水平井作为一种少井高产的高效开采手段,已大量用于薄层油藏、底水油藏、裂缝性油藏、稠油油藏、海洋浅水和深水油藏以及非常规油藏的开发,但在不同类型油藏(特别是底水油藏)的生产过程中其暴露出的问题也日益突出,主要表现为油藏底水脊进过快,导致水平井含水率快速上升,而现有的找水堵水作业十分困难,严重影响了水平井开采综合效益,已成为制约其高效开发的技术瓶颈。为此,针对目前我国底水油藏水平井开采面临的技术难题和现实问题,本文在分析和总结目前国内外水平井底水脊进机理和控水方法的基础上,研制出了一种新的控水工具并形成了配套的控水完井理论。在充分调研国内外自动流入控制器(AICD:Autonomous Inflow Control Device)类型的基础上,结合目前我国的大部分底水油藏(或有气顶)都进入中高含水期的现状,研发了一种新的AICD控水工具——自动相选择控制阀(该工具已申报国家专利),借助计算流体动力学软件(CFD)模拟了流体在其内部的流动过程,阐明了其控水和控气原理,同时对流场、流体敏感性、控水和控气效果以及抗冲蚀能力进行了分析,并与前人提出的喷嘴式ICD(Inflow Control Device,流入控制器)作了对比,模拟结果表明:自动相选择控制阀具有很好的过油、控水和控气效果;抗冲蚀能力强;对流体的密度不敏感;适用的黏度和流量范围较广;控水能力较喷嘴式ICD也有大幅提升。为进一步证实自动相选择控制阀的有效性,利用室内实验对不同流体的单相和两相过阀流动动态进行了分析,并在实验与CFD模拟结果对比的基础上,建立了单个自动相选择控制阀的过流压降模型。为研究不同个数、不同布阀方式下的自动相选择控制阀在底水油藏水平井中的控水效果,将油藏渗流与井筒管流(包括基管流动、环空流动和过阀流动)耦合,同时考虑储层渗透率非均质性、各向异性、钻井污染、井身轨迹等因素的影响,建立了三维油水两相水平井自动相选择控制阀完井动态模拟数学模型,并给出了相应的求解方法。在所建立的水平井完井模型基础上,选择具有代表性的均质油藏、非均质砂岩油藏和裂缝性碳酸盐岩油藏,对不同条件下的自动相选择控制阀完井动态进行了模拟,结果表明:相对于常规完井,自动相选择控制阀完井能够达到均衡油水剖面、延长无水采油期、降低水平井含水率、提高累积产油量的目的,显著改善了水平井的生产动态。同时,通过对不同自动相选择控制阀个数、封隔器个数以及布阀方式下的完井动态进行模拟分析,得到了各个完井参数对不同类型油藏水平井自动相选择控制阀完井的影响规律,并针对不同类型油藏提出了相应的水平井自动相选择控制阀完井优化设计方法。最后,结合现场实例,应用自动相选择控制阀进行水平井控水完井,利用前面建立的自动相选择控制阀完井理论体系进行完井设计,并将实例井采用自动相选择控制阀完井后的生产动态与之前筛管完井的生产动态进行了对比,对比结果进一步验证了自动相选择控制阀的功能及其配套完井理论的可靠性。本文通过对底水油藏水平井控水完井工具的研制以及配套理论的研究,将理论、实验与现场应用相结合,为底水油藏水平井高效开采提供了技术与理论支撑,为该项技术在国内推广应用并形成具有自主知识产权的核心服务能力奠定了基础,具有重要的理论和应用价值。