一種新型智能控水裝置的研制及油田應用

林德純，李 進，唐少鵬，徐 濤

(1.思達斯易能源技術<集團>有限公司，北京100028；2.中海石油<中國>有限公司天津分公司，天津300450)

1 典型智能控水裝置分析

1.1 閥門型控水裝置

流體通過裝有軸向彈簧阻尼結構的單項閥由地層進入采油管柱內，當地層流體的粘度較低時，流體通過閥門兩側的管道流過時，速度較快，因此動壓頭高，而靜壓頭低，所以閥門的正向壓力高，而背向壓力低，形成的壓差增大到一定程度，就會克服彈簧的彈力，使得閥門開度減小，直至關閉，從而達到限制較低粘度流通過的限流作用（圖1）。

1.2 旋流型控水裝置

當流體進入旋流型控水裝置時，被結構角分為兩路流道，一路沿直流道切向進入內腔，一路沿著分支流道切向進入內腔，由于內腔旋流腔和擋板的結構作用產生柯安達效應并形成正反兩向旋流，兩股流體旋轉方向相反，形成對流沖擊導致旋流結構破壞。使得流體產生分離和大量渦流，滯留在AICD 內腔而無法通暢地從出口流出，從而起到節流作用（圖1）。

圖1 旋流型控水裝置結構示意圖

1.3 浮板型控水裝置

浮板式型控水裝置內腔有一個圓盤形浮板，當流體粘度較低時，作用于浮板上表面的靜壓強小，作用于浮板下表面的靜壓強大，上下表面的靜壓強差將促使圓盤移動，進而減小過流面積，限制低粘度流體的流入。當流體的粘度較高時，經過圓盤形浮板上表面的流體流速慢，動壓頭低，靜壓頭高，浮動圓盤將向底座移動，進而增大過流面積，促使高粘度流體的流入。

2 新型智能控水裝置結構設計

2.1 控水原理

主要是根據伯努利方程，流體內總能為常量，公式如下：

伯努利定理的內容是：由不可壓、理想流體沿流管做定常流動時的伯努利定理知，流動速度增加，流體的靜壓將減??；反之，流動速度減小，流體的靜壓將增加。但是流體的靜壓和動壓之和，稱為總壓始終保持不變。

在總勢能的條件下，不同流體類型的壓力損失勢能各有不同：

流體粘度大，則壓力損失大，從而導致速度壓頭和靜壓頭小；

流體粘度小，則壓力損失小，從而導致速度壓頭和靜壓頭大。

當不同運動粘度的流體進入控水裝置以后，在內部活動部件——浮筒上下表面因速度差異產生的伯努利效應程度不同，粘度越大，伯努利效應越小，碟片的開關功能越小，粘度越大，伯努利效應越大，碟片的開關功能越大，實現流量調節功能。

2.2 控水裝置結構優選定型

對前述較為成熟的三種典型智能控水裝置結構及性能特征分析，綜合認為浮板式控水裝置在結構原理和實際應用的適用性方面最為適宜，在通過對其結構的進一步優化，開發出新型浮筒型智能控水裝置（表1，圖2）。

表1 不同類型智能控水裝置性能特點對比

圖2 新型浮筒型控水裝置結構示意圖

3 新型智能控水裝置性能測試

3.1 測試平臺

該性能測試平臺可以檢測新型智能控水裝置限水暢油性能,可通過單相或多相流體的節流效果測試對產品性能做出科學評價從而進一步指導產品研發和現場應用，該實驗室設備先進、操作規范、監測自動，包含：結構支撐系統、流體過濾存儲系統、流體輸送循環系統、計量測試系統、測控系統和油水分離六大系統。

3.2 測試結果

（1）測試驗結果顯示，新型控水裝置對水節流效能高。

（2）新型控水裝置對不同粘度原油具有良好的適用性。

（3）新型控水裝置具備智能限水功能（圖3）。

圖3 新型控水裝置不同粘度流體流量與壓差關系圖

4 新型智能控水裝置油田應用

4.1 應用井油藏分析

（1）儲層非均質性造成高滲透段底水錐進。水平段前段2632～2678m 是相對高滲透段，需要防范。水平段中段2745～2803m為高滲透段，需適度壓制。

（2）井筒軌跡與油水界面距離不同，造成的局部易見水。水平段尾段2871～2947m 向下傾伏，距離油水界面相對近，易見水。

4.2 控水優化設計

根據數值模擬、滲透率物性分布及井軌跡特征，設計4個遇水遇油膨脹封隔器，建立5個壓力倉。其中第一 隔 離 段（2632～2678m）及 第 三 隔 離 段（2745～2803m）壓制高滲透；第五隔離段（2870.9～2947m）防范低井軌跡（圖4）。

圖4 油藏特征與分段完井控水優化設計

4.3 控水增油效果評價

（1）含水率動態對比。

①生產早期率上升速率遠遠大于預測，說明油藏條件比預測的更加惡劣。

②4d后封隔器膨脹分隔倉建立，控水裝置發揮作用，高含水段得到壓制，含水率快速下降。

（2）日產油動態對比。

①初期日產油450m3至第三月末190m3，日產油呈逐漸遞減特點。

②在三個月生產期內，平均日產油趨勢量比預測高150m3（圖5）。

圖5 鉆前預測與鉆后實際日產油動態對比圖

（3）累積產油效益對比。

①三個月同開采周期條件下，鉆前預測累積產油僅為8872m3，鉆后實際累積產油17105m3，比鉆前預測高出8233m3，效益比達192.7%。

②同70%含水率條件下，鉆前預測累積產油5724m3，鉆后實際累積產油17105m3，比鉆前預測高出11381m3，效益比達298.8%。

5 總結

在充分消化吸收前人成果基礎上開發的新型智能控水裝置結構上有創新，實驗測試顯示其具備智能限水功能，同時對水節流效能高，對不同粘度原油具有良好的適用性。通過在珠江口盆地油氣井中應用，鉆前與鉆后實際效果對比顯示，試用井的含水率、日產油、累積油等多項效益指標比鉆前預測好，充分體現了新型智能控水裝置具有優秀的結構、良好的性能和控水增油實際效果。