水平井C-AICD复合型智能控水装置数值模拟研究

李小东

（中海石油<中国>有限公司深圳分公司，广东深圳518024）

流入控制装置（ICD，inflow control device）和自动流入控制装置（AICD，autonomous inflow control device）可以有效延缓和控制底水锥进，最终达到提高采收率的目的，因此在海上油气田得到广泛应用[1-4]。ICD是一种被动式控制装置，通过对流经的流体增加一定的阻力，来实现控流的目的，主要类型包括喷嘴型、螺旋型等。但是，ICD的缺陷在于一旦下入井中，控水参数无法改变，因此需要提前判断控水参数[5]。并且，ICD起作用的阶段主要是在前期，但后期无法有效控水[6]。

AICD是一种自动控制装置，在中后期能根据流体粘度、密度差异自动控制含水突进，但是在初期无法根据储层物性差异来有效均衡生产剖面，尤其是对于非均质性强的油藏，容易导致底水快速上升形成暴性水淹[6-9]。

C-AICD是结合ICD和AICD两种控制装置的优点，而研发出来的一种新的控水装置。C-AICD既可以在初期对高渗层的产液进行抑制，均衡产液剖面，又可以在中后期根据流体差异，控制高含水层段产出[6]。

目前，ICD和AICD都可以在Petrel RE中很方便地进行模拟[10-14]。但是，尚无有效的数值模拟手段来对C-AICD进行模拟以及效果预测。因此本文在从机理方面入手，对C-AICD进行模拟。

1 数值模拟研究

1.1 模型建立

采用Petrel RE建立油藏机理模型（图1）。其中，模型平面网格数为30×30，步长为100m×100m；纵向层数12，网格步长平均为8m；总网格数为871696。由于J油藏为块状底水油藏，能量充足，采用Carter-Tracy水体进行底水模拟。生产井水平段长度1000m。在模拟中，模拟时间为50年，以便充分观察生产井在安装不同控水装置后的控水增油效果。

图1 油藏数值模型

机理模型中，油藏水平渗透率50～1000mD，渗透率分布见表1，垂直渗透率10～200mD，孔隙度0.2，综合压缩系数0.001605MPa-1，油体积系数1.059，水体积系数1.050，地层原油粘度5mPa·s，地面原油密度（0.86～0.96）×103kg/m3，油藏厚度96m，油藏顶部深度-1800m，油水界面深度-1880m。

表1 水平渗透率分布表

1.2 C-AICD数值模拟

C-AICD的需要在数值模拟软件中同时设置ICD和AICD，但是在Eclipse等数值模拟软件中无法同时设置ICD和AICD，因此需要根据其控水增油机理进行等效处理。首先进行ICD的模拟，这里选取常用的喷嘴型ICD（NICD，nozzle inflow control device）。在Petrel RE中可以直接进行ICD完井模拟，每100m设置1个ICD，并针对不同渗透率的井段，分别选择7mm、8mm、12mm的喷嘴尺寸，进行不同强度的控水，来均衡产液剖面。

从机理方面来看，喷嘴型ICD就是通过设置喷嘴大小，来降低水平井井段与地层的传导率。

根据水平井裸眼完井产量公式，即程—范临界产量公式[15]为：

其中：

ICD限流阀产生的附加压降[16]为：

得到ICD完井的水平井产量公式：

式中：q1——裸眼井流体的流速，m3/d；

q2——ICD完井后流体的流速，m3/d；

kh——水平方向渗透率，mD；

kv——垂直方向渗透率，mD；

h——油层有效厚度，m；

Δp——生产压差，MPa；

μo——地层原油粘度，mPa·s；

Bo——地层原油体积系数，m3/m3；

re——油井供液半径，m；

L——水平井段长度，m；

rw——油井半径，m；

ρ——流体的密度，103kg/m3；

Ac——限流阀的过流面积，m2；

Cc——限流阀的无量纲流动系数，一般为0.85。

在数模软件中，可以通过调整井筒与地层之间的传导率，来等效模拟ICD完井设置。也就是调节公式（5）中的kh和kv，使得公式（6）中的q2′与q2相等，即达到了等效设置的目的。

进行等效设置后，对比设置了ICD和调整传导率的生产曲线，发现日产油、含水率、累产油等参数基本一致（图2）。因此认为该方式可以有效地对ICD进行等效处理。

图2 ICD完井与调整传导率的产量剖面对比

在进行等效ICD模拟后，继续在Petrel RE中进行AICD完井设置。用这种方式，即等效ICD结合AICD模拟的方式，完成了C-AICD的模拟。

图3 为裸眼完井和C-AICD完井的过井剖面，显示属性为含水饱和度。由裸眼完井的过井剖面可以看到明显的脊进现象。进行C-AICD完井设置后，水平井的底水脊进现象明显受到抑制。模拟结果可以较好地表征C-AICD的效果，并进行效果预测，有效指导油田后续措施。

图3 裸眼完井和C-AICD完井的过井剖面

裸眼完井与C-AICD完井的产量剖面如图4所示，由图上看到，日产油得到明显提升，含水率上升速度明显下降，累产油提升50%以上。

图4 裸眼完井与C-AICD完井的产量剖面对比

2 应用

南海东部地区L油田X油藏水平渗透率500～1000mD，垂直渗透率50～100mD，孔隙度0.26，综合压缩系数0.001605MPa-1，油体积系数1.047，水体积系数1.050，地层原油粘度4～11mPa·s，地面原油密度0.90×103kg/m3，油藏厚度7m。

该油藏的D1井采用C-AICD完井后，生产曲线见图5，取得了较好的控水效果。

图5 D1井生产曲线

3 结论

（1）针对C-AICD无法直接进行模拟的情况下，提出用改变传导率的方式来等效模拟ICD，并结合在软件中设置AICD的方式，达到模拟C-AICD的目的。

（2）根据水平井裸眼完井产量公式以及ICD限流阀产生的压降，推出ICD完井的水平井产量公式，并依此来改变传导率，达到模拟ICD的目的。通过对比模拟ICD和改变传导率的方式，日产油、含水率、累产油等生产参数基本一致，说明等效方式合理。

（3）在L油田中的D1采用了C-AICD进行完井后，取得了较好的控水效果。