AICD智能控水阀性能评价及应用.pdf

2023年10 月第3 9 卷第10 期石油工业技术监督Technology Supervision in Petroleum IndustryOct.2023Vol.39No.10AICD智能控水阀性能评价及应用莘怡成，张斌斌，高彦才，袁征，汪华珍中海油田服务股份有限公司（天津3 0 0 4 5 9）摘要自适应流入控制装置AICD依靠对流体黏度等的识别，自动调节过流通道的大小，抑制高产水段产量，进而减缓油井含水上升速度。目前海上油田选择使用AICD控水阀时没有理论依据去判断是否符合产量和生产压差的要求。因此，基于物模实验研究了油、水在不同流速下通过浮板型AICD控水阀时的压降大小，利用非线性回归方法，拟合控水阀压降数学模型。结果表明：AICD控水阀压降主要受流体密度、黏度、流速的影响，相同流速下，黏度越低含水率越高，流体通过AICD控水阀的压降越大，且随着流速增大，过阀压降呈指数增大。研究及应用成果为海上油田控水完井选阀提供了理论依据。关键词AICD；控水完井；非线性回归；稳油控水；压降模型D01:10.20029/j.issn.1004-1346.2023.10.005Performance Evaluation and Application of AICD Intelligent WaterControl ValveXIN Yicheng,ZHANG Binbin,GAO Yancai,YUAN Zheng,WANG HuazhenCnooc Oilfield Services Co.Ltd(Tianjin 300459,China)Abstract The adaptive inflow control device AICD relies on the recognition of fluid viscosity and so on to automatically adjust thesize of the flow channel,inhibit the production of the high-yield water section,and then slow down the water cut rise rate of the well.At present,there is no theoretical basis to judge whether it meets the requirements of production rate and production pressure differ-ence when choosing AICD water control valve in offshore oilfield.Based on physical model experiment,the pressure drop of oil andwater passing through AICD water control valve at different flow rates was studied,and the mathematical model of pressure drop ofAICD water control valve was ftted by the use of nonlinear regression method.The results show that the pressure drop of AICD watercontrol valve is mainly affected by fluid density,viscosity and flow rate.At the same flow rate,the lower the viscosity is,the higherthe water content is,the larger the pressure drop of fluid passing through AICD water control valve is,and the pressure drop over thevalve increases exponentially with the increase of flow rate.The research and application results provide a theoretical basis for valveselection in offshore oilfield water control completionKey words automatic inflow control device(AICD);water control completion;nonlinear regression;stabilize oil and control water;pressure drop model莘怡成,张斌斌，高彦才，等.AICD智能控水阀性能评价及应用 J.石油工业技术监督,2 0 2 3,3 9(10):2 2-2 5.XIN Yicheng,ZHANG Binbin,GAO Yancai,et al.Performance evaluation and application of AICD intelligent water control valveJJ.Technology Supervision in Petroleum Industry,2023,39(10):22-25.阻造成跟趾段压力存在差异，会导致沿井筒段地层0引言油水前缘剖面不同，特别是非均质地层，水平井在水平井因其具有更大的油藏接触面积和更小高渗段或跟部极易发生底水锥进-3，一旦见水，整的压降,能够充分发挥油井的产能,因此被广泛应个井筒会很快水淹，严重影响油井生产能力，降低用于海上油田的开发。水平井井段较长,井筒中摩油藏采收率。因此如何有效延长油井无水或低含收稿日期：2 0 2 3-0 1-16；修回日期：2 0 2 3-0 4-2 5作者简介：莘怡成（19 9 7 一），男，硕士，工程师，现主要从事海上油田控水完井工艺方向的研究工作。E-mail:莘怡成等：AICD智能控水阀性能评价及应用水采油期，降低油井含水上升速度是海上油田普遍面临的挑战14-9 。近年来，针对水平井控水方式方面的研究较多，机械控水方式主要包括：中心管控水、ICD/AICD控水、改性疏水颗粒调流控水、C-AICD复合控水等 10-16 。其中AICD控水是一种新型控水完井方式，可以根据产水量的大小自动调节阀板大小,降低油井含水率上升速度。但国内外针对AICD控水阀的研究主要集中在结构和油藏耦合模拟方法上，对于常用的浮板型AICD控水阀的过阀压降与流体物性、流速等的关系研究较少。因此本文在实验的基础上,研究AICD过阀压降模型,并结合南海某油田进行控水设计，评价控水效果。1浮板型AICD控水原理1.1浮板型AICD工作原理浮板式AICD控水阀原理U7-201是基于伯努利方程的流体机械能守恒定律，即动能+重力势能+压力势能等于常数，常数是指浮板上下的机械能是个常数。根据流体黏度与速度的关系，自动调节浮板上下运移，如图1所示。黏度高的流体流速慢，浮板上方流体动能小，势能大推动复盘向下运动，增大流体过流通道；黏度低的流体(如水和气)流速快，浮板上方流体动能大,势能小,浮板上移，减小过流通道。(a）油图1不同流体流过时浮板移动示意图1.2浮板型AICD压降模型目前国内外普遍通用的浮板型AICD控水阀压降模型表达式见式(1)2 1,过阀压降主要受流体密度、黏度、流量和阀的数量等影响。流体黏度越大、油、水流量/油相压差/(m/d)MPa20.0150.0580.20150.83从实验结果可以看出：在低流速条件下（流量5m/d),由于流量小,流速低,浮板上下压差小,对流体密度、黏度等不敏感,因此浮板型AICD对油、水过流阻力相近;当流量增大后(流量 5 m/d),水相黏度低、密度大，通过时浮板上方压强小，浮板上移，过流通道减小，水相过流压降增大；与水相比，煤油23：密度越小、流速越低，完井压降就越小。PmealaP=XaAICD(Peal八Mmix）（n）式中：aP 5 m/d),过阀压降远小于水相,表明在高流速下黏度是影响压降的主要因素。2.2压降模型参数优选非线性回归常用的方法是通过变量转换和对数变换，将非线性回归转化为线性回归，按照最小(1)Pm2Xq流量计?控水模拟装置水箱?压差计液体回收罐图2 控水阀测试流程图水相压差/MPa1.301.702.804.36(2)油相压差/MPa0.200.250.450.88:24二乘法的原理,求取表达式中的系数值,使模型与实验数据的误差平方和最小。因此对式(2)进行线性变换：InaP=lnaAicp+xlnq-ylnmi+ln令Y,为计算出的压降数值，q:、Y为实验测得的流量和压差，则：Y,=In aAcp+x ln q;-y lnmx+In9=Z(Y-Y)=根据最小二乘法的原理，分别对AICD 5 0%、流量 3 0 m/d时,压降明显增大。为防止地层出砂，油田普遍允许的最大完井压降在Pmix2100021000PmlkX2.247自由度1315mi.0.7%q35 MP a,因此AICD控水不适合已发生水淹的高(3)产量油井。5纯水实验数据纯永计算宿45mm控水阀(4)3210(5)0108J.=0.3f=0.4f=0.5一=0.6f=0.7 f=0.86f=0.9 f=1.04200注：f.为含水率图4 不同含水率下的流体过阀压降2.3控水完井案例分析采用AICD阀进行控水完井时，除了要达到控水0.776的目的,还要满足油藏的配产要求,因此在进行控水方案设计前，需要按照产量初选控水阀孔径大小。以均方海上某口井A1H为例,该井下人13 9.7 mmAICD控水1.149筛管，进行机械控水完井，按照油藏要求投产后该井生产压差要控制在1.5 MPa以内，最大液量3 0 0m/d。水平段长度为3 0 0 m,考虑控水阀损坏、砂堵等情况，单阀平均产液量达到2 0 m/d，可以满足产能要求。按照产量与压差的关系图版，采用5 mm控水阀可以满足该井不同含水率时期的产量和生产2.247(6)纯油实验值纯油计算值510图3 不同流量下的过阀压降=0f=0.1 f=0.21020流量/(m/d)压差的要求。A1H井投产初期日产液14 7.8 7 m，日产油14 6m,含水率1.2 6%，井底流压9.7 8 MPa,生产压差0.9 7MPa,与油藏预测相比日产油提高了5 6 m,含水率降低了16.5%，投产一年后日产油16 6 m，含水率10%，控水增油效果显著。同层位相同构造位置的邻井A5H采用13 9.7 mm普通筛管砾石充填防砂完井，投产初期日产油8 0.2 m，含水率8.6%生产8 个月后日产油7.1m，含水率9 7%，证明设计合理的AICD控水15流量/(m/d)304020253050354060莘怡成等：AICD智能控水阀性能评价及应用完井能够有效抑制含水上升速度，提高采油量。3结论1)通过物理模拟实验，研究了浮板型AICD控水阀的压降模型，在流速较低时，油、水过阀压降相近，浮板型AICD控流效果较弱；随着流速增大，低黏流体通过AICD控水阀的流动阻力更大。2)相同流速下，含水率越高，流体通过AICD控水阀的压降越大；相同含水率条件下，随着流速增大，过阀压降也越大。3)基于5 mmAICD控水阀压降模型计算结果，该类型控水阀不适合已发生水淹的高液量油井的控水。拟合后的压降模型为海上油田选择大孔径AICD控水阀控水完井提供了理论依据和支撑，实验模拟及计算的方式为后续形成全尺寸、多结构的控水阀压降模型研究提供了借鉴意义。参考文献：1郭大立.底水油藏中水平井的水锥问题 .西南石油学院学报,19 9 5,17(4):119-12 3.2范子菲,傅秀娟,方宏光.底水驱动油藏水平井见水以后含水率变化规律研究 .中国海上油气(地质),19 9 5,9(3):213-220.3刘欣颖,胡平,程林松,等.水平井开发底水油藏的物理模拟试验研究 J.石油钻探技术,2 0 11,3 9(2):9 6-9 9.4】饶富培,董云龙,吴杰生,等.大港油田底水油藏水平井控水完井工艺 J.石油钻采工艺,2 0 10,3 2(3):10 7-10 9.5张林.底水油藏水平井分段完井控水优化研究 D.成都：西南石油大学,2 0 12.6张瑞霞,王继飞,董社霞,等.水平井控水完井技术现状与发展趋势 J.钻采工艺,2 0 12,3 5(4):3 5-3 7.7熊友明,刘理明,张林,等.我国水平井完井技术现状与发25展建议 J.石油钻探技术,2 0 12,4 0(1):1-6.8孙昕迪,白宝君.国内外水平井控水技术研究现状 J.石油勘探与开发,2 0 17,4 4(6):9 6 7-9 7 3.9贾宗毅.水平井完井控水控砂优化设计方法 D.青岛：中国石油大学(华东),2 0 18.10李洪山,王树强.水平井底水油藏变密度射孔技术优化研究 .油气井测试,2 0 0 8,17(3):4 2-4 4.11张舒琴,李海涛,韩歧清,等.中心管采油设计方法及应用J.石油钻采工艺,2 0 10,3 2(2):6 2-6 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