宮汝祥，杜慶軍，吳海君，任曉云

(1.中海油服務(wù)股份有限公司，天津 300450;2.中國(guó)石油大學(xué)，山東 青島 266580)

海上稠油多元熱流體吞吐周期產(chǎn)能預(yù)測(cè)模型

宮汝祥1，杜慶軍2，吳海君2，任曉云2

(1.中海油服務(wù)股份有限公司，天津 300450;2.中國(guó)石油大學(xué)，山東 青島 266580)

針對(duì)海上稠油多元熱流體多輪次吞吐開(kāi)發(fā)周期產(chǎn)能預(yù)測(cè)難度大的問(wèn)題，基于渤海油田南堡35-2油田水平井多元熱流體吞吐典型井油藏?cái)?shù)值模擬模型，利用拉丁超立方實(shí)驗(yàn)得到周期產(chǎn)油量影響因素樣本集，采用1stopt回歸方法建立了多元熱流體吞吐多輪次周期產(chǎn)能預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型。模型適用范圍:原油黏度為150～1 000 mPa·s，油層厚度為3～18 m，水平井水平段長(zhǎng)度為100～300 m，油藏滲透率為2 000×10-3～10 000×10-3μm2，注入強(qiáng)度為10～26 m3/m，注入熱水溫度為200～300℃。南堡35-2油田已實(shí)施井組預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際產(chǎn)量相對(duì)平均誤差為2.89%，達(dá)到工程應(yīng)用精度要求。

海上稠油油田;產(chǎn)能預(yù)測(cè);多元熱流體;多元回歸;拉丁超立方;南堡35-2油田

0 引言

渤海油田稠油油藏資源豐富，稠油儲(chǔ)量占渤海油田總儲(chǔ)量的70%以上，由于原油黏度較高，導(dǎo)致水驅(qū)采收率較低［1］。南堡35-2油田采用水平井多元熱流體多輪次吞吐技術(shù)開(kāi)采稠油油藏取得了較好效果，已成為海上稠油開(kāi)發(fā)的有效方法［2-5］。多元熱流體吞吐周期產(chǎn)能受油藏靜態(tài)參數(shù)和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)參數(shù)影響［6-7］，預(yù)測(cè)難度大，已提出的蒸汽吞吐產(chǎn)能預(yù)測(cè)模型大都是基于均質(zhì)油藏的解析模型［8-9］，不適用于海上油田熱采開(kāi)發(fā)。研究采用油藏?cái)?shù)值模擬方法，在準(zhǔn)確描述多元熱流體吞吐機(jī)理和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)歷史擬合基礎(chǔ)上，采用高效的拉丁超立方多因素實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)方法，獲取不同條件下多元熱流體吞吐開(kāi)發(fā)方案的周期產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)樣本，通過(guò)多元回歸，建立海上稠油油藏多元熱流體多輪次吞吐周期產(chǎn)能非線性回歸預(yù)測(cè)模型。

1 典型油藏?cái)?shù)值模擬模型

基于渤海海域油田地質(zhì)和開(kāi)發(fā)特點(diǎn)，選取渤海南堡35-2油田熱采區(qū)多元熱流體吞吐典型井，建立油藏?cái)?shù)值模擬模型。模型網(wǎng)格劃分為33×15×6，平面網(wǎng)格步長(zhǎng)為15 m，縱向網(wǎng)格步長(zhǎng)為1 m。模型石油地質(zhì)儲(chǔ)量為19.1×104m3，采用水平井多元熱流體吞吐方式開(kāi)采?；緟?shù)見(jiàn)如表1所示。

表1 典型模型參數(shù)

通過(guò)對(duì)CO2溶解實(shí)驗(yàn)進(jìn)行擬合，確定氣液多組分相平衡系數(shù)，計(jì)算原油中CO2組分物質(zhì)的量濃度，并通過(guò)原油與CO2組分的線性插值計(jì)算確定原油黏度。地層條件下，原油黏度隨原油中CO2物質(zhì)的量濃度的變化見(jiàn)圖1。

圖1 原油黏度隨原油中CO2物質(zhì)的量濃度變化

多元熱流體吞吐周期產(chǎn)能不僅受油藏參數(shù)的影響，還與吞吐周期有密切關(guān)系。隨著多元熱流體吞吐周期的增加，產(chǎn)能逐漸減小，前期累計(jì)產(chǎn)油量(采出程度)對(duì)后一周期產(chǎn)能有明顯影響。對(duì)典型模型基礎(chǔ)方案進(jìn)行4個(gè)吞吐周期的生產(chǎn)模擬，各周期產(chǎn)油量分別為2.94×104、1.55×104、1.14×104、0.58×104m3。

2 產(chǎn)能預(yù)測(cè)模型

2.1 單因素影響函數(shù)關(guān)系

基于南堡35-2油田典型井概念模型，通過(guò)油藏?cái)?shù)值模擬和1stopt回歸軟件確定周期累計(jì)產(chǎn)油單因素影響函數(shù)關(guān)系。原油黏度、油層厚度、滲透率、水平井段長(zhǎng)度、注入強(qiáng)度(周期注入量與水平井水平段長(zhǎng)度的比)、注入溫度對(duì)第1周期產(chǎn)油量的影響，以及前期累計(jì)產(chǎn)油量對(duì)后一周期產(chǎn)油量的影響規(guī)律見(jiàn)圖2。

采用1stopt回歸軟件對(duì)各影響規(guī)律進(jìn)行回歸，確定其影響函數(shù)模型見(jiàn)式(1)～(7)。

原油黏度影響函數(shù)模型:

油層厚度影響函數(shù)模型:

滲透率影響函數(shù)模型:

水平井水平段長(zhǎng)度影響函數(shù)模型:

圖2 周期產(chǎn)油量單因素影響規(guī)律

注入溫度影響函數(shù)模型:

注入強(qiáng)度影響函數(shù)模型:

前期累計(jì)產(chǎn)油量影響函數(shù)模型:

式中:Q為預(yù)測(cè)周期產(chǎn)油量，104m3;μo為原油黏度，mPa·s;H為油層厚度，m;K為滲透率，10-3μm2;L為水平井水平段長(zhǎng)度，m;T為注入熱水溫度，℃;I為注入強(qiáng)度，m3/m;No為前期累計(jì)產(chǎn)油量，104m3;R2為擬合優(yōu)度。

由圖3和式(1)～(7)可以看出，隨原油黏度增加，滲流阻力增大，原油流動(dòng)能力減弱，產(chǎn)油量減小，二者呈現(xiàn)較好的對(duì)數(shù)關(guān)系;隨油層厚度的增加，單井控制原油地質(zhì)儲(chǔ)量增大，熱損失相對(duì)減小，產(chǎn)油量增加，呈現(xiàn)較好的指數(shù)關(guān)系;隨滲透率的增加，原油在流動(dòng)過(guò)程中的滲流阻力減小，流動(dòng)能力增大，產(chǎn)油量增加，呈現(xiàn)較好的對(duì)數(shù)關(guān)系;隨水平井長(zhǎng)度的增加，吸汽面積、泄油面積和波及系數(shù)均隨之增大，產(chǎn)油量增加，呈現(xiàn)較好的三次多項(xiàng)式關(guān)系;隨注入溫度的增加，產(chǎn)油量增加，二者呈三次多項(xiàng)式關(guān)系;隨注入強(qiáng)度的增加，注入熱量和能量增加，加熱面積增大，黏度降低幅度增加，產(chǎn)油量增加，二者呈較好的線性關(guān)系;多元熱流體多輪次吞吐下一周期累計(jì)產(chǎn)油量隨前期累計(jì)產(chǎn)油量的增加逐漸降低，呈現(xiàn)較好的多項(xiàng)式關(guān)系。

2.2 拉丁超立方實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)樣本集

在單因素影響規(guī)律分析基礎(chǔ)上，通過(guò)多元熱流體多因素影響實(shí)驗(yàn)方案，建立周期產(chǎn)油量預(yù)測(cè)樣本集。由于多元熱流體周期產(chǎn)油量樣本不僅包含單因素影響，還要考慮多周期不同輪次的影響，因此，需要合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，既可以使實(shí)驗(yàn)代表所有參數(shù)的變化范圍，同時(shí)又能獲得足夠多的實(shí)驗(yàn)數(shù)，在此采用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)更加靈活可控的拉丁超立方實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法［9］。

基于南堡35-2油田多元熱流體吞吐已實(shí)施單元的油藏及流體性質(zhì)、注采參數(shù)等，確定了拉丁超立方實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)的取值范圍，各取5個(gè)水平值，形成了6參數(shù)5水平問(wèn)題(表2)。根據(jù)拉丁超立方實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生45套計(jì)算方案，分別進(jìn)行4周期多元熱流體吞吐模擬計(jì)算，共產(chǎn)生180個(gè)預(yù)測(cè)樣本，部分實(shí)驗(yàn)方案及周期產(chǎn)油量計(jì)算結(jié)果如表3所示。表中每個(gè)方案列出了其參數(shù)值和4個(gè)周期的周期產(chǎn)油量，前期累計(jì)產(chǎn)油量根據(jù)前期各周期產(chǎn)油量累加計(jì)算。

表2 拉丁超立方設(shè)計(jì)參數(shù)水平取值

表3 拉丁超立方設(shè)計(jì)

2.3 多元熱流體吞吐周期產(chǎn)油量預(yù)測(cè)回歸模型

將周期產(chǎn)油量與單因素的相關(guān)關(guān)系模型，轉(zhuǎn)化為多元回歸。隨機(jī)抽取4個(gè)樣本作為檢驗(yàn)樣本，其余176個(gè)樣本作為擬合樣本進(jìn)行多元回歸，得到周期產(chǎn)油量的多因素回歸預(yù)測(cè)模型:

模型適用范圍:原油黏度為150～1 000 mPa·s，油層厚度為3～18 m，水平井水平段長(zhǎng)度為100～300 m;油藏滲透率為2 000×10-3～10 000×10-3μm2，注入強(qiáng)度為10～26 m3/m，注入熱水溫度為200～300℃。

回歸模型復(fù)相關(guān)系數(shù)R2=0.98，統(tǒng)計(jì)參數(shù)F= 4407.6，設(shè)定顯著水平α=0.005，查F(5，180)表的臨界值λ=4.66。由于F＞λ，因此，檢驗(yàn)效果顯著，即回歸模型有意義，可用于水平井多元熱流體多輪次吞吐周期產(chǎn)油量的預(yù)測(cè)。

采用式(8)計(jì)算樣本方案中周期產(chǎn)油量，擬合樣本平均相對(duì)誤差為3.67%。檢驗(yàn)樣本平均相對(duì)誤差為3.82%，預(yù)測(cè)模型能夠滿足工程計(jì)算要求。

3 多元熱流體吞吐周期產(chǎn)能預(yù)測(cè)模型應(yīng)用

南堡35-2油田B01-B04井，利用水平井多元熱流體吞吐技術(shù)進(jìn)行稠油開(kāi)發(fā)，采用實(shí)際油藏參數(shù)和注采參數(shù)，運(yùn)用周期產(chǎn)油量預(yù)測(cè)模型對(duì)第2周期開(kāi)發(fā)效果進(jìn)行驗(yàn)證(表4)。由表4可知，預(yù)測(cè)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際開(kāi)發(fā)較為接近，4口井相對(duì)誤差平均為2.89%，能夠達(dá)到工程應(yīng)用精度要求。

表4 多元熱流體吞吐預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比

4 結(jié)論

(1)渤海海域稠油油藏周期產(chǎn)油量隨地下原油黏度和前期累計(jì)產(chǎn)油量的增加而逐漸降低，隨油層厚度、水平井段長(zhǎng)度、油藏滲透率、注入強(qiáng)度和注入溫度的增加而逐漸增大。

(2)基于拉丁超立方多因素影響實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生預(yù)測(cè)樣本集，采用多元回歸法建立了水平井多元熱流體多輪次吞吐周期產(chǎn)油量預(yù)測(cè)模型。

(3)對(duì)回歸模型的精度分析及實(shí)際區(qū)塊開(kāi)發(fā)效果對(duì)比結(jié)果表明，該回歸模型的精度高，適應(yīng)性較強(qiáng)，可滿足海上稠油水平井多元熱流體吞吐周期產(chǎn)油量預(yù)測(cè)的要求。

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編輯張耀星

TE349

A

1006-6535(2015)05-0117-04

20150325;改回日期:20150807

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開(kāi)發(fā)”(2011ZX05057)子課題“海上稠油油田熱采技術(shù)試驗(yàn)示范”(2011ZX05057-005)

宮汝祥(1983-)，男，工程師，2006年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(華東)過(guò)程裝備與控制工程專業(yè)，2009年畢業(yè)于該校油氣田開(kāi)發(fā)工程專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)從事三次采油提高采收率技術(shù)方面的科研工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.05.026