C-AICD復合型智能控水裝置試驗研究

潘 豪，張 磊，曹硯鋒，黃 輝，林德純3，許昊東

(1.中海油研究總院有限責任公司，北京100028； 2.海洋石油高效開發國家重點實驗室，北京100028；3.思達斯易能源技術(集團)有限公司，北京100101)

在底水油藏開發過程中，面對的一個重要挑戰是如何延緩水平井底水脊進，提高單井采收率。盡管在邊底水油藏開發設計中大量應用生產壓差較小的水平井，但仍未明顯解決底水過快脊進的問題。隨著完井技術的發展，以ICD、AICD為代表的控水完井工具在邊底水油藏中逐漸應用，為水平井控水提供了一條有效途徑[1]。ICD雖然初期能均衡沿水平生產段的生產剖面，但后期不能有效阻止高滲段底水流入井筒。AICD雖然中后期能根據流體特征的變化自動抑水，將高滲段大量的地層水阻擋在井筒外，但初期均衡生產剖面作用有限，容易導致底水快速抵近井筒形成“水淹區”。

最新研究的復合型控水裝置(Composite autonomous inflow water device，C-AICD)能實現生產早期均衡生產剖面，中后期根據流體特征的變化自動抑水，避免了目前單獨使用ICD或AICD的缺陷，盡可能提高單井采收率，實現降水增油目的。該技術可與篩管、封隔器及礫石充填工藝相配套，是目前實現智能控水增油及防砂的最優組合[2-4]。

1 C-AICD技術原理

C-AICD是結合ICD和AICD控水原理并經過特殊設計而形成的控水工具，含C-AICD的復合式控水篩管結構如圖1所示。ICD和AICD的控水原理有多種，以孔眼式ICD和碟片式AICD為例，流體經過ICD時，流量和壓差的關系可由式(1)表示。流體經過AICD流道時，流量和壓差的關系可由式(2)表示。

(1)

(2)

式中：Δp為壓差；ρ為流體密度；Q為流量；d為ICD孔眼直徑；CD為流量系數；p1為AICD進口處壓力；v1為AICD進口處流速；p2為AICD出口處壓力；v2為AICD出口處流速。

圖1 復合式控水篩管結構示意

C-AICD的控水原理：水平井生產初期，由于單井含水率低，AICD對油阻力小，從而對油水界面上升剖面均勻作用有限，因此需要ICD發揮其調節作用。通過對鉆遇地層的資料分析，得出沿水平生產段的各處的滲透率、壓力、含水率等信息，然后據此分段，并設置C-AICD的參數，控制各段流體進入井筒的流量，從而實現調節沿生產段的油水剖面，防止局部底水錐進。單段安裝C-AICD的控水篩管只能對本段流體進行流入的限制，經過對地層物性分析后設計的整個水平生產段管串才能實現均勻流入剖面(如圖2)。在生產中后期，含水率逐漸升高，由于局部井段可能已經見水，ICD也難以見效，這時候自適應內流控制裝置AICD會根據流體性質進行調整開關大小，控制水淹段，促進其它非水淹生產段的產量提高(如圖3)。從而在整個生產周期內，前期均衡油水界面推進剖面，減少死油區范圍，后期關閉高含水段，減少了單井產水量，提高了單井采收率[5-9]。

圖2 復合式控水篩管在生產早期控水示意

圖3 復合式控水篩管在生產后期控水示意

2 室內試驗

2.1 測試流程

利用流入控制裝置性能測試系統，測試流入控制裝置(ICD，AICD，C-AICD)對油水流動控制效果，該系統包括循環系統、計量系統、數據采集處理系統以及安裝有待測試流入控制裝置的測試筒，如圖4所示。

測試基本流程是：在相同實驗條件下，測量油相、水相和混合相通過時流入控制裝置ICD，AICD，C-AICD產生的壓降和流量數據，記錄并作結果數據對比表[10-12]。

圖4 流入控制裝置對不同黏度油、水的過流性能試驗流程

第1組測試：水、50 mPa·s 油分別通過ICD過流閥，計量壓力計和流量計數據，統計出每組數據的壓差和流量。ICD類型：單個ICD(孔數1～6)，進口端孔徑3.2 mm。

第2組測試：水、10 mPa·s油、30 mPa·s 油、

50 mPa·s 油分別通過AICD過流閥，計量壓力計、流量計數據，統計每組數據的壓差和流量。AICD類型：碟片式AICD，進口端孔徑4 mm。

第3組測試：水、50 mPa·s油分別通過C-AICD過流閥，計量壓力計、流量計數據，統計每組數據的壓差和流量。由于C-AICD的形式多種，這里僅選擇3種類型進行對比試驗(C-AICD-1型，其控水形式可大致類比：單個ICD(孔數1，孔徑?3.2 mm)和4個AICD的組合；C-AICD-2型，其控水形式可大致類比：單個ICD(孔數4，孔徑?3.2 mm)和4個AICD組合；C-AICD-3型，其控水形式可大致類比：單個ICD(孔數6，孔徑?3.2 mm)和4個AICD組合)。

2.2 試驗結果

第1組ICD測試結果數據如表1，可知，①相同ICD孔數下，壓差越大，流量越大；②相同條件下，由于水的黏度小，過水流量比過油流量略大。

表1 水、油通過不同孔數ICD時的壓差與流量數據

第2組AICD測試結果數據如表2，可知，①黏度越大，油相的過流量越大；②在相同的壓差下，不同黏度的油相過流量是水的4～10倍。

第3組C-AICD測試結果數據如表3，可知，①該型C-AICD的在相同的壓差下，不同黏度的油相過流量是水相過流量的1.5～5.6倍；②若其它條件不變，隨著ICD的孔數增加，過流的水和油量都增加；③在相同壓差下，C-AICD的流量比AICD或者ICD的流量均小，說明C-AICD阻力大，因此在高產井中需增加C-AICD的個數，否則會影響產量。

為便于與ICD和AICD對比控水效果，根據上面數據表作對比圖，如圖5～7，可知：

1) 整體上， C-AICD-1型、C-AICD-2型、C-AICD-3型都表現出： 當含水率較低時，即模擬生產初期含水率低的情形， C-AICD的過流量比AICD小，并沒有像AICD一樣讓原油大量流入，而是略低于ICD的過流量，發揮類似ICD的作用，控制了該段的不同含水率的油品流入量，若各段按照設計值控制流量，既可均勻早期流入剖面。 例如含水率為0，在壓差為0.5 MPa時過油，C-AICD-1油流量為6.1 L/min，略小于1個ICD(孔數為1)時的油流量6.7 L/min，遠小于4個AICD時的油流量40.4 L/min(單個AICD的測試過油量為10.1 L/min)。當含水率非常高時，即模擬生產后期含水率高的情形， C-AICD的過流量比ICD小，但并沒有像ICD一樣讓水大量流入，而是略低于AICD的過流量，發揮類似AICD的作用，控制了該段水的流入量。例如含水率為100%(純水)，在壓差為0.5 MPa時過水，C-AICD-1水流量為4.1 L/min，遠小于1個ICD(孔數為1)時的水流量8.3 L/min，略小于4個AICD時的油流量5.2 L/min(單個AICD的測試過油量為1.3 L/min)。

表2 水、油通過AICD時的壓差與流量數據

表3 水、油通過C-AICD時的壓差與流量數據

圖5 不同含水率液體通過C-AICD-1，AICD，ICD時的壓差和流量關系

圖6 不同含水率液體通過C-AICD-2，AICD，ICD時的壓差和流量關系

2) 若C-AICD的形式一定，當含水率很低時，C-AICD的壓差-流量曲線靠近ICD，近似ICD特性。當含水率很高時，C-AICD的壓差-流量曲線靠近AICD，近似AICD特性。

3) 當C-AICD中的ICD的孔數增加時，C-AICD的流量也增加，增加幅度受過流液體的含水率影響。

圖7 不同含水率液體通過C-AICD-3，AICD，ICD時的壓差和流量關系

3 模擬分析

結合某高孔高滲底水油藏的1口水平井模擬分析C-AICD的控水效果。該砂巖油藏特征如表4。設計日產液量為1 000 m3/d，若不采取控水措施，生產1 a后含水率到達75%，2.3 a到達90%。

考慮到沿井筒跟部(1 850～1 880 m)和中段(2 120～2 100 m)為高滲透帶，如圖8。設計利用裸眼封隔器將水平生產段分5段，控水管柱組成如圖9。

表4 某油井的基礎數據

圖8 沿水平井水平段的水平滲透率分布

圖9 管柱組成示意

借助油藏軟件進行模擬分析，在定產液量條件下，得到不同控水管柱完井下的累產油和綜合含水率如圖10，可知，C-AICD控水的綜合含水率下降幅度最大，相比普通篩管，其下降值約13%。

圖10 不同控水方式下的累產油和綜合含水率

4 結論

1) 室內試驗表明，當含水率很低時，C-AICD近似ICD特性；當含水率很高時，C-AICD近似AICD特性。因此，通過C-AICD管柱設計，可類似實現生產早期均衡生產剖面，中后期根據流體特征的變化自動抑水的功能，可進一步提高單井采收率。

2) 通過案例模擬分析發現，相比于其它控水方式，C-AICD綜合含水率下降幅度最大，相比普通篩管其下降值約13%。

3) 為更好指導C-AICD現場應用，還需深入研究不同C-AICD形式下的控水性能，降低其使用成本，提高油田開發效益。