海上稠油多元熱流體吞吐產(chǎn)能影響因素研究
——以渤海N 油田為例

彭世強(qiáng)，鄭 偉

（中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100038）

渤海稠油儲(chǔ)量豐富，經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)稠油油藏是渤海油田今后一個(gè)時(shí)期的主攻方向之一。受環(huán)境、成本、設(shè)施、安全環(huán)保等因素影響，海上稠油油藏開發(fā)具有投資更高、風(fēng)險(xiǎn)更大、地質(zhì)油藏條件更復(fù) 雜等特殊性。經(jīng)過不斷地探索和實(shí)踐，已證明多元熱流體吞吐是一種適合于海上稠油油藏特點(diǎn)的開采方式[1–4]。產(chǎn)能評(píng)價(jià)研究是油氣田開發(fā)方案設(shè)計(jì)的重要工作之一，也是海上油氣田開發(fā)前期研究的關(guān)鍵性基礎(chǔ)工作[5–10]，因此，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)海上稠油油藏多元熱流體熱采單井初期產(chǎn)能至關(guān)重要。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法是以概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)等為理論基礎(chǔ)，利用正交表科學(xué)合理地通過少量試驗(yàn)結(jié)果來了解全面試驗(yàn)的情況，定性定量地確定參數(shù)對(duì)指標(biāo)的影響趨勢(shì)、主次順序及顯著程度，從而快速獲得目標(biāo)結(jié)果的一種數(shù)學(xué)方法。本文以渤海N 油田多元熱流體稠油油藏?cái)?shù)模模型為基礎(chǔ)，運(yùn)用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，對(duì)儲(chǔ)層有效滲透率、儲(chǔ)層有效厚度、地層原油黏度三種地質(zhì)油藏靜態(tài)影響因素，以及生產(chǎn)壓差、熱流體氣體（CO2）組分比例、水平井段長(zhǎng)度三種生產(chǎn)動(dòng)態(tài)影響因素進(jìn)行優(yōu)化研究，最后對(duì)其合理性進(jìn)行驗(yàn)證。

1 機(jī)理模型建立

N 油田構(gòu)造整體為一復(fù)雜的鼻狀構(gòu)造，以巖性–構(gòu)造油藏為主，儲(chǔ)層為高孔高滲型，原油具有密度高、黏度大的特點(diǎn)，油水關(guān)系復(fù)雜。考慮N 油田實(shí)際地質(zhì)油藏參數(shù)，建立多元熱流體單井油藏?cái)?shù)值模擬機(jī)理模型，研究不同參數(shù)對(duì)多元熱流體吞吐初期產(chǎn)能的影響，確定最優(yōu)產(chǎn)能影響因素組合。模型網(wǎng)格劃分為60×31×10 個(gè)，X、Y、Z 方向網(wǎng)格步長(zhǎng)分別為10，10，1 m，儲(chǔ)層滲透率2 000×10–3μm2，孔隙度35%，含油飽和度73%，地層原油黏度1 000 mPa·s，油層溫度51 ℃，地層初始?jí)毫?0.4 MPa。模擬采用水平井對(duì)油層中下部進(jìn)行開發(fā)，水平段長(zhǎng)度為200 m。

2 產(chǎn)能影響因素正交優(yōu)化研究

2.1 產(chǎn)能影響因素水平表設(shè)計(jì)

運(yùn)用單因素方法進(jìn)行多元熱流體吞吐產(chǎn)能影響因素模擬時(shí)，效率不高，而且受到的試驗(yàn)限制較多。為了達(dá)到簡(jiǎn)單快速地找出單井初期產(chǎn)能影響因素最優(yōu)組合的目的，本次研究采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法[11–12]，分別對(duì)地質(zhì)油藏參數(shù)（靜態(tài)影響因素）、生產(chǎn)參數(shù)（動(dòng)態(tài)影響因素），以及各影響因素的不同水平（取值）進(jìn)行優(yōu)化研究。基于N 油田地質(zhì)油藏特征和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)情況，首先明確了影響單井初期產(chǎn)能的地質(zhì)油藏參數(shù)主要為地層原油黏度、儲(chǔ)層有效厚度、儲(chǔ)層有效滲透率三個(gè)因素，且每個(gè)因素分別對(duì)應(yīng)三個(gè)水平；影響單井初期產(chǎn)能的生產(chǎn)參數(shù)主要為生產(chǎn)壓差、水平井段長(zhǎng)度、熱流體氣體（CO2）組分比例三個(gè)因素，每個(gè)因素分別對(duì)應(yīng)三個(gè)水平。然后開展正交試驗(yàn)，具體正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)及水平取值如表1。

2.2 優(yōu)化方案設(shè)計(jì)及結(jié)果

基于正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的原理，對(duì)地質(zhì)油藏參數(shù)（靜態(tài)影響因素）進(jìn)行了9 套方案設(shè)計(jì)，通過數(shù)值模擬方法，獲得了各方案首周期的高峰產(chǎn)油量、平均產(chǎn)油量、累計(jì)產(chǎn)油量、油氣比等生產(chǎn)指標(biāo)（表2）。

同理，運(yùn)用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)值模擬方法，對(duì)生產(chǎn)參數(shù)（動(dòng)態(tài)影響因素）進(jìn)行了9 套方案設(shè)計(jì)，并預(yù)測(cè)了各方案首周期的高峰產(chǎn)油量、平均產(chǎn)油量、 累計(jì)產(chǎn)油量、油氣比等生產(chǎn)指標(biāo)（表3）。

表1 地質(zhì)油藏參數(shù)與生產(chǎn)參數(shù)及其水平取值

表2 地質(zhì)油藏參數(shù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及首周期產(chǎn)量指標(biāo)

2.3 優(yōu)化方案結(jié)果分析

運(yùn)用直觀分析方法，對(duì)影響多元熱流體吞吐產(chǎn)能的地質(zhì)油藏參數(shù)以及生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行最優(yōu)水平分析與影響程度分析。首先計(jì)算不同影響因素同一水平條件下評(píng)價(jià)指標(biāo)的平均值，分別記作均值1、均值2、均值3，然后求出相同影響因素不同水平條件下評(píng)價(jià)指標(biāo)的平均值極差。極差越大，表明該影響因素對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響越大。

選取多元熱流體吞吐單井首周期的高峰產(chǎn)油量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。由表4 可知，影響多元熱流體吞吐產(chǎn)能的地質(zhì)油藏參數(shù)影響程度排序?yàn)榈貙釉宛ざ龋緝?chǔ)層有效厚度＞儲(chǔ)層有效滲透率，當(dāng)?shù)貙釉宛ざ人綖?00 mPa·s，儲(chǔ)層有效厚度水平為20 m，儲(chǔ)層有效滲透率水平為3 000×10–3μm2時(shí)的評(píng)價(jià)指標(biāo)最優(yōu)，開發(fā)效果最好；影響多元熱流體吞吐產(chǎn)能的生產(chǎn)參數(shù)影響程度排序?yàn)樯a(chǎn)壓差＞水平井段長(zhǎng)度＞ CO2組分比例，當(dāng)生產(chǎn)壓差水平為3.0 MPa，水平井段長(zhǎng)度水平為250 m，CO2組分比例水平為15%時(shí)的評(píng)價(jià)指標(biāo)最優(yōu)，開發(fā)效果最好。

運(yùn)用方差分析法對(duì)各因素評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響程度進(jìn)行驗(yàn)證，某因素計(jì)算的偏差平方和值越高，說明該因素對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響越大。地質(zhì)油藏參數(shù)與生產(chǎn)參數(shù)的偏差平方和計(jì)算結(jié)果如表4 所示，該方法所確定的多元熱流體吞吐產(chǎn)能影響因素的影響程度排序與直觀分析法確定的排序一致。

經(jīng)過上述分析，分別確定了地質(zhì)油藏參數(shù)與生產(chǎn)參數(shù)的最優(yōu)組合方案（表4）。

表3 生產(chǎn)參數(shù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及首周期產(chǎn)量指標(biāo)

表4 正交設(shè)計(jì)方案所獲得的地質(zhì)油藏參數(shù)與生產(chǎn)參數(shù)最佳組合方案優(yōu)選

3 結(jié)果合理性檢驗(yàn)

運(yùn)用數(shù)模方法，將地質(zhì)油藏參數(shù)最優(yōu)組合方案與正交設(shè)計(jì)的地質(zhì)油藏參數(shù)試驗(yàn)方案模擬結(jié)果進(jìn)行比較（圖1），地質(zhì)油藏參數(shù)最優(yōu)組合方案首周期高峰產(chǎn)油量為60.26 m3/d，與正交設(shè)計(jì)的地質(zhì)油藏參數(shù)試驗(yàn)方案中的方案3 所模擬的計(jì)算結(jié)果相同，并優(yōu)于其他方案；其中，方案3 所選各因素的水平取值與最優(yōu)組合方案中各因素的水平取值相同。將生產(chǎn)參數(shù)最優(yōu)組合方案與正交設(shè)計(jì)的生產(chǎn)參數(shù)試驗(yàn)方案模擬結(jié)果進(jìn)行比較（圖2），生產(chǎn)參數(shù)最優(yōu)組合方案首周期高峰產(chǎn)油量為57.50 m3/d，與正交設(shè)計(jì)的生產(chǎn)參數(shù)試驗(yàn)方案中的方案7、方案8 所模擬的計(jì)算結(jié)果相同，并優(yōu)于其他方案；其中，方案7 所選各因素的水平取值與最優(yōu)組合方案中各因素的水平取值相同。從而進(jìn)一步驗(yàn)證了正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的合理性。

4 結(jié)論

（1）運(yùn)用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，明確了影響多元熱流體吞吐產(chǎn)能的地質(zhì)油藏參數(shù)（靜態(tài)影響因素）主要為地層原油黏度、儲(chǔ)層有效厚度和儲(chǔ)層有效滲透率，其中，各因素影響程度排序?yàn)榈貙釉宛ざ龋緝?chǔ)層有效厚度＞儲(chǔ)層有效滲透率；生產(chǎn)參數(shù)（動(dòng)態(tài)影響因素）主要為生產(chǎn)壓差、CO2組分比例、水平井段長(zhǎng)度，其中，各因素影響程度排序?yàn)樯a(chǎn)壓差＞水平井段長(zhǎng)度＞ CO2組分比例。

圖1 地質(zhì)油藏正交設(shè)計(jì)與最優(yōu)方案模擬結(jié)果比較

圖2 生產(chǎn)動(dòng)態(tài)正交設(shè)計(jì)與最優(yōu)方案模擬結(jié)果比較

（2）采用數(shù)值模擬與正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法，以渤海N 油田為例，以首周期高峰產(chǎn)油量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定了地質(zhì)油藏參數(shù)（靜態(tài)影響因素）和生產(chǎn)參數(shù)（動(dòng)態(tài)影響因素）的最優(yōu)組合方案，為多元熱流體產(chǎn)能評(píng)價(jià)研究提供了指導(dǎo)。