新疆油田稠油油藏基于正交設計的尿素輔助蒸汽吞吐研究

2020-01-13 03:31:00于慶森木合塔爾

石油地質與工程 2019年6期

于慶森，木合塔爾，董宏，張藝

（中國石油新疆油田分公司勘探開發研究院，新疆克拉瑪依 834000）

稠油尿素輔助蒸汽吞吐是在注蒸汽的基礎上，加入尿素溶液以擴大蒸汽縱向波及體積、降低原油黏度、提高油水流度比，最終提高油層動用程度的一種技術。調研發現，前人對該技術的驅油機理已進行深入研究[1-8]，且該技術在遼河油田、河南油田已得到廣泛應用，效果顯著。但是，不同儲層參數對尿素輔助蒸汽吞吐開采效果的影響程度尚未做過系統研究，不同儲層參數對該技術開采效果的影響程度，能夠幫助科研人員在實際操作中靈活應用篩選標準，從而不漏掉適宜開采的油藏?；诖?，本文運用數理統計學的分析方法，結合數值模擬計算，研究了不同儲層參數的交互作用以及各儲層參數的影響程度的顯著性。

1 儲層單因素分析

儲層單因素分析主要是為了得到在給定油藏條件下單因素的變化規律，為下一步正交試驗的設計奠定基礎。研究認為，儲層參數中的油層厚度、滲透率、黏度、采出程度是影響尿素輔助蒸汽吞吐效果的主要因素[9]。因此，根據新疆稠油油藏的實際地質條件（表1）設計模型，首先對四個參數開展了單因素分析研究。

表1 新疆稠油油藏基本情況

1.1 油層厚度

模型采用50 ℃原油黏度10 000 mPa·s，滲透率1 000×10-3μm2，飽和度0.75，采出程度10.00%，油層厚度4～12 m。數值模擬結果表明，隨著厚度的增加，多介質輔助蒸汽吞吐產油量逐漸增加，其中，厚度為3～7 m 時，對產油量影響較小，油層厚度大于7 m 時，對產油量影響變大（圖1）。

圖1 不同油層厚度對產油量的影響

1.2 滲透率

模型采用50℃原油黏度10 000 mPa·s，油層厚度10 m，飽和度0.75，采出程度10.00%，滲透率300×10-3～2 000×10-3μm2。數值模擬結果表明，隨著滲透率的增加，多介質輔助蒸汽吞吐產油量逐漸增加，滲透率為300×10-3～1500×10-3μm2時，產油量與滲透率呈線性相關；滲透率度大于1 500×10-3μm2時，其對產油量影響變小（圖2）。

1.3 原油黏度

模型采用厚度10 m，飽和度0.75，滲透率1 000×10-3μm2，采出程度10.00%，50℃原油黏度2 500 ～10 000 mPa·s。模擬結果表明，隨著原油黏度的增加，多介質輔助蒸汽吞吐產油量逐漸減少，原油黏度對產油量的影響呈現出先小后大再變小趨勢，原油黏度為5 000～10 000 mPa·s 時，對產油量影響最大（圖3）。

圖2 不同滲透率對產油量的影響

圖3 不同原油黏度對產油量的影響

1.4 采出程度

模型采用50 ℃原油黏度10 000 mPa·s，厚度10 m，飽和度0.75，滲透率1 000×10-3μm2，采出程度6.86%～20.00%。數值模擬結果表明，隨著采出程度的增加，多介質輔助蒸汽吞吐產油量逐漸減少，采出程度小于10.00%時，對產油量影響較?。徊沙龀潭却笥?0.00%時，對產油量的影響變大（圖4）。

圖4 不同采出程度對產油量的影響

2 正交試驗設計與分析

2.1 設計原理

所謂交互作用，是指不僅單個因素對指標有影響，而且對因素的不同組合還有較大的依賴關系。

正交試驗設計是以概率論和數理統計為基礎，科學安排多因素實驗的實用數學方法，它利用一套現成的規格化正交表，借助于它的均衡分散性、整齊性，可進行多因素實驗設計，并對實驗結果進行統計分析。

考慮交互作用的正交試驗設計，在正交設計中，加入交互作用列，根據兩個因素交互作用的自由度應與它所在列自由度相同的原則，進行級差分析或方差分析。

對于一般正交表Ln（q1），偏差平方和的計算公式為：

各因素的F 檢驗公式為：

式中：Fj為偏差平方和；Ij為對應因素水平j的試驗數據之和；Se為誤差偏差平方和；T 為所有試驗數據和；Nj為第j 列的自由度；ne為Se的自由度。

對于給定的顯著性水平α：當FA≥Fa（fA，fe）時，認為在α水平上，因素A 顯著；當FB≥Fσ（fB，fe）時，認為在α水平上，因素B 顯著；當FAB≥Fα（fAB，fe）時，認為在α水平上，因素A 與B 的交互作用顯著。

2.2 正交試驗設計

根據新疆油田實際油藏條件，結合單因素研究結果，采用四因子、五水平正交試驗（表2），即A（50 ℃黏度）、B（滲透率）、C（油層厚度）、D（采出程度）4個因子，并對每個因子選擇5個不同水平進行模擬計算（表3），綜合考慮黏度、滲透率、厚度以及采出程度的影響，研究多介質蒸汽吞吐油藏適應性。

表2 直井多介質吞吐因素水平設計

依據油藏參數敏感性單因素研究結果，根據其變化規律選擇將凈利潤作為正交設計試驗結果參考標準。分別計算了原油價格為50 美元、60 美元時的凈利潤，利潤=累計產油量×油價-累計產油量×（操作成本＋稅）-累計注蒸汽量×蒸汽成本-累計注尿素量×尿素成本。具體計算參數如表4。

表3 直井多介質吞吐正交試驗設計方案

表4 成本數據統計

2.3 正交試驗分析

K 值變化規律進一步驗證了油藏參數敏感性的單因素分析結果，表明油層厚度越大，黏度越低，滲透率越高，采出程度越低，開發效果越好。因此，根據較優水平原則，通過K1、K2、K3、K4、K5值大小來確定A、B、C、D 四個因子的界限值。

從正交試驗結果（表5）可以得到，在50 美元時開發界限為：A＜15 000 mPa·s，B＞300×10-3μ m2，C＞6 m，D＜25.00%；在60 美元時開發界限為：A＜20 000 mPa·s，B＞300×10-3μm2，C＞4 m，D＜25.00%。根據級差數R 大小，可以判斷各因素對實驗結果影響大小，其判斷原則是：級差愈大，所對應的因子愈主要。原油價格為50 美元、60 美元時都滿足RD＞RC＞RA＞RB規律，因此，得到影響多介質吞吐開發效果的各因素主次關系為：采出程度＞油層厚度＞黏度＞滲透率。