水平井C-AICD復(fù)合型智能控水裝置數(shù)值模擬研究

李小東

（中海石油<中國>有限公司深圳分公司，廣東深圳518024）

流入控制裝置（ICD，inflow control device）和自動流入控制裝置（AICD，autonomous inflow control device）可以有效延緩和控制底水錐進，最終達到提高采收率的目的，因此在海上油氣田得到廣泛應(yīng)用[1-4]。ICD是一種被動式控制裝置，通過對流經(jīng)的流體增加一定的阻力，來實現(xiàn)控流的目的，主要類型包括噴嘴型、螺旋型等。但是，ICD的缺陷在于一旦下入井中，控水參數(shù)無法改變，因此需要提前判斷控水參數(shù)[5]。并且，ICD起作用的階段主要是在前期，但后期無法有效控水[6]。

AICD是一種自動控制裝置，在中后期能根據(jù)流體粘度、密度差異自動控制含水突進，但是在初期無法根據(jù)儲層物性差異來有效均衡生產(chǎn)剖面，尤其是對于非均質(zhì)性強的油藏，容易導(dǎo)致底水快速上升形成暴性水淹[6-9]。

C-AICD是結(jié)合ICD和AICD兩種控制裝置的優(yōu)點，而研發(fā)出來的一種新的控水裝置。C-AICD既可以在初期對高滲層的產(chǎn)液進行抑制，均衡產(chǎn)液剖面，又可以在中后期根據(jù)流體差異，控制高含水層段產(chǎn)出[6]。

目前，ICD和AICD都可以在Petrel RE中很方便地進行模擬[10-14]。但是，尚無有效的數(shù)值模擬手段來對C-AICD進行模擬以及效果預(yù)測。因此本文在從機理方面入手，對C-AICD進行模擬。

1 數(shù)值模擬研究

1.1 模型建立

采用Petrel RE建立油藏機理模型（圖1）。其中，模型平面網(wǎng)格數(shù)為30×30，步長為100m×100m；縱向?qū)訑?shù)12，網(wǎng)格步長平均為8m；總網(wǎng)格數(shù)為871696。由于J油藏為塊狀底水油藏，能量充足，采用Carter-Tracy水體進行底水模擬。生產(chǎn)井水平段長度1000m。在模擬中，模擬時間為50年，以便充分觀察生產(chǎn)井在安裝不同控水裝置后的控水增油效果。

圖1 油藏數(shù)值模型

機理模型中，油藏水平滲透率50～1000mD，滲透率分布見表1，垂直滲透率10～200mD，孔隙度0.2，綜合壓縮系數(shù)0.001605MPa-1，油體積系數(shù)1.059，水體積系數(shù)1.050，地層原油粘度5mPa·s，地面原油密度（0.86～0.96）×103kg/m3，油藏厚度96m，油藏頂部深度-1800m，油水界面深度-1880m。

表1 水平滲透率分布表

1.2 C-AICD數(shù)值模擬

C-AICD的需要在數(shù)值模擬軟件中同時設(shè)置ICD和AICD，但是在Eclipse等數(shù)值模擬軟件中無法同時設(shè)置ICD和AICD，因此需要根據(jù)其控水增油機理進行等效處理。首先進行ICD的模擬，這里選取常用的噴嘴型ICD（NICD，nozzle inflow control device）。在Petrel RE中可以直接進行ICD完井模擬，每100m設(shè)置1個ICD，并針對不同滲透率的井段，分別選擇7mm、8mm、12mm的噴嘴尺寸，進行不同強度的控水，來均衡產(chǎn)液剖面。

從機理方面來看，噴嘴型ICD就是通過設(shè)置噴嘴大小，來降低水平井井段與地層的傳導(dǎo)率。

根據(jù)水平井裸眼完井產(chǎn)量公式，即程—范臨界產(chǎn)量公式[15]為：

其中：

ICD限流閥產(chǎn)生的附加壓降[16]為：

得到ICD完井的水平井產(chǎn)量公式：

式中：q1——裸眼井流體的流速，m3/d；

q2——ICD完井后流體的流速，m3/d；

kh——水平方向滲透率，mD；

kv——垂直方向滲透率，mD；

h——油層有效厚度，m；

Δp——生產(chǎn)壓差，MPa；

μo——地層原油粘度，mPa·s；

Bo——地層原油體積系數(shù)，m3/m3；

re——油井供液半徑，m；

L——水平井段長度，m；

rw——油井半徑，m；

ρ——流體的密度，103kg/m3；

Ac——限流閥的過流面積，m2；

Cc——限流閥的無量綱流動系數(shù)，一般為0.85。

在數(shù)模軟件中，可以通過調(diào)整井筒與地層之間的傳導(dǎo)率，來等效模擬ICD完井設(shè)置。也就是調(diào)節(jié)公式（5）中的kh和kv，使得公式（6）中的q2′與q2相等，即達到了等效設(shè)置的目的。

進行等效設(shè)置后，對比設(shè)置了ICD和調(diào)整傳導(dǎo)率的生產(chǎn)曲線，發(fā)現(xiàn)日產(chǎn)油、含水率、累產(chǎn)油等參數(shù)基本一致（圖2）。因此認(rèn)為該方式可以有效地對ICD進行等效處理。

圖2 ICD完井與調(diào)整傳導(dǎo)率的產(chǎn)量剖面對比

在進行等效ICD模擬后，繼續(xù)在Petrel RE中進行AICD完井設(shè)置。用這種方式，即等效ICD結(jié)合AICD模擬的方式，完成了C-AICD的模擬。

圖3 為裸眼完井和C-AICD完井的過井剖面，顯示屬性為含水飽和度。由裸眼完井的過井剖面可以看到明顯的脊進現(xiàn)象。進行C-AICD完井設(shè)置后，水平井的底水脊進現(xiàn)象明顯受到抑制。模擬結(jié)果可以較好地表征C-AICD的效果，并進行效果預(yù)測，有效指導(dǎo)油田后續(xù)措施。

圖3 裸眼完井和C-AICD完井的過井剖面

裸眼完井與C-AICD完井的產(chǎn)量剖面如圖4所示，由圖上看到，日產(chǎn)油得到明顯提升，含水率上升速度明顯下降，累產(chǎn)油提升50%以上。

圖4 裸眼完井與C-AICD完井的產(chǎn)量剖面對比

2 應(yīng)用

南海東部地區(qū)L油田X油藏水平滲透率500～1000mD，垂直滲透率50～100mD，孔隙度0.26，綜合壓縮系數(shù)0.001605MPa-1，油體積系數(shù)1.047，水體積系數(shù)1.050，地層原油粘度4～11mPa·s，地面原油密度0.90×103kg/m3，油藏厚度7m。

該油藏的D1井采用C-AICD完井后，生產(chǎn)曲線見圖5，取得了較好的控水效果。

圖5 D1井生產(chǎn)曲線

3 結(jié)論

（1）針對C-AICD無法直接進行模擬的情況下，提出用改變傳導(dǎo)率的方式來等效模擬ICD，并結(jié)合在軟件中設(shè)置AICD的方式，達到模擬C-AICD的目的。

（2）根據(jù)水平井裸眼完井產(chǎn)量公式以及ICD限流閥產(chǎn)生的壓降，推出ICD完井的水平井產(chǎn)量公式，并依此來改變傳導(dǎo)率，達到模擬ICD的目的。通過對比模擬ICD和改變傳導(dǎo)率的方式，日產(chǎn)油、含水率、累產(chǎn)油等生產(chǎn)參數(shù)基本一致，說明等效方式合理。

（3）在L油田中的D1采用了C-AICD進行完井后，取得了較好的控水效果。