第51卷第1期 辽 宁 化 工 Vol.51，No.1 2022年1月 Liaoning Chemical Industry January，2022
收稿日期： 2021-03-03
国内外水平井智能控水技术研究进展
贾永康，刘光普，王晓龙，王硕，李晓伟
（中海油田服务股份有限公司， 天津 300450）
摘 要： 随着开发的延长，水平井开发高含水问题尤为凸显，稳油控水难度日趋加大。国内外学者聚焦水平井控水研究，提出多项筛管完井控水技术，笔者通过充分调研与对比，整理出浮片式智能分流装置、流速控制阀（RCP）控水技术、自动流入控制阀（EquiFlow）控水技术和“Y”型导流装置控水技术等，介绍装置结构及控水原理，为水平井智能控水技术的进一步研究提供方向。 关 键 词：智能化；控水；水平井；管柱
中图分类号：TE358.3 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2022）01-0075-04
目前，国内大部分油田都已进入中高含水期，生产井随含水升高产量迅速下降。有些油井开采不久甚至刚投产就见水，使采油效益受到很大影响。水平井的应用在很大程度上提高了油井的生产效
率，但随油井见水暴露出来的问题也日益突出［1-3］
。
水平油井开发较直井而言，出水机理更为复杂，目前尚无经济有效的定位找水技术。常用的分段封隔技术的成败主要依赖于精确的找水成果；传统的ICD 控水技术仍停留在非智能状态，无法根据井下状态实时调控。针对这些局限，国内外学者结合流体力学、机械自动化等理论，改进完井控水装置，根据油水流动特性改变流动通道大小，实现智能控水增油的目的，为解决水平井高含水问题提供一种
全新工艺技术［4-5］
。
1 浮片式智能分流装置
M.P. Coronado 和R.K. Mody 等［6］
为改进被动型ICD 技术进行了探索，设计出一种利用平衡浮片装置，根据产出液变化自主改变流动通道大小。
浮片式智能控水装置（图1）采用特殊的重量平衡片设计，当产出液流体密度和油密度一致时，阀门保持开放；当产出流体密度显著异于标准油的密度时，阀门关闭。阀门开合完全取决于产出液密度。利用该原理，根据目标油气井的流体特性来调整平衡浮片敏感性范围，实现进油阻气（水）的目的。针对此装置开展了一系列低压多相流测试，比较成功地完成了控水分流作业，从此开启了自动化控水装置研发的探索之路。但仍存在着较为明显的局限性：可动式平衡浮片装置很容易出现故障，寿
命短；由于油水密度差别不大，对平衡浮片材料要求太高。
Open
Clod
图1 浮片式控水装置示意图
2 流速控制阀（RCP）控水技术
近十年，挪威石油公司(Statoil)及其他石油公司使用单分支和多分支水平井以增大与油藏的接触面积，在很大程度上提高了油井的生产效率。
同时，应用水平井很容易造成水过早突破［7-9］
，进而影响到油藏的最终采收率。20世纪90年代，井下流量控制装置(ICD)和井下流量控制阀(ICV)的出现为更好地解决井下流量控制、实现均衡排液提
供了一种新的途径［10-11］
。但考虑其局限性，挪威石油公司研制了新型自助式AICD 装置——流速
控制生产阀(RCP)［12-13］
，通过流体黏度不同调节流动通道大小，在油井气、水突破后，可实现自动、实时控水（气）增油的功能。
RCP 控水阀（图2）只包含一个可活动部件——浮盘［14］
，其位置高低取决于流体的属性及油藏环境。产出液流入过程符合能量守恒，无需人工干预，无需提供电力或水动力，黏度高的流体（油）流速慢，浮盘上方流体动能小、势能大，推动浮盘向下运动，让黏度高的流体更容易的通过；黏度低的流
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体（水/气）流速快，浮盘上方流体动能大、势能小，浮盘被向上推动，让黏度小的流体更难通过。一般情况下，每个防砂筛管安装1个RCP 阀（图3），较长防砂段可安装3~4个控制阀。
地层流体
图2 RCP 阀示意图
该装置具有均衡排液、选择性节流、分离油水等优势，但当施加在浮盘上的力超过其承受极限时，该部件就会损坏，因此该装置设计需考虑材料的耐压性能是否满足油藏具体压力及井筒生产变化情
况。
图3 安装RCP 阀的水平井段示意图
3 自动流入控制阀（EquiFlow）控水
技术
EquiFlow 水平井流入装置是美国哈里伯顿石油
公司针对水平井智能控水研发出的产品［15-16］
，通过调配地层流体在井筒的流入状态来提高水平井防砂效果和开采效率。该控制阀为一体型设计，不含移动部件和弹性材料（图4）
。
图4 EquiFlow 水平井流入装置示意图
地层流体由对称的两个入口进入装置，由同一
出口流出。每个入口处流体沿切线方向流入，途中有径向直达出口的豁口。主流道流体沿切向流入限流器，相对限流器中心出口具有一个很大的转动惯量，流体将随着其不断接近出口而开始高速旋转。而分支流道流体沿径向流入限流器，相对限流器出口几乎没有转动惯量，流体将沿最短的路径直接流向出口。这两股流体将会互相影响、混合，并产生不同的限流结果。当黏度较大的油流入装置时，分支流道流量较大，对流场产生影响更大，并带动混合液直接流向出口，此时限流作用最小；当黏度较小的气、水流入流道时，主流道流量增大，而分支流道流量减小，此时旋流作用增强，并带动混合液高速旋转，此时限流作用最大，从而达到自主控水
增油的效果［17-18］
。
图5 EquiFlow 水平井流入装置与井下工具组合示意图
这项控水技术在国内外一些油田进行了应
用［19-22］，并取得了一定效果。该控制阀具备如下优点：（1）EquiFlow AICD 装置较平衡片与浮动盘设计，结构一体化，更为稳固，大大降低了装置本身因重复活动调节而产生零部件损耗，同时对井下复杂生产状况适应性更强，保养成本与使用寿命有很大优势，经济效益显著；（2）该装置外部由
手掌大小的碳钨合金材质镶嵌设计，结构紧凑。阀门部位安装设计高度与管柱直径相匹配，无冗余突出部位，有效的保证组合管柱入井。阀门使用的数量是根据用户的需求，便于匹配井下工具。
4 “Y”型导流装置控水技术
曾泉树、汪志明等［23-24］
在EquiFlow AICD 装置研究的基础上，提出一种新型自主限流装置。考虑了切向进入与径向进入两种方式，设计Y 型入口，增加入口数量，优选出最佳装置设计，在其原有优势基础上，克服黏度适用范围小的局限性。对于径向连接方式，流速较低时，更多流体进入分支流道直达出口；流速较高时，更多流体进入主流道
浮盘
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产生旋流作用，从而达到限流目的。对于切向连接方式，主流道与分支流道进入的流体所携带的转动惯量方向相反，在限流器某一位置汇合时其转动惯量将会减弱甚至相互抵消，该装置正是利用两个方向流体转动惯量抵消程度来实现自主控水增油：流速较低时，不同流道的流量相当，其转动惯量将减弱甚至相互抵消，此时限流作用最小；流速较高时，主流道流量增大，分支流道流量减小，转动惯量
差值变大，此时旋流作用不断增强，限流作用也逐渐变大［25-26］。
通过流线数值模拟等手段得出如下结论：（1）切向连接方式的导流效果好于径向连接方式，但切向连接方式下流道长度大，油相压降大幅度增加导致油相黏度可用范围的缩小。因此，建议选用径向连接方式；（2）分支角越大，水相在限流器中的旋流效应越明显，产生的阻力越大。同时，分支角越大，导流器的流道长度越短，对油相产生的阻力越小。因此，油相黏度可用范围随分支角增大而扩大，然而受其自身尺寸的限制，分支角不能大于60°，因此60°为最佳分支角度；（3）3个Y形导流器情况下该装置既能具有较大的油水限流差异，又能充分利用限流器进行限流，因此，3个Y 形导流器数时对应的油相可用黏度上限最大；（4）该装置水压损失是油相的4 倍，具有较好的稳油控水能力，且对油相密度和黏度的适用范围均较广［27-29］。
5 结 论
1）在传统ICD/ICV控水技术发展较为成熟的基础上，水平井智能控水技术已经发展起来，形成了一些产品，并随着国内外推广应用逐步完善。
2）现阶段几种智能控水技术主要利用井下开采流体（油、气、水）流动特性的不同，结合机械改进装置，结构与材料不断优化，实现智能控水与经济效益共赢，国内外油田的应用探索也充分证实该项技术为解决水平井高含水难题提供了一种全新的工艺思路。
3）在水平井开发早期，可以以智能控水装置为核心，配套不同完井管柱，组成复合生产管柱，减少后期完善费用，提高产品利用率。
4）水平井控水智能化已成为大势所趋，并将集成地面调控、井下智能数采监测系统等多种手段，真正做到水平井生产的实时监测及压力、流量等的实时调整，最大程度地提高油田的采收率。 参考文献：
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Rearch Progress of Intelligent Water Control
Technology in Horizontal Wells
JIA Yong-kang, LIU Guang-pu, WANG Xiao-long, WANG Shuo, LI Xiao-wei
（China Oilfield Services Limited, Tianjin 300450, China）
Abstract: High water cut in horizontal wells is becoming more and more remarkable with the production time goes on, which makes it be more difficult to decrea water cut and enhance oil recovery. Domestic and foreign scholars focud on the rearch of horizontal well water control, and propod a number of screen completion water control technologies. Through thorough investig
ation and comparison, some water control technologies were discusd, such as floating-piece intelligent diversion device, flow rate control valve (RCP) water control technology, and automatic inflow control valve (EquiFlow) water control technology, "Y" type diversion device water control technology and so on. The device structure and water control principle were introduced, providing a proper direction for further rearch on horizontal well intelligent water control technology.
Key words: High water cut; Intelligent; Water control; Horizontal wells
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Disposal Technology of Refinery Sludge Reclamation and Its Application GUO Shu-jun1, QIU Yan-bo1, ZHOU Jian1, SONG Yi-liang1, MA Zhi-tao1,
YI Zhan-hui1, LI Wan-ming1,GONG Xin-yu1, LI Jia2
（1. Sewage Treatment Plant of PetroChina Jilin Petrochemical Company, Jilin City Jilin Province 132021, China;
2. Jilin City Jike Testing Technology Co., Ltd., Jilin City Jilin Province 132021, China）
Abstract: Sludge is the main by-product produced in the process of wage treatment, and the cost of sludge disposal has a large proportion in the total operating cost of wage treatment plants. How to properly and stably dispo the sludge with huge output and complex composition to realize resource utilization has become an important subject for the operation of environmental protection equipment and management of various refinery enterpris. Through the demonstration project operation verification, the carbon residue of refinery sludge dispod by "electroosmosis - sludge carbonization" can be ud as the power boiler raw material mixed auxiliary materials, and then the resource utilization can be realized.
Key words: Sludge; Electroosmosis; Carbonization; Sludge reclamation
