海上稠油多元熱流體吞吐注入參數正交優化

祁成祥 姜 杰 李敬松 朱衛星 郝海瑞

1.中國海油伊拉克有限公司，北京 100010

2.中國海油油田服務股份有限公司油田生產研究院，天津 300450

3.中國石油勝利油田黃河鉆井三公司，山東 東營 257091

0 前言

我國渤海灣稠油儲量豐富，其中相對密度＞0.92的重油比例占80%左右，相對密度＞0.96，粘度＞150 mPa·s的稠油占40%［1］。常規注水開發方式難以有效動用粘度相對較高的儲量，因此主要采用熱采技術［2］。海上油田由于井距大、埋藏深、海上平臺空間小、承重受限、經濟制約等因素可考慮引進多元熱流體熱采技術進行開發，該技術是利用航天火箭發動機燃燒噴射機理產生的高溫高壓水蒸氣、CO2及N2等混合氣體注入井內，達到發揮熱力采油的效果。多元熱流體吞吐要取得較好的開發效果，必須對注采參數進行合理優化和調整，目前優化方法主要采用單因素分析法，該方法難以較好地反映各因素對熱采效果的敏感性強弱及排序等，而正交試驗設計方法能彌補不足。對注入參數進行多因素正交分析，定性研究注入參數對開發指標的敏感大小，定量分析注入參數對開發指標影響的主次順序和顯著程度，確定最優注入參數組合，為確定現場生產合理注采參數提供依據和指導作用。

1 油田概況

某油田是一個由半背斜、復雜斷塊、南北斜坡帶三種圈閉類型組成的北東走向復式鼻狀構造的海上稠油油藏。該油田原油粘度為2 500mPa·s，屬高孔高滲稠油油藏，冷采產能較低，因此開展海上稠油熱采試驗，取得成功之后陸續進行了多井次的老井及新鉆調整井多元熱流體吞吐作業，大大提高了海上稠油單井產能。為了更有效地開發海上稠油油藏，提高多元熱流體吞吐效果，本文采用正交設計方法，分析注入溫度、注入速度、注入干度、注熱強度、燜井時間等多因素對開發效果的綜合影響，研究不同注采參數下油藏開采的變化特征，獲得各注入參數對開發指標影響的主次順序和顯著程度，確定最優注入參數組合。

2 井模型建立

根據研究目標及地質特點，利用CMG軟件采用直角坐標系劃分 X×Y×Z=36×17×3，1 836 個網格進行地質建模，熱采井井型采用海上油田目前實用井型：水平井，水平井長度約300m，模型見圖1，圖1中色標表示為網格機部深度。

圖1 地質模型圖

3 井正交試驗設計

正交試驗設計是研究多因素多水平試驗的設計方法，根據正交性從全面試驗中挑選出有代表性的點進行試驗，這些點具備“均勻分散，齊整可比”的特點［3～5］。利用一整套規則設計的表格，將多因素進行合理安排，在保證最少試驗次數并得出全面結論的前提下，將各因素不同水平均勻搭配，使任意兩個因素間的不同水平各碰到相同的次數。

為了分析各種注入參數對多元熱流體吞吐效果的影響，首先定義累產油量為主要評價目標，結合國內外注入參數研究現狀［6～8］，確定優化參數分別為注入溫度、注入速度、注入干度、注熱強度、燜井時間5種因素，每種因素設計4種水平，見表1，根據正交設計原則［3］，設計4水平 5參數的優化方案，共 16個。應用CMG軟件的STARS模擬器和圖1中所建的模型對設計方案進行模擬計算，預測各方案的累產油量，見表2。

4 正交試驗結果分析

4.1 直觀分析法

通過直觀分析法預測結果，可確定各因素對吞吐效果的敏感性大小和各因素的最優組合。該方法是通過方案預測結果計算各注入參數不同水平的綜合指標均值Kavi及各指標均值極差R，對試驗結果進行極差分析，見表3。根據結果將各因素的極差R作分類柱狀圖，對各因素及吞吐結果敏感性大小進行橫向對比分析，見圖2。

表1 注入參數水平設計

表2 注入參數優化方案設計及計算結果

根據圖2各因素的極差值大小可評價各注入參數影響評價參數的主次順序。由圖2可知，各注入參數對累產油量的敏感性由大到小的順序依次為：注熱強度、注入溫度、注入干度、注入速度、燜井時間，其中注熱強度和注入溫度影響較大，其它因素影響相對較弱。根據表3中各因素不同水平的均值Kavi可看出最佳注入參數組合為：注入溫度300℃，注入干度0.6，注入速度300m3/d，注熱強度20m3/m，燜井時間3d。對該最優組合方案進行模擬計算，方案預測累產油量為77 780m3，比基礎方案提高45%。

表3 注入參數多因素優化直觀分析結果

圖2 注入參數多因素優化極差直觀分析

4.2 方差分析法

方差分析法是利用數理統計中F檢驗法判斷各因素對試驗指標影響的顯著程度和可信程度。利用F分布表確定F臨界值，通過比較計算各因素F值大小判定各因素對評價指標的影響是否顯著：大于臨界值時影響顯著，使用“*”表示；小于臨界值時影響不顯著，使用空白表示，進而確定影響評價指標的主次順序，優選出最佳方案。利用方差分析法對正交數值試驗結果進行檢驗，見表4。由表4可知注熱強度對累產油量的影響最為顯著，與直觀分析法的結果一致。

表4 注入參數多因素優化方差分析結果

5 結論

a）通過直觀分析法和方差分析法均可分析出各因素對多元熱流體吞吐開發效果影響，從強到弱依次是注熱強度、注入溫度、注入干度、注入速度、燜井時間，其中注熱強度影響最為顯著，建議進行注入參數優化設計或制訂開發方案時優先考慮。

b）通過正交設計分析結果可看出各注入參數的最優水平分別是：注入溫度300℃，注入干度0.6，注入速度300m3/d，注熱強度20m3/m，燜井時間3 d。

c）在單因素分析的基礎上，可引用正交設計試驗方法對注采參數的敏感性大小和最優水平進行分析，提高多元熱流體吞吐效果。

［1］周守為.中國海洋石油高新技術與實踐［M］.北京：地質出版社，2005.20-32.

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