作者：李海涛,罗伟
出版社：石油工业出版社
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水平井半智能控水完井技术试读：
内容提要本书以水平井半智能控水完井为对象，在充分调研国内外半智能完井技术的基础上，结合计算流体动力学方法和实验方法，论述了ICD（流入控制器）/AICD（自适应流入控制器）的流动特征和结构优化过程；基于稳态和瞬态相结合的完井动态模拟方法，阐述了完井参数对水平井ICD/AICD完井动态的影响规律以及相应的完井优化设计方法，并给出了设计实例与效果分析。
本书可供从事油气田完井、采油和油气田开发设计技术人员使用，也可供石油研究院所和石油高校师生阅读及教学参考。
图书在版编目（CIP）数据
水平井半智能控水完井技术／李海涛，罗伟著．—北京： 石油工业出版社，2018.7
ISBN 978-7-5183-2520-7
Ⅰ．①水… Ⅱ．①李…②罗… Ⅲ．①水平井完井 Ⅳ．①TE257
中国版本图书馆CIP数据核字（2018）第060969号
出版发行：石油工业出版社（北京市朝阳区安定门外安华里2区1号楼 100011）网 址：www.petropub.com编辑部：（010）64523579 图书营销中心：（010）64523633
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2018年7月第1版 2018年7月第1次印刷
787毫米×1092毫米 开本：1/16 印张：8.75
字数：217千字
定价：49.00元（如发现印装质量问题，我社图书营销中心负责调换）
版权所有，翻印必究前 言
我国大多数油田都处于中高含水阶段，油田产出水量约12×8810t，注水量约14×10t。巨量的水一方面从地层产出，另一方面又强化回注，需要花费大量的人力、物力、财力来维持井筒举升、地面油水分离与综合处理和回注。如何控水稳油一直是油田繁重而重要的工作。
由于水平井具有与油藏接触面积大、少井高产等突出优点，已广泛应用于各类油藏的高效开发。然而水平井在不同类型油藏（特别是边底水油藏、水驱开发油藏）的大量推广应用所暴露出的问题也日益突出，主要体现在水平井产量递减快、沿水平井段产液分布不均导致过早水突破、含水上升快。由于完井时没有考虑后期控水的需求，导致水平井找水极其困难，找水成本高，堵水也十分困难，严重影响了水平井的高效开采和开发综合效益，高含水油田的开发已成为我国石油界所面临的新常态。
水平井高效开采的目标是实现单井多层控制、水平井及多分支井选择性生产和注入、各层流动和生产剖面实时优化、延缓和降低气水锥进，最终达到高品质油藏经营和生产管理、提高采收率目的。实现这一目标最好的方法是采用智能完井或半智能完井，但智能完井的安装调试与运行费用十分昂贵，其主要适用于高产水平井或多分支水平井；而半智能水平井则减少了反馈系统和地面控制系统，仅保留了安装在井身上的被动式流入控制装置。与智能水平井相比，不仅降低了成本，且简化了研究开发的难度和周期，特别适用于产量不高（或不宜太高）的油藏，这与我国大部分油藏水平井的现状十分相符。因此，开展水平井半智能完井优化理论与井筒控水设备研究是油田开发的必然需求。
对于水平井控水，主要思路是选择性化学堵水和井下机械调流控水设备，由于大多数水平井前期完井没有考虑控水需求，无法实现准确找水，基于笼统化学堵水的效果难以保证，费用也较高。而基于机械调流设备的控水方法不但适应于老井，也适应于新井完井，极大地推动了行业研究机械控水设备的热潮，从被动式ICD（inflow control device）、智能ICV（inflow control valve）到自适应智能控水装置AICD（autonomous inflow control device），控水工具越发智能化的同时控水效果也有明显的提升。本书主要针对半智能控水完井领域存在的关键问题，就ICD/AICD控水设备、动态模拟方法、优化设计理论和现场应用效果等进行了详细阐述，对推进该项技术在国内的推广应用并形成具有自主知识产权的核心服务能力将具有重要现实意义。
本书共分为七章。第一章主要介绍了水平井找水和控水方法研究现状；第二章介绍了ICD/AICD完井技术现状；第三章阐述了基于CFD的ICD流动特征分析，主要用于ICD结构优化设计；第四章介绍了新型AICD研制和性能评价，展示了AICD从设计、优化到室内性能评价的完整流程；第五章阐述了水平井ICD/AICD完井动态模拟方法，介绍了基于体积源的水平井完井动态的稳态模拟方法和基于数值模拟的拟稳态效果评价方法，主要用于ICD/AICD的完井设计和评价；第六章介绍了水平井ICD/AICD完井优化设计的方法和步骤；第七章简要说明了现场实例设计与应用。
本书在撰写过程中，得到了西南石油大学阳明君博士、朱世琰博士、蒋贝贝博士的大力支持，提供了大量基础模拟数据和实验数据等素材；得到了中国海洋石油（中国）有限公司天津分公司刘光成、刘义刚、杨寨、王聚丰、肖茂林、唐晓旭，中石油新疆油田公司工程技术研究院谢斌，西南石油大学王永清的大力帮助和有益建议，在此表示衷心的感谢。本书出版得到了“渤海油田高含水水平井智能控水技术研究与示范”国家科技重大专项子任务（2016ZX05058－003－022）的支持和资助。
由于编者水平有限，书中错误和不妥之处在所难免，敬请同行专家和读者批评指正，以便不断改进和完善。李海涛2018年6月18日第一章 绪论88
目前国内原油产量2×10t左右，据粗略统计产出水达12×10t，油水比达到1∶6，如何稳油控水一直是我国大多数油田面临的棘手问题，特别是对于存在大量边底水油藏的油田来说，如何延缓底水脊进、控水水体的产出显得尤为重要。目前国内外形成了许多控水完井方法，技术发展很快，从常规分段控水完井到半智能控水完井再到更为先进的智能控水完井，工艺更新越来越快，新工艺与现场实际相结合的速度也越来越快，这些都极大地提高了底水油藏水平井的控水能力。第一节 水平井找水方法现状
预测准及找准出水位置是水平井先期或后期采取针对性控水措施的前提条件，目前国内外常用的主要有三种找水方法。
第一种方法为通过建立水平井油藏渗流与井筒流动耦合半解析模型，通过考虑井筒摩阻、完井参数、井眼轨迹、渗透率分布等关键因素，预测水平井产出剖面，进而确定出水平井可能的出水位置。但是理论计算模型都假设地层渗流和井筒流动为等温过程，以拟单相为主，不能直接预测油和水分相产量。而基于黑油模型的多相数值模拟软件（如Eclipse等）虽然能模拟油、气、水各自产量，但其假设条件仍然是等温流动。更为重要的是，不论是半解析模型还是常用的数值模拟软件，获得水平井产出剖面的基础是必须先获得沿水平井筒的渗透率分布数据，但遗憾的是，我国绝大多数水平井的渗透率分布资料是缺失的。
第二种方法为通过常规生产测井技术手段获得水平井动静态生产信息，测试方法包括间接测试和直接测试。间接测试包括C/O测试、PNN测试和PND测试等，即在关井状态下通过测量沿水平井的含水饱和度分布来间接推断水平井出水位置，只能定性解释；直接测试是在水平井生产状态下直接测量水平井各井段油、气、水的产出情况，特点是结果直观，比如Schlumberger和Sondex产出剖面测试技术等。但是，由于井筒中的重力作用使得油、气、水三相分离，导致水平井筒多相流体流型变得异常复杂，此外，实际水平井并不是完全水平，在垂向上会波状起伏存在高差，使得水平井产液剖面复杂多变，这给通过常规生产测井技术手段来评价水平井产出剖面带来很大困难，难以解决流体在整个水平井段内的流动分布问题，油、气、水的流入点以及各水平段对总流量的贡献率等一系列问题，即使采用现有的先进技术和工具也不能保证油、气、水各相流量测量的准确性。比如，目前国内油田采用Schlumberger先进的产出剖面技术的结果表明，由于国内水平井产液量普遍较低，井筒不规则，导致测试仪器下入困难、测试结果不准确等现象普遍存在，且动态产出剖面测试费用太高，油田难以承受。
第三种方法为通过直接测试水平井温度分布和压力分布剖面来反演求取水平井产出剖面。因为水平井温度分布和压力分布剖面相对流量剖面来讲要好测得多，如果水平井温度分布和压力分布剖面是受产出剖面影响的，就可以通过建立一套解释理论，将测得的温度和压力数据进行反演来获得水平井产出剖面。随着水平井井眼轨迹越来越复杂，采用常规生产测试设备就会面临难度大、耗时长、误差大、成本高以及不能进行长期的生产监测等诸多问题。近年来随着光纤测量技术的快速发展，分布式光纤温度测试技术（DTS）逐渐成熟，它可以探测微小的温度变化，实时提供准确而连续的温度数据。如何利用分布式温度测试数据来分析沿水平井井筒入流流体的类型和流量、确定气水突破时间和位置、确定井下水平井生产动态是目前国外研究的热点和难点。对于直井来讲，因为地温随深度变化，所以通过温度就能很好地判断井下流动情况。然而对于水平井，周围地层温度变化相对较小，水平井井筒温度变化主要受热膨胀、黏性耗散和热传导等微热效应所控制，因此温度剖面测量与解释相比直井来讲要困难得多。第二节 水平井控水方法现状
根据控水措施介入阶段的不同可以将水平井控水方法分为先期控水方法和后期控水方法两大类。其中，先期控水方法是指在水平井投产时采取的控水方法。这类控水方法可以从油藏工程角度和完井措施角度出发制订一系列控水措施。而后期控水方法是指水平井筒底水已经突破，且井筒含水率较高时采取的控水方法。这类控水方法通过二次完井或机械和化学封堵等方法来控制底水的产出，提高原油采收率。一、水平井先期控水方法
水平井先期控水完井的基本思路为均衡产液剖面，使底水沿水平井段尽可能活塞式地推进，进而延缓无水采油期、提高油藏的采收率。（一）常规控水完井方法
常规控水完井方法的主要思想是在分段完井的基础上，通过改变水平井各段的完井参数，达到控制水平井流入剖面、延缓水锥、提高油气藏采收率的目的。比如对于射孔完井，先优化射孔打开程度、打开位置和段数，在此基础上预测出水平井流入剖面，根据流入剖面，制订水平井打开段各点的最优孔密，如图1-1所示。这种方法只能控制水平段油藏渗透率级差较小的情况，因为受水平井射孔工艺水平的限制，射孔参数的调整幅度和影响效果是相对有限的。同样对于割缝衬管完井（调整割缝参数）和各种精密复合筛管完井（调整基管孔密）而言，通过调整完井参数，只能在一定程度上缓解水平井底水脊进的时间和改善水脊模式。图1-1 常规控水完井方法（二）半智能控水完井方法
常规控水完井由于控水能力有限，特别是对于层间差异大、层内非均质严重的情况，常规控水完井已明显满足不了油田实际控水的需求。伴随完井工具的进步（特别是管外封隔器、遇油／遇水／遇气封隔器）和对底水油藏水平井控水机理认识的深入，现已逐步发展成熟了ICD（井下流入控制器）控水完井技术，如图1-2所示。该技术最大的特点是控水能力强，控水效果明显，但其限制是下井前需要确定控水段位置和控水压差，一旦下井后则无法更改，因此又称其为半智能控水完井方法（ICD完井）。图1-2 ICD控水完井方法（三）智能控水完井方法
所谓智能控水完井（ICV完井，图1-3），是指在整个流入控制回路上可实现闭环控制。它是一种通过在井下安装传感器侦测流体信号，地面控制单元根据流体信号并按照生产井的具体需要实时调节ICV（流入控制阀）的开启度来控制水平井各段流入量、均衡油水界面推进、增加油藏采收率和阻止水体进入井筒的智能控制技术。目前ICV一般采用液压、电动或电液驱动系统，对于其阀门位置，已经由只有开关两个位置的ICV发展到有无限个开启度的ICV。ICV的工作原理相当于一个井下油嘴，通过井下节流作用来调节各完井段的注入与产出，进而达到均衡产液剖面的目的。图1-3 智能控水完井方法（四）油藏工程控水方法1．隔板控水法
水平井底水脊进使得井筒过早见水，严重影响水平井的正常生产，如果油藏中带有隔板，这种现象则可以大大改善，因为隔板的存在将会改变底水的脊进路线，大大延缓底水的脊进速度，油气井的临界产量也可因隔板的存在而大幅增加，油气井的见水时间也得以推迟，因此隔板能够很好地抑制底水的脊进。而对于不含天然隔板的底水油藏，可以通过人为的方法给其增加一个隔板来提高水平井的单井产能以及延长无水采油期。2．提高避水高度控水法
避水高度是指水平井在油藏中的垂向深度与油水界面深度之差，该值越大表示水平井离油水界面越远，因此，在水平井水平段长度一定的情况下，提高水平段的避水高度有利于延缓底水突破时间。研究发现，对于底水油藏而言，水平井的避水高度应为油层顶部与原始油水界面距离的0.7倍高度，这是一个较为理想的状态，既起到了较好的控制底水脊进的目的又能拥有较大的水平井临界产量。总之，对于底水油藏，水平井离油水界面越远，即避水高度越大，则见水时间越晚、无水采油期越长、无水累积采油量越大，因此，可以通过提高避水高度的方法来控水。3．低于临界产量控水法
底水油藏水平井生产时底水脊进的根本原因是在生产过程中，井筒周围产生了压降，并且扩展到了地层，由于近井地带压力降远大于远井地带，将会形成垂直井轴线向上的压力梯度，该压力梯度是推动水向井筒运动的动力，而另一方面，油水间的密度差将会产生垂直向下的重力梯度，阻止水向上运动。当整个油水界面上水平井生产产生的向上压力梯度大于向下的重力梯度时，油水界面移动，并出现黏性指进，反之，则油水界面稳定，油水界面稳定时的产量被定义为临界产量，当油井产量超过临界产量时，向上压力梯度大于重力梯度，水将向井筒移动最终突破。因此，可以通过将产油速度控制在临界产量之下来抑制底水的脊进。二、水平井后期控水方法（一）中心管控水方法
水平井中心管控水技术是一种较为简单的通过调整井筒生产压差分布而实现重新调整产液剖面的控水技术，应用于高含水时期，可以通过降低出水量大的井段的进水量达到增油控水的目的，为油田解决见水时间早、含水上升快、后期控水困难等一系列难题提供新的技术思路，尽可能最大程度地发挥底水油藏水平井开发的效能。该施工工艺极其简单、成本低，在高含水的水平井开发区块具有一定的推广性。
普通中心管完井（图1-4）是在常规完井（筛管、衬管或射孔完井）基础上，在井筒中再悬挂一根油管，并用封隔器封堵油管与井筒之间的环空，改变井筒内流体的流动方向，减小水平井筒跟端的生产压差，进而改善水平井流入剖面，达到延缓水脊上升的目的。图1-4 普通中心管完井
改进的中心管完井（图1-5）综合考虑实际井的井深轨迹、流入剖面、突破时间以及水脊形状等因素来确定加入中心管的结构及长度。在避水高度低、流入量大、较容易突破的部分加入盲管，而在避水高度高、流入量小、不容易突破的部分加入预孔管，这种类型的中心管更能简单有效地解决底水油藏出水的问题。图1-5 改进的中心管完井（二）半智能控水完井方法
ICD在油田得到了广泛的应用，它在均衡产液剖面、延缓底水脊进方面具有很强的优势，但是它也有一个很突出的缺点：ICD是一种被动的井筒流入控制设备，其限流强度需要在入井安装前设置好，一旦投入生产后，在未进行人工干预的情况下不能调节其限流强度。因此，为了消除ICD的这个缺点，ICD设备供应商开发了一种新的流入控制设备即AICD，又被称为自动相选择控制阀，它可以根据所在完井段的流入流体的相改变（密度和黏度改变）自动调节内部限流结构的开度或者自动选择节流路径，起到“节流”低黏度流体和“开源”高黏度流体的作用，具体如图1-6所示。一旦见水后，AICD将给予产出水更大的附加压降，限制水的产出，从而使水平井保持高效生产，提高油藏的最终采收率。由于AICD只是相比于ICD多了一个自主反应功能，并不具备根据油井实时生产动态通过地面控制系统及时对其调节的功能，因此，AICD完井与ICD完井被统称为水平井半智能控水完井方法。图1-6 AICD控水完井方法（三）机械封隔与化学堵水方法1．机械卡堵水法
机械卡堵水技术是利用封隔器密封套管空间来解决层间的矛盾，封堵高含水层，适用于射孔完井和部分裸眼完井的水平井。这种方法施工工艺简单、投资少、见效快，由于没有消耗任何堵水剂或降水剂，减少了对油层的污染，虽然机械卡堵水法堵水成功率高，封堵水层效果好，但仍存在一定的局限性，适用条件为：（1）单一的出水层或含水率很高、没有采油价值的出水层；（2）在出水层上部或下部有较稳定的夹层，且夹层厚度大于5m；（3）堵水管柱以及井下工具质量合格，工作状况良好；（4）油层套管无损坏，井身结构状况良好；（5）出水层岩性坚硬，结构完好，无严重出砂现象；（6）封隔井段的油层套管无变形、损坏等。目前较流行的水平井机械卡堵水工艺有封下采上、封上采下、封中间采两端和封两端采中间四种，见图1-7。图1-7 机械卡堵水工艺2．化学选择性堵水法
对于出水层位清楚的水平井，如果井身结构允许，可以采用封隔器或水泥塞将封堵的层位分隔开，进行工艺性选择堵水，而对于出水层位不清，或由于井身结构或工艺技术的原因，不能进行物理分隔的水平井，则必须实施化学选择性堵水，将具有较强选择性封堵能力的化学堵剂注入地层，堵剂只会与水发生反应而不会与油起作用，因此能够封堵高渗水流道，不堵油流道或更少堵塞油流道。目前主要的选择性堵水剂体系见表1-1。表1-1 目前主要的选择性堵水剂堵水机理及特点续表3．环空化学封隔法
环空化学封隔法（图1-8）是利用管内跨式封隔器将强度极大的堵剂注入管内环空，使其在筛管或衬管和井壁之间的环形空间形成不渗透的封隔带，达到封隔环空的目的。这种封隔方法需要环空化学封隔器与管内封隔器联合使用，以实现对特定出水区域的封堵。若出水层段位于水平井筒的跟端或趾端，只需一个环空化学封隔器即可达到堵水的目的；若出水层段位于水平井筒的中部，则可能需要两个环空化学封隔器才能达到堵水的效果。环空化学封隔法适用于因非断层或裂缝引起的水平井出水。图1-8 环空化学封隔与机械封堵法第二章 ICD/AICD完井技术简介
ICD/AICD通过在环形空间与基管之间产生流体过流的附加压降，调节水平井段的砂面压力分布，进而获得相对均衡的产液剖面或者限制水的产出，使水平井保持高效生产，提高原油采收率。ICD/AICD通常和防砂筛网结合应用于疏松砂岩储层，同时起到防砂和调流的作用，当ICD/AICD应用于碳酸盐岩储层时，不需要结合防砂筛网，只需安装一种简单的碎屑过滤器保护ICD/AICD的内部限流结构。ICD/AICD完井井筒流体的流动路径一般可以表述为：储层流体首先进入ICD/AICD完井管柱与裸眼井筒之间的环形空间，再通过筛网进入筛网与基管之间的环形空间，然后进入ICD/AICD单元腔室，经过内部限流结构过后再通过ICD/AICD单元腔室内的孔眼进入基管内部（图2-1）。图2-1 ICD/AICD完井井筒流体流动路径示意图
ICD/AICD完井系统主要包括三个部件——管柱悬挂器、ICD/AICD完井节点、环空流动隔离。其中ICD/AICD完井节点又是由ICD/AICD单元、防砂筛网／碎屑过滤器和基管组成。下面本章将主要对ICD的类型及应用、AICD的类型和环空流动隔离的类型进行介绍。第一节 ICD的类型
目前，ICD的供应商主要有6家公司，分别是贝克休斯（Baker Hughes）、哈里伯顿（Halliburton）、斯伦贝谢（Schlumberger）、威德福（Weatherford）、Tejas能源公司和Tendeka油服公司。每家公司开发的ICD都有自己独特的限制流体流动的方式，根据限流方式的不同，可以将ICD分为三大类型——通道式、喷嘴／孔板式和混合式。一、通道式ICD
通道式ICD是通过增大过流摩擦阻力的方式限制流体流动，它又可以分为三种子类型：（1）曲径通道式（labyrinth－channel type）；（2）螺旋通道式（helical-channel type）；（3）管束通道式（tube type）。（一）曲径通道式ICD
曲径通道式ICD是最早应用的ICD类型，它是由Inventech公司（最开始隶属于Ziebel公司，后来成了Tejas能源公司的一个子公司）设计提出，并被Norsk Hydro公司于20世纪90年代早期首次成功应用于Troll油田水平井控制水脊和气锥。
曲径通道式ICD是通过一系列的曲径通道产生流体过流的附加压降，限制流体流动（图2-2）。它可以通过预设曲径通道的长度和直径来实现在特定流量下获得需要的过流压降。曲径通道式ICD是通过增大过流摩擦阻力来限制流体流动，它的过流面积大、通道内流体流动的速度低，因此发生冲蚀和堵塞的风险小。但是，由于这种ICD结构主要是通过摩擦作用产生过流压降，所以其产生的过流压降与流体的黏度密切相关。如果井底油水发生乳化现象（流体黏度改变），曲径通道式ICD产生的过流压降将会受到很大的影响；如果井底油和水的黏度存在很大的差异，那么当水突破过后，曲径通道式ICD对水的限流作用将会非常微弱。图2-2 曲径通道式ICD示意图（二）螺旋通道式ICD
由于在需要产生较高的流体过流压降时曲径通道式ICD不容易达到，贝克休斯提出了一种螺旋通道式ICD（EQUALIZER ICD），把它作为曲径通道式ICD的改型。
螺旋通道式ICD是通过预设螺旋通道的个数、长度和直径来实现在特定流量下获得需要的过流压降，如图2-3所示。目前贝克休斯提供的螺旋通道式ICD分为6个流动限制等级（0.2bar、0.4bar、0.8bar、1.6bar、3.2bar、6.4bar），这些流动限制等级的量化是通过3特定流体（水）在特定流量下（30m/d）的多组测试实验确定的。与曲径通道式ICD类似，螺旋通道式ICD也主要通过摩擦作用来产生流体流动阻力，所以其产生的过流压降受流体黏度的影响较大，但是它的过流面积大、通道内流体流动的速度低，不易发生冲蚀和堵塞。图2-3 螺旋通道式ICD示意图（三）管束通道式ICD
管束通道式ICD（EquiFlow Tube ICD）由哈里伯顿提出，它分为固定式和可调式。管束通道式ICD是通过预设管束通道的个数、长度和直径来实现在特定流量下获得需要的过流压降（图2-4），管束通道的标准长度为4in。固定管束通道式ICD的管束结构在生产时就已经被确定，它可以根据客户的需求进行定制，而可调管束通道式ICD可以在入井前根据实际需要打开或关闭其中的某些管束通道进而实现可调。哈里伯顿生产的可调管束通道式ICD通常有6个管束通道（标准设计）：3个0.125in（直径）、2个0.1in和1个0.075in，在入井前作业者可以根据需要选择哪几个管束通道打开，哪几个管束通道关闭（至少打开两个管束通道）。管束通道式ICD是通过摩擦作用和限流作用共同产生流体流动阻力，形成过流压降。根据管束通道长度可以将管束通道式ICD分为长管束通道式和短管束通道式。长管束通道式ICD产生流体流动阻力摩擦作用占主导，所以其产生的过流压降受流体黏度的影响较大，但不易发生冲蚀和堵塞。而短管束通道式ICD产生流体流动阻力限流作用占主导，其产生的过流压降受流体的密度和流速影响较大，受流体的黏度影响较小。图2-4 管束通道式ICD示意图二、喷嘴／孔板式ICD
喷嘴／孔板式ICD是通过减小过流面积的方式限制流体流动，它又可以分为两个子类型：喷嘴式（nozzle type）和孔板式（orifice type）。（一）喷嘴式ICD
喷嘴式ICD是通过预设喷嘴的个数和直径来实现在特定流量下获得需要的过流压降。斯伦贝谢、Tendeka油服公司和哈里伯顿分别开发了相应的喷嘴式ICD系列。其中斯伦贝谢开发的ResFlow ICD和ResInject ICD主要用于疏松砂岩储层，FloRite ICD和FluxRite ICD主要用于碳酸盐岩等坚固储层，如图2-5和图2-6所示。Tendeka油服公司开发的FloMatik ICD主要用于碳酸盐岩等坚固储层（ICD不与防砂筛网结合），FloRight ICD主要用于疏松砂岩储层（ICD与防砂筛网结合），如图2-7所示。哈里伯顿开发的EquiFlow Nozzle ICD所用喷嘴长度为0.25in，同时包含6个喷嘴（标准设计）：3个0.125in（直径）、2个0.1in和1个0.075in。入井前，作业者可以根据需要选择哪几个喷嘴打开，哪几个喷嘴关闭（至少打开两个喷嘴），如图2-8所示。这些喷嘴式ICD是通过限流作用瞬时产生流体过流压降，所以其产生的过流压降受流体的密度和流速影响较大，受流体的黏度影响较小。由于过流面积小，含砂粒的高速流体容易使其发生冲蚀和堵塞，针对该缺陷，为了使发生冲蚀失效的风险降低到最低，这三大公司在生产喷嘴式ICD时采用的喷嘴材料都是陶瓷或硬质合金。图2-5 斯伦贝谢ResFlow ICD和ResInject ICD示意图图2-6 斯伦贝谢FloRite ICD和FluxRite ICD示意图图2-7 Tendeka油服公司FloMatik ICD示意图图2-8 哈里伯顿EquiFlow Nozzle ICD示意图（二）孔板式ICD
孔板式ICD（FloReg ICD）由威德福提出，它通过预设已知直径和流动特性的孔板个数来实现在特定流量下获得需要的过流压降（图2-9）。通常情况下孔板的直径是固定的，通过增加或减少打开孔板数来调节其限流能力。与喷嘴式ICD类似，孔板式ICD也是通过限流作用瞬时产生流体过流压降，所以其优点是产生的过流压降受流体黏度影响很小，其缺点是由于过流面积小，流体流动速度大，如果流体中再含有砂粒，该结构容易发生冲蚀和堵塞。图2-9 威德福FloReg ICD示意图三、混合式ICD
由于螺旋通道式ICD产生过流压降受流体黏度的影响很大，为了克服这个缺点，贝克休斯提出一种混合式ICD把它作为螺旋通道式ICD的改型。混合式ICD由一系列带有流槽的隔板组成，每个隔板上有两个相隔180°的流槽，相邻隔板之间流槽相隔90°，从而形成了一系列迷宫式的流体入口，如图2-10所示。混合式ICD采用分散式逐级节流的原理，当流体流过由隔板形成的各个连续腔室时，逐级产生过流压降，所以它可以通过调节隔板数（级数）和流槽尺寸来实现在特定流量下获得需要的过流压降。图2-10 贝克休斯固定混合式ICD示意图
混合式ICD分为固定式和可调式两种类型，固定混合式ICD的隔板数和流槽尺寸在生产时就已确定，它可以根据客户的需求进行定制，而可调混合式ICD的ICD单元腔室被分成了4个象限，4个象限由不同的隔板数和流槽尺寸组成，所以可以在入井前根据实际需要选择限流象限，如图2-11所示。在混合式ICD中流体流过每个流槽时都要转弯，这样防止了在流道中产生喷射流，这种喷射流是形成湍流的主要因素，同时混合式ICD相比于喷嘴／孔板式ICD的过流面积更大，因此极大地降低了冲蚀和堵塞的风险。混合式ICD主要通过限流作用来产生过流压降，所以其产生的过流压降受流体黏度的影响较小。图2-11 贝克休斯可调混合式ICD示意图四、ICD类型对比
所有ICD类型都有自己独特的限流方式，产生过流压降的影响因素也不尽相同，所以每种ICD类型都有相应的适用条件。为了在实际应用中快速确定具体的ICD类型（定性分析），本节将所有ICD类型的主要特征进行了总结对比，具体如表2-1所示。表2-1 所有ICD类型的特征对比第二节 ICD的应用
ICD完井技术由Norsk Hydro公司于20世纪90年代早期首次应用于Troll油田水平井控制水脊和气锥。与常规完井相比，采用了ICD完井技术的这些水平井生产动态得到了明显的改善，无水采油期更长，含水率更低。经过近20年的发展，ICD完井技术在国外已经被认为是一种相对成熟的完井方法，也得到了广泛的应用。根据贝克休斯公司2010年的年报，该公司截至2010年已经给788口井安装了ICD完井设4备，ICD完井管柱安装总长度达到了220×10ft。目前已报道采用了ICD完井技术的油田包括：Troll油田（挪威）、Alvheim油田（挪威）、Grane油田（挪威）、Ringhorne油田（挪威）、West Brae油田（英国）、Emlichheim油田（德国）、De Ruyter油田（加拿大）、Chayvo油田（俄罗斯）、Siberian油田（俄罗斯）、Etame油田（加蓬共和国）、Erha油田（尼日利亚）、Stag油田（澳大利亚）、Zuluf油田（沙特阿拉伯）、Khurais油田（沙特阿拉伯）、Arabian Gulf油田（沙特阿拉伯）、Simsima油田（阿联酋）、Minagish油田（科威特）、Marlim油田（巴西）、Paka Sur油田和Eden Yuturi油田（厄瓜多尔）、China South Sea油田（中国）等。本节把到目前为止全世界ICD完井技术的应用进行了分类总结，具体如下所述。一、ICD不加封隔器
对于均质高渗砂岩储层，利用水平井进行开采时将遭遇严重的跟趾效应，产液主要来源于水平井的跟端，趾端对产液的贡献很小，对于含底水或气顶的储层，跟端将过早见水或气，影响储层的最终采收率。对于这类储层，当采用ICD完井技术来解决跟趾效应时，只需要结合ICD和防砂筛网下入井中，不需要在ICD完井节点之间下入封隔器就能取得很好的完井效果，这也是ICD最早应用时的完井管柱结构。一个报道的应用实例为Troll油田M－22井安装了279个ICD＋SAS（独立筛管）完井节点不加封隔器（图2-12）。图2-12 Troll油田M-22井ICD＋SAS不加封隔器完井示意图二、ICD＋封隔器
对于非均质储层，水平井采用ICD完井技术时必须下入封隔器才能消除环空流动，进而获得相对均衡的入流剖面。如果不下入封隔器，从储层砂面流入的流体将在环空中自由流动，高渗储层段的流体将不仅仅通过自身对应的ICD完井节点进入基管，还要通过环空从低渗储层段对应的ICD完井节点进入基管，这将导致高渗储层段贡献更多的产液，达不到入流均衡的效果。这种现象通过生产测井是不能监测到的，因为生产测井获得的是每个ICD完井节点从环空流入基管的流入量，并不是每个ICD完井节点对应储层段的流入量，不下封隔器时生产测井也会获得一个非常均衡的入流剖面（环空流入基管），但是储层砂面对应的入流剖面此时是不均衡的。所以说封隔器对于非均质储层水平井ICD完井是一个必不可少的完井部件。报道的应用实例包括Zuluf油田Z－253井安装了ICD＋4个机械封隔器（图2-13）、Z海上油田Z－5井安装了ICD＋2个封隔器（图2-14）等。对于存在优势通道或裂缝的非均质碳酸盐岩储层，水平井采用ICD完井技术时必须配置封隔器＋盲管或非常少的ICD完井节点去封隔或限制储层裂缝段的产液，防止井筒通过裂缝与底水或气顶窜通。一个报道的应用实例是沙特阿拉伯东部一个巨大碳酸盐岩油田Well－B安装了ICD＋盲管＋封隔器（图2-15）。另一种ICD＋封隔器的应用情形是用封隔器将高渗储层段和低渗储层段分隔开，ICD下入高渗储层段，预孔管下入低渗储层段，这种情形的一个应用实例是Chayvo油田Sakhalin－1井安装了ICD＋预孔管＋封隔器，如图2-16所示。图2-13 Zuluf油田Z-253井ICD＋封隔器完井示意图图2-14 Z海上油田Z-5井ICD＋封隔器完井示意图图2-15 Well-B井ICD＋盲管＋封隔器完井示意图图2-16 Chayvo油田Sakhalin-1井ICD＋预孔管＋封隔器完井示意图三、ICD＋碎屑过滤器
对于碳酸盐岩储层和坚固的砂岩储层，水平井采用ICD完井技术时不需要结合防砂筛网，只需安装一种简单的碎屑过滤器保护ICD的内部限流结构，碎屑过滤器通常在阻止粗碎屑通过ICD的同时允许较细颗粒通过ICD。ICD结合碎屑过滤器的示意图如图2-17所示。一个报道的应用实例是沙特阿拉伯Middle Eastern油田超过230口井安装了ICD＋碎屑过滤器。图2-17 ICD结合碎屑过滤器示意图四、ICD＋砾石充填
对于采用ICD完井技术的水平井，单独采用防砂筛网已经被证明具有很好的防砂能力，并且由于减弱了环空流动，防砂筛网不易被冲蚀和堵塞，但是对于一些海底油井，为了使防砂效果更好、完井段更安全可靠，同时避免昂贵的修井费用，这时可以采用ICD＋砾石充填（同时结合SAS）完井。对于采用了ICD＋砾石充填的水平井来说，完井管柱与裸眼井筒之间的环形空间被充填的砾石分隔，此时就不需要再下入封隔器。一个报道的应用实例是西非加蓬Etame油田ET－6H井采用了ICD＋砾石充填完井（图2-18）。
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