凝膠泡沫輔助多元熱流體吞吐注入參數正交優化

王飛，宮汝祥，黃子俊，戎凱旋，王麗婭，王鵬潤

凝膠泡沫輔助多元熱流體吞吐注入參數正交優化

王飛，宮汝祥，黃子俊，戎凱旋，王麗婭，王鵬潤

（中海油田服務股份有限公司油田生產研究院，天津 塘沽 300459）

多元熱流體吞吐技術是目前海上提高稠油油田單井產能有效的技術手段，針對吞吐過程中出現的氣竄問題，現場采用溫敏凝膠泡沫化學調堵體系進行氣竄預防及治理，為了取得較好的調堵效果，需要對溫敏凝膠泡沫體系的注入參數進行合理的優化和調整。為此，基于室內實驗封堵機理研究及性能評價，通過數值模擬方法對溫敏凝膠的油藏適應性進行分析評價，采用多因素正交分析方法對注入參數的敏感性進行排序，并優化出合理的注入參數，從而為現場多元熱流體吞吐氣竄防治提供理論指導。

稠油； 溫敏凝膠； 多元熱流體； 正交

渤海稠油資源豐富，如何高效開發海上稠油油田是渤海稠油上產的重點突破方向[1]。對于原油黏度在350～10 000 mPa·s的稠油油田，渤海在B油田進行了首次多元熱流體吞吐現場試驗，取得了初步熱采開發經驗[2-4]。但在多輪次多元吞吐注熱過程中，多井出現了不同程度的氣竄現象，對鄰井正常生產造成一定影響[5-7]。因此，現場開展了溫敏凝膠泡沫調堵技術研究[8-9]。要想取得較好的調堵效果，需要對溫敏凝膠堵劑的注入參數進行合理的優化和調整。目前針對調堵劑的注入參數優化多采用單因素方法，但用這種方法難以體現多因素之間的相互影響[10]。因此針對溫敏凝膠泡沫輔助多元熱流體吞吐的注入參數設計，在單因素分析的基礎之上進行多因素正交實驗方案設計，并利用數值模擬方法確定最優注入參數組合，從而為現場溫敏凝膠調堵注入參數提供可靠的理論指導。

1 油田概況

B油田為渤海海域普通稠油油藏，鼻狀構造特征，油藏埋深900～1 300 m，儲層為河流相沉積，砂體連續性較好。儲層具有高孔高滲特征，孔隙度24%～35%，儲層滲透率（100～5 000）×10-3μm2，地面脫氣油黏度1 654～3 893 mPa·s。該油田前期采用不規則井網冷采方式進行衰竭開采，油井產能低，采油速度低。

參考目標油藏熱采試驗區儲層典型特征值和井網井型，利用CMG數值模擬軟件建立五點法井組機理模型，進行數值模擬研究（圖1），模型參數取值見表1。

圖1 五點法井網概念模型

表1 模型參數取值

2 單因素分析

首先，以周期增油量和竄流系數為評價指標，針對溫敏凝膠泡沫輔助多元熱流體吞吐注入參數開展單因素分析，研究在其他參數不變的條件下，只改變其中一種參數的取值時對封堵效果的影響。

2.1 起泡劑濃度分析

保持氣液比、凝膠濃度、凝膠用量等參數不變的條件下，研究不同起泡劑濃度時，對溫敏凝膠泡沫體系封堵性能的影響。從圖2可以看出，隨著起泡劑濃度的增大，泡沫體系在地層中的穩定性逐漸增強，近井地帶含氣飽和度明顯增大，氣體竄流得到明顯抑制，鄰井竄流系數逐步減小，吞吐周期增油量逐漸增加。

圖2 起泡劑濃度敏感性分析

2.2 凝膠濃度分析

在泡沫濃度、注入速度、注入溫度等其他參數保持不變條件下，研究不同凝膠濃度時，對溫敏凝膠泡沫體系封堵性能的影響。從圖3可以看出，隨著凝膠濃度的增大，注入結束后儲層氣相參與阻力因子系數顯著增加，有效抑制氣體竄流，鄰井竄流系數下降明顯。當凝膠濃度大于1.5時，竄流系數下降幅度減緩，增油幅度減小。

圖3 凝膠濃度敏感性分析

2.3 凝膠注入量分析

凝膠用量對于氣竄封堵效果較為敏感，從圖4可以看出，隨著凝膠注入量的增加，凝膠封堵范圍逐漸增大，對高滲透條帶起到明顯的封堵作用，有效抑制注入的多元熱流體發生竄流，竄流系數下降明顯，單井吞吐效果得到明顯改善。當凝膠注入量大于150 m3時，竄流系數趨于平緩。

3 多因素正交分析

采用多因素分析方法可以綜合考慮到各個不同因素之間的相互影響及對結果的綜合影響，但存在方案數多、計算量大的問題。采用正交設計則可以用最優的實驗數量分析因素之間的影響及得到最優方案。

圖4 凝膠注入量敏感性分析

根據正交設計原理結合海上多元吞吐調堵的重要參數，確定以周期增油量和鄰井峰值日產氣量作為評價指標，泡沫劑濃度、凝膠濃度和凝膠注入量作為優化參數，每個參數設計5個水平（表2）。

表2 注入參數正交設計

采用正交方法設計方案共25個，方案設計及效果預測見表3。

通過直觀分析方法，確定各因素對于吞吐效果的影響大小及最優組合。通過級差分析，各參數對增油量的敏感性大小順序依次為：凝膠注入量、泡沫劑濃度、凝膠濃度，凝膠注入量對調堵效果影響較大（見表4）。泡沫注入濃度越大，在伴隨注熱過程中對于剖面的調整效果越理想，最優的凝膠注入濃度為1.5%，最優凝膠注入量為150 m3。

利用方差分析方法判斷凝膠泡沫調堵參數對于增油指標的影響顯著程度。從表5可以看出，凝膠注入量對周期增油量的影響最為顯著，與直觀分析的認識一致。通過溫敏凝膠泡沫調堵多因素正交設計及分析方法，現場可結合油井實際情況進行適當調整。

表3 正交優化方案設計及計算結果

表4 正交優化直觀分析結果

表5 正交優化方差分析結果

4 應用案例

通過正交實驗方案設計方法，對渤海B油田B-1井凝膠泡沫輔助多元吞吐注入參數進行優化，設計多元熱流體周期注入水當量2 000 m3，注入溫度240 ℃，溫敏凝膠溶液注入量150 m3，凝膠濃度1.5%，起泡劑濃度2.5%。與常規不注入溫敏凝膠的吞吐井相比，注入溫敏凝膠的吞吐井，后續注熱峰值壓力平均高3 MPa，說明溫敏凝膠泡沫體系起到了很好的封堵效果。從吞吐生產動態分析，未注入凝膠油井在注熱過程中，單井注300 m3時，鄰井發生嚴重氣竄，最高日產氣量15 000 m3·d-1，停井27～48 d。采用溫敏凝膠泡沫體系調堵后，在注熱過程中，鄰井最高日產氣1 000 m3·d-1，均能正常生產，溫敏凝膠泡沫輔助多元熱流體周期增油2 400 m3。

5 結 論

1）溫敏可逆凝膠泡沫輔助多元熱流體能有效抑制高滲通道引起的氣竄矛盾；

2）通過多因素正交設計分析結果可看出，對于氣竄問題較為嚴重的油井，可適當增大伴注起泡劑濃度、對于溫敏凝膠的調堵段塞存在最優值；

3）現場通過采用凝膠泡沫輔助多元吞吐有效降低氣竄對多輪次吞吐效果的影響，一定程度上提高單井產能，為海上稠油熱采提供借鑒經驗。

［1］郭太現，蘇彥春. 渤海油田稠油油藏開發現狀和技術發展方向［J］.中國海上油氣，2013，25（4）：26.

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［3］楊兵，李敬松，祁成祥，等. 海上稠油油藏多元熱流體吞吐開采技術優化研究[J]. 石油地質與工程，2012，26（1）: 54-55.

［4］唐曉旭，馬躍，孫永濤. 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）：185-187.

［5］馮祥，宮汝祥，王莉. 溫敏凝膠輔助多元熱流體防竄機理及在渤海油田的應用[J]. 石油地質與工程，2019, 33（1）：108-110.

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Orthogonal Optimization of Injection Parameters of Multiple Thermal Fluid Huff and Puff Assisted by Temperature-sensitive Gel Foam

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（Oilfield Production Research Institute ofChina Oilfield Services Limited, Tianjin 300459, China）

At present, multiple thermal fluid huff and puff technology is an effective method to improve the productivity of single well in offshore heavy oil fields. In view of the gas channeling problem in the process of huff and puff, chemical profile control and water shutoff system with the temperature-sensitive gel foam was used to prevent and control the gas channeling on the spot. In order to achieve better profile control and water shutoff effect, the injection parameters of the temperature-sensitive gel foam system need be reasonably optimized and adjusted. So based on the mechanism research of blocking in laboratory experiments and performance evaluation, the reservoir adaptability of temperature-sensitive gel was analyzed and evaluated by numerical simulation method. Multi-factor orthogonal analysis method was used to order the sensitivities of injection parameters, and the reasonable injection parameters were optimized. Therefore, this method can provide theoretical guidance for the prevention and control of gas channeling of multiple thermal fluid huff and puff on the spot.

Heavy oil; Temperature-sensitive gel; Multiple thermal fluid; Orthogonality

TE345

A

1004-0935（2022）04-0553-04

2021-04-27

王飛（1984-），男，天津市濱海新區人，工程師，碩士，2010年畢業于東北石油大學油氣田開發工程專業，研究方向：稠油開發開采。