C-AICD复合型智能控水装置试验研究

2019-09-25曹砚锋林德纯3许昊东

石油矿场机械 2019年5期

潘豪，张磊，曹砚锋，黄辉，林德纯3，许昊东

(1.中海油研究总院有限责任公司，北京100028； 2.海洋石油高效开发国家重点实验室，北京100028；3.思达斯易能源技术(集团)有限公司，北京100101)

在底水油藏开发过程中，面对的一个重要挑战是如何延缓水平井底水脊进，提高单井采收率。尽管在边底水油藏开发设计中大量应用生产压差较小的水平井，但仍未明显解决底水过快脊进的问题。随着完井技术的发展，以ICD、AICD为代表的控水完井工具在边底水油藏中逐渐应用，为水平井控水提供了一条有效途径[1]。ICD虽然初期能均衡沿水平生产段的生产剖面，但后期不能有效阻止高渗段底水流入井筒。AICD虽然中后期能根据流体特征的变化自动抑水，将高渗段大量的地层水阻挡在井筒外，但初期均衡生产剖面作用有限，容易导致底水快速抵近井筒形成“水淹区”。

最新研究的复合型控水装置(Composite autonomous inflow water device，C-AICD)能实现生产早期均衡生产剖面，中后期根据流体特征的变化自动抑水，避免了目前单独使用ICD或AICD的缺陷，尽可能提高单井采收率，实现降水增油目的。该技术可与筛管、封隔器及砾石充填工艺相配套，是目前实现智能控水增油及防砂的最优组合[2-4]。

1 C-AICD技术原理

C-AICD是结合ICD和AICD控水原理并经过特殊设计而形成的控水工具，含C-AICD的复合式控水筛管结构如图1所示。ICD和AICD的控水原理有多种，以孔眼式ICD和碟片式AICD为例，流体经过ICD时，流量和压差的关系可由式(1)表示。流体经过AICD流道时，流量和压差的关系可由式(2)表示。

(1)

(2)

式中：Δp为压差；ρ为流体密度；Q为流量；d为ICD孔眼直径；CD为流量系数；p1为AICD进口处压力；v1为AICD进口处流速；p2为AICD出口处压力；v2为AICD出口处流速。

图1 复合式控水筛管结构示意

C-AICD的控水原理：水平井生产初期，由于单井含水率低，AICD对油阻力小，从而对油水界面上升剖面均匀作用有限，因此需要ICD发挥其调节作用。通过对钻遇地层的资料分析，得出沿水平生产段的各处的渗透率、压力、含水率等信息，然后据此分段，并设置C-AICD的参数，控制各段流体进入井筒的流量，从而实现调节沿生产段的油水剖面，防止局部底水锥进。单段安装C-AICD的控水筛管只能对本段流体进行流入的限制，经过对地层物性分析后设计的整个水平生产段管串才能实现均匀流入剖面(如图2)。在生产中后期，含水率逐渐升高，由于局部井段可能已经见水，ICD也难以见效，这时候自适应内流控制装置AICD会根据流体性质进行调整开关大小，控制水淹段，促进其它非水淹生产段的产量提高(如图3)。从而在整个生产周期内，前期均衡油水界面推进剖面，减少死油区范围，后期关闭高含水段，减少了单井产水量，提高了单井采收率[5-9]。

图2 复合式控水筛管在生产早期控水示意

图3 复合式控水筛管在生产后期控水示意

2 室内试验

2.1 测试流程

利用流入控制装置性能测试系统，测试流入控制装置(ICD，AICD，C-AICD)对油水流动控制效果，该系统包括循环系统、计量系统、数据采集处理系统以及安装有待测试流入控制装置的测试筒，如图4所示。

测试基本流程是：在相同实验条件下，测量油相、水相和混合相通过时流入控制装置ICD，AICD，C-AICD产生的压降和流量数据，记录并作结果数据对比表[10-12]。

图4 流入控制装置对不同黏度油、水的过流性能试验流程

第1组测试：水、50 mPa·s 油分别通过ICD过流阀，计量压力计和流量计数据，统计出每组数据的压差和流量。ICD类型：单个ICD(孔数1～6)，进口端孔径3.2 mm。

第2组测试：水、10 mPa·s油、30 mPa·s 油、

50 mPa·s 油分别通过AICD过流阀，计量压力计、流量计数据，统计每组数据的压差和流量。AICD类型：碟片式AICD，进口端孔径4 mm。

第3组测试：水、50 mPa·s油分别通过C-AICD过流阀，计量压力计、流量计数据，统计每组数据的压差和流量。由于C-AICD的形式多种，这里仅选择3种类型进行对比试验(C-AICD-1型，其控水形式可大致类比：单个ICD(孔数1，孔径ø3.2 mm)和4个AICD的组合；C-AICD-2型，其控水形式可大致类比：单个ICD(孔数4，孔径ø3.2 mm)和4个AICD组合；C-AICD-3型，其控水形式可大致类比：单个ICD(孔数6，孔径ø3.2 mm)和4个AICD组合)。

2.2 试验结果

第1组ICD测试结果数据如表1，可知，①相同ICD孔数下，压差越大，流量越大；②相同条件下，由于水的黏度小，过水流量比过油流量略大。

表1 水、油通过不同孔数ICD时的压差与流量数据

第2组AICD测试结果数据如表2，可知，①黏度越大，油相的过流量越大；②在相同的压差下，不同黏度的油相过流量是水的4～10倍。

第3组C-AICD测试结果数据如表3，可知，①该型C-AICD的在相同的压差下，不同黏度的油相过流量是水相过流量的1.5～5.6倍；②若其它条件不变，随着ICD的孔数增加，过流的水和油量都增加；③在相同压差下，C-AICD的流量比AICD或者ICD的流量均小，说明C-AICD阻力大，因此在高产井中需增加C-AICD的个数，否则会影响产量。

为便于与ICD和AICD对比控水效果，根据上面数据表作对比图，如图5～7，可知：

1) 整体上， C-AICD-1型、C-AICD-2型、C-AICD-3型都表现出：当含水率较低时，即模拟生产初期含水率低的情形， C-AICD的过流量比AICD小，并没有像AICD一样让原油大量流入，而是略低于ICD的过流量，发挥类似ICD的作用，控制了该段的不同含水率的油品流入量，若各段按照设计值控制流量，既可均匀早期流入剖面。例如含水率为0，在压差为0.5 MPa时过油，C-AICD-1油流量为6.1 L/min，略小于1个ICD(孔数为1)时的油流量6.7 L/min，远小于4个AICD时的油流量40.4 L/min(单个AICD的测试过油量为10.1 L/min)。当含水率非常高时，即模拟生产后期含水率高的情形， C-AICD的过流量比ICD小，但并没有像ICD一样让水大量流入，而是略低于AICD的过流量，发挥类似AICD的作用，控制了该段水的流入量。例如含水率为100%(纯水)，在压差为0.5 MPa时过水，C-AICD-1水流量为4.1 L/min，远小于1个ICD(孔数为1)时的水流量8.3 L/min，略小于4个AICD时的油流量5.2 L/min(单个AICD的测试过油量为1.3 L/min)。