AICD智能控水模型影響因素研究

＊胡文麗 鄒信波 牛勝利 李清泉 喻高明 劉云*

（1.中海石油（中國）有限公司深圳分公司 廣東 518000 2.長江大學石油工程學院 湖北 430100）

引言

國內油田大部分已進入生產中后期，由于注入水和邊水突進以及底水錐進，油井綜合含水高，產油量較低，需要先進的控水工藝調整產液剖面，降低含水，增加產油量，提高生產中后期高含水油田的采收率。

智能AICD（Autonomous Inflow Control Device）控水是在半智能ICD（Inflow Control Device）基礎上形成的智能完井控水技術。AICD控水主要機理：伯努利原理、分相分流原理。AICD裝置能夠根據流體性質和流動路徑自動限流和自動分相分流，有效限制低粘度流體流動，延緩注入水和邊底水進入井筒，從而均衡井筒流入剖面。AICD完井模擬方法[1-5]包括：油藏工程方法、NETool和Starse公司軟件。目前不同控水完井工藝數值模擬中，油藏工程方法和NETool屬于穩態模擬，雖然能考慮油藏的非均質性，但很難準確模擬油藏中油水運動規律，Starse公司軟件沒有商業化。綜上所述，目前控水完井工藝數值模擬方法不成熟，商業模擬器Petrel RE控水建模和數值模擬相對比較成熟，可以模擬AICD的控水完井工藝，但是對控水模型影響因素進行研究的很少。

本文基于PetrelRE對AICD控水模型影響因素（體積流量指數x、粘度函數指數y、AICD強度αAICD、原油密度和原油粘度）進行了研究，根據研究成果指導某油井采用AICD控水完井，取得較好的降水增油效果。

1.AICD控水模擬模型

國內油田常采用浮片式AICD（圖1），包括自由浮動盤活動部件。浮片式AICD智能控水技術原理：基于伯努利方程能量守恒原理，通過流體粘度的變化自動控制自由浮動盤的開度。當粘度較高的原油流經裝置時，入口流速較小，入口壓力變大，自由浮動盤下移自動調大開度；當粘度較低的水流經裝置時，自由浮動盤上移自動調小開度，從而實現智能化控水、增油的目的。

圖1 浮片式AICD智能控水裝置結構圖

通過AICD閥的壓降方程[6]為：

式中：

αAICD—實驗測定的強度參數，與AICD的型號有關，MPa/((Kg/m3)(m3/d)x)；

q—流入井筒的體積流量，m3/d；

μexp—實驗測定強度參數時，所用流體的粘度，Pa·s；

ρexp—實驗測定強度參數時，所用流體的密度，Kg/m3；

qexp—實驗測定強度參數時，所用流體的校正流量，m3/d；

μmix—地下流體的粘度通過乳狀物粘度模型計算油水乳狀物粘度，基于持液率和持氣率加權計算地下油氣水混合物流體粘度，Pa·s；

ρmix—地下流體的密度基于持油率、持水率和持氣率加權計算地下油氣水混合物流體密度，Kg/m3；

χ—體積流量指數，無因次；

y—粘度函數指數，無因次。

2.AICD控水模型影響因素研究

研究油藏為底水油藏，孔隙度為22.6%，滲透率均值為2500mD，地層壓力為14MPa，飽和壓力為9.52MPa，地層原油密度為0.87g/cm3，地層原油粘度為17.1mPa·s。

(1)建立AICD控水完井模型

AICD適用于非均質性地層，根據地層物性的不同來有效地劃分層段，因此只有使用封隔器把相同物性的層段劃分在一起，以有效的實現控制高含水層段，放大高含油層的生產目的。5.5”AICD篩管安裝3個5.5”×8”遇液膨脹封隔器，將產層分為4段，每段分別安裝7.5mmAICD閥個數為6個，14個，8個，8個，共36個AICD閥。在Petrel RE中通過封隔器將控水完井模型分成設計的段數，在每段添加相應的設計的AICD閥數，建立了相應的控水完井模型（圖2）。

圖2 建立AICD控水完井模型圖

(2)AICD控水模型影響因素研究

在RE模擬器中，基于建立的控水完井建模模型，建立AICD基礎模擬方案。

①體積流量指數χ

在RE模擬器中，基于AICD基礎方案，建立不同體積流量指數的方案（體積流量指數不同，其它模型參數相同），進行流量指數χ敏感性研究，計算結果見圖3。

圖3 流量指數χ敏感性圖

體積流量指數χ是AICD閥的壓降方程中體積流量與實驗流量比值的指數，從通過AICD閥的壓降方程可以看出，實驗流量是定值，隨著體積流量指數χ的增加，通過AICD閥的壓降增加。從圖中可以看出，相同累產油下，隨著體積流量指數χ的增加，過閥壓降增加，含水率上升變慢；在相同含水率下，隨著體積流量指數χ的增加，累產油增加。當油井后期提液時，體積流量指數χ對通過AICD閥的壓降影響很大。

②粘度函數指數y

在RE模擬器中基于AICD基礎方案，建立不同粘度函數指數y的方案（粘度函數指數y不同，其它模型參數相同），進行粘度函數指數y敏感性研究，計算結果見圖4。

圖4 粘度函數指數y敏感性圖

粘度函數指數y是AICD閥的壓降方程中實驗粘度和地下流體粘度比的指數，從通過AICD閥的壓降方程可以看出，實驗粘度是定值，隨著粘度函數指數y的增加，通過AICD閥的壓降減小。從圖中可以看出，相同累產油下，隨著粘度函數指數y的增加，過閥壓降減小，含水率增加；在相同含水率下，隨著粘度函數指數y的增加，累產油減小。

③AICD強度αAICD參數

在RE模擬器中，基于AICD基礎方案，建立不同AICD強度的方案（AICD強度不同，其它模型參數相同），進行AICD強度αAICD敏感性研究，計算結果見圖5。

圖5 AICD強度αAICD參數敏感性圖（單位：psi/((ιb/ft3/d)x))

AICD強度αAICD參數是實驗測定的強度參數，與AICD的型號有關，是綜合性參數，從通過AICD閥的壓降方程可以看出，過閥壓降與AICD強度αAICD參數是線性關系，隨著AICD強度αAICD參數的增加，通過AICD閥的壓降增加。從圖中可以看出，相同累產油下，隨著AICD強度αAICD參數的增加，過閥壓降增加，含水率上升變慢；在相同含水率下，隨著AICD強度αAICD參數的增加，累產油增加。

④原油密度

在RE模擬器中，基于AICD基礎方案，建立不同原油密度的方案（原油密度不同，其它模型參數相同），進行原油密度敏感性研究，計算結果見圖6。

圖6 原油密度敏感性圖（單位：g/cm3）

從圖中可以看出，相同累產油下，隨著原油密度的增加，原油流動阻力增加，含水率增加；在相同含水率下，隨著原油密度的增加，累產油減小。

⑤原油粘度

在RE模擬器中，基于AICD基礎方案，建立不同原油粘度的方案（原油粘度不同，其它模型參數相同），進行原油粘度敏感性研究，計算結果見圖7。

圖7 原油粘度敏感性圖（單位：cp)

從圖中可以看出，相同累產油下，隨著原油粘度的增加，水油流度比增加，含水增加；在相同含水率下，隨著原油粘度的增加，原油流動阻力增加，累產油減小。

綜上所述，隨著粘度函數指數y、原油密度和原油粘度的增加，含水率增加，隨著體積流量指數χ和AICD強度αAICD參數的增加，含水率上升變慢；隨著粘度函數指數y、原油密度和原油粘度的增加，累產油減小，隨著體積流量指數χ和AICD強度參數的增加，累產油增加。

(3)AICD控水效果

在RE中建立AICD控水完井和篩管完井方案，方案中控水完井方式不同，模型參數相同。圖8為AICD控水完井和篩管完井控水效果比較圖，從圖可以看出，最高含水率降低0.11，累產油增加5.9×104STB，降水增油效果顯著。因此，AICD控水完井工藝是高含水油田穩油控水和提高油藏采收率的關鍵控水增產技術。

圖8 不同完井方式含水率和累產油圖

3.結論

（1）控水完井工藝是解決油井高含水問題的關鍵控水增產技術。Petrel RE能對AICD完井進行建模和數值模擬，為影響因素研究提供技術支持。

（2）隨著粘度函數指數y、原油密度和原油粘度的增加，含水率增加，累產油減小；隨著體積流量指數χ和AICD強度αAICD參數的增加，含水率上升變慢，累產油增加，為AICD控水工藝的數值模擬及現場控水工藝參數設計提供重要參考。

（3）相比篩管完井，AICD控水完井降水增油效果顯著。

（4）目前智能控水工藝的現場應用缺少最優化理論的指導，若能結合油藏流體、儲層性質，優選AICD閥參數及井筒控水工藝參數，控水工藝效果將進一步提升，可以取得更好的降水增油效果和綜合經濟效益。