多元熱流體多輪次吞吐周期注入強度優(yōu)化方法

馮 祥，宮汝祥，李敬松

（中海油田服務股份有限公司油田生產研究院，天津300459）

多元熱流體吞吐是一種高效的稠油熱采技術。其主要利用多元熱流體發(fā)生器，將注入的燃料（柴油或天然氣）和空氣在燃燒室中燃燒，依靠產生的高溫高壓燃氣將混合摻入的水氣化，產生多元復合熱載體，再根據技術需要添加化學劑形成多元熱流體，將所形成的混合物一并注入油層，依靠熱能、氣體、化學劑的綜合驅油機理。

多元熱流體已在海上普通稠油油田進行多輪次吞吐先導試驗。隨著吞吐輪次的增加，熱效率降低，降低了多元熱擴散效率及氣體協(xié)同作用，多元吞吐效果變差[1-3]。本文通過多元熱流體多輪次吞吐影響因素分析，對主要吞吐參數評價，形成準確高效的優(yōu)化方法，改善多輪次吞吐熱采效果[4-5]。

1 多元熱流體多輪次吞吐注采參數影響因素分析

多元熱流體采油技術實質上是一種利用氣體（N2、CO2、煙道氣或天然氣）與蒸汽的協(xié)同效應，通過加熱和氣體溶解降黏、氣體增壓加熱等，擴大加熱范圍、減小熱損失。并通過氣體輔助原油重力驅等機理來開采原油，且可選擇性地添加高溫起泡劑等輔助藥劑，調整熱注入剖面、增強熱采效果。

利用CMG 軟件WINPROP 模塊對原油性質、黏溫關系、氣體溶解降黏及驅替等實驗進行擬合表征，通過STARS模塊建立了典型井熱采吞吐數值模擬模型，進行不同注采參數計算。影響多元熱流體多輪次吞吐的注采參數主要包括：注入強度、注入速度、注入溫度、燜井時間、產液速度、轉周時機、周期間遞增率等7個因素。

引入變異系數概念作為評價多元熱流體吞吐注采參數敏感度的指標。變異系數CV定義為一組考察數據的標準差S 與平均值絕對值的比值，變異系數CV由公式（1）確定：

式中：n為數據水平個數；yi為第i個水平數據值。

CV反映了一組數據分散和差異程度，CV越大說明該數據序列數據間差異程度越大；否則，數據越集中。CV值的大小表征累產油對各因素的敏感程度，CV越大表明因素對累產油影響越敏感。

表1 和圖1 為各影響因素在一定的取值范圍內對累產油的變異系數值。統(tǒng)計結果表明：對多輪次吞吐開發(fā)效果影響程度由大到小依次為：注入強度、轉周時機、注入溫度、周期遞增率、燜井時間、注入速度和產液強度。其中，注入強度是影響多輪次吞吐開發(fā)效果的主要因素。

表1 不同影響因素下變異系數Table 1 Variable coefficient under different influential factors

圖1 不同影響因素變異系數分布Fig.1 Distribution of variation coefficient under different influential factors

2 多元熱流體多輪次吞吐影響參數優(yōu)化方法

2.1 優(yōu)化目標的確定

當單個吞吐周期日產油量低于油井冷采所具有的平均日產油能力時則不再適宜進行下一個輪次的蒸汽吞吐，該周期蒸汽吞吐開發(fā)過程結束。將周期產出投入比作為多元熱流體吞吐開發(fā)方案生產周期的優(yōu)化目標，運用數值模擬方法進行預測分析，獲得不同的關鍵注采參數值下的周期產出投入比，從而優(yōu)選出該周期下最優(yōu)參數值，進而可以依次確定多元熱流體吞吐最佳方案。

多元熱流體吞吐周期產出投入比（R）表達式見式（3）。

式中：R 為周期產出投入比；N為周期增油收入，元；Np為周期累產油量，m3；No為當冷采時預計的產油量，m3；G 為原油價格，美元/m3；h 為匯率；S 為注熱費用，元。

2.2 注采參數優(yōu)化及圖版的繪制

根據注采參數影響因素分析結果，主要對周期注入強度進行優(yōu)化，確定關鍵因素的參數范圍，從而為優(yōu)選確定了方向[6]。

建立典型油藏數值模擬模型，并通過設計各周期不同注入量水平，形成多套模擬樣本（表2，表3）。通過周期產出投入比對每個樣本模型進行注入強度的優(yōu)化，得到不同累產油量和存氣率條件下，下一周期的最優(yōu)注入強度值，同時將該最優(yōu)方案下的累產油量和存氣率作為下一周期的條件，對下一周期的注入強度進行優(yōu)化。以此類推，直到第四輪優(yōu)化結束。以此優(yōu)化出三輪共54套不同累產油和存氣率條件下的注入強度優(yōu)化樣本。

表2 基礎模型主要參數Table 2 Main parameters of basic model

表3 首輪次注入強度水平值Table 3 Level value of injection strength in first round

在直角坐標系內，繪制下一周期最優(yōu)注入強度與目前累產油的關系散點圖，并根據目前存氣率的不同，劃分為四類（存氣率＜40%、40%～60%、60%～80%、＞80%），分別進行回歸統(tǒng)計，并繪制線性關系趨勢線（圖2）。

圖2 注入強度優(yōu)化Fig.2 Optimization of injection strength

對圖2中的數據進行線性回歸，得到不同存水率條件下，下一周期最優(yōu)注入強度與目前累產油的關系，見式（4）～式（7）。

式中：Ii為周期注入強度，m3/m；No為累產油，104m3。

對以上結果進行分析可以看出，在存氣率相近條件下，隨生產井累產油量的增加，下一周期優(yōu)化注入強度呈線性增加，并且存氣率越大，斜率越大。主要原因在于隨著累產油量的增加，地層中可采儲量減少，近井地帶剩余油分布減少，需要注入更多熱量動用深部剩余油。在相同累產油條件下，存氣率越大，最優(yōu)周期注入強度越小。這是由于存氣率大，地層深部壓力保持水平高，下一周期注入強度需求相對較低。

2.3 最優(yōu)注入強度校正圖版的繪制

最優(yōu)注入強度圖版是在基礎方案條件下計算回歸得到的，實際油藏參數范圍與基礎方案有較大差別。數值模擬模型研究表明，對不同油藏厚度、滲透率、原油黏度以及水平井段長度下的最優(yōu)注入強度對每個吞吐周期的影響幅度較為接近，因此主要對第二個周期內，不同因素對最優(yōu)注入強度圖版進行校正，建立制定校正圖版。

研究 了 滲透率K 為1 000×10-3μm2、2 000×10-3μm2、4 000×10-3μm2、6 000×10-3μm2、8 000×10-3μm2和10 000×10-3μm2時，第二周期最優(yōu)注入強度。建立不同滲透率條件下第二個周期注入強度與周期產出投入比關系，最高點對應的周期注入強度即為最優(yōu)注入強度，不同滲透率第二周期的最優(yōu)注入強度統(tǒng)計見表4。

表4 不同滲透率下注入強度校正系數統(tǒng)計Table 4 Correction coefficient statistics of injection strength of different permeability

同樣方法，得到不同油層厚度、原油黏度及水平段長度下注入強度校正系數。

根據不同參數條件下計算得到的最優(yōu)注入強度校正系數，繪制出多元熱流體吞吐周期注入強度校正圖版（圖3）?？梢钥闯觯S著油藏厚度、滲透率、原油黏度的增加，最優(yōu)周期注入強度校正系數上升；隨著水平井段長度的增大，最優(yōu)周期注入強度校正系數降低。

圖3 多元熱流體吞吐周期注入強度校正圖版Fig.3 Correction chart of injection strength in multi thermal fluid huff and puff cycle

3 最優(yōu)注入強度圖版的應用

利用多元熱流體多輪次吞吐優(yōu)化方法對實際吞吐井B4h、B6m、B4ah 和B3h 進行第二周期注入強度優(yōu)化計算。

首先采用基礎注入強度優(yōu)化圖版進行注入強度優(yōu)化。各井第一周期累產油和存氣率及優(yōu)化注入強度見表5[7-8]。在此基礎上，對各井滲透率、油層厚度、原油黏度和水平井長度等參數進行統(tǒng)計，并通過校正圖版確定其校正系數，最終計算得到校正后的最優(yōu)注入強度，結果見表6。

最終計算結果表明，B4h井由于第一周期開發(fā)效果較好，且油層厚度較大，最優(yōu)注入強度最高；B3h井第一周期累產油較大，滲透率較高，水平井長度小，最優(yōu)注入強度次之；B6m 井雖然第一周期開發(fā)效果最大，但由于油層厚度較小、原油黏度較低，且水平井長度大，故其最優(yōu)注入強度低；B4ah井第一周期累產油較低，滲透率相對較小，油層厚度小，因此，最優(yōu)注入強度也較低。優(yōu)化注入強度與數值模擬優(yōu)化結果誤差在8%以內，滿足工程精度要求。

表5 渤海N油田井基礎圖版優(yōu)化注入強度結果Table 5 Basic chart of injection strength results of wells in Bohai N Oilfield

4 結論

1）基于多元熱流體吞吐油藏數值模擬模型，對開發(fā)效果影響因素進行了敏感性分析，結果表明影響較敏感的參數為注入強度、轉周時機、注入溫度和注入量周期遞增率。

2）通過回歸分析，建立了不同條件下多元熱流體多輪次吞吐注入強度優(yōu)化基礎圖版和考慮滲透率、原油黏度、油層厚度及水平井長度等因素的校正圖版，能夠對單井注入強度進行優(yōu)化計算，通過與數值模擬計算結果對比，確定該優(yōu)化方法相對誤差在8%以內，滿足工程精度要求。

表6 渤海N油田井校正參數及最優(yōu)注入強度計算結果Table 6 Correction parameters and optimal injection strength computed results of wells in Bohai N Oilfield