海上稠油多元熱流體吞吐注入?yún)?shù)正交優(yōu)化

祁成祥 姜 杰 李敬松 朱衛(wèi)星 郝海瑞

1.中國海油伊拉克有限公司，北京 100010

2.中國海油油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)研究院，天津 300450

3.中國石油勝利油田黃河鉆井三公司，山東 東營 257091

0 前言

我國渤海灣稠油儲量豐富，其中相對密度＞0.92的重油比例占80%左右，相對密度＞0.96，粘度＞150 mPa·s的稠油占40%［1］。常規(guī)注水開發(fā)方式難以有效動用粘度相對較高的儲量，因此主要采用熱采技術(shù)［2］。海上油田由于井距大、埋藏深、海上平臺空間小、承重受限、經(jīng)濟(jì)制約等因素可考慮引進(jìn)多元熱流體熱采技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，該技術(shù)是利用航天火箭發(fā)動機(jī)燃燒噴射機(jī)理產(chǎn)生的高溫高壓水蒸氣、CO2及N2等混合氣體注入井內(nèi)，達(dá)到發(fā)揮熱力采油的效果。多元熱流體吞吐要取得較好的開發(fā)效果，必須對注采參數(shù)進(jìn)行合理優(yōu)化和調(diào)整，目前優(yōu)化方法主要采用單因素分析法，該方法難以較好地反映各因素對熱采效果的敏感性強(qiáng)弱及排序等，而正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法能彌補(bǔ)不足。對注入?yún)?shù)進(jìn)行多因素正交分析，定性研究注入?yún)?shù)對開發(fā)指標(biāo)的敏感大小，定量分析注入?yún)?shù)對開發(fā)指標(biāo)影響的主次順序和顯著程度，確定最優(yōu)注入?yún)?shù)組合，為確定現(xiàn)場生產(chǎn)合理注采參數(shù)提供依據(jù)和指導(dǎo)作用。

1 油田概況

某油田是一個由半背斜、復(fù)雜斷塊、南北斜坡帶三種圈閉類型組成的北東走向復(fù)式鼻狀構(gòu)造的海上稠油油藏。該油田原油粘度為2 500mPa·s，屬高孔高滲稠油油藏，冷采產(chǎn)能較低，因此開展海上稠油熱采試驗(yàn)，取得成功之后陸續(xù)進(jìn)行了多井次的老井及新鉆調(diào)整井多元熱流體吞吐作業(yè)，大大提高了海上稠油單井產(chǎn)能。為了更有效地開發(fā)海上稠油油藏，提高多元熱流體吞吐效果，本文采用正交設(shè)計(jì)方法，分析注入溫度、注入速度、注入干度、注熱強(qiáng)度、燜井時間等多因素對開發(fā)效果的綜合影響，研究不同注采參數(shù)下油藏開采的變化特征，獲得各注入?yún)?shù)對開發(fā)指標(biāo)影響的主次順序和顯著程度，確定最優(yōu)注入?yún)?shù)組合。

2 井模型建立

根據(jù)研究目標(biāo)及地質(zhì)特點(diǎn)，利用CMG軟件采用直角坐標(biāo)系劃分 X×Y×Z=36×17×3，1 836 個網(wǎng)格進(jìn)行地質(zhì)建模，熱采井井型采用海上油田目前實(shí)用井型：水平井，水平井長度約300m，模型見圖1，圖1中色標(biāo)表示為網(wǎng)格機(jī)部深度。

圖1 地質(zhì)模型圖

3 井正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是研究多因素多水平試驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)正交性從全面試驗(yàn)中挑選出有代表性的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，這些點(diǎn)具備“均勻分散，齊整可比”的特點(diǎn)［3～5］。利用一整套規(guī)則設(shè)計(jì)的表格，將多因素進(jìn)行合理安排，在保證最少試驗(yàn)次數(shù)并得出全面結(jié)論的前提下，將各因素不同水平均勻搭配，使任意兩個因素間的不同水平各碰到相同的次數(shù)。

為了分析各種注入?yún)?shù)對多元熱流體吞吐效果的影響，首先定義累產(chǎn)油量為主要評價目標(biāo)，結(jié)合國內(nèi)外注入?yún)?shù)研究現(xiàn)狀［6～8］，確定優(yōu)化參數(shù)分別為注入溫度、注入速度、注入干度、注熱強(qiáng)度、燜井時間5種因素，每種因素設(shè)計(jì)4種水平，見表1，根據(jù)正交設(shè)計(jì)原則［3］，設(shè)計(jì)4水平 5參數(shù)的優(yōu)化方案，共 16個。應(yīng)用CMG軟件的STARS模擬器和圖1中所建的模型對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模擬計(jì)算，預(yù)測各方案的累產(chǎn)油量，見表2。

4 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 直觀分析法

通過直觀分析法預(yù)測結(jié)果，可確定各因素對吞吐效果的敏感性大小和各因素的最優(yōu)組合。該方法是通過方案預(yù)測結(jié)果計(jì)算各注入?yún)?shù)不同水平的綜合指標(biāo)均值Kavi及各指標(biāo)均值極差R，對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析，見表3。根據(jù)結(jié)果將各因素的極差R作分類柱狀圖，對各因素及吞吐結(jié)果敏感性大小進(jìn)行橫向?qū)Ρ确治觯妶D2。

表1 注入?yún)?shù)水平設(shè)計(jì)

表2 注入?yún)?shù)優(yōu)化方案設(shè)計(jì)及計(jì)算結(jié)果

根據(jù)圖2各因素的極差值大小可評價各注入?yún)?shù)影響評價參數(shù)的主次順序。由圖2可知，各注入?yún)?shù)對累產(chǎn)油量的敏感性由大到小的順序依次為：注熱強(qiáng)度、注入溫度、注入干度、注入速度、燜井時間，其中注熱強(qiáng)度和注入溫度影響較大，其它因素影響相對較弱。根據(jù)表3中各因素不同水平的均值Kavi可看出最佳注入?yún)?shù)組合為：注入溫度300℃，注入干度0.6，注入速度300m3/d，注熱強(qiáng)度20m3/m，燜井時間3d。對該最優(yōu)組合方案進(jìn)行模擬計(jì)算，方案預(yù)測累產(chǎn)油量為77 780m3，比基礎(chǔ)方案提高45%。

表3 注入?yún)?shù)多因素優(yōu)化直觀分析結(jié)果

圖2 注入?yún)?shù)多因素優(yōu)化極差直觀分析

4.2 方差分析法

方差分析法是利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中F檢驗(yàn)法判斷各因素對試驗(yàn)指標(biāo)影響的顯著程度和可信程度。利用F分布表確定F臨界值，通過比較計(jì)算各因素F值大小判定各因素對評價指標(biāo)的影響是否顯著：大于臨界值時影響顯著，使用“*”表示；小于臨界值時影響不顯著，使用空白表示，進(jìn)而確定影響評價指標(biāo)的主次順序，優(yōu)選出最佳方案。利用方差分析法對正交數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，見表4。由表4可知注熱強(qiáng)度對累產(chǎn)油量的影響最為顯著，與直觀分析法的結(jié)果一致。

表4 注入?yún)?shù)多因素優(yōu)化方差分析結(jié)果

5 結(jié)論

a）通過直觀分析法和方差分析法均可分析出各因素對多元熱流體吞吐開發(fā)效果影響，從強(qiáng)到弱依次是注熱強(qiáng)度、注入溫度、注入干度、注入速度、燜井時間，其中注熱強(qiáng)度影響最為顯著，建議進(jìn)行注入?yún)?shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)或制訂開發(fā)方案時優(yōu)先考慮。

b）通過正交設(shè)計(jì)分析結(jié)果可看出各注入?yún)?shù)的最優(yōu)水平分別是：注入溫度300℃，注入干度0.6，注入速度300m3/d，注熱強(qiáng)度20m3/m，燜井時間3 d。

c）在單因素分析的基礎(chǔ)上，可引用正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)方法對注采參數(shù)的敏感性大小和最優(yōu)水平進(jìn)行分析，提高多元熱流體吞吐效果。

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