CN111396027B - 水平井出砂出水剖面预测方法及防砂控水筛管优化设计方法 - Google Patents
水平井出砂出水剖面预测方法及防砂控水筛管优化设计方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及油气开采中的筛管防砂完井技术领域，具体是一种水平井出砂出水剖面预测方法及防砂控水筛管优化设计方法。本发明根据容易获取的电阻率测井资料、自然电位测井资料、自然伽马测井资料及声波时差测井资料，综合考虑了地层砂水产出协同关系，识别非均质生产层段中的高速入流及出砂位置和区域长度，明确进行控砂控水作业的重点设计目标位置，解决水平井笼统防砂控水的盲目性，提高经济效益，并且该方法简单易行，结果可靠。
Description
技术领域
本发明涉及油气开采中的筛管防砂完井技术领域，具体是一种水平井出砂出水剖面预测方法及防砂控水筛管优化设计方法。
背景技术
随着石油勘探开发技术的发展，采用水平井技术开发油气田，已经成为提高油田采收率和单井产量、开采剩余油、降低吨油成本的一项有效技术手段。水平井增大了井筒与油藏的接触面积，能更好的开发薄油层或垂向渗透力较大的油藏，在开采油气资源中的作用日趋重要。
疏松砂岩油藏水平井出水和出砂是两大棘手问题，水平井见水后会使得整个井筒短期内发生水淹，严重降低水平井开采效率。同时，水平井高速出水区域地应力较弱，地层细微砂砾易在流体冲刷剪切作用下发生剥落，通过地层流体的携带进入水平井生产层段井筒，造成井筒堵塞及设备损坏。
目前的水平井防砂控水领域存在的问题包括：(1)水平井长生产层段的出水剖面和出砂剖面具有非均质性，大量出水和出砂位置难以准确获取，因此难以根据出砂严重层段进行针对性防砂及控水施工，只能采用全层段笼统工艺，难以取得理想的综合防砂控水效果；(2)现有研究对砂水微观协同产出机制认知不足，导致长层段水平井的出水和出砂问题以及控水和控砂技术研究基本处于分而治之的局面，并且砂水防控缺乏目的性，全层段笼统控制措施增加渗流阻力、能量消耗和作业生产成本。
针对水平井砂水协同控制困难，目前水平井防砂控水一体化施工研究成果及现场应用以化学法为主。机械法防砂控水具有更高的稳定性及普适性，而通常情况下的防砂控水一体化施工直接将控水管柱和防砂管柱相连接。存在的问题包括：(1)缺乏专门设计的具有普适性的防砂控水一体化筛管；(2)筛管内部部件灵活性及替换性不足；(3)大多数较早防砂控水一体化筛管的控水部分均采用了ICD控水技术，不具有自适应性；(4)控水参数与控砂优化分离，缺少对防砂控水参数的综合优化设计。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足，提供一种水平井出砂出水剖面预测方法及防砂控水筛管优化设计方法，本发明根据容易获取的电阻率测井资料、自然电位测井资料、自然伽马测井资料及声波时差测井资料，综合考虑了地层砂水产出协同关系，识别非均质生产层段中的高速入流及出砂位置和区域长度，明确进行控砂控水作业的重点设计目标位置，解决水平井笼统防砂控水的盲目性，提高经济效益，并且该方法简单易行，结果可靠。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种水平井出砂出水剖面预测方法，包括以下步骤：
步骤1：获得目标井的生产层段电阻率测井资料、自然电位测井资料、伽马测井资料、储层总体的声波时差测井资料及含水率生产数据；
步骤2：根据电阻率测井资料，通过式①、②计算沿生产层段的电阻率系数，
ΔRi＝R0.45i-R2.5i ①
式①、②中，R0.45i为生产层位第i个深度点的0.45m梯度电阻率，Ω·m；R2.5i为生产层位第i个深度点的2.5m梯度电阻率，Ω·m；ΔRi为生产层位第i个深度点的电阻率差值；KRi为生产层位第i个深度点的电阻率系数，无量纲；ΔRmin为生产层段中最小电阻率差值；ΔRmax为生产层段中最大电阻率差值；
步骤3：根据自然电位测井资料，通过式③计算沿生产层段的自然电位系数，
式③中，Kspi为生产层位第i个深度点的自然电位系数，无量纲；SPi为生产层位第i个深度点的自然电位，mV；SPmin为生产层段最小自然电位，mV；SPmax为生产层段最大自然电位，mV；
步骤4：根据电阻率系数和自然电位系数，通过式④计算沿生产层段的拟渗透系数，
式④中，Kpi为生产层位第i个深度点的拟渗透系数，无量纲；a为经验回归常数，无量纲，0.2≤a≤0.6；
以Kpi为纵坐标，以生产层段深度为横坐标，绘制Kpi随生产层段深度的曲线图，即得到拟渗透系数的分布图；
步骤5：根据自然伽马测井资料，通过式⑤计算沿生产层段的拟砂粒运移系数，
式⑤中，KSi为生产层位第i个深度点的拟砂砾运移系数，无量纲；GRi为为生产层位第i个深度点的自然伽马，API；GRmin为纯砂岩的自然伽马，API；GRmax为纯泥岩的自然伽马，API；Fw为含水率，无量纲；
以KSi为纵坐标，以生产层段深度为横坐标，绘制KSi随生产层段深度的曲线图，即得到拟砂粒运移系数的分布图；
步骤6：根据拟渗透系数、拟砂砾运移系数，通过式⑥、⑦计算砂水协同产出强度系数，
Ki＝AKpi+BKsi ⑥
式⑥中，Ki为生产层位第i个深度点的砂水协同产出强度系数，无量纲；A为水平井出水权重系数，无量纲，体现了水平井出水能力；B为水平井出砂权重系数，无量纲，体现了水平井出砂能力；
系数A、B满足：
A+B＝1 ⑦
A、B取值根据储层总体的声波时差测井资料Δtv综合判断：
当Δtv＜312μs/m时，A＝0.8，B＝0.2；
当312μs/m≤Δtv≤345μs/m时，A＝0.5，B＝0.5；
当Δtv＞345μs/m时，A＝0.2，B＝0.8；
以Ki为纵坐标，以生产层段深度为横坐标，绘制Ki随生产层段深度的曲线图，即得到出砂出水剖面图。
本发明的技术方案还有：在步骤4中，a＝0.3。
相对于现有技术，本发明水平井出砂出水剖面预测方法的有益效果为：本发明提供的水平井出砂出水剖面预测方法，根据容易获取的电阻率测井资料、自然电位测井资料、自然伽马测井资料及声波时差测井资料，对生产层段出砂出水相关性进行了综合分析，能够用于识别非均质生产层段中的高速入流及出砂位置和区域长度，明确进行控砂控水作业的重点设计目标位置，为砂水协同控制设计提供参考，无需昂贵的井下测试作业。
本发明还提供了一种防砂控水筛管优化设计方法，包括以下步骤：
步骤1：以10m为单元将水平井水平段划分为多个层段单元，根据权利要求1或2所述的出砂出水剖面图，对各层段单元的风险等级进行评价：
对于K≥0.4的层段单元，评价为出砂出水高风险区；
对于0.4＞K≥0.3的层段单元，评价为出砂出水中风险区；
对于K＜0.3的层段单元，评价为出砂出水低风险区；
K为砂水协同产出强度系数；
步骤2：设计防砂控水筛管，所述防砂控水筛管包括基管、节流控制器、挡砂介质和护罩，所述挡砂介质同轴套设于基管的外部并形成环空，所述护罩同轴套设于挡砂介质外部；所述环空内设有控水单元，所述控水单元包括安装孔组和导流板组，所述安装孔组包括三个沿基管周向均设在基管上的安装孔，所述节流控制器通过安装孔与基管的内部连通，未安装所述节流控制器安装孔通过堵头封堵，所述导流板组包括三个沿环空周向均设的导流板，所述导流板采用吸水膨胀橡胶材质，所述导流板的截面呈与环空匹配的扇环形；
所述防砂控水筛管根据该层段单元内存在的大于2米的最高风险区等级进行设计；
在设计使用于出砂出水高风险区的防砂控水筛管中，所述控水单元包括一组控水单元，所述挡砂介质包括X层滤网；
在设计使用于出砂出水中风险区的防砂控水筛管中，所述控水单元包括沿基管轴向间隔5m设置的两组控水单元，所述挡砂介质包括Y层滤网；
在设计使用于出砂出水低风险区的防砂控水筛管中，所述控水单元包括沿基管轴向间隔3.3m设置的三组控水单元，所述挡砂介质包括Z层滤网；
X＞Y＞Z；
通过式⑧计算每个所述控水单元内的节流控制器数量，
式⑧中，对N四舍五入后取整即为每个所述控水单元内的节流控制器数量，不安装节流控制器的安装孔通过堵头封堵；在出砂出水高风险区中，
为该层段单元内的平均拟渗透系数；在出砂出水中风险区或出砂出水低风险区中，
为相邻两个所述安装孔组之间的平均拟渗透系数，无量纲；
步骤3：通过扶正器将防砂控水筛管安装在油管中对应的出砂出水风险区中，通过皮碗封隔器封隔各出砂出水风险区，完成生产层段中防砂控水一体化完井管柱的整体布局。
本发明的技术方案还有：在设计使用于出砂出水高风险区的防砂控水筛管中，所述导流板外圆弧的长度为5-7cm，其长度为基管长度的1/2-1/3；
在设计使用于出砂出水中风险区的防砂控水筛管中，所述导流板外圆弧的长度为4-6cm，其长度为相邻两个安装孔组之间距离的1/2-1/3；
在设计使用于出砂出水低风险区的防砂控水筛管中，所述导流板外圆弧的长度为3-5cm，其长度为相邻两个安装孔组之间距离的1/2-1/3。
本发明的技术方案还有：所述节流控制器为AICD流道型节流控制器，所述节流控制器的底面与基管的外圆面匹配。
本发明的技术方案还有：所述节流控制器包括壳体和入流管；所述壳体呈由一空心圆柱绕一中心轴线折弯而成的圆弧状，所述空心圆柱的轴线与所述中心轴线相交并垂直；所述壳体的底部中心设有流体出口，所述流体出口通过安装孔与基管内部连通；所述入流管包括主流道和支流道，所述主流道的一端设有流体入口并且其另一端与壳体连接，所述主流道沿空心圆柱的切向设置并且垂直于所述中心轴线，所述支流道分别连接主流道和壳体并沿空心圆柱的径向设置。
本发明的技术方案还有：所述壳体内部围绕流体出口设有多个隔板。
本发明的技术方案还有：所述节流控制器包括两组入流管，在沿壳体轴向的视图中，两组入流管的投影关于壳体投影的中心对称。
本发明的技术方案还有：所述壳体投影的半径为主流道直径的五倍，所述主流道与支流道之间的夹角为30°。
本发明还提供了一种防砂控水筛管，所述防砂控水筛管包括基管、节流控制器、挡砂介质和护罩，所述挡砂介质同轴套设于基管的外部并形成环空，所述护罩同轴套设于挡砂介质外部；所述环空内设有控水单元，所述控水单元包括安装孔组和导流板组，所述安装孔组包括三个沿基管周向均设在基管上的安装孔，所述节流控制器安装在环空内并且通过安装孔与基管的内部连通，未安装所述节流控制器的安装孔通过堵头封堵，所述导流板组包括三个沿环空周向均设的导流板，所述导流板采用吸水膨胀橡胶材质，所述导流板的截面呈与环空匹配的扇环形；
所述节流控制器包括壳体和入流管；所述壳体呈由一空心圆柱绕一中心轴线折弯而成的圆弧状，所述空心圆柱的轴线与所述中心轴线相交并垂直；所述壳体的底部中心设有流体出口，所述流体出口通过安装孔与基管内部连通；所述入流管包括主流道和支流道，所述主流道的一端设有流体入口并且其另一端与壳体连接，所述主流道沿空心圆柱的切向设置并且垂直于所述中心轴线，所述支流道分别连接主流道和壳体并沿空心圆柱的径向设置。
相对于现有技术，本发明防砂控水筛管优化设计方法的有益效果为：
(1)本发明提供的防砂控水筛管优化设计方法，根据出砂出水剖面图，评价生产层段的风险等级，明确进行控砂控水作业的重点设计目标位置，根据风险等级设计适用于该风险区的防砂控水筛管，解决水平井笼统防砂控水的盲目性，提高经济效益，并且该方法简单易行，结果可靠；
(2)本发明提供的防砂控水筛管优化设计方法中，导流板采用吸水膨胀橡胶材质，随含水量提高、流量增大而相应膨胀，加强对挡砂介质的支撑效果以增加挡砂介质的抗冲蚀能力，同时减小流动空间以起到控水作用；
(3)本发明提供的防砂控水筛管优化设计方法中，节流控制器基于油水物性差异，巧妙的通过特定的流道结构控水稳油，并根据产出流体的情况，自动调节附加阻力，具有智能识别流体，自主限制水流入，无需人工操控和电力设备；其圆弧形设计使得节流控制器与基管外圆面良好贴合，不需要在基管表面加工平面，降低了基管工艺难度，减少基管因表面形态变化而受到的腐蚀冲蚀效果；
(4)本发明提供的防砂控水筛管优化设计方法中，安装孔组包括三个沿基管周向均设的安装孔，节流控制器可通过安装孔与基管的内部连通，安装孔也可通过堵头封堵，从而可根据控水要求及增、减产要求灵活调整；
(5)本发明提供的防砂控水筛管优化设计方法，为提高疏松砂岩水平井综合防砂控水效果提供了一条有效途径，通过对非均质地层出水出砂情况进行风险评价，给出一种综合性、参数化的防砂控水设计方法，有助于解决长层段水平井砂水协同控制难题。
附图说明
图1为实施例中防砂控水筛管的半剖图；
图2为沿图1中A-A向的剖视图；
图3为沿图1中B-B向的剖视图；
图4为实施例中导流板的状态参考图；
图5为实施例中节流控制器与基管的装配图；
图6为实施例中节流控制器的立体图；
图7为实施例中节流控制器的主剖图；
图8为实施例中节流控制器的左剖图；
图9为实施例中安装孔的状态参考图；
图10为实施例中节流控制器内流体流量与压降关系图；
图11为实施例中节流控制器与现有喷嘴型调流控水装置的流体与压降关系对比图；
图12为实施例中CFD模拟水油流动速度对比图；
图13为实施例中CFD模拟水油流动压力对比图；
图14为实施例中设计使用于出砂出水高风险区的防砂控水筛管的结构示意图；
图15为实施例中设计使用于出砂出水中风险区的防砂控水筛管的结构示意图；
图16为实施例中设计使用于出砂出水低风险区的防砂控水筛管的结构示意图；
图17为实施例中防砂控水一体化完井管柱结构示意图；
图18为实施例中电阻率测井曲线；
图19为实施例中自然电位测井曲线；
图20为实施例中自然伽马测井曲线；
图21为实施例中生产层段出砂出水剖面图；
图22为实施例中1964.5-1974.5m段层段单元的拟渗透指数变化。
图中：1、出砂出水高风险区，2、出砂出水中风险区，3、出砂出水低风险区，4、防砂控水筛管，5、基管，6、节流控制器，7、挡砂介质，8、护罩，9、环空，10、安装孔，11、堵头，12、导流板，13、扶正器，14、油管，15、皮碗封隔器，16、壳体，17、流体出口，18、主流道，19、支流道，20、流体入口，21、隔板，22、丝堵。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面根据附图对本发明具体实施方式作进一步说明。
实施例，某油田某水平井防砂控水一体化完井设计案例。该油田为疏松易出砂高产油藏，采用筛管防砂控水一体化施工完井。该油田某水平井生产层段长约110m。结合该油田的实际生产实践，该油田的部分高产井存在严重出水出砂现象。
首先，计算该生产层段的砂水协同产出强度系数并绘制沿生产层段变化曲线，即为出砂出水剖面图：
步骤1：如图18-20所示，获得该生产层段电阻率测井资料、自然电位测井资料、伽马测井资料、储层总体的声波时差测井资料及含水率生产数据，含水率Fw为60％，储层总体声波时差Δtv为340μs/m。
步骤2：根据电阻率测井资料，通过式①、②计算沿生产层段的电阻率系数，
ΔRi＝R0.45i-R2.5i ①
式①、②中，R0.45i为生产层位第i个深度点的0.45m梯度电阻率，Ω·m；R2.5i为生产层位第i个深度点的2.5m梯度电阻率，Ω·m；ΔRi为生产层位第i个深度点的电阻率差值；KRi为生产层位第i个深度点的电阻率系数，无量纲；ΔRmin为生产层段中最小电阻率差值；ΔRmax为生产层段中最大电阻率差值。
步骤3：根据自然电位测井资料，通过式③计算沿生产层段的自然电位系数，
式③中，Kspi为生产层位第i个深度点的自然电位系数，无量纲；SPi为生产层位第i个深度点的自然电位，mV；SPmin为生产层段最小自然电位，mV；SPmax为生产层段最大自然电位，mV。
步骤4：根据电阻率系数和自然电位系数，通过式④计算沿生产层段的拟渗透系数，
式④中，Kpi为生产层位第i个深度点的拟渗透系数，无量纲；a为经验回归常数，无量纲，a＝0.3；
以Kpi为纵坐标，以生产层段深度为横坐标，绘制Kpi随生产层段深度的曲线图，即得到拟渗透系数的分布图。
步骤5：根据自然伽马测井资料，通过式⑤计算沿生产层段的拟砂粒运移系数，
式⑤中，KSi为生产层位第i个深度点的拟砂砾运移系数，无量纲；GRi为为生产层位第i个深度点的自然伽马，API；GRmin为纯砂岩的自然伽马，API；GRmax为纯泥岩的自然伽马，API；Fw为含水率，本实施例中为60％；
以KSi为纵坐标，以生产层段深度为横坐标，绘制KSi随生产层段深度的曲线图，即得到拟砂粒运移系数的分布图。
步骤6：根据拟渗透系数、拟砂砾运移系数，通过式⑥、⑦计算砂水协同产出强度系数，
Ki＝AKpi+BKsi ⑥
式⑥中，Ki为生产层位第i个深度点的砂水协同产出强度系数，无量纲；A为水平井出水权重系数，无量纲，体现了水平井出水能力；B为水平井出砂权重系数，无量纲，体现了水平井出砂能力；
系数A、B满足：
A+B＝1 ⑦
储层总体的声波时差测井资料Δtv可以较好的反映岩性，体现储层总体出砂趋势。因此A、B取值根据储层总体的声波时差测井资料Δtv综合判断：
当Δtv＜312μs/m时，A＝0.8，B＝0.2；
当312μs/m≤Δtv≤345μs/m时，A＝0.5，B＝0.5；
当Δtv＞345μs/m时，A＝0.2，B＝0.8；
本实施例中Δtv＝340μs/m，因此A＝0.5，B＝0.5；
以Ki为纵坐标，以生产层段深度为横坐标，绘制Ki随生产层段深度的曲线图，即得到出砂出水剖面图，如图21所示。
然后，对该生产层段进行防砂控水筛管优化设计：
步骤1：由于防砂措施以筛管为最小单位，筛管短节长度在10左右，因此以10m为单元将水平井水平段划分为多个层段单元，根据权利要求1或2所述的出砂出水剖面图，对各层段单元的风险等级进行评价：
对于K≥0.4的层段单元，评价为出砂出水高风险区1；
对于0.4＞K≥0.3的层段单元，评价为出砂出水中风险区2；
对于K＜0.3的层段单元，评价为出砂出水低风险区3；
K为砂水协同产出强度系数。
步骤2：设计防砂控水筛管4，如图1-图3所示，所述防砂控水筛管4包括基管5、节流控制器6、挡砂介质7和护罩8，所述挡砂介质7同轴套设于基管5的外部并形成环空9，所述护罩8同轴套设于挡砂介质7外部。所述环空9内设有控水单元，所述控水单元包括安装孔组和导流板组，所述安装孔组包括三个沿基管5周向均设在基管5上的安装孔10，所述节流控制器6安装在环空9内并且通过安装孔10与基管5的内部连通，未安装所述节流控制器6的安装孔10通过堵头11封堵，所述导流板组包括三个沿环空9周向均设的导流板12，所述导流板12采用低膨胀率吸水膨胀橡胶材质，所述导流板12的截面呈与环空9匹配的扇环形。如图4所示，导流板12遇水后膨胀，支撑挡砂介质7形成一定的滤液腔以增强流体的流动，同时对油水起到一定的导流效果，自膨胀橡胶在高含水大流量条件下膨胀，加强对挡砂介质7支撑效果，防止护罩8受冲蚀变形，同时减小流动空间起到调流作用。
所述防砂控水筛管4根据该层段单元内存在的大于2米的最高风险等级进行设计使用。在本实施例中，按照上述原则，如图21所示，设计使用出砂出水高风险区1的防砂控水筛管4的层段单元为1954.5-1964.5(长度10m)和1994.5-2004.5m(10m)，合计总长20m；设计使用出砂出水低风险区3的防砂控水筛管4的井段单元为2034.5-2054.5m(长度20m)；其他区域设计使用出砂出水中风险区2的防砂控水筛管4。
如图14所示，在设计使用于出砂出水高风险区1的防砂控水筛管4中，所述控水单元包括一组控水单元，所述挡砂介质7包括4层滤网；所述导流板12外圆弧的长度为6cm，其长度为基管5长度的1/2-1/3。
如图15所示，在设计使用于出砂出水中风险区2的防砂控水筛管4中，所述控水单元包括沿基管5轴向间隔5m设置的两组控水单元，所述挡砂介质7包括3层滤网；所述导流板12外圆弧的长度为5cm，其长度为相邻两个安装孔组之间距离的1/2-1/3。
如图16所示，在设计使用于出砂出水低风险区3的防砂控水筛管4中，所述控水单元包括沿基管5轴向间隔3.3m设置的三组控水单元，所述挡砂介质7包括2层滤网；所述导流板12外圆弧的长度为4cm，其长度为相邻两个安装孔组之间距离的1/2-1/3。
通过式⑧计算每个所述控水单元内的节流控制器6数量，
式⑧中，对N四舍五入后取整即为每个所述控水单元内的节流控制器6数量，不安装节流控制器6的安装孔10通过堵头11封堵。在出砂出水高风险区中，
为该层段单元内的平均拟渗透系数；在出砂出水中风险区或出砂出水低风险区中，
为相邻两个所述安装孔组之间的平均拟渗透系数，无量纲。
在本实施例中，以1964.5-1974.5m层段单元为例，该层段单元使用出砂出水中风险区2防砂控水筛管4，基管5上从一端起，每隔5米围绕基管5设置一组控水单元，共2组。1964.5-1969.5m、1969.5-1974.5m层段单元的拟渗透系数Kp如图22所示，其平均值分别为0.53、0.57。根据式⑧得到，在1969.5米处的控水单元包括2个节流控制器6，1个堵头11；在1974.5米处的控水单元包括3个节流控制器6，1个安装堵头11。后期可根据控水要求及增、减产要求灵活调整控水单元内节流控制器6和堵头11的数量，如图9所示，其限流效果：安装堵头11(该处不产油不产水)>安装节流控制器6(限水稳油)>完全打开安装孔10(不限水不限油)。
步骤3：如图17所示，通过扶正器13将防砂控水筛管4安装在油管14中对应的出砂出水风险区中，通过皮碗封隔器15封隔各出砂出水风险区，完成生产层段中防砂控水一体化完井管柱的整体布局。
在本实施例中，所述节流控制器6为AICD流道型节流控制器，所述节流控制器6的底面与基管5的外圆面匹配，使得节流控制器6与基管7外圆面良好贴合，不需要在基管5表面加工平面，降低了基管5工艺难度，减少基管5因表面形态变化而受到的腐蚀冲蚀效果
具体的，如图5-8所示，所述节流控制器6包括壳体16和入流管。所述壳体16呈由一空心圆柱绕一中心轴线折弯而成的圆弧状，所述空心圆柱的轴线与所述中心轴线相交并垂直，空心圆柱为一虚拟特征，意在由此表示壳体16的形状。
所述壳体16的底部中心设有流体出口17，所述流体出口17通过安装孔10与基管5内部连通。
所述节流控制器6包括两组入流管，在沿壳体16轴向的视图中，两组入流管的投影关于壳体16投影的中心对称。所述入流管包括主流道18和支流道19，所述主流道18的一端设有流体入口20并且其另一端与壳体16连接，所述主流道18沿空心圆柱的切向设置并且垂直于所述中心轴线，所述支流道19分别连接主流道18和壳体16并沿空心圆柱的径向设置。
所述壳体16投影的半径为主流道18直径的五倍，所述主流道18与支流道19之间的夹角为30°。
所述壳体16内部围绕流体出口17设有多个隔板21。
根据CFD软件模拟，图10为节流控制器6在不同流速下对油水压降效果，可看出该设计能达到较好的控水稳油：不同流速下对水相所产生的压降远高于油相，且压降差随着流速的升高而上升。相对于现有节流控制器的压降对比如图11所示，可以看出该发明提供的节流控制器6具有更佳的控水稳油效果。
如图12所示，水经过节流控制器6的过程中流速明显更高，流速在壳体16处达到峰值，流体在圆柱形的壳体16处的高速流动能够在节流控制器6内产生较大的压降，从而实现对水的自适应控制。油经过节流控制器6的过程中，流速变化较平稳，无明显高速区。在流体入口20、流体出口17处流速较高且变化不大，而在主要产生附加摩阻的圆柱形的壳体16处的速度较低。
如图13所示，水流动过程中压力明显高于油，在圆柱形的壳体16处形成高压区，产生主要压力损失，这说明本实施例的节流控制器6对水有相对高的敏感性，能够促使低黏流体在圆柱形的壳体16内快速旋转，形成压力峰值区。油通过节流控制器6后各部分压力损失较均匀，压降过程较为平稳，说明对油具有平稳节流的作用，可控制高渗段快速产出。
上面结合附图对本发明的实施例做了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (10)
1.一种水平井出砂出水剖面预测方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：获得目标井的生产层段电阻率测井资料、自然电位测井资料、伽马测井资料、储层总体的声波时差测井资料及含水率生产数据；
步骤2：根据电阻率测井资料，通过式①、②计算沿生产层段的电阻率系数，
ΔRi＝R0.45i-R2.5i ①
式①、②中，R0.45i为生产层位第i个深度点的0.45m梯度电阻率，Ω˙m；R2.5i为生产层位第i个深度点的2.5m梯度电阻率，Ω˙m；ΔRi为生产层位第i个深度点的电阻率差值；KRi为生产层位第i个深度点的电阻率系数，无量纲；ΔRmin为生产层段中最小电阻率差值；ΔRmax为生产层段中最大电阻率差值；
步骤3：根据自然电位测井资料，通过式③计算沿生产层段的自然电位系数，
式③中，Kspi为生产层位第i个深度点的自然电位系数，无量纲；SPi为生产层位第i个深度点的自然电位，mV；SPmin为生产层段最小自然电位，mV；SPmax为生产层段最大自然电位，mV；
步骤4：根据电阻率系数和自然电位系数，通过式④计算沿生产层段的拟渗透系数，
式④中，Kpi为生产层位第i个深度点的拟渗透系数，无量纲；a为经验回归常数，无量纲，0.2≤a≤0.6；
以Kpi为纵坐标，以生产层段深度为横坐标，绘制Kpi随生产层段深度的曲线图，即得到拟渗透系数的分布图；
步骤5：根据自然伽马测井资料，通过式⑤计算沿生产层段的拟砂粒运移系数，
式⑤中，KSi为生产层位第i个深度点的拟砂砾运移系数，无量纲；GRi为为生产层位第i个深度点的自然伽马，API；GRmin为纯砂岩的自然伽马，API；GRmax为纯泥岩的自然伽马，API；Fw为含水率，无量纲；
以KSi为纵坐标，以生产层段深度为横坐标，绘制KSi随生产层段深度的曲线图，即得到拟砂粒运移系数的分布图；
步骤6：根据拟渗透系数、拟砂砾运移系数，通过式⑥、⑦计算砂水协同产出强度系数，
Ki＝AKpi+BKsi ⑥
式⑥中，Ki为生产层位第i个深度点的砂水协同产出强度系数，无量纲；A为水平井出水权重系数，无量纲，体现了水平井出水能力；B为水平井出砂权重系数，无量纲，体现了水平井出砂能力；
系数A、B满足：
A+B＝1 ⑦
A、B取值根据储层总体的声波时差测井资料Δtv综合判断：
当Δtv<312μs/m时，A＝0.8，B＝0.2；
当312μs/m≤Δtv≤345μs/m时，A＝0.5，B＝0.5；
当Δtv>345μs/m时，A＝0.2，B＝0.8；
以Ki为纵坐标，以生产层段深度为横坐标，绘制Ki随生产层段深度的曲线图，即得到出砂出水剖面图。
2.根据权利要求1所述的水平井出砂出水剖面预测方法，其特征在于：在步骤4中，a＝0.3。
3.一种防砂控水筛管优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：以10m为单元将水平井水平段划分为多个层段单元，根据权利要求1或2所述的出砂出水剖面图，对各层段单元的风险等级进行评价：
对于K≥0.4的层段单元，评价为出砂出水高风险区(1)；
对于0.4＞K≥0.3的层段单元，评价为出砂出水中风险区(2)；
对于K＜0.3的层段单元，评价为出砂出水低风险区(3)；
K为砂水协同产出强度系数；
步骤2：设计防砂控水筛管(4)，所述防砂控水筛管(4)包括基管(5)、节流控制器(6)、挡砂介质(7)和护罩(8)，所述挡砂介质(7)同轴套设于基管(5)的外部并形成环空(9)，所述护罩(8)同轴套设于挡砂介质(7)外部；所述环空(9)内设有控水单元，所述控水单元包括安装孔组和导流板组，所述安装孔组包括三个沿基管(5)周向均设在基管(5)上的安装孔(10)，所述节流控制器(6)安装在环空(9)内并且通过安装孔(10)与基管(5)的内部连通，未安装所述节流控制器(6)的安装孔(10)通过堵头(11)封堵，所述导流板组包括三个沿环空(9)周向均设的导流板(12)，所述导流板(12)采用吸水膨胀橡胶材质，所述导流板(12)的截面呈与环空(9)匹配的扇环形；
所述防砂控水筛管(4)根据该层段单元内存在的大于2米的最高风险区等级进行设计；
在设计使用于出砂出水高风险区(1)的防砂控水筛管(4)中，所述控水单元包括一组控水单元，所述挡砂介质(7)包括X层滤网；
在设计使用于出砂出水中风险区(2)的防砂控水筛管(4)中，所述控水单元包括沿基管(5)轴向间隔5m设置的两组控水单元，所述挡砂介质(7)包括Y层滤网；
在设计使用于出砂出水低风险区(3)的防砂控水筛管(4)中，所述控水单元包括沿基管(5)轴向间隔3.3m设置的三组控水单元，所述挡砂介质(7)包括Z层滤网；
X＞Y＞Z；
通过式⑧计算每个所述控水单元内的节流控制器(6)数量，
式⑧中，对N四舍五入后取整即为每个所述控水单元内的节流控制器(6)数量，不安装节流控制器(6)的安装孔(10)通过堵头(11)封堵；在出砂出水高风险区中，
为该层段单元内的平均拟渗透系数；在出砂出水中风险区或出砂出水低风险区中，
为相邻两个所述安装孔组之间的平均拟渗透系数，无量纲；
步骤3：通过扶正器(13)将防砂控水筛管(4)安装在油管(14)中对应的出砂出水风险区中，通过皮碗封隔器(15)封隔各出砂出水风险区，完成生产层段中防砂控水一体化完井管柱的整体布局。
4.根据权利要求3所述的防砂控水筛管优化设计方法，其特征在于：
在设计使用于出砂出水高风险区(1)的防砂控水筛管(4)中，所述导流板(12)外圆弧的长度为5-7cm，其长度为基管(5)长度的1/2-1/3；
在设计使用于出砂出水中风险区(2)的防砂控水筛管(4)中，所述导流板(12)外圆弧的长度为4-6cm，其长度为相邻两个安装孔组之间距离的1/2-1/3；
在设计使用于出砂出水低风险区(3)的防砂控水筛管(4)中，所述导流板(12)外圆弧的长度为3-5cm，其长度为相邻两个安装孔组之间距离的1/2-1/3。
5.根据权利要求3或4所述的防砂控水筛管优化设计方法，其特征在于：所述节流控制器(6)为AICD流道型节流控制器，所述节流控制器(6)的底面与基管(5)的外圆面匹配。
6.根据权利要求5所述的防砂控水筛管优化设计方法，其特征在于：所述节流控制器(6)包括壳体(16)和入流管；所述壳体(16)呈由一空心圆柱绕一中心轴线折弯而成的圆弧状，所述空心圆柱的轴线与所述中心轴线相交并垂直；所述壳体(16)的底部中心设有流体出口(17)，所述流体出口(17)通过安装孔(10)与基管(5)内部连通；所述入流管包括主流道(18)和支流道(19)，所述主流道(18)的一端设有流体入口(20)并且其另一端与壳体(16)连接，所述主流道(18)沿空心圆柱的切向设置并且垂直于所述中心轴线，所述支流道(19)分别连接主流道(18)和壳体(16)并沿空心圆柱的径向设置。
7.根据权利要求6所述的防砂控水筛管优化设计方法，其特征在于：所述壳体(16)内部围绕流体出口(17)设有多个隔板(21)。
8.根据权利要求6所述的防砂控水筛管优化设计方法，其特征在于：所述节流控制器(6)包括两组入流管，在沿壳体(16)轴向的视图中，两组入流管的投影关于壳体(16)投影的中心对称。
9.根据权利要求6所述的防砂控水筛管优化设计方法，其特征在于：所述壳体(16)投影的半径为主流道(18)直径的五倍，所述主流道(18)与支流道(19)之间的夹角为30°。
10.一种防砂控水筛管，其特征在于：所述防砂控水筛管(4)包括基管(5)、节流控制器(6)、挡砂介质(7)和护罩(8)，所述挡砂介质(7)同轴套设于基管(5)的外部并形成环空(9)，所述护罩(8)同轴套设于挡砂介质(7)外部；所述环空(9)内设有控水单元，所述控水单元包括安装孔组和导流板组，所述安装孔组包括三个沿基管(5)周向均设在基管(5)上的安装孔(10)，所述节流控制器(6)安装在环空(9)内并且通过安装孔(10)与基管(5)的内部连通，未安装所述节流控制器(6)的安装孔(10)通过堵头(11)封堵，所述导流板组包括三个沿环空(9)周向均设的导流板(12)，所述导流板(12)采用吸水膨胀橡胶材质，所述导流板(12)的截面呈与环空(9)匹配的扇环形；
所述节流控制器(6)包括壳体(16)和入流管；所述壳体(16)呈由一空心圆柱绕一中心轴线折弯而成的圆弧状，所述空心圆柱的轴线与所述中心轴线相交并垂直；所述壳体(16)的底部中心设有流体出口(17)，所述流体出口(17)通过安装孔(10)与基管(5)内部连通；所述入流管包括主流道(18)和支流道(19)，所述主流道(18)的一端设有流体入口(20)并且其另一端与壳体(16)连接，所述主流道(18)沿空心圆柱的切向设置并且垂直于所述中心轴线，所述支流道(19)分别连接主流道(18)和壳体(16)并沿空心圆柱的径向设置。
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Legal Events
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Application publication date: 20200710 Assignee: SHANDONG BOSAITE PETROLEUM TECHNOLOGY CO.,LTD. Assignor: CHINA University OF PETROLEUM (EAST CHINA) Contract record no.: X2022370010010 Denomination of invention: Prediction method of sand production profile and optimization design method of sand control and water control screen pipe in horizontal wells Granted publication date: 20210326 License type: Common License Record date: 20220511 |
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