一種新型智能控水裝置的研制及油田應(yīng)用

林德純，李 進(jìn)，唐少鵬，徐 濤

(1.思達(dá)斯易能源技術(shù)<集團(tuán)>有限公司，北京100028；2.中海石油<中國>有限公司天津分公司，天津300450)

1 典型智能控水裝置分析

1.1 閥門型控水裝置

流體通過裝有軸向彈簧阻尼結(jié)構(gòu)的單項(xiàng)閥由地層進(jìn)入采油管柱內(nèi)，當(dāng)?shù)貙恿黧w的粘度較低時(shí)，流體通過閥門兩側(cè)的管道流過時(shí)，速度較快，因此動壓頭高，而靜壓頭低，所以閥門的正向壓力高，而背向壓力低，形成的壓差增大到一定程度，就會克服彈簧的彈力，使得閥門開度減小，直至關(guān)閉，從而達(dá)到限制較低粘度流通過的限流作用（圖1）。

1.2 旋流型控水裝置

當(dāng)流體進(jìn)入旋流型控水裝置時(shí)，被結(jié)構(gòu)角分為兩路流道，一路沿直流道切向進(jìn)入內(nèi)腔，一路沿著分支流道切向進(jìn)入內(nèi)腔，由于內(nèi)腔旋流腔和擋板的結(jié)構(gòu)作用產(chǎn)生柯安達(dá)效應(yīng)并形成正反兩向旋流，兩股流體旋轉(zhuǎn)方向相反，形成對流沖擊導(dǎo)致旋流結(jié)構(gòu)破壞。使得流體產(chǎn)生分離和大量渦流，滯留在AICD 內(nèi)腔而無法通暢地從出口流出，從而起到節(jié)流作用（圖1）。

圖1 旋流型控水裝置結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 浮板型控水裝置

浮板式型控水裝置內(nèi)腔有一個(gè)圓盤形浮板，當(dāng)流體粘度較低時(shí)，作用于浮板上表面的靜壓強(qiáng)小，作用于浮板下表面的靜壓強(qiáng)大，上下表面的靜壓強(qiáng)差將促使圓盤移動，進(jìn)而減小過流面積，限制低粘度流體的流入。當(dāng)流體的粘度較高時(shí)，經(jīng)過圓盤形浮板上表面的流體流速慢，動壓頭低，靜壓頭高，浮動圓盤將向底座移動，進(jìn)而增大過流面積，促使高粘度流體的流入。

2 新型智能控水裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 控水原理

主要是根據(jù)伯努利方程，流體內(nèi)總能為常量，公式如下：

伯努利定理的內(nèi)容是：由不可壓、理想流體沿流管做定常流動時(shí)的伯努利定理知，流動速度增加，流體的靜壓將減小；反之，流動速度減小，流體的靜壓將增加。但是流體的靜壓和動壓之和，稱為總壓始終保持不變。

在總勢能的條件下，不同流體類型的壓力損失勢能各有不同：

流體粘度大，則壓力損失大，從而導(dǎo)致速度壓頭和靜壓頭?。?/p>

流體粘度小，則壓力損失小，從而導(dǎo)致速度壓頭和靜壓頭大。

當(dāng)不同運(yùn)動粘度的流體進(jìn)入控水裝置以后，在內(nèi)部活動部件——浮筒上下表面因速度差異產(chǎn)生的伯努利效應(yīng)程度不同，粘度越大，伯努利效應(yīng)越小，碟片的開關(guān)功能越小，粘度越大，伯努利效應(yīng)越大，碟片的開關(guān)功能越大，實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)功能。

2.2 控水裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)選定型

對前述較為成熟的三種典型智能控水裝置結(jié)構(gòu)及性能特征分析，綜合認(rèn)為浮板式控水裝置在結(jié)構(gòu)原理和實(shí)際應(yīng)用的適用性方面最為適宜，在通過對其結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化，開發(fā)出新型浮筒型智能控水裝置（表1，圖2）。

表1 不同類型智能控水裝置性能特點(diǎn)對比

圖2 新型浮筒型控水裝置結(jié)構(gòu)示意圖

3 新型智能控水裝置性能測試

3.1 測試平臺

該性能測試平臺可以檢測新型智能控水裝置限水暢油性能,可通過單相或多相流體的節(jié)流效果測試對產(chǎn)品性能做出科學(xué)評價(jià)從而進(jìn)一步指導(dǎo)產(chǎn)品研發(fā)和現(xiàn)場應(yīng)用，該實(shí)驗(yàn)室設(shè)備先進(jìn)、操作規(guī)范、監(jiān)測自動，包含：結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)、流體過濾存儲系統(tǒng)、流體輸送循環(huán)系統(tǒng)、計(jì)量測試系統(tǒng)、測控系統(tǒng)和油水分離六大系統(tǒng)。

3.2 測試結(jié)果

（1）測試驗(yàn)結(jié)果顯示，新型控水裝置對水節(jié)流效能高。

（2）新型控水裝置對不同粘度原油具有良好的適用性。

（3）新型控水裝置具備智能限水功能（圖3）。

圖3 新型控水裝置不同粘度流體流量與壓差關(guān)系圖

4 新型智能控水裝置油田應(yīng)用

4.1 應(yīng)用井油藏分析

（1）儲層非均質(zhì)性造成高滲透段底水錐進(jìn)。水平段前段2632～2678m 是相對高滲透段，需要防范。水平段中段2745～2803m為高滲透段，需適度壓制。

（2）井筒軌跡與油水界面距離不同，造成的局部易見水。水平段尾段2871～2947m 向下傾伏，距離油水界面相對近，易見水。

4.2 控水優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)數(shù)值模擬、滲透率物性分布及井軌跡特征，設(shè)計(jì)4個(gè)遇水遇油膨脹封隔器，建立5個(gè)壓力倉。其中第一 隔 離 段（2632～2678m）及 第 三 隔 離 段（2745～2803m）壓制高滲透；第五隔離段（2870.9～2947m）防范低井軌跡（圖4）。

圖4 油藏特征與分段完井控水優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.3 控水增油效果評價(jià)

（1）含水率動態(tài)對比。

①生產(chǎn)早期率上升速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于預(yù)測，說明油藏條件比預(yù)測的更加惡劣。

②4d后封隔器膨脹分隔倉建立，控水裝置發(fā)揮作用，高含水段得到壓制，含水率快速下降。

（2）日產(chǎn)油動態(tài)對比。

①初期日產(chǎn)油450m3至第三月末190m3，日產(chǎn)油呈逐漸遞減特點(diǎn)。

②在三個(gè)月生產(chǎn)期內(nèi)，平均日產(chǎn)油趨勢量比預(yù)測高150m3（圖5）。

圖5 鉆前預(yù)測與鉆后實(shí)際日產(chǎn)油動態(tài)對比圖

（3）累積產(chǎn)油效益對比。

①三個(gè)月同開采周期條件下，鉆前預(yù)測累積產(chǎn)油僅為8872m3，鉆后實(shí)際累積產(chǎn)油17105m3，比鉆前預(yù)測高出8233m3，效益比達(dá)192.7%。

②同70%含水率條件下，鉆前預(yù)測累積產(chǎn)油5724m3，鉆后實(shí)際累積產(chǎn)油17105m3，比鉆前預(yù)測高出11381m3，效益比達(dá)298.8%。

5 總結(jié)

在充分消化吸收前人成果基礎(chǔ)上開發(fā)的新型智能控水裝置結(jié)構(gòu)上有創(chuàng)新，實(shí)驗(yàn)測試顯示其具備智能限水功能，同時(shí)對水節(jié)流效能高，對不同粘度原油具有良好的適用性。通過在珠江口盆地油氣井中應(yīng)用，鉆前與鉆后實(shí)際效果對比顯示，試用井的含水率、日產(chǎn)油、累積油等多項(xiàng)效益指標(biāo)比鉆前預(yù)測好，充分體現(xiàn)了新型智能控水裝置具有優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)、良好的性能和控水增油實(shí)際效果。