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(fā)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(fā)過程中，面對的一個重要挑戰(zhàn)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(fā)設計中大量應用生產(chǎn)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(fā)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(chǎn)段的生產(chǎn)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(jù)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(chǎn)剖面作用有限，容易導致底水快速抵近井筒形成“水淹區(qū)”。

最新研究的復合型控水裝置(Composite autonomous inflow water device，C-AICD)能實現(xiàn)生產(chǎn)早期均衡生產(chǎn)剖面，中后期根據(jù)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(xiàn)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(xiàn)智能控水增油及防砂的最優(yōu)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(jīng)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(jīng)過ICD時，流量和壓差的關系可由式(1)表示。流體經(jīng)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(shù)；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(chǎn)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(fā)揮其調(diào)節(jié)作用。通過對鉆遇地層的資料分析，得出沿水平生產(chǎn)段的各處的滲透率、壓力、含水率等信息，然后據(jù)此分段，并設置C-AICD的參數(shù)，控制各段流體進入井筒的流量，從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)沿生產(chǎn)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(jīng)過對地層物性分析后設計的整個水平生產(chǎn)段管串才能實現(xiàn)均勻流入剖面(如圖2)。在生產(chǎn)中后期，含水率逐漸升高，由于局部井段可能已經(jīng)見水，ICD也難以見效，這時候自適應內(nèi)流控制裝置AICD會根據(jù)流體性質(zhì)進行調(diào)整開關大小，控制水淹段，促進其它非水淹生產(chǎn)段的產(chǎn)量提高(如圖3)。從而在整個生產(chǎn)周期內(nèi)，前期均衡油水界面推進剖面，減少死油區(qū)范圍，后期關閉高含水段，減少了單井產(chǎn)水量，提高了單井采收率[5-9]。

圖2 復合式控水篩管在生產(chǎn)早期控水示意

圖3 復合式控水篩管在生產(chǎn)后期控水示意

2 室內(nèi)試驗

2.1 測試流程

利用流入控制裝置性能測試系統(tǒng)，測試流入控制裝置(ICD，AICD，C-AICD)對油水流動控制效果，該系統(tǒng)包括循環(huán)系統(tǒng)、計量系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)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(chǎn)生的壓降和流量數(shù)據(jù)，記錄并作結果數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，統(tǒng)計出每組數(shù)據(jù)的壓差和流量。ICD類型：單個ICD(孔數(shù)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(shù)據(jù)，統(tǒng)計每組數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，統(tǒng)計每組數(shù)據(jù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)據(jù)如表1，可知，①相同ICD孔數(shù)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(shù)ICD時的壓差與流量數(shù)據(jù)

第2組AICD測試結果數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)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(chǎn)井中需增加C-AICD的個數(shù)，否則會影響產(chǎn)量。

為便于與ICD和AICD對比控水效果，根據(jù)上面數(shù)據(jù)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(xiàn)出： 當含水率較低時，即模擬生產(chǎn)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(fā)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(shù)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(chǎn)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(fā)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(shù)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(shù)據(jù)

表3 水、油通過C-AICD時的壓差與流量數(shù)據(jù)

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(shù)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(chǎn)液量為1 000 m3/d，若不采取控水措施，生產(chǎn)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(chǎn)段分5段，控水管柱組成如圖9。

表4 某油井的基礎數(shù)據(jù)

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(chǎn)液量條件下，得到不同控水管柱完井下的累產(chǎn)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(chǎn)油和綜合含水率

4 結論

1) 室內(nèi)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(xiàn)生產(chǎn)早期均衡生產(chǎn)剖面，中后期根據(jù)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(fā)現(xiàn)，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(xiàn)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(fā)效益。