海上稠油多元熱流體吞吐注入?yún)?shù)正交優(yōu)化-天然氣與石油

1、海上稠油多元熱流體吞吐注入?yún)?shù)正交優(yōu)化祁成祥 1，李敬松 1 ，姜杰 1，朱衛(wèi)星 1, 郝海瑞 2（1.中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)研究院天津 300450, 2勝. 利油田黃河鉆井三公司山東 東營(yíng) 257091 ）摘要： 為使吞吐能取得較好的開發(fā)效果， 有必要對(duì)吞吐注采參數(shù)進(jìn)行合理的優(yōu)化和調(diào)整。 目 前優(yōu)化方法常進(jìn)行單因素分析，該方法難以考慮較多因素且這些因素又相互影響的實(shí)際情 況。針對(duì)這些不足 , 采用正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)方法 , 研究注入溫度、 注入速度、 注入干度、 注熱強(qiáng)度、 燜井時(shí)間等 5 種因素對(duì)多元熱流體吞吐開采效果的影響。通過(guò)多因素極差分析顯示 , 影響多 元熱流體吞吐效果的顯著

2、因素最強(qiáng)的是注熱強(qiáng)度 ,其它因素影響相對(duì)較小 , 敏感性大小依次 為注熱強(qiáng)度、注入溫度、注入干度、注入速度、燜井時(shí)間。因此，該方法可為現(xiàn)場(chǎng)多元流體 吞吐注入?yún)?shù)的合理優(yōu)化提供理論指導(dǎo) , 具有實(shí)際意義。關(guān)鍵字： 正交；海上稠油；多元熱流體吞吐；注入?yún)?shù)；優(yōu)化中圖分類號(hào)： TE33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A0 前言我國(guó)渤海灣稠油儲(chǔ)量豐富 , 其中相對(duì)密度大于 0.92 的重油比例占 80%左右 , 相對(duì)密度大 于 0.96, 粘度大于 150mPa.s 的稠油占 40%1 。針對(duì)這些粘度較高的儲(chǔ)量，利用常規(guī)注水開發(fā) 難以有效動(dòng)用 ,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(tái)空間

3、小、 承重受限、經(jīng)濟(jì)因素制約大等因素可考慮引進(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(dòng)機(jī)的燃燒噴射機(jī)理產(chǎn)生的高溫高壓水蒸汽、CO2及 N2 等混合氣體注入井內(nèi) ,從而達(dá)到即發(fā)揮熱力采油的效果。 多元熱流體吞吐要想取得較好的開發(fā)效果， 必須對(duì)注采參數(shù) 進(jìn)行合理的優(yōu)化和調(diào)整 , 目前優(yōu)化方法主要采用單因素分析方法 , 該方法難以較好的反映各 因素對(duì)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)方法能很好的彌補(bǔ)這些不足。 該方 法主要對(duì)注入?yún)?shù)進(jìn)行多因素正交分析 , 從而定性研究注入?yún)?shù)對(duì)開發(fā)指標(biāo)的敏感大小 , 定 量分析注入?yún)?shù)對(duì)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

4、合。因此，該 類研究可為現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中的合理注采參數(shù)確定提供依據(jù)和指導(dǎo)作用。1 油田概況X 油田由一個(gè)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2500mPa.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)，并取得成功 , 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) , 這些熱采井大大的提高了海上稠油單井產(chǎn)能。為了更有效開發(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(shí)間等多因素對(duì)開發(fā)效果的綜合影響,研究不同注采參數(shù)下油藏開采變

5、化特征 ,獲得各注入?yún)?shù)對(duì)開發(fā)指標(biāo)影響的主次順序和顯著程度, 進(jìn)而確定最優(yōu)注入?yún)?shù)組合。2 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=36173 共1836 個(gè)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(zhǎng)度約為 300 米，模型如圖 1。圖 1 地質(zhì)模型圖3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是一種研究多因素多水平試驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法，它是根據(jù)正交性從全 面試驗(yàn)中挑選出部分有代表性的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，這些有代表性的點(diǎn)具備了 “均勻分散， 齊整可比 ”的特點(diǎn) 3-5 。它利用一整套規(guī)則的設(shè)計(jì)表格,將多因素進(jìn)行合理安排 ,在既保證最少的試驗(yàn)次數(shù) ,

6、又保證得出全面結(jié)論的前提下 ,將各因素的各水平均勻搭配 , 使任二個(gè)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(duì)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(píng)價(jià)目標(biāo), 并結(jié)合國(guó)內(nèi)外注入?yún)?shù)研究現(xiàn)狀 6-8 , 確定優(yōu)化參數(shù)分別為考慮注入溫度、注入速度、 注入干度、 注熱強(qiáng)度、燜井時(shí)間 5種因素,第種因素設(shè)計(jì) 4種水平 ,如表 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 ,方案共 16個(gè)。應(yīng)用 CMG 軟件的 STARS 模擬器和圖 1中 所建的模型對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模擬計(jì)算 ,預(yù)測(cè)各方案的累產(chǎn)油量 ,結(jié)果如表 2。表1 注入?yún)?shù)水平設(shè)計(jì)表因素因素 1因素 2因素

7、 3因素 4因素 5水平注入干度 f注入速度 m3/d注入溫度 oC注熱強(qiáng)度3m3/m 燜井時(shí)間 d水平105012051水平20.2100180102水平30.4200240153水平40.6300300205表 2 注入?yún)?shù)優(yōu)化方案設(shè)計(jì)及計(jì)算結(jié)果表方案注入干度注入速度 注入溫度注熱強(qiáng)度燜井時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果序號(hào)f3m3/doC3 m /md（累產(chǎn)油 m33)1050120515200320100180102608763020024015368522403003002057487550.2501801556415460.21001202036563670.2200300525744380.2300

8、2401016260090.45024020272174100.410030015169026110.420012010558794120.43001805355800130.65030010365296140.61002405556651150.620018020168600160.6300120152625004 正交試驗(yàn)結(jié)果分析4.1 直觀分析法通過(guò)直觀法分析預(yù)測(cè)結(jié)果 ,可確定各因素對(duì)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(guò)方案預(yù)測(cè)結(jié)果計(jì)算各注入?yún)?shù)不同水平的綜合指標(biāo)均值 kiav 及各指標(biāo)均 值極差 R,對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析 ,如表 3。根據(jù)結(jié)果將各因素的極差 R 作分

9、類柱狀圖 ,以對(duì) 各因素對(duì)吞吐結(jié)果敏感性大小進(jìn)行橫向?qū)Ρ确治?如圖 2。表3 注入?yún)?shù)多因素優(yōu)化直觀分析結(jié)果表因素注入干度 f注入速度 m3/d注入溫度 oC3注熱強(qiáng)度 m3/m燜井時(shí)間 d均值 K1av6406963406.7559733.2555474.2563057.25均值 K2av62458.2563047.2562357.561891.563248.25均值 K3av63948.563339.7564986.7566050.563813.5均值 K4av63261.7563943.756666070321.2563618.5極差 R1610.75896.56926.75148477

10、56.2516,000多因素優(yōu)化極差直觀分析圖圖 2 注入?yún)?shù)多因素優(yōu)化極差直觀分析圖根據(jù)圖 2 中各因素的極差值大小可評(píng)價(jià)各注入?yún)?shù)影響評(píng)價(jià)參數(shù)的主次順序。 由圖可看 出各注入?yún)?shù)對(duì)累產(chǎn)油量的敏感性大小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(shí)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(duì)較弱。而根據(jù)表 3 中各因素不同水平的均值 kiav 可看出最佳注入?yún)?shù)組合為 : 注入溫度為 300 oC, 注入干 度為 0.6,注入速度為 300m3/d,注熱強(qiáng)度為 20 m3/m,燜井時(shí)間為 3 天。對(duì)該最優(yōu)組合方案進(jìn)行 模擬計(jì)算 , 方案預(yù)測(cè)累產(chǎn)油量為 77780

11、 m3,比基礎(chǔ)方案提高 45%。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(duì)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的臨界值 ,通過(guò)比較計(jì)算出各因素 F 值與臨界 F值,判定各因素對(duì) 評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響是否顯著 :大于臨界值時(shí)影響顯著，使用“ * ”表示；小于臨界值時(shí)影響不顯 著,使用空白表示，進(jìn)而確定影響評(píng)價(jià)指標(biāo)的主次順序,從而優(yōu)選出最佳方案。利用方差分析法對(duì)正交數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn) （見表 4）。由表可看出注熱強(qiáng)度對(duì)累產(chǎn)油量的影響最為顯著 這與直觀法分析的結(jié)果一致。表 4 注入?yún)?shù)多因素優(yōu)化方差分析結(jié)果表差異來(lái)源離差平方和自由度方差估計(jì)值F值顯著性注入

12、干度6598771321995900.055注入速度167618335587280.014注入溫度1106900433368966810.922注熱強(qiáng)度48006884231600229473.998燜井時(shí)間141801434726710.012誤差 e60045185415400301245 結(jié)論（1）采用正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)方法可通過(guò)較少的方案計(jì)算進(jìn)行多因素敏感性分析及優(yōu)化, 最終確定出注入?yún)?shù)優(yōu)化組合及各參數(shù)對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)影響顯著性的主次順序。2）通過(guò)直觀法和方差法分析結(jié)果均可分析出各因素對(duì)多元熱流體吞吐開發(fā)效果影響從,其中注熱強(qiáng)度的影響注入溫度為 300 oC,強(qiáng)到弱依次是注熱強(qiáng)度、注入溫度、注入

13、干度、注入速度、燜井時(shí)間 最為顯著 ,因此建議進(jìn)行注入?yún)?shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)或制訂開發(fā)方案時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮。3)通過(guò)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 注入干度為 0.6,注入速度為 300m3/d,注熱強(qiáng)度為 20 m3/m,燜井時(shí)間為 3 天。( 4)海上稠油多元熱流體吞吐的注采參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)可考慮在單因素分析的基礎(chǔ)上，利用正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)方法對(duì)注采參數(shù)的敏感性大小和最優(yōu)水平做進(jìn)一步分析 , 以提高多元熱流體吞 吐效果。參考文獻(xiàn)：1 周守為 . 中國(guó)海洋石油高新技術(shù)與實(shí)踐 M. 北京: 地質(zhì)出版社 ,2005 :20-32.2 劉文章 . 熱采稠油油藏開發(fā)模式 M. 北京 :石油工業(yè)出版社 ,

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15、八面河油田稠油摻水降粘集輸技術(shù)J. 天然氣與石油,2011,29(5):15-17收稿日期： ；改回日期：基金項(xiàng)目 :國(guó)家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”- 海上稠油熱采新技術(shù) (2011ZX05024)項(xiàng)目部分研究成果作者簡(jiǎn)介 : 祁成祥( 1980-), 男, 甘肅人，高級(jí)工程師，本科 , 2003 年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)石油工程學(xué)院， 主要從事油藏動(dòng)態(tài)分析及油氣田開發(fā)研究。通訊地址：北京東燕郊開發(fā)區(qū)海油大街18 號(hào)；郵編： 065200；電話 :；手機(jī)：E-mail ：qicx 。Orthogonal Optimization o

16、f complex thermal fluid huffand puff injection parameters for offshore viscous oil recover1 1 1 1 2Qi Chengxiang Li Jinsong Jiang Jie Zhu Weixing Hao Hairui(1. Oilfield Optimization R&D Institute,COSL ， Tianjin 300450,China 2.Yellow River three drilling company in Shengli Oil Field ShanDongDongYing

17、257091)Abstract: In order to achieve better development effect, it is necessary to optimize and adjust the reasonable injection-production parameters. The optimization method is single factor analysis,that cannot be considered more general factors and these factors influence each other s actual situ

18、ation at present. In order to solve these problems, using orthogonal design method, studied the five factors of injection temperature, injection rate, injection dryness, thermal intensity, soak time on the thermal fluid stimulation effect. By multivariate analysis, the strongest influence factors is the heat injection intensity, others are relatively smaller.The sensitivity sequence is thermal intensity, injection temperature, injection dryness, injection rate, soak time from stro