實驗設計方法在優化注入參數中的應用

阮姣姣，劉志森，陽 磊，苗向陽

（長江大學石油工程學院，湖北武漢 430100）

在低濃度的聚合物溶液中加入少量交聯劑，即可形成粘度大大高于聚合物溶液的具有凝膠性能的均勻膠態分散體系，即交聯聚合物。交聯聚合物驅油技術是改進后的聚合物驅技術，它能夠大幅度提高殘余阻力系數及交聯聚合物體系粘度這樣既可以提高驅油效率又能達到較好的調剖效果，提高注入水的波及系數，這是單純的聚合物驅技術所不能達到的，交聯聚合物驅油技術尤其適用于高滲透非均質嚴重的油藏提高采收率。

西達里亞油層平均滲透率為98 mD，有效孔隙度為18%，原始地層壓力46.3 MPa，地下粘度2.88 mPa·s，飽和壓力8.4 MPa，原始油層溫度97 ℃，油層非均質性嚴重，礦化度高達195 559 mg/L。西達里亞hl-1 油藏Dkl5 井組中DKl5 井是注入井，其中DK27X、DKl1、DK30H、S22 四口油井。其中Dkl5 井與DK27X 井之間連通性最好，存在優勢滲流通道，為主要水驅方向，與DK30H 井間連通性最差，其次為DK11 井、S22 井，在水驅時這便導致了其它三口井受效低，需要改善水驅波及效率。西達里亞H1-1 油層地質儲量為187.21×104t，DK15 井組控制地質儲量15.2×104t，動用程度只有20.4 %，具有很大的挖潛增油能力。因此鑒于西達里亞hl-1 油藏的實際情況和交聯聚合物在調剖驅油上的優勢，在DKl5 井組已確定用多級交聯聚合物調剖方案中的“凝膠+凝膠+凝膠”方案，并已知該方案對產油量貢獻最大的基礎上運用實驗設計方法可以對各個注聚調剖參數進行優化篩選以最少的聚合物用量獲得較高的增油量，從而改善注水井水驅油效率以提高油井產量。

1 利用實驗設計方法確定增油量

1.1 基本原理

DOE，即試驗設計（Design Of Experiment），其核心就是對于所有實際問題的共同點可以通過統一的模型來抽象概括。最關鍵的就是確定“響應變量”和可以加以控制的輸入變量即影響因子，并研究和處理影響因子與響應變量間的關系。它通過合理地挑選試驗條件，安排試驗，并通過對試驗結果的回歸分析，回歸處理影響因子與響應變量之間的函數關系式，并以此關系式作為預測模型，這大大減少了工作量，提高了工作效率，這便是試驗設計問題。因此簡單的說實驗設計方法（DOE）就是一種確定因果關系的設計方法，可以用于任何有可量度的輸入和輸出的過程，DOE 提出了一種通過優化設計選擇參數值的計算方案，用最少的運算次數定量評價各種不確定性因素的影響，并給出目標函數的計算公式。

綜合運用DOE 方法和油藏數值模擬方法可以得到注聚井在不同注入參數組合下的增油量，從而進行調剖優化設計。

1.2 實驗設計

根據西達里亞hl-1 油藏Dkl5 井組實際情況選取段塞PV 數、聚合物段塞濃度和交聯劑濃度作為優化參數即影響因子，選擇增油量作為目標函數即響應變量，段塞組合的基本注入參數（見表1），優化設計時各參數的取值范圍（見表2）。

表1 組合基本注入參數

表2 實驗設計中的變量取值范圍

運行優化設計軟件，得到38 個參數組合，對這38個參數組合用CMG 的STAR 模塊進行數值模擬計算增油量，得到各個參數組合所對應的增油量結果，實驗設計結果（見表3）。

表3 實驗設計及計算結果表

表3 實驗設計及計算結果表（續表）

2 公式回歸及檢驗

對表3 中不同參數組合得到的增油量計算結果進行回歸分析，得到增油量計算公式：

利用該公式可以計算出不同參數組合下的增油量，公式計算結果與數值模擬結果對比，計算結果最大相對誤差7.66 %，38 個方案平均相對誤差2.27 %。

如圖1 所示為用正交設計軟件繪制出的數模結果和公式計算結果關系曲線圖，從圖中可以看出，數模結果和公式計算結果很接近。

圖1 數模結果和公式計算結果關系曲線

3 結論

由表3 可以看出方案15 的增油量最高，即為方案15 的調剖效果最好。

運用實驗設計方法（DOE）和數值模擬可以得到西達里亞油田三疊系H1-1 油層DK15 井組的增產油量計算公式。

通過公式回歸和檢驗得到的增產油量計算方程有較高的精度，用過38 次運用方程和數值模擬計算的結果對比，計算結果最大相對誤差7.66 %，38 個方案平均相對誤差2.27 %。

從數模結果和公式計算結果關系曲線可以看出兩種方法的結果很接近，說明優化設計得到的增油量方程精度高。

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