底水油藏水平井AICD完井控水技術研究

潘鶴弦　張港玲　馬夢琪　張恒　王曉東

摘 要 水平井對于薄、低滲透以及小儲量邊際油層的開發具有其獨特的優勢，極大地改善油氣田開發的經濟性，提高了油氣田開發的效果和效益。但在不同類型的油藏開發中，尤其是底水油藏，水平井面臨的一系列難題日益突出，主要表現為底水脊進過快，導致水平井含水率快速上升、水錐嚴重。為此，通過研究國內外底水油藏的控水原理以及新技術，針對我國底水油藏開發所面臨的技術難題，研制出了一種新型的AICD控水裝置。借助CAD軟件進行建模，CFD軟件進行流體分析，通過數值模擬，該裝置對底水油藏水平井的開發具有穩油控水的作用，能夠提高水平井的有效井段，從而改善開發效果，提高采收率。

關鍵詞 底水油藏 水平井 AICD 控水

中圖分類號：TE355 文獻標識碼：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

水平井的生產剖面通常難以均衡推進，易在油井高滲層段、裂縫處過早見水。在底水油藏的開發過程中，一旦出現底水脊進，將大大地縮短油藏的無水采油期。針對這一難題，國內外研發了多種流入結構的控水裝置（ICD），包括噴嘴型、迷宮型、螺旋通道型等結構，但被動式的ICD存在流動阻力等級恒定、見水/氣失效等問題。為解決我國底水油藏水平井開發所面臨的技術難題和現實問題，綜合調研分析國內外的多種底水油藏水平井的控水技術，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）的基礎上自主設計研發了一種新型的AICD控水裝置。

1 新型AICD裝置結構及控水原理

新型自動流入控制器的設計基于Y型流道平衡慣性力和粘滯力原理以及離心力分離原理，見圖1，慣性力大的流體由主流道流進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控制器內部，相對于中心出口有一個很大的轉動慣量，流體將隨著其不斷接近出口而開始高速旋轉。而分支流體延徑向流入AICD控制器內部，相對出口幾乎沒有轉動慣量，流體將延最短的路徑直接流向出口。當油水同時進入新型AICD時，由于油的粘度大，主要從支路流道進入腔室，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。由于水的慣性力遠大于油的慣性力，流入腔室的油會以最短的路徑到達出口，而水會在圓形腔室里產生高速的旋轉壓降。通過油水二者在慣性力和粘滯力上的差別，結合離心力分離原理，故水流過新型AICD的壓降大于油流過時的壓降，新型AICD限制了水的產出。

同時，新型AICD能夠均勻剖面、消除趾跟效應、消除環空流影響等作用，又能根據流體性質和流動路徑對油水進行自動分流分相處理，最后限制了水的產出。由于新型AICD裝置不存在運動部件，其可靠性大大提高，適用于非均質強的底/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的流體流場分析

新型AICD的實體模型經ICEM軟件進行結構化網格劃分之后，再導入CFD軟件里面進行流體數值模擬分析與計算，該軟件從基本的物理定理出發，在很大程度上替代了耗資巨大的流體動力學實驗設備，能清晰直觀的獲得數據，從而在理論上對新型AICD裝置進行了驗證?；贑FD的模擬實驗分三種情況：在純油的條件下，取油的粘度分別為1、20、50、70（單位：mPa.s），驗證不同粘度下油的流速與壓降之間的關系；在純水條件下，取水的密度分別為1000、900、800、700（單位：kg/m2），驗證不同密度下水的流速與壓降的關系；在油水混合的條件下，含水率分別20%、40%、60%、80%，驗證不同含水率下油水混合相的流速與壓降的關系。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，其中藍色代表流速、壓力相對較小，顏色由藍變綠再變紅，意味著相應的速度、壓力不斷增大。通過分析速度云圖和壓力云圖：純水進入腔室比純油進入腔室的速度快，而且純水產生較大的慣性力進而在腔室內高速旋轉，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，說明水在腔室內高速旋轉時產生了附加壓降；油水混合時，水主要從切向入口進入，然后在腔室內產生高速旋轉，油主要從徑向入口進入，易最短的路徑到達噴嘴，水產生的壓降大于油產生的壓降，故新型AICD能控制水的產出。

1.2 基于CFD模擬的流體敏感性分析

新型AICD根據流體的性質和流動路徑限制水的產出，在油水混合條件下，對新型AICD粘度、密度和流速敏感性進行分析，結果見圖2。CFD軟件流體數值模擬過程中得到：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能適應多種粘度的油；在純水條件下，水的密度一定時，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，因此密度對壓降影響很小。油水混合時，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%的過程中，壓降變化率也增大，說明混合流體流經新型AICD后，AICD能改變壓降進而控制水的產出。通過分析敏感性曲線，流體流過新型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能夠適應多粘度和多密度下的流體，對于中高含水率的底水油藏也有明顯的控水保油的優勢。

2 結論

（1）傳統ICD無法適應油井見水后的一系列問題，新型AICD的設計理念融合傳統ICD的優點，又能根據儲層生產動態進行自我調節。該裝置是根據流體特性和流動路徑限制水的產出，無需在井下安裝其他運動部件和電子設備，故具有較高的實用性和可靠性。

（2）在流體敏感性分析時，流體流經新型AICD時，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系不大。油水混合相時，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能在較復雜的粘度、密度條件下有效控制水的產出。

（3）新型AICD從設計到CFD軟件的流體模擬分析，都實現了“控水保油”的目標，其安裝位置靈活，能夠適應目前大部分中高含水的底水油藏，并且能夠解決見水前后的一系列儲層問題，改善油田的綜合開發效益。

基金項目：中國石油大學（北京）大學生創新創業訓練計劃資助（2017）項目“底水油藏水平井AICD完井控水技術研究”

參考文獻

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