水平井分段智能控水采油技术及现场应用

2018-11-02王艳丽

中国石油大学胜利学院学报 2018年3期

王艳丽

(中国石油大学胜利学院油气工程学院，山东东营 257000)

水平井是实现底水油藏开发的有效手段，能够满足生产井泄油面积大的需求。但是，由于油藏的不均质性和井筒进液的非均衡性，底水锥进、见水后产量下降快仍然是当前面临的一个难题[1]。ICD(流入控制阀)技术作为较为先进的采油方法之一，已成为国外水平井完井的主要技术[2]，例如贝克休斯Spiral ICD、哈里伯顿EquiFlow ICD和威德福FloReg ICD等。为提高水平井各段的采收率，通过地面预设控水参数的ICD技术已经不能够满足复杂井下生产调节的要求[3]，因此研究水平井分段智能控水采油技术显得特别重要。水平井分段智能控水采油技术利用AICD(智能控水阀)和分段封隔器实现水平井各段产量的自动调节。在科学分段的基础上，封隔器实现各射孔点油套环空的有效分隔；每一个射孔段安放特定规格的AICD阀，自动调整该段的进液量；通过各段进液量的改变，有效减缓或避免高含水影响水平井的正常生产。在阐述AICD智能控水阀和控水采油工艺管柱的基础上，介绍了水平井分段智能控水采油技术在胜利油田DXX68-P8井的现场应用情况。应用结果表明，该井采用4级智能控水阀，在保证产液量稳定的前提下，油井含水量呈现出逐步下降趋势。

1 AICD智能控水阀

AICD智能控水阀利用伯努利原理(式1)，即静压、动压和摩阻的和是一个常数。

(1)

当低黏度水或气体流过时降低摩阻压力，形成较高流速，将浮盘吸附到阀嘴，限制水或气体流过；当高黏度油流过时增加摩阻压力，推动浮盘远离阀嘴，提高油流量,如图1所示。

图1 AICD智能控水阀示意图

将AICD智能控水阀镶嵌于筛管上，外面覆上防砂网、支撑层和保护套(图2)，可有效防止地层砂、微小颗粒进入控水装置内部形成堵塞。孔径根据目标井原油黏度、地层水黏度、产油量及产水量等参数优化设计。

图2 智能控水筛管示意图

2 分段控水采油管柱设计

根据油藏水平段物性特点，使用封隔器将水平段进行分隔，封隔器之间安装不同参数配置的AICD智能控水阀，其可以根据地层液体黏度、流速自动调整控制流量。

2.1 分段设计

由于油藏的非均质性，水平井钻遇地层的物性条件通常不尽相同。根据Darcy定律可知，在油藏流体渗流过程中，物性好的储层渗流阻力小，同一生产压差下，物性好的产液速度较物性差的部位快，底水脊进的速度也会更快。因此，水平井分段原理利用油藏描述成果、水平井录井资料，根据已经取得的地质认识，分析水平井所在油藏储层展布特征、储层岩性特征、油藏构造特征、压力系统特点，综合评判确定完井须卡封的井段。

2.2 控水阀参数设计

合理的控水阀参数是实现各段优化生产的前提和关键。一是油、水通过AICD阀时的压降变化；二是AICD控水阀孔径，业内普遍认为控流压降与进液通道孔径有关[4-6]，随着孔径的增大而降低，但是两者之间不是简单的对比关系。

2.2.1 油、水介质流动压降

为了验证AICD智能控水阀的效果，笔者采用Fluent软件对结构流道内的流体流动状态进行数值模拟。假设固壁边界为无滑移边界条件、采用标准壁面函数法处理边界湍流；定流量生产，求得对应流量条件下的压降变化，计算结果见图3所示。

图3中2条曲线代表流量5、10、15、20、25、30、35 m3/d条件下计算的油、水在结构内流动压降的情况。结果表明结构对水产生压降呈现指数递增规律，对油产生压降递增趋势相对缓慢。可见这两种流体在AICD智能控水阀中均受到流动阻力影响，水的流动阻力远远大于油，除非流量很小(如仅为1.5 m3/d)，否则AICD智能控水阀对油、水产生的附加流动阻力不可忽略。

图3 AICD智能控水阀油水流动压降计算结果

2.2.2 孔径

利用油、气、水混合流体综合分析AICD智能控水阀孔眼直径2.5、3、5、7.5 mm 4种情况下的压降随流量的变化情况，如图4所示。

图4 AICD智能控水阀孔径与流动压降计算结果

图4中曲线代表不同流量下4种孔径结构产生的流动压降情况。结果表明，随着孔径的减小，附加流动压降大大增加，这主要是因为小孔径节流作用更加明显；2.5、5、7.5 mm三种孔径流动压降增加呈现非正比关系，前者要远远大于后两种结构。实际生产过程中，当流量较小时，可考虑选用小尺寸孔径控水阀(如2.5或3 mm)；当流量较大时，可考虑选用较大尺寸孔径的控水阀，这种情况下的流动压降达到了节流的目的。

3 施工工艺

控水采油管柱总成自上而下依次为：引鞋+可关滑套+1#AICD智能控水阀+封隔器+2#AICD智能控水阀+封隔器+……+N#AICD智能控水阀+Y445封隔器+校深短节+2-7/8″油管至井口。

管柱入井到位后经校深、反循环洗井，利用水泥车环空注入洗井液，油管内返出液，然后投入Φ38 mm空心钢球并泵入，记录井口悬重；空心钢球到位后，正向打压，稳压，坐封封隔器。观察悬重验证悬挂情况。液压丢手，下泵投产。

4 现场应用

目前，水平井分段智能控水采油技术在胜利油田已经完成DXX68-P8井现场应用。

4.1 基本数据

DXX68-P8井在2015年11月完井，油藏埋深2 300 m，有效渗透率230×10-3μm2，以中高渗透层为主。地面原油密度0.956 3 g/cm3，89 ℃、25 MPa下原油密度0.904 6 g/cm3；地面原油黏度4 691.8 mPa·s，89 ℃、25 MPa下黏度为258 mPa·s；原油体积系数1.06；地下水密度为1.14 g/cm3，黏度为1.0 mPa·s；气体密度为0.04 g/cm3，黏度为0.026 mPa·s。

4.2 参数优化

目前射孔生产段只有4段，分别为：2 381.2～2 390 m、2 463.0～2 490 m、2 500～2 540 m、2 550～2 572 m。采用分段封隔器将4个射孔段卡封，就可以达到分段控制进水量的目的，如图5所示，每段均安放4个智能控水阀。

图5 依据射孔情况分段示意图

由图3可知，当流量大于1.5 m3/d时，AICD智能控水阀对油、水产生的附加流动阻力才能显现出来，因此该井单个射孔段排量需要大于6 m3/d，为达到应用目的，可通过调节冲刺提升产液量。

4.3 油井生产动态

DXX68-P8井于2015年12月实施水平井分段智能控水采油工艺，作业前生产制度为Φ44 mm×1 600 m×6 m×2次/min，日产液23.3 m3，含水率94.5%；作业后生产制度为Φ44 mm×1 800 m×6 m×2次/min，日产液21.4 m3，含水率波动较大(93%～97.5%)，分析原因为智能控水阀的开关动作影响了各段进液。后期提液将生产制度改为Φ44 mm×1 800 m×6 m×2.5次/min，含水率波动幅度降低，平均含水率下降至93.9%，呈现出下降趋势(图6)。