海上稠油多元熱流體吞吐周期產能預測模型

宮汝祥，杜慶軍，吳海君，任曉云

(1.中海油服務股份有限公司，天津 300450;2.中國石油大學，山東 青島 266580)

海上稠油多元熱流體吞吐周期產能預測模型

宮汝祥1，杜慶軍2，吳海君2，任曉云2

(1.中海油服務股份有限公司，天津 300450;2.中國石油大學，山東 青島 266580)

針對海上稠油多元熱流體多輪次吞吐開發周期產能預測難度大的問題，基于渤海油田南堡35-2油田水平井多元熱流體吞吐典型井油藏數值模擬模型，利用拉丁超立方實驗得到周期產油量影響因素樣本集，采用1stopt回歸方法建立了多元熱流體吞吐多輪次周期產能預測數學模型。模型適用范圍:原油黏度為150～1 000 mPa·s，油層厚度為3～18 m，水平井水平段長度為100～300 m，油藏滲透率為2 000×10-3～10 000×10-3μm2，注入強度為10～26 m3/m，注入熱水溫度為200～300℃。南堡35-2油田已實施井組預測結果與實際產量相對平均誤差為2.89%，達到工程應用精度要求。

海上稠油油田;產能預測;多元熱流體;多元回歸;拉丁超立方;南堡35-2油田

0 引言

渤海油田稠油油藏資源豐富，稠油儲量占渤海油田總儲量的70%以上，由于原油黏度較高，導致水驅采收率較低［1］。南堡35-2油田采用水平井多元熱流體多輪次吞吐技術開采稠油油藏取得了較好效果，已成為海上稠油開發的有效方法［2-5］。多元熱流體吞吐周期產能受油藏靜態參數和生產動態參數影響［6-7］，預測難度大，已提出的蒸汽吞吐產能預測模型大都是基于均質油藏的解析模型［8-9］，不適用于海上油田熱采開發。研究采用油藏數值模擬方法，在準確描述多元熱流體吞吐機理和現場數據歷史擬合基礎上，采用高效的拉丁超立方多因素實驗方案設計方法，獲取不同條件下多元熱流體吞吐開發方案的周期產能統計樣本，通過多元回歸，建立海上稠油油藏多元熱流體多輪次吞吐周期產能非線性回歸預測模型。

1 典型油藏數值模擬模型

基于渤海海域油田地質和開發特點，選取渤海南堡35-2油田熱采區多元熱流體吞吐典型井，建立油藏數值模擬模型。模型網格劃分為33×15×6，平面網格步長為15 m，縱向網格步長為1 m。模型石油地質儲量為19.1×104m3，采用水平井多元熱流體吞吐方式開采。基本參數見如表1所示。

表1 典型模型參數

通過對CO2溶解實驗進行擬合，確定氣液多組分相平衡系數，計算原油中CO2組分物質的量濃度，并通過原油與CO2組分的線性插值計算確定原油黏度。地層條件下，原油黏度隨原油中CO2物質的量濃度的變化見圖1。

圖1 原油黏度隨原油中CO2物質的量濃度變化

多元熱流體吞吐周期產能不僅受油藏參數的影響，還與吞吐周期有密切關系。隨著多元熱流體吞吐周期的增加，產能逐漸減小，前期累計產油量(采出程度)對后一周期產能有明顯影響。對典型模型基礎方案進行4個吞吐周期的生產模擬，各周期產油量分別為2.94×104、1.55×104、1.14×104、0.58×104m3。

2 產能預測模型

2.1 單因素影響函數關系

基于南堡35-2油田典型井概念模型，通過油藏數值模擬和1stopt回歸軟件確定周期累計產油單因素影響函數關系。原油黏度、油層厚度、滲透率、水平井段長度、注入強度(周期注入量與水平井水平段長度的比)、注入溫度對第1周期產油量的影響，以及前期累計產油量對后一周期產油量的影響規律見圖2。

采用1stopt回歸軟件對各影響規律進行回歸，確定其影響函數模型見式(1)～(7)。

原油黏度影響函數模型:

油層厚度影響函數模型:

滲透率影響函數模型:

水平井水平段長度影響函數模型:

圖2 周期產油量單因素影響規律

注入溫度影響函數模型:

注入強度影響函數模型:

前期累計產油量影響函數模型:

式中:Q為預測周期產油量，104m3;μo為原油黏度，mPa·s;H為油層厚度，m;K為滲透率，10-3μm2;L為水平井水平段長度，m;T為注入熱水溫度，℃;I為注入強度，m3/m;No為前期累計產油量，104m3;R2為擬合優度。

由圖3和式(1)～(7)可以看出，隨原油黏度增加，滲流阻力增大，原油流動能力減弱，產油量減小，二者呈現較好的對數關系;隨油層厚度的增加，單井控制原油地質儲量增大，熱損失相對減小，產油量增加，呈現較好的指數關系;隨滲透率的增加，原油在流動過程中的滲流阻力減小，流動能力增大，產油量增加，呈現較好的對數關系;隨水平井長度的增加，吸汽面積、泄油面積和波及系數均隨之增大，產油量增加，呈現較好的三次多項式關系;隨注入溫度的增加，產油量增加，二者呈三次多項式關系;隨注入強度的增加，注入熱量和能量增加，加熱面積增大，黏度降低幅度增加，產油量增加，二者呈較好的線性關系;多元熱流體多輪次吞吐下一周期累計產油量隨前期累計產油量的增加逐漸降低，呈現較好的多項式關系。

2.2 拉丁超立方實驗預測樣本集

在單因素影響規律分析基礎上，通過多元熱流體多因素影響實驗方案，建立周期產油量預測樣本集。由于多元熱流體周期產油量樣本不僅包含單因素影響，還要考慮多周期不同輪次的影響，因此，需要合理的實驗設計方法，既可以使實驗代表所有參數的變化范圍，同時又能獲得足夠多的實驗數，在此采用實驗設計更加靈活可控的拉丁超立方實驗設計方法［9］。

基于南堡35-2油田多元熱流體吞吐已實施單元的油藏及流體性質、注采參數等，確定了拉丁超立方實驗設計參數的取值范圍，各取5個水平值，形成了6參數5水平問題(表2)。根據拉丁超立方實驗產生45套計算方案，分別進行4周期多元熱流體吞吐模擬計算，共產生180個預測樣本，部分實驗方案及周期產油量計算結果如表3所示。表中每個方案列出了其參數值和4個周期的周期產油量，前期累計產油量根據前期各周期產油量累加計算。

表2 拉丁超立方設計參數水平取值

表3 拉丁超立方設計

2.3 多元熱流體吞吐周期產油量預測回歸模型

將周期產油量與單因素的相關關系模型，轉化為多元回歸。隨機抽取4個樣本作為檢驗樣本，其余176個樣本作為擬合樣本進行多元回歸，得到周期產油量的多因素回歸預測模型:

模型適用范圍:原油黏度為150～1 000 mPa·s，油層厚度為3～18 m，水平井水平段長度為100～300 m;油藏滲透率為2 000×10-3～10 000×10-3μm2，注入強度為10～26 m3/m，注入熱水溫度為200～300℃。

回歸模型復相關系數R2=0.98，統計參數F= 4407.6，設定顯著水平α=0.005，查F(5，180)表的臨界值λ=4.66。由于F＞λ，因此，檢驗效果顯著，即回歸模型有意義，可用于水平井多元熱流體多輪次吞吐周期產油量的預測。

采用式(8)計算樣本方案中周期產油量，擬合樣本平均相對誤差為3.67%。檢驗樣本平均相對誤差為3.82%，預測模型能夠滿足工程計算要求。

3 多元熱流體吞吐周期產能預測模型應用

南堡35-2油田B01-B04井，利用水平井多元熱流體吞吐技術進行稠油開發，采用實際油藏參數和注采參數，運用周期產油量預測模型對第2周期開發效果進行驗證(表4)。由表4可知，預測結果與現場實際開發較為接近，4口井相對誤差平均為2.89%，能夠達到工程應用精度要求。

表4 多元熱流體吞吐預測模型預測結果對比

4 結論

(1)渤海海域稠油油藏周期產油量隨地下原油黏度和前期累計產油量的增加而逐漸降低，隨油層厚度、水平井段長度、油藏滲透率、注入強度和注入溫度的增加而逐漸增大。

(2)基于拉丁超立方多因素影響實驗設計方法產生預測樣本集，采用多元回歸法建立了水平井多元熱流體多輪次吞吐周期產油量預測模型。

(3)對回歸模型的精度分析及實際區塊開發效果對比結果表明，該回歸模型的精度高，適應性較強，可滿足海上稠油水平井多元熱流體吞吐周期產油量預測的要求。

［1］唐曉旭，等.海上稠油多元熱流體吞吐工藝研究及現場試驗［J］.中國海上油氣，2011，23(3):185-188.

［2］黃穎輝，等.海上多元熱流體吞吐先導試驗井生產規律研究［J］.特種油氣藏，2013，20(2):84-86.

［3］祁成祥，李敬松，姜杰，等.海上稠油多元熱流體吞吐注采參數多因素正交優化研究［J］.特種油氣藏，2012，19(5):86-89.

［4］吳向紅，等.稠油油藏過熱蒸汽吞吐開采效果綜合評價［J］.石油勘探與開發，2010，37(5):608-613.

［5］張風義，許萬坤，吳婷婷，等.海上多元熱流體吞吐提高采收率機理及油藏適應性研究［J］.油氣地質與采收率，2014，21(4):75-78.

［6］劉春澤，等.水平井蒸汽吞吐加熱半徑和地層參數計算模型［J］.石油學報，2008，29(1):101-105.

［7］滕鐵軍，馬紅，楊先.超稠油水平井產能影響因素分析［J］.特種油氣藏，2010，17(4):59-61.

［8］侯健，陳月明.一種改進的蒸汽吞吐產能預測模型［J］.石油勘探與開發，1997，24(3):53-56.

［9］于晗，鐘志勇，黃杰波，等.采用拉丁超立方采樣的電力系統概率潮流計算方法［J］.電力系統自動化，2009，33(21):32-35.

編輯張耀星

TE349

A

1006-6535(2015)05-0117-04

20150325;改回日期:20150807

國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發”(2011ZX05057)子課題“海上稠油油田熱采技術試驗示范”(2011ZX05057-005)

宮汝祥(1983-)，男，工程師，2006年畢業于中國石油大學(華東)過程裝備與控制工程專業，2009年畢業于該校油氣田開發工程專業，獲碩士學位，現從事三次采油提高采收率技術方面的科研工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.05.026