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SPE 167414

流量控制装置提高重油井产量

布兰登·利斯特，史蒂夫·格雷奇，迈克，金姆·桑顿，哈里伯顿

此文是为于2013年10月28号至30号在阿拉伯联合酋长国迪拜举行的石油工程师学会中东智能能源会议及展览而准备的演讲稿。

此文是SPE程序委员会为了展示二从原作者所提交的内容中挑选出来的摘要。本文的内容都没有经过石油工程师协会审查并通过作者更正。该材料不一定反映石油工程师协会的所有工作人员或会员的观点。电子复制，出版，或本文的任何部分存储未经石油工程师学会的书面同意，是禁止的。印刷复制不得超过300字的摘要;插图不得复制。摘要必须标明包含SPE著作权确认。

摘要

为了石油产量最大化，理想的是整个过程油均匀涌入。整个过程中每个区域油产出速度是不均匀的，这在早期油产出时可能不是那么显而易见。但他们成为问题时，水气突破。如果水气在选择区域突破，他们比油产出速度更快，这反过来会阻碍其余区域的石油产出速度。

储层各向异性或者跟趾效应可以引起区域之间的流速差异，并且在重油井中，这些差异可能更大。粘性流体在储层和井眼流管中摩擦损失更多。因此，当低粘度水或者气体渗入时，将在锥进处形成快速通道，抑制其他位置的产油量。流入控制装置（ICDS）已发展到通过在产速高的区域创造额外的背压来均衡油的流入。使用ICDS可以延缓见水、见气，但是一旦有害液体渗入，传统的被动式ICDs不能维持流速均衡。

本文讨论了一种新的ICD，一个自主式流入控制装置（AICD），它在石油产出过程中作用和被动式ICD相仿并且可以用来平衡储层流入。与被动式ICD不同的是，当不需要的流体（水，气）流经的ACID，它们流道不一样，由此产生一个高的压降。当有害液体渗入时，这种性质可用来限制有害液体的流动，使石油在一个井的其他区域继续以最大速率产出。

被动式ICDs与自适应ICD的整个工作过程的仿真对比会在一个独立显示屏上展示。仿真结果将显示在过程中的每一步都有明显的区别，它将突出ICD提供的好处和源于使用AICD而得到更大的好处，无论在陆地还是海洋。

介绍

在一个典型的贮存器的早期生命中，有效的自然能量被存储在流体中来生产碳氢化合物以便浮出。如果气体和/或水是天然存在的，他们可以帮助驱油从储。这个过程被称为一个溶液气驱，气顶驱动器和/或水驱。当自然能源（主要回收）不再足以驱动碳氢化合物出井，运营商转向人工举升和二次采油方法，如水或气注射计划，以提高油气采收率。第三方法如化学或热注入使用在某些特定非常规井活在任由他们自生自灭后作为初次和第二次回收的替代品。

无论钻孔模式，完成型，经营理念，或任何机油的回收方法，最终目的是尽可能回收碳氢化合物并且尽可能有效地执行。增加效率的一个方法的是水平井的钻孔，这种方法越来越普遍。这不是一个新的技术，并且事实上水平钻井模式在1900年之前就被提出来了。相比于垂直井，水平井的产油速度是垂直井的三至五倍。这足够弥补水平井的较高钻井和完井成本。水平井也使海上钻井是经济可行的，允许20个或更多井钻用同样的钻机（天然气非营利组织，2011年）。由于水力压裂的最新进展启用的非常规天然气和油页岩开发的增长，如今在美国大约三分之二的钻井都是水平井（威廉姆斯，2012）。

水平井的一个主要好处是，当气帽和/或水的出现时，水平井通过在更大的区域排除存储器有助于防止有害流体的水/气锥出现。参见图1流入控制装置（ICD）的已成为一种常见的技术，以进一步提高水平井的性能，尤其是当水平井变得更长，并有更多区域需要排水。参见图2在具有相对恒定的渗透率和流体饱和度的均匀油库，由于沿长管道压力损失，水平井跟部将具有较高的压降和流体流入相比于井趾部。在异质井，因为高渗透性条纹让液体流动比低渗透带区域快得多，液体不均匀会变得更糟。

图1 - 水平井减少气体和水锥进入直井的效应

图2 - 传统水平井流量流入不均衡（左）与ICD水平井流均平衡（右）

图3 - 无区域隔离竣工有横流（左）与膨胀封隔器防止区域间的横流（右）

ICDs应用于油田生产自90年代中期（马德森，1997年）并且通常与膨胀封隔器分割井孔和创建分区隔离。该膨胀封隔器防止包围生产管的环形空间相邻区域之间横流，如图3所示。ICD在这个过程中创造了一个在依赖于压降的速度，以抵消水平井中井管的摩擦损失和穿过储层的水位降低各向异性。在水平井中ICD常用于水注入以创造平流进入储层，如图4所示。ICD完成被设计在需要情况下容纳更高注入到一个特定的区域。 ICD的注水情况历史描述成SPE-160159（库克等人2012）。

传统的被动式ICD包括喷嘴式，导管式，螺旋流道式和迷宫流道式。每个依赖于不同的势能转换方法来加热和产声，以产生所需的压降，通常使用摩擦基于水头损失（流体通过导管），动量变化水头损失（流体通过孔和喷嘴，在方向上的变化），或两者的组合。SPE-146347比较这三种工具类型及其公式来表征流体性能（劳里岑氏等人，2011年）。

AICDs是新一代的ICDs，自主ICD是一个流量控制设备，其中所述方法用于势能转换装置中的流体的是取决于流体或其他性质的组合物，例如密度，粘度，或流速。这可以通过改变流体的流路或改变流路的几何结构的控制属性的函数来实现。一个AICD对有害流体提供额外的限制，并且执行这种限制无需表面的任何连接或远程启动和操作者任何干预。

一个众所周知的AICD在论文SPE-167415（弗里普等人，2013）中描述的流体二极管型AICD。图6展示了流体二极管类型AICD的一种变体的油流路。这种类型AICD的几个变型的流动性能在SPE 160165（2012年利斯特等人）和SPE 166285（利斯特人2013）描述了。该设备的案例历史在SPE166495（利斯特等人，2013）描述了。AICD的另一种类型是速度控制生产（RCP）阀AICD，这在论文SPE 145737（马修森等人，2011）叙述了且在SPE 159634（哈尔沃森和埃尔斯佩斯，2012）中案例历史记载。使用浮动挡板概念控制气体突破第三种类型的AICD在SPE 102208（克劳等人，2006）描述了。井下压力补偿流量调节器为了注水在JCPT 66-03-05（卡斯特罗和奥登，1966）描述，流量控制ICD 在SPE 122824和专利US 20110067878（安东尼和哈兰德，2009年）描述了。

与ICDs类似，智能井也提供储层流量控制。关键的区别是智能油井需要允许操作者控制进流控制设置的控制线路。此设置可以像开关一样简单，允许多个限制级别设置。传统被动式ICD常常有多个限制的设置，但设置必须在孔运行之前被选择并且一旦它运行就不能改变。这通常被称为“现场调整”。虽然智能完井不是本文的重点，但是为流量控制提及他们是非常重要的。有几篇出版论文描述被动式ICD的选择方法以及智能完井（劳里岑等人和克莱斯等人，2011）。为了多边井相结合的主动和被动技术的一个有趣的方案是智能完井控制多边管，同时在每个管脚处安装被动式ICDs。

图5比较见水后ICD和AICD完整过程。在这个例子中最后通过AICD的水流动相比于ICD在该区域创造了更大的限制。

本文将重点放在比较被动式ICDs和AICD在重油的使用，以便标准开槽或钻孔罩或独立屏幕的落成。

重油在学术上没有下定论，并且术语在地区和运营商中的使用各不相同。已经明确是重油与轻油相比有更高的粘度和比重，但是两者的区分线不明确。表1提供了一些定义和来源。

表1 - 重油的定义和引用

图4 - ICDs可以用来为注入井均衡流量

图5 - 见水后流经一个典型的ICD和一个AICD完整流速呈现

图6 - 油流呈现通过这种3A流体二极管型AICD的流道

仿真分析及结果

稳态中，基于网络的井筒流动仿真软件被用来计算通过完井和近井筒区域的多相流体流量。完井和近井区域由可以通过流动通道相互连接的节点的分配之一来代表。完成细节详述与各流路的适当的压降相关，无论是形成，环或一范围的完整的路径。通过相互作用的井布置和容易选择内置压降相关的完整的组件，以及位置，长度，和完整配置对生产反应的影响容易建模。

该仿真关键投入包括：

bull;储层渗透率

bull;储层含水饱和简介

bull;储层流体性质

bull;关节完成长度/数量

bull;被引用时ICDs和AICDs的位置和严格的设置

bull;被引用时为区域分割膨胀封隔器的位置

此研究的第一步是建立适合于代表重油储层油藏模型。基于油藏仿真和案例历史经验，储层渗透率分布和流体性质被选为最能代表一个稠油井的指标。下一步是创建多个完整类型和水饱和度剖面，比较其不同场景下的完整响应。表2展示出了简单的测试程序矩阵。所有方案使用固定全部日产量6000桶油的表面流速。

表2 - 一个简单的完成型研究模拟矩阵

在研究中使用的关键流体性质如下：

bull;粘度=650厘泊

bull;RS=18立方英尺/桶

bull;泡点 100磅

bull;API 12

bull;气体比重=0.6

bull;温度=240°F

bull;PI=1300磅

图7展示出了井模型中使用的储层渗透率分布。图8和图9展示出了独立的屏幕（SAS），ICD和AICD完成原理图。为这项研究储层渗透率和变量进行了必要的修正。

纯油涌入的情况下由图10-12所示。图10展示了这个过程中的流体流入速度。ICD和AICD完成显示通量均衡作用，减缓某些区域和从其他区域提高生产。图11展示了通过储层时的水位降低。图12展示了这个过程的压降。注意到哪里储层渗透率高，相比于可见于跟趾摩擦效应伴随着轻微波动有相对平坦的水位降低剖面的SAS情况，ICD和AICD完成更高的压力差补偿，以便减少水位降低和均衡流速。

不同的水量减少情况如图13-16所示，图13展示了完井中见水后水量减少剖面。图14展示了这个过程中沿流道的流速变化。这里可以看出水区可以被ICD减缓，AICD效果还更好。图15展示了通过储层水位降低，当见水时水比粘性重油更容易通过储层。如图16所示，完井仿真可以抵消通过完井的水位降低这种流动性比例因素。

纯水方案是很简单，但完井已被添加的ICD和AICD的意义完仅在于储层石油的产量最大化，如果没有任何出现他们不能分离液体或魔法般的生产石油。图17-18展示了这种纯水场景。

图7 - 固定储层渗透率 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

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