AICD 控水工具性能實驗分析及應用

曾金輝 王岳能 李志達 趙新宇

（1、中海油能源發展股份有限公司工程技術湛江分公司，廣東 湛江 524057 2、內蒙古民族大學國家級實驗教學示范中心化學化工學院，內蒙 古通遼 028000）

在油田油井開發的中后期，隨著井底流動壓力會持續下降，儲層的油水界面沿著油井的射孔方向持續推進，造成底水脊進[1-2]。底水脊進導致油田含水量不斷上升，產油量大幅下降[3]，同時油田污水的產量大幅上升，嚴重制約油井的生產[4]，在某些情況下還可能導致油井生產壽命降低甚至報廢[5-6]。所以如何穩油控水成為了提高采收率的重要研究課題[7-8]。

20 世紀90 年代初，中心管控水完井技術由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備，2009 年首次開發ICD；次年美國Halliburton 公司研發出了采用流徑和流道設計控制流體的自動流入控制裝置（AICD）。目前國外AICD 技術已經日趨成熟[10]，而國內關于該方面的研究起步較晚，大多數AICD 技術都是國外引進改造而來，缺乏自主知識產權[11]。

本文所述的AICD 控水短節是針對海上某油田的原油特征而設計的，通過室內模擬試驗分析其穩油控水的適用條件及特性。

1 AICD 控水原理

AICD 的基本設計思路是使地層流體流入一個截面積很小的彎曲流道，對油氣、水產生不同的阻力，從而達到阻水的目的[12]。AICD 控水短節的控水原理主要是使不同流體通過不同的流徑而起作用，而流體會選擇何種流徑由AICD 的結構和流入流體的性質決定。流體流經AICD 時幾種關鍵特性為密度、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。當慣性力占優勢時，流動趨于選擇直線路徑。當粘性力占優勢時，流動將趨于通過所有路徑擴散，故而油水混合流體會在直線通道和發散通道之間分流[13]，如圖1 所示。

圖1 AICD 控水原理示意圖

2 AICD 控水性能模擬試驗概況

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

模擬試驗裝置主要由供液循環系統、高溫高壓物模系統、測試系統和數據采集系統等組成。結構及流程圖如圖2所示。

圖2 AICD 性能測評試驗裝置流程圖

試驗介質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%）。試驗溫度范圍30～90℃，流量范圍0.1～1m3/h。根據試驗結果，得到油井模擬流體在不同粘度μ 下流量Q 與壓差ΔP的關系曲線圖，見圖3。

3 試驗結果分析

3.1 模擬流體粘度與過流壓差的關系分析

從圖3 可以看出，AICD 控水工具過流壓差ΔP特性：在一定粘度范圍內具有隨著試驗介質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。三種試驗介質的粘度為：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 表現更明顯，海上W 油田的原油特征。

圖3 不同粘度試驗介質流量-壓差曲線

3.2 過流壓差與流量的關系分析

如圖4 所示：試驗介質在一定流量下，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，即隨著流量的增大，臨界粘度值粘度越低。這表明了AICD 穩油控水性能有一定的粘度范圍，該范圍之外，穩油控水性能較差；而臨界粘度值降低則說明對于同種流體，流量越大，其流體粘度越低，過流壓差越大（穩油控水）特性的臨界粘度值越低。

圖4 三種試驗介質相同流量下壓力與粘度之間關系對比

3.3 節流特性分析

4 現場應用

結合海上某油田區域原油粘度低，綜合含水率90%以上的特征，應用低粘AICD 控水工具，實現穩油控水的目的。應用效果表明：A7 井實施前，產液量近600 方/日，含水率高達98%；實施后，雖然產液量下降至200 方/日，但是含水率大幅度地降至1%以下，達到了穩油控水的目的。

5 結論

本文中的AICD 控水工具是針對海上W 油田的原油粘度特征而設計的，通過室內模擬試驗驗證、分析及現場應用，得到以下認識：

5.1 該工具的穩油控水性能在一定粘度范圍內適用，該范圍之外，穩油控水效果較差；并且其粘度臨界值與流量密切相關，流量越大，適用粘度上限越低。根據實驗測試，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需要針對性油田原油特征設計。

5.2 該工具具有節流孔特性，在現場應用可擬合公式估算油井產液量、生產壓差與AICD 控水工具過流壓差的關系。

5.3 現場應用實踐表明，AICD 控水工具能夠自主大幅度的降低高產水油井的含水率，達到穩油控水的效果，有效的降低油田水處理成本。