項(xiàng)目“底水油藏水平井AICD完井控水技術(shù)研究”

參考文獻(xiàn)

[1] 劉暉，李海濤，山金城等.底水油藏水平井控水完井優(yōu)化設(shè)計(jì)方法[J].鉆采工藝，2013.36（5）：37-40.

[2] 朱迎輝，陳維華等.強(qiáng)底水油藏水平井開采特征研究及AICD適用性分析[C].IFEDC，西安，2015.

[3] 帥春崗，段永剛，冉林等.水平井ICD控水方法研究[J].石油鉆采工藝，2012.34（1）：85-88.