AICD 控水工具性能實(shí)驗(yàn)分析及應(yīng)用

曾金輝 王岳能 李志達(dá) 趙新宇

（1、中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)湛江分公司，廣東 湛江 524057 2、內(nèi)蒙古民族大學(xué)國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心化學(xué)化工學(xué)院，內(nèi)蒙 古通遼 028000）

在油田油井開發(fā)的中后期，隨著井底流動(dòng)壓力會(huì)持續(xù)下降，儲(chǔ)層的油水界面沿著油井的射孔方向持續(xù)推進(jìn)，造成底水脊進(jìn)[1-2]。底水脊進(jìn)導(dǎo)致油田含水量不斷上升，產(chǎn)油量大幅下降[3]，同時(shí)油田污水的產(chǎn)量大幅上升，嚴(yán)重制約油井的生產(chǎn)[4]，在某些情況下還可能導(dǎo)致油井生產(chǎn)壽命降低甚至報(bào)廢[5-6]。所以如何穩(wěn)油控水成為了提高采收率的重要研究課題[7-8]。

20 世紀(jì)90 年代初，中心管控水完井技術(shù)由Brekke 和Lien 首次提出[9]；貝克休斯（Baker Hughes，美國）首次研究流量控制設(shè)備，2009 年首次開發(fā)ICD；次年美國Halliburton 公司研發(fā)出了采用流徑和流道設(shè)計(jì)控制流體的自動(dòng)流入控制裝置（AICD）。目前國外AICD 技術(shù)已經(jīng)日趨成熟[10]，而國內(nèi)關(guān)于該方面的研究起步較晚，大多數(shù)AICD 技術(shù)都是國外引進(jìn)改造而來，缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)[11]。

本文所述的AICD 控水短節(jié)是針對(duì)海上某油田的原油特征而設(shè)計(jì)的，通過室內(nèi)模擬試驗(yàn)分析其穩(wěn)油控水的適用條件及特性。

1 AICD 控水原理

AICD 的基本設(shè)計(jì)思路是使地層流體流入一個(gè)截面積很小的彎曲流道，對(duì)油氣、水產(chǎn)生不同的阻力，從而達(dá)到阻水的目的[12]。AICD 控水短節(jié)的控水原理主要是使不同流體通過不同的流徑而起作用，而流體會(huì)選擇何種流徑由AICD 的結(jié)構(gòu)和流入流體的性質(zhì)決定。流體流經(jīng)AICD 時(shí)幾種關(guān)鍵特性為密度、粘度和流速，流體慣性力的大小取決于密度和流速，粘滯力的大小取決于粘度和流速的大小。當(dāng)慣性力占優(yōu)勢(shì)時(shí)，流動(dòng)趨于選擇直線路徑。當(dāng)粘性力占優(yōu)勢(shì)時(shí)，流動(dòng)將趨于通過所有路徑擴(kuò)散，故而油水混合流體會(huì)在直線通道和發(fā)散通道之間分流[13]，如圖1 所示。

圖1 AICD 控水原理示意圖

2 AICD 控水性能模擬試驗(yàn)概況

AICD 的穩(wěn)油控水性能可以通過測(cè)量不同流體粘度下的壓降與流速的關(guān)系來表征。試驗(yàn)采用油井模擬流體在不同流量、不同粘度的試驗(yàn)條件下通過AICD 控水工具并測(cè)定過流壓差ΔP，驗(yàn)證及分析工具的穩(wěn)油控水性能。

模擬試驗(yàn)裝置主要由供液循環(huán)系統(tǒng)、高溫高壓物模系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成。結(jié)構(gòu)及流程圖如圖2所示。

圖2 AICD 性能測(cè)評(píng)試驗(yàn)裝置流程圖

試驗(yàn)介質(zhì)采用三種油井模擬流體，分別為水、油以及油水混合液（體積比，水：油=95%：5%）。試驗(yàn)溫度范圍30～90℃，流量范圍0.1～1m3/h。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，得到油井模擬流體在不同粘度μ 下流量Q 與壓差ΔP的關(guān)系曲線圖，見圖3。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 模擬流體粘度與過流壓差的關(guān)系分析

從圖3 可以看出，AICD 控水工具過流壓差ΔP特性：在一定粘度范圍內(nèi)具有隨著試驗(yàn)介質(zhì)粘度的降低過流阻力反而增大的特性，即流體粘度越低，其過流壓差越大。三種試驗(yàn)介質(zhì)的粘度為：液壓油＞油水混合液＞清水，所以油比水更容易流過AICD 控水工具，從而達(dá)到控水的目的。這種特性的粘度范圍在為0.77～15.2mPa.s；尤其在0.95～13.0mPa.s 表現(xiàn)更明顯，海上W 油田的原油特征。

圖3 不同粘度試驗(yàn)介質(zhì)流量-壓差曲線

3.2 過流壓差與流量的關(guān)系分析

如圖4 所示：試驗(yàn)介質(zhì)在一定流量下，隨著粘度的降低過流壓差先降低后升高，并且其臨界粘度值隨著流量增大而降低的趨勢(shì)，即隨著流量的增大，臨界粘度值粘度越低。這表明了AICD 穩(wěn)油控水性能有一定的粘度范圍，該范圍之外，穩(wěn)油控水性能較差；而臨界粘度值降低則說明對(duì)于同種流體，流量越大，其流體粘度越低，過流壓差越大（穩(wěn)油控水）特性的臨界粘度值越低。

圖4 三種試驗(yàn)介質(zhì)相同流量下壓力與粘度之間關(guān)系對(duì)比

3.3 節(jié)流特性分析

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

結(jié)合海上某油田區(qū)域原油粘度低，綜合含水率90%以上的特征，應(yīng)用低粘AICD 控水工具，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)油控水的目的。應(yīng)用效果表明：A7 井實(shí)施前，產(chǎn)液量近600 方/日，含水率高達(dá)98%；實(shí)施后，雖然產(chǎn)液量下降至200 方/日，但是含水率大幅度地降至1%以下，達(dá)到了穩(wěn)油控水的目的。

5 結(jié)論

本文中的AICD 控水工具是針對(duì)海上W 油田的原油粘度特征而設(shè)計(jì)的，通過室內(nèi)模擬試驗(yàn)驗(yàn)證、分析及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，得到以下認(rèn)識(shí)：

5.1 該工具的穩(wěn)油控水性能在一定粘度范圍內(nèi)適用，該范圍之外，穩(wěn)油控水效果較差；并且其粘度臨界值與流量密切相關(guān)，流量越大，適用粘度上限越低。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，該工具的粘度邊界范圍為0.77～15.2mPa.s，適用于海上W 油田的原油粘度特征。AICD 控水工具的流道參數(shù)需要針對(duì)性油田原油特征設(shè)計(jì)。

5.2 該工具具有節(jié)流孔特性，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用可擬合公式估算油井產(chǎn)液量、生產(chǎn)壓差與AICD 控水工具過流壓差的關(guān)系。

5.3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐表明，AICD 控水工具能夠自主大幅度的降低高產(chǎn)水油井的含水率，達(dá)到穩(wěn)油控水的效果，有效的降低油田水處理成本。