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(xué)石油工程學(xué)院 湖北 430100）

引言

國內(nèi)油田大部分已進(jìn)入生產(chǎn)中后期，由于注入水和邊水突進(jìn)以及底水錐進(jìn)，油井綜合含水高，產(chǎn)油量較低，需要先進(jìn)的控水工藝調(diào)整產(chǎn)液剖面，降低含水，增加產(chǎn)油量，提高生產(chǎn)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(chǔ)上形成的智能完井控水技術(shù)。AICD控水主要機(jī)理：伯努利原理、分相分流原理。AICD裝置能夠根據(jù)流體性質(zhì)和流動(dòng)路徑自動(dòng)限流和自動(dòng)分相分流，有效限制低粘度流體流動(dòng)，延緩注入水和邊底水進(jìn)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(shù)值模擬中，油藏工程方法和NETool屬于穩(wěn)態(tài)模擬，雖然能考慮油藏的非均質(zhì)性，但很難準(zhǔn)確模擬油藏中油水運(yùn)動(dòng)規(guī)律，Starse公司軟件沒有商業(yè)化。綜上所述，目前控水完井工藝數(shù)值模擬方法不成熟，商業(yè)模擬器Petrel RE控水建模和數(shù)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(jìn)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(shù)x、粘度函數(shù)指數(shù)y、AICD強(qiáng)度αAICD、原油密度和原油粘度）進(jìn)行了研究，根據(jù)研究成果指導(dǎo)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(nèi)油田常采用浮片式AICD（圖1），包括自由浮動(dòng)盤活動(dòng)部件。浮片式AICD智能控水技術(shù)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(dòng)控制自由浮動(dòng)盤的開度。當(dāng)粘度較高的原油流經(jīng)裝置時(shí)，入口流速較小，入口壓力變大，自由浮動(dòng)盤下移自動(dòng)調(diào)大開度；當(dāng)粘度較低的水流經(jīng)裝置時(shí)，自由浮動(dòng)盤上移自動(dòng)調(diào)小開度，從而實(shí)現(xiàn)智能化控水、增油的目的。

圖1 浮片式AICD智能控水裝置結(jié)構(gòu)圖

通過AICD閥的壓降方程[6]為：

式中：

αAICD—實(shí)驗(yàn)測定的強(qiáng)度參數(shù)，與AICD的型號有關(guān)，MPa/((Kg/m3)(m3/d)x)；

q—流入井筒的體積流量，m3/d；

μexp—實(shí)驗(yàn)測定強(qiáng)度參數(shù)時(shí)，所用流體的粘度，Pa·s；

ρexp—實(shí)驗(yàn)測定強(qiáng)度參數(shù)時(shí)，所用流體的密度，Kg/m3；

qexp—實(shí)驗(yàn)測定強(qiáng)度參數(shù)時(shí)，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(jì)算油水乳狀物粘度，基于持液率和持氣率加權(quán)計(jì)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(quán)計(jì)算地下油氣水混合物流體密度，Kg/m3；

χ—體積流量指數(shù)，無因次；

y—粘度函數(shù)指數(shù)，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(zhì)性地層，根據(jù)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(shí)現(xiàn)控制高含水層段，放大高含油層的生產(chǎn)目的。5.5”AICD篩管安裝3個(gè)5.5”×8”遇液膨脹封隔器，將產(chǎn)層分為4段，每段分別安裝7.5mmAICD閥個(gè)數(shù)為6個(gè)，14個(gè)，8個(gè)，8個(gè)，共36個(gè)AICD閥。在Petrel RE中通過封隔器將控水完井模型分成設(shè)計(jì)的段數(shù)，在每段添加相應(yīng)的設(shè)計(jì)的AICD閥數(shù)，建立了相應(yīng)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(chǔ)模擬方案。

①體積流量指數(shù)χ

在RE模擬器中，基于AICD基礎(chǔ)方案，建立不同體積流量指數(shù)的方案（體積流量指數(shù)不同，其它模型參數(shù)相同），進(jìn)行流量指數(shù)χ敏感性研究，計(jì)算結(jié)果見圖3。

圖3 流量指數(shù)χ敏感性圖

體積流量指數(shù)χ是AICD閥的壓降方程中體積流量與實(shí)驗(yàn)流量比值的指數(shù)，從通過AICD閥的壓降方程可以看出，實(shí)驗(yàn)流量是定值，隨著體積流量指數(shù)χ的增加，通過AICD閥的壓降增加。從圖中可以看出，相同累產(chǎn)油下，隨著體積流量指數(shù)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(shù)χ的增加，累產(chǎn)油增加。當(dāng)油井后期提液時(shí)，體積流量指數(shù)χ對通過AICD閥的壓降影響很大。

②粘度函數(shù)指數(shù)y

在RE模擬器中基于AICD基礎(chǔ)方案，建立不同粘度函數(shù)指數(shù)y的方案（粘度函數(shù)指數(shù)y不同，其它模型參數(shù)相同），進(jìn)行粘度函數(shù)指數(shù)y敏感性研究，計(jì)算結(jié)果見圖4。

圖4 粘度函數(shù)指數(shù)y敏感性圖

粘度函數(shù)指數(shù)y是AICD閥的壓降方程中實(shí)驗(yàn)粘度和地下流體粘度比的指數(shù)，從通過AICD閥的壓降方程可以看出，實(shí)驗(yàn)粘度是定值，隨著粘度函數(shù)指數(shù)y的增加，通過AICD閥的壓降減小。從圖中可以看出，相同累產(chǎn)油下，隨著粘度函數(shù)指數(shù)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(shù)指數(shù)y的增加，累產(chǎn)油減小。

③AICD強(qiáng)度αAICD參數(shù)

在RE模擬器中，基于AICD基礎(chǔ)方案，建立不同AICD強(qiáng)度的方案（AICD強(qiáng)度不同，其它模型參數(shù)相同），進(jìn)行AICD強(qiáng)度αAICD敏感性研究，計(jì)算結(jié)果見圖5。

圖5 AICD強(qiáng)度αAICD參數(shù)敏感性圖（單位：psi/((ιb/ft3/d)x))

AICD強(qiáng)度αAICD參數(shù)是實(shí)驗(yàn)測定的強(qiáng)度參數(shù)，與AICD的型號有關(guān)，是綜合性參數(shù)，從通過AICD閥的壓降方程可以看出，過閥壓降與AICD強(qiáng)度αAICD參數(shù)是線性關(guān)系，隨著AICD強(qiáng)度αAICD參數(shù)的增加，通過AICD閥的壓降增加。從圖中可以看出，相同累產(chǎn)油下，隨著AICD強(qiáng)度αAICD參數(shù)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(qiáng)度αAICD參數(shù)的增加，累產(chǎn)油增加。

④原油密度

在RE模擬器中，基于AICD基礎(chǔ)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(shù)相同），進(jìn)行原油密度敏感性研究，計(jì)算結(jié)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(chǎn)油下，隨著原油密度的增加，原油流動(dòng)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(chǎn)油減小。

⑤原油粘度

在RE模擬器中，基于AICD基礎(chǔ)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(shù)相同），進(jìn)行原油粘度敏感性研究，計(jì)算結(jié)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(chǎn)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(dòng)阻力增加，累產(chǎn)油減小。

綜上所述，隨著粘度函數(shù)指數(shù)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(shù)χ和AICD強(qiáng)度αAICD參數(shù)的增加，含水率上升變慢；隨著粘度函數(shù)指數(shù)y、原油密度和原油粘度的增加，累產(chǎn)油減小，隨著體積流量指數(shù)χ和AICD強(qiáng)度參數(shù)的增加，累產(chǎn)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(shù)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(chǎn)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(wěn)油控水和提高油藏采收率的關(guān)鍵控水增產(chǎn)技術(shù)。

圖8 不同完井方式含水率和累產(chǎn)油圖

3.結(jié)論

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

（2）隨著粘度函數(shù)指數(shù)y、原油密度和原油粘度的增加，含水率增加，累產(chǎn)油減小；隨著體積流量指數(shù)χ和AICD強(qiáng)度αAICD參數(shù)的增加，含水率上升變慢，累產(chǎn)油增加，為AICD控水工藝的數(shù)值模擬及現(xiàn)場控水工藝參數(shù)設(shè)計(jì)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(xiàn)場應(yīng)用缺少最優(yōu)化理論的指導(dǎo)，若能結(jié)合油藏流體、儲(chǔ)層性質(zhì)，優(yōu)選AICD閥參數(shù)及井筒控水工藝參數(shù)，控水工藝效果將進(jìn)一步提升，可以取得更好的降水增油效果和綜合經(jīng)濟(jì)效益。