試驗設計方法在稠油蒸汽吞吐方案優(yōu)化中的應用

王川

（中國石油新疆油田勘探開發(fā)研究院，新疆克拉瑪依 834000）

試驗設計方法在稠油蒸汽吞吐方案優(yōu)化中的應用

王川

（中國石油新疆油田勘探開發(fā)研究院，新疆克拉瑪依 834000）

蒸汽吞吐是稠油油藏最常用的開發(fā)方式，而蒸汽吞吐的開發(fā)效果主要受到地質(zhì)靜態(tài)因素和生產(chǎn)動態(tài)因素的影響。結(jié)合風城油田M井區(qū)稠油油藏蒸汽吞吐生產(chǎn)狀況，運用試驗設計方法對注汽速度、注汽量、燜井時間和蒸汽干度4種注汽參數(shù)進行了優(yōu)化設計。利用數(shù)值模擬對設計出的29組參數(shù)組合進行了周期產(chǎn)油量計算，并利用DOE軟件回歸得到了4種注汽參數(shù)與周期產(chǎn)油量的計算公式，公式計算結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果相比，計算結(jié)果最大相對誤差為1.73%，平均相對誤差為0.52%。運用該方法可以獲得最佳的參數(shù)組合方案，也可以計算得到不同參數(shù)組合下的目標值。

試驗設計；蒸汽吞吐；數(shù)值模擬；線性回歸

試驗設計（design of experiment），即DOE，或稱為實驗設計，就是指試驗的最優(yōu)化設計[1]。它是研究如何合理而有效地獲得數(shù)據(jù)資料的方法，主要是探討如何合理地安排試驗、取得數(shù)據(jù)，然后進行綜合的科學分析，從而達到盡快獲得最優(yōu)方案的目的。試驗設計方法是一種確定因果關(guān)系的設計方法，可以用于任何有可量度的輸入和輸出的過程，DOE提出了一種通過優(yōu)化設計選擇參數(shù)值的計算方案[2]。它是用來解決所研究的未知復雜系統(tǒng)輸出試驗目標（即響應目標）與輸入試驗參數(shù)變量（即影響因子）之間的函數(shù)關(guān)系[3]，通過不同試驗方案結(jié)果建立影響因子與響應目標的數(shù)學模型，獲取所希望得到的響應目標值和因子水平。

風城油田M井區(qū)為受構(gòu)造和巖性控制的淺層超稠油油藏。油藏埋深淺、原油黏度高，50℃平均原油黏度11 362 mPa·s，平均孔隙度24.8%，平均滲透率585.7 mD，屬于高孔、高滲儲層。目前主要采用蒸汽吞吐的開發(fā)方式，而稠油蒸汽吞吐開發(fā)的效果受到許多因素的影響，主要分為地質(zhì)靜態(tài)影響因素和生產(chǎn)動態(tài)影響因素[4]。根據(jù)該區(qū)油藏地質(zhì)特征和蒸汽吞吐開發(fā)狀況，分析研究注汽速度、注汽量、燜井時間和蒸汽干度4種注汽參數(shù)對水平井蒸汽吞吐開發(fā)效果的影響關(guān)系。

1 試驗設計方案

選取注汽速度、注汽量、燜井時間和蒸汽干度作為4個影響因子，其取值范圍（見表1），選取周期產(chǎn)油量作為目標函數(shù)。

表1 影響因子取值范圍

運用DOE設計軟件得到29組不同參數(shù)組合試驗（包括5組重復性試驗），結(jié)合油藏地質(zhì)模型運用CMG軟件進行數(shù)值模擬計算，得到不同參數(shù)組合試驗方案對應的周期產(chǎn)油量結(jié)果，試驗設計方案及計算結(jié)果（見表2）。

表2 試驗設計方案及計算結(jié)果表

表2 試驗設計方案及計算結(jié)果表（續(xù)表）

2 回歸分析與公式檢驗

對表2中試驗方案的模擬結(jié)果進行方差分析（見表3），當Prob＞F概率值小于或等于0.05時，表示該因子項對響應目標影響顯著；當Prob＞F概率值大于0.05時，表示該因子項對響應目標影響不顯著。結(jié)果表明，注汽量和蒸汽干度對產(chǎn)油量的影響最為顯著，而二次項Prob＞F概率值較大，影響不顯著，參數(shù)因子的交互作用對響應目標產(chǎn)油量的影響不明顯。

表3 方差分析表

根據(jù)試驗結(jié)果及方差分析結(jié)果對模型進行適應性分析（見表4），一階模型連續(xù)性顯著，校正值和預測值的相關(guān)系數(shù)最高，考慮因子交互作用的不顯著性，選用一階模型對目標函數(shù)進行回歸。

表4 模型適應性分析

對試驗結(jié)果進行線性回歸分析，得到目標函數(shù)的一階響應模型，即產(chǎn)油量計算公式:

Q=-170.110+0.665A+0.974B+13.567C+1 068.333D

通過該公式計算不同參數(shù)組合方案下的產(chǎn)油量，從公式計算結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果（實際值）對比關(guān)系（見圖1）看出，數(shù)據(jù)點沿直線分布，計算結(jié)果最大相對誤差1.73%，平均相對誤差0.52%，說明該模型離散趨勢較小，精確度高，公式計算值真實可用。

圖1 計算值與實際值對應關(guān)系曲線

3 結(jié)論

運用試驗設計方法對風城油田M井區(qū)稠油油藏蒸汽吞吐注汽參數(shù)進行了優(yōu)化分析研究，方差分析結(jié)果表明注汽量和注汽干度對產(chǎn)油量指標的影響最為顯著，試驗結(jié)果表明注汽速度為240 m3/d，注汽量為2 600 m3，燜井時間為3 d，注汽干度為0.7是最佳的注汽參數(shù)組合方案。

利用DOE軟件回歸得到了注汽速度、注汽量、燜井時間、注汽干度與產(chǎn)油量的計算公式，公式計算值和實際值最大相對誤差為1.73%，平均相對誤差為0.52%。

［1］欒軍.現(xiàn)代試驗設計優(yōu)化方法［M］.上海:上海交通大學出版社，1995.

［2］B.Yeten,A.Castellini,B.Guyaguler，W.H.Chen.A Comparison Study on Experimental Design and Response Surface Methodologies［J］.SPE93347，2005.

［3］Jiju Antony.Design of experiments for Engineers and Scientists［M］.Elsevier Science&Technology Books，2003.

［4］岳湘安，王尤富，王克亮.提高石油采收率基礎［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2011:193-196.

［5］劉志森，楊國慶.實驗設計和響應面方法在油田開發(fā)方案設計中的應用［J］.石油化工應用，2012，31（10）:23-25.

［6］董春燕，董璦瑋，等.正交試驗在稠油蒸汽復合吞吐方案優(yōu)選中的應用［J］.廣東石油化工學院學報，2015，25（4）:22-25.

Application of experiment design in the scheme optimization of heavy oil steam stimulation

WANG Chuan
（Research Institute of Petroleum Exploration and Development，PetroChina Xinjiang Oilfield Company，Karamay Xinjiang 834000，China）

Steam stimulation is the most common way of development of heavy oil reservoir, and the effect of exploitation of steam stimulation is mainly influenced by the geological static factors and dynamic production factors.Basing on the production situation of steam stimulation,which about the M well area in Fengcheng oilfield,and using the method of experimental design to optimize the steam injection parameters,the steam injection rate, steam injection volume,the soak time and the steam dryness are considered.Utilizing the numerical simulation method to calculate the periodic oil production,which is based on the 29 sets of date.And using the software of DOE to obtain the regression formula about 4 steam injection parameters and the periodic oil production,compared with the results of numerical simulation,the maximum error is 1.73%,the average error is 0.52%.It is obvious that using the method can obtain the best parameter combination plan,and calculate the target with different parameter combinations.

design of experiment；steam stimulation；reservoir simulation；linear regression

TE345

A

1673-5285（2017）04-0038-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.04.010

2017－03-13

王川，男（1987-），中國石油新疆油田勘探開發(fā)研究院，助理工程師，主要從事油氣田開發(fā)方面研究工作，郵箱: kx509@163.com。