新疆油田稠油油藏基于正交設(shè)計(jì)的尿素輔助 蒸汽吞吐研究

于慶森，木合塔爾，董 宏，張 藝

（中國(guó)石油新疆油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆克拉瑪依 834000）

稠油尿素輔助蒸汽吞吐是在注蒸汽的基礎(chǔ)上，加入尿素溶液以擴(kuò)大蒸汽縱向波及體積、降低原油黏度、提高油水流度比，最終提高油層動(dòng)用程度的一種技術(shù)。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，前人對(duì)該技術(shù)的驅(qū)油機(jī)理已進(jìn)行深入研究[1-8]，且該技術(shù)在遼河油田、河南油田已得到廣泛應(yīng)用，效果顯著。但是，不同儲(chǔ)層參數(shù)對(duì)尿素輔助蒸汽吞吐開(kāi)采效果的影響程度尚未做過(guò)系統(tǒng)研究，不同儲(chǔ)層參數(shù)對(duì)該技術(shù)開(kāi)采效果的影響程度，能夠幫助科研人員在實(shí)際操作中靈活應(yīng)用篩選標(biāo)準(zhǔn)，從而不漏掉適宜開(kāi)采的油藏?；诖?，本文運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)的分析方法，結(jié)合數(shù)值模擬計(jì)算，研究了不同儲(chǔ)層參數(shù)的交互作用以及各儲(chǔ)層參數(shù)的影響程度的顯著性。

1 儲(chǔ)層單因素分析

儲(chǔ)層單因素分析主要是為了得到在給定油藏條件下單因素的變化規(guī)律，為下一步正交試驗(yàn)的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。研究認(rèn)為，儲(chǔ)層參數(shù)中的油層厚度、滲透率、黏度、采出程度是影響尿素輔助蒸汽吞吐效果的主要因素[9]。因此，根據(jù)新疆稠油油藏的實(shí)際地質(zhì)條件（表1）設(shè)計(jì)模型，首先對(duì)四個(gè)參數(shù)開(kāi)展了單因素分析研究。

表1 新疆稠油油藏基本情況

1.1 油層厚度

模型采用50 ℃原油黏度10 000 mPa·s，滲透率1 000×10-3μm2，飽和度0.75，采出程度10.00%，油層厚度4～12 m。數(shù)值模擬結(jié)果表明，隨著厚度的增加，多介質(zhì)輔助蒸汽吞吐產(chǎn)油量逐漸增加，其中，厚度為3～7 m 時(shí)，對(duì)產(chǎn)油量影響較小，油層厚度大于7 m 時(shí)，對(duì)產(chǎn)油量影響變大（圖1）。

圖1 不同油層厚度對(duì)產(chǎn)油量的影響

1.2 滲透率

模型采用50℃原油黏度10 000 mPa·s，油層厚度10 m，飽和度0.75，采出程度10.00%，滲透率300×10-3～2 000×10-3μm2。數(shù)值模擬結(jié)果表明，隨著滲透率的增加，多介質(zhì)輔助蒸汽吞吐產(chǎn)油量逐漸增加，滲透率為300×10-3～1500×10-3μm2時(shí)，產(chǎn)油量與滲透率呈線性相關(guān)；滲透率度大于1 500×10-3μm2時(shí)，其對(duì)產(chǎn)油量影響變小（圖2）。

1.3 原油黏度

模型采用厚度10 m，飽和度0.75，滲透率1 000×10-3μm2，采出程度10.00%，50℃原油黏度2 500 ～10 000 mPa·s。模擬結(jié)果表明，隨著原油黏度的增加，多介質(zhì)輔助蒸汽吞吐產(chǎn)油量逐漸減少，原油黏度對(duì)產(chǎn)油量的影響呈現(xiàn)出先小后大再變小趨勢(shì)，原油黏度為5 000～10 000 mPa·s 時(shí)，對(duì)產(chǎn)油量影響最大（圖3）。

圖2 不同滲透率對(duì)產(chǎn)油量的影響

圖3 不同原油黏度對(duì)產(chǎn)油量的影響

1.4 采出程度

模型采用50 ℃原油黏度10 000 mPa·s，厚度10 m，飽和度0.75，滲透率1 000×10-3μm2，采出程度6.86%～20.00%。數(shù)值模擬結(jié)果表明，隨著采出程度的增加，多介質(zhì)輔助蒸汽吞吐產(chǎn)油量逐漸減少，采出程度小于10.00%時(shí)，對(duì)產(chǎn)油量影響較??；采出程度大于10.00%時(shí)，對(duì)產(chǎn)油量的影響變大（圖4）。

圖4 不同采出程度對(duì)產(chǎn)油量的影響

2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析

2.1 設(shè)計(jì)原理

所謂交互作用，是指不僅單個(gè)因素對(duì)指標(biāo)有影響，而且對(duì)因素的不同組合還有較大的依賴(lài)關(guān)系。

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是以概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)，科學(xué)安排多因素實(shí)驗(yàn)的實(shí)用數(shù)學(xué)方法，它利用一套現(xiàn)成的規(guī)格化正交表，借助于它的均衡分散性、整齊性，可進(jìn)行多因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

考慮交互作用的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，在正交設(shè)計(jì)中，加入交互作用列，根據(jù)兩個(gè)因素交互作用的自由度應(yīng)與它所在列自由度相同的原則，進(jìn)行級(jí)差分析或方差分析。

對(duì)于一般正交表Ln（q1），偏差平方和的計(jì)算公式為：

各因素的F 檢驗(yàn)公式為：

式中：Fj為偏差平方和；Ij為對(duì)應(yīng)因素水平j(luò)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)之和；Se為誤差偏差平方和；T 為所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)和；Nj為第j 列的自由度；ne為Se的自由度。

對(duì)于給定的顯著性水平α：當(dāng)FA≥Fa（fA，fe）時(shí)，認(rèn)為在α水平上，因素A 顯著；當(dāng)FB≥Fσ（fB，fe）時(shí)，認(rèn)為在α水平上，因素B 顯著；當(dāng)FAB≥Fα（fAB，fe）時(shí)，認(rèn)為在α水平上，因素A 與B 的交互作用顯著。

2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)新疆油田實(shí)際油藏條件，結(jié)合單因素研究結(jié)果，采用四因子、五水平正交試驗(yàn)（表2），即A（50 ℃黏度）、B（滲透率）、C（油層厚度）、D（采出程度）4個(gè)因子，并對(duì)每個(gè)因子選擇5個(gè)不同水平進(jìn)行模擬計(jì)算（表3），綜合考慮黏度、滲透率、厚度以及采出程度的影響，研究多介質(zhì)蒸汽吞吐油藏適應(yīng)性。

表2 直井多介質(zhì)吞吐因素水平設(shè)計(jì)

依據(jù)油藏參數(shù)敏感性單因素研究結(jié)果，根據(jù)其變化規(guī)律選擇將凈利潤(rùn)作為正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果參考標(biāo)準(zhǔn)。分別計(jì)算了原油價(jià)格為50 美元、60 美元時(shí)的凈利潤(rùn)，利潤(rùn)=累計(jì)產(chǎn)油量×油價(jià)-累計(jì)產(chǎn)油量×（操作成本＋稅）-累計(jì)注蒸汽量×蒸汽成本-累計(jì)注尿素量×尿素成本。具體計(jì)算參數(shù)如表4。

表3 直井多介質(zhì)吞吐正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

表4 成本數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2.3 正交試驗(yàn)分析

K 值變化規(guī)律進(jìn)一步驗(yàn)證了油藏參數(shù)敏感性的 單因素分析結(jié)果，表明油層厚度越大，黏度越低，滲透率越高，采出程度越低，開(kāi)發(fā)效果越好。因此，根據(jù)較優(yōu)水平原則，通過(guò)K1、K2、K3、K4、K5值大小來(lái)確定A、B、C、D 四個(gè)因子的界限值。

從正交試驗(yàn)結(jié)果（表5）可以得到，在50 美元時(shí)開(kāi)發(fā)界限為：A＜15 000 mPa·s，B＞300×10-3μ m2，C＞6 m，D＜25.00%；在60 美元時(shí)開(kāi)發(fā)界限為：A＜20 000 mPa·s，B＞300×10-3μm2，C＞4 m，D＜25.00%。根據(jù)級(jí)差數(shù)R 大小，可以判斷各因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響大小，其判斷原則是：級(jí)差愈大，所對(duì)應(yīng)的因子愈主要。原油價(jià)格為50 美元、60 美元時(shí)都滿(mǎn)足RD＞RC＞RA＞RB規(guī)律，因此，得到影響多介質(zhì)吞吐開(kāi)發(fā)效果的各因素主次關(guān)系為：采出程度＞油層厚度＞黏度＞滲透率。

表5 直井多介質(zhì)吞吐不同原油價(jià)格正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

（1）儲(chǔ)層單因素分析和正交試驗(yàn)結(jié)果均表明，油層厚度越大，黏度越低，滲透率越高，采出程度越低，開(kāi)發(fā)效果越好。

（2）在不同油價(jià)下油藏開(kāi)采界限不同，但影響多介質(zhì)輔助蒸汽吞吐的主次關(guān)系相同，主次關(guān)系依次為：采出程度＞油層厚度＞黏度＞滲透率。