AICD 控水工具性能实验分析及应用

2022-03-09曾金辉王岳能李志达赵新宇

科学技术创新 2022年5期

曾金辉王岳能李志达赵新宇

（1、中海油能源发展股份有限公司工程技术湛江分公司，广东湛江 524057 2、内蒙古民族大学国家级实验教学示范中心化学化工学院，内蒙古通辽 028000）

在油田油井开发的中后期，随着井底流动压力会持续下降，储层的油水界面沿着油井的射孔方向持续推进，造成底水脊进[1-2]。底水脊进导致油田含水量不断上升，产油量大幅下降[3]，同时油田污水的产量大幅上升，严重制约油井的生产[4]，在某些情况下还可能导致油井生产寿命降低甚至报废[5-6]。所以如何稳油控水成为了提高采收率的重要研究课题[7-8]。

20 世纪90 年代初，中心管控水完井技术由Brekke 和Lien 首次提出[9]；贝克休斯（Baker Hughes，美国）首次研究流量控制设备，2009 年首次开发ICD；次年美国Halliburton 公司研发出了采用流径和流道设计控制流体的自动流入控制装置（AICD）。目前国外AICD 技术已经日趋成熟[10]，而国内关于该方面的研究起步较晚，大多数AICD 技术都是国外引进改造而来，缺乏自主知识产权[11]。

本文所述的AICD 控水短节是针对海上某油田的原油特征而设计的，通过室内模拟试验分析其稳油控水的适用条件及特性。

1 AICD 控水原理

AICD 的基本设计思路是使地层流体流入一个截面积很小的弯曲流道，对油气、水产生不同的阻力，从而达到阻水的目的[12]。AICD 控水短节的控水原理主要是使不同流体通过不同的流径而起作用，而流体会选择何种流径由AICD 的结构和流入流体的性质决定。流体流经AICD 时几种关键特性为密度、粘度和流速，流体惯性力的大小取决于密度和流速，粘滞力的大小取决于粘度和流速的大小。当惯性力占优势时，流动趋于选择直线路径。当粘性力占优势时，流动将趋于通过所有路径扩散，故而油水混合流体会在直线通道和发散通道之间分流[13]，如图1 所示。

图1 AICD 控水原理示意图

2 AICD 控水性能模拟试验概况

AICD 的稳油控水性能可以通过测量不同流体粘度下的压降与流速的关系来表征。试验采用油井模拟流体在不同流量、不同粘度的试验条件下通过AICD 控水工具并测定过流压差ΔP，验证及分析工具的稳油控水性能。

模拟试验装置主要由供液循环系统、高温高压物模系统、测试系统和数据采集系统等组成。结构及流程图如图2所示。

图2 AICD 性能测评试验装置流程图

试验介质采用三种油井模拟流体，分别为水、油以及油水混合液（体积比，水：油=95%：5%）。试验温度范围30～90℃，流量范围0.1～1m3/h。根据试验结果，得到油井模拟流体在不同粘度μ 下流量Q 与压差ΔP的关系曲线图，见图3。

3 试验结果分析

3.1 模拟流体粘度与过流压差的关系分析

从图3 可以看出，AICD 控水工具过流压差ΔP特性：在一定粘度范围内具有随着试验介质粘度的降低过流阻力反而增大的特性，即流体粘度越低，其过流压差越大。三种试验介质的粘度为：液压油＞油水混合液＞清水，所以油比水更容易流过AICD 控水工具，从而达到控水的目的。这种特性的粘度范围在为0.77～15.2mPa.s；尤其在0.95～13.0mPa.s 表现更明显，海上W 油田的原油特征。

图3 不同粘度试验介质流量-压差曲线

3.2 过流压差与流量的关系分析

如图4 所示：试验介质在一定流量下，随着粘度的降低过流压差先降低后升高，并且其临界粘度值随着流量增大而降低的趋势，即随着流量的增大，临界粘度值粘度越低。这表明了AICD 稳油控水性能有一定的粘度范围，该范围之外，稳油控水性能较差；而临界粘度值降低则说明对于同种流体，流量越大，其流体粘度越低，过流压差越大（稳油控水）特性的临界粘度值越低。