杜殿發(fā)，鄭 洋，趙艷武，魏克宇，巴忠臣

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)，山東 青島 266580；2.中國(guó)石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

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反九點(diǎn)聯(lián)合井網(wǎng)水平井蒸汽驅(qū)產(chǎn)能公式

杜殿發(fā)1，鄭 洋1，趙艷武1，魏克宇1，巴忠臣2

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)，山東 青島 266580；2.中國(guó)石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

針對(duì)聯(lián)合井網(wǎng)水平井蒸汽驅(qū)產(chǎn)能公式研究較少的問(wèn)題，基于新疆風(fēng)城油田典型區(qū)塊建立油藏?cái)?shù)值模擬模型，運(yùn)用數(shù)值模擬方法分析蒸汽驅(qū)綜合系數(shù)與主要影響因素的關(guān)系，通過(guò)正交設(shè)計(jì)與多元非線性回歸方法得到蒸汽驅(qū)綜合系數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并推?dǎo)出反九點(diǎn)聯(lián)合井網(wǎng)水平井蒸汽驅(qū)產(chǎn)能公式。研究表明，該公式與數(shù)值模擬、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算結(jié)果誤差率約為10%，滿足工程要求。實(shí)例表明，某油田Z區(qū)塊公式計(jì)算得到日產(chǎn)油為133.41 m3/d，與實(shí)際數(shù)據(jù)誤差為6.42%。該研究為風(fēng)城油田稠油油藏蒸汽驅(qū)產(chǎn)能的預(yù)測(cè)提供了借鑒。

稠油；聯(lián)合井網(wǎng)；水平井；蒸汽驅(qū)；蒸汽驅(qū)綜合系數(shù)；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；風(fēng)城油田

0 引 言

中國(guó)稠油資源十分豐富，蒸汽驅(qū)是其重要的開發(fā)方式之一。研究結(jié)果[1-2]表明，與常規(guī)井網(wǎng)相比，反九點(diǎn)聯(lián)合井網(wǎng)水平井蒸汽驅(qū)在相同的生產(chǎn)條件下，具有儲(chǔ)量控制程度大、熱能利用效率高、縱向動(dòng)用程度大、最終采收率高的優(yōu)點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)直井蒸汽驅(qū)的產(chǎn)能預(yù)測(cè)研究較多[3-4]，而對(duì)聯(lián)合井網(wǎng)開發(fā)下的水平井產(chǎn)能預(yù)測(cè)研究較少。以水平等厚地層中心一口水平注入井的反九點(diǎn)聯(lián)合井網(wǎng)為例，利用稠油油藏蒸汽驅(qū)與常規(guī)油藏水驅(qū)在注采形式上的相似性[5]引入蒸汽驅(qū)綜合系數(shù)，結(jié)合多種研究方法，最終得到反九點(diǎn)聯(lián)合井網(wǎng)水平井蒸汽驅(qū)產(chǎn)能半經(jīng)驗(yàn)公式。該公式具有原理簡(jiǎn)單、操作方便以及結(jié)果準(zhǔn)確的特點(diǎn)，只要給出相應(yīng)的稠油油藏及水平井蒸汽驅(qū)開發(fā)參數(shù)，就可對(duì)蒸汽驅(qū)熱流體控制階段的產(chǎn)能進(jìn)行預(yù)測(cè)，有利于指導(dǎo)生產(chǎn)措施調(diào)整，并為開發(fā)階段劃分提供部分依據(jù)，對(duì)稠油蒸汽驅(qū)高效合理開發(fā)具有重大意義。

1 產(chǎn)能預(yù)測(cè)模型

對(duì)于均勻布井且有邊界的面積注采系統(tǒng)，可將其劃分為以注入井為中心的有限個(gè)既互相關(guān)聯(lián)又互相獨(dú)立的單元。常規(guī)油藏水驅(qū)開發(fā)中，假設(shè)油水流度比為1且為活塞式驅(qū)油，考慮油藏各向異性，利用水電相似原理將滲流阻力分為水平井垂直方向、水平井到生產(chǎn)坑道、生產(chǎn)坑道到直井井底3個(gè)部分[6]，得到水驅(qū)反九點(diǎn)聯(lián)合井網(wǎng)產(chǎn)能公式。為將公式推廣到稠油油藏汽驅(qū)開發(fā)，引入蒸汽驅(qū)綜合系數(shù) ，該系數(shù)采用剩余油飽和度反映蒸汽驅(qū)前的蒸汽吞吐階段特征，同時(shí)考慮熱采過(guò)程中原油黏度的非線性以及注汽速度等相關(guān)蒸汽驅(qū)參數(shù)對(duì)產(chǎn)能結(jié)果造成的影響。

(1)

式中：q為地面條件下聯(lián)合井網(wǎng)的產(chǎn)量，cm3/s；α為蒸汽驅(qū)綜合系數(shù)；K為地層平均滲透率，10-3μm2；β為各向異性因子；h為油層有效厚度，cm；Δp為生產(chǎn)壓差，MPa；Bo為原油體積系數(shù)；μo為50℃下的原油黏度，mPa·s；D為井網(wǎng)特征尺度半長(zhǎng)，cm；rw為油井半徑，cm；L為水平井段半長(zhǎng)，cm；h為油層有效厚度，cm；d為水平井距油層底部高度，cm。

2 蒸汽驅(qū)綜合系數(shù)求解

2.1 油藏?cái)?shù)值模擬模型建立

以新疆風(fēng)城油田重32區(qū)塊為例，應(yīng)用CMG-STARS軟件建立數(shù)值模型。區(qū)塊基本參數(shù)為：油層中部海拔為110 m，平均井深為230 m，原始地層壓力為2.27 MPa，原始地層溫度為17.7 ℃，油層有效厚度為17.58 m，平均孔隙度為32.5%，平均含油飽和度為69.1%，平均滲透率為3 151×10-3μm2，油藏溫度下脫氣原油黏度為10 000～15 000 mPa·s，且溫度升高10 ℃，黏度降低50%～60%。

2.2 單因素影響規(guī)律分析

設(shè)計(jì)多組數(shù)值模擬方案，設(shè)定采注比為1.2，進(jìn)行反九點(diǎn)聯(lián)合井網(wǎng)水平井蒸汽驅(qū)模擬計(jì)算。由計(jì)算結(jié)果與式(1)反求蒸汽驅(qū)綜合系數(shù)，并研究其與初始含油飽和度、原油黏度、注汽速度等5個(gè)參數(shù)的關(guān)系，作為確定蒸汽驅(qū)綜合系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式的依據(jù)。通過(guò)對(duì)影響規(guī)律趨勢(shì)的擬合可知，蒸汽驅(qū)綜合系數(shù)與剩余油含油飽和度呈乘冪關(guān)系，與原油黏度和注汽速度呈二次式關(guān)系，與注汽干度和注汽溫度呈對(duì)數(shù)關(guān)系，且均為遞增趨勢(shì)。

2.3 建立蒸汽驅(qū)綜合系數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

選取油層有效厚度、剩余油含油飽和度、原油黏度、注汽速度等8個(gè)主要開發(fā)參數(shù)，參照新疆風(fēng)城油田某代表性區(qū)塊的油藏條件，給出各參數(shù)的取值范圍，即模型適用范圍，并分別劃分為8個(gè)水平(表1)[7]。

表1 參數(shù)正交設(shè)計(jì)

利用表1中64組數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值模擬并計(jì)算，根據(jù)蒸汽驅(qū)綜合系數(shù)與單因素影響分析結(jié)果，經(jīng)變量代換及多元線性回歸，得到該系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?/p>

α=18.5371So0.5782+3.2209×10-3μo-

1.1476×10-7μo2+0.3116v-7.2269×10-4v2+

0.0598lnT+0.6065lnG-32.0127

(2)

式中：So為剩余含油飽和度；v為注汽速度，m3/d；T為注汽溫度，℃；G為注汽干度。

由式(2)可知，剩余含油飽和度、原油黏度及注汽速度對(duì)蒸汽驅(qū)綜合系數(shù)的影響較大，而注汽溫度與注汽干度對(duì)蒸汽驅(qū)綜合系數(shù)的影響較小，即對(duì)水平井蒸汽驅(qū)的產(chǎn)能結(jié)果影響較小。將式(2)代入式(1)中，得到反九點(diǎn)聯(lián)合井網(wǎng)水平井蒸汽驅(qū)產(chǎn)能預(yù)測(cè)模型。

3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法[8]具有良好的自適應(yīng)性，在油氣田開發(fā)等多個(gè)領(lǐng)域中，常用于對(duì)多變量、不確定的非線性系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，且準(zhǔn)確性較高。建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的關(guān)鍵在于其結(jié)構(gòu)層數(shù)、輸入與輸出參數(shù)。選擇3層人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)水平井蒸汽驅(qū)產(chǎn)能進(jìn)行預(yù)測(cè)，網(wǎng)絡(luò)輸入結(jié)點(diǎn)為表1中的8個(gè)影響因素，網(wǎng)絡(luò)輸出節(jié)點(diǎn)為產(chǎn)能。

學(xué)習(xí)訓(xùn)練樣本的不完整性和離散性會(huì)直接影響網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，選擇表1中64組數(shù)值模擬結(jié)果組成學(xué)習(xí)樣本集，將其輸入并進(jìn)行數(shù)萬(wàn)次的運(yùn)算訓(xùn)練，誤差小于0.1%，由此得到水平井蒸汽驅(qū)產(chǎn)能與8個(gè)主要因素間的內(nèi)在聯(lián)系。

訓(xùn)練得到網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和閾值后，將8個(gè)因素重新組合得到不同于學(xué)習(xí)訓(xùn)練樣本的10組數(shù)據(jù)(表2)，進(jìn)而對(duì)產(chǎn)能結(jié)果做出預(yù)測(cè)。將網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)和數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果與理論公式計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比(表3)，結(jié)果顯示，理論公式的誤差約為10%，滿足工程要求。

表2 預(yù)測(cè)樣本數(shù)據(jù)

表3 不同方式產(chǎn)能預(yù)測(cè)結(jié)果

4 實(shí)例應(yīng)用

以某油田Z區(qū)塊為例，該區(qū)塊初期進(jìn)行蒸汽吞吐，后期采用反九點(diǎn)聯(lián)合井網(wǎng)，轉(zhuǎn)為蒸汽驅(qū)開發(fā)。基本參數(shù)如下：原始地層壓力為4.65 MPa，平均孔隙度為0.33，平均滲透率為2 800×10-3μm2，剩余含油飽和度為0.58，50 ℃下原油黏度為8 500 mPa·s，注汽速度為180 m3/d，注汽溫度為270 ℃，注汽干度為0.8，無(wú)因次井長(zhǎng)為0.46，油井半徑為0.1 cm，油層厚度為20 m，水平井距油層底部高度為5 m，原油體積系數(shù)為1.05。應(yīng)用產(chǎn)能公式計(jì)算日產(chǎn)油為133.41 m3/d，而實(shí)際測(cè)得的日產(chǎn)油為142.56 m3/d，誤差為6.42%，表明反九點(diǎn)聯(lián)合井網(wǎng)水平井蒸汽驅(qū)產(chǎn)能公式具有一定的準(zhǔn)確性及實(shí)際意義，可用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐。

5 結(jié) 論

(1) 考慮到注采形式上的相似性，在常規(guī)油藏注水開發(fā)的產(chǎn)能公式中引入蒸汽驅(qū)綜合系數(shù)，得到稠油油藏蒸汽驅(qū)產(chǎn)能公式，解決了不同類型井網(wǎng)開發(fā)下的蒸汽驅(qū)產(chǎn)能計(jì)算問(wèn)題。

(2) 針對(duì)新疆風(fēng)城油田典型區(qū)塊的特點(diǎn)，通過(guò)數(shù)值模擬方法得到蒸汽驅(qū)綜合系數(shù)的單因素影響規(guī)律，并回歸出其在反九點(diǎn)聯(lián)合井網(wǎng)情況下的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。分析可知，剩余含油飽和度、原油黏度及注汽速度?duì)蒸汽驅(qū)綜合系數(shù)的影響較大，而注汽溫度與注汽干度對(duì)蒸汽驅(qū)綜合系數(shù)的影響較小，即對(duì)水平井蒸汽驅(qū)的產(chǎn)能影響較小。

(3) 運(yùn)用理論公式對(duì)水平井受效階段的產(chǎn)能進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)比數(shù)值模擬計(jì)算及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)的結(jié)果，證明該理論公式的計(jì)算誤差滿足工程要求，通過(guò)實(shí)例分析表明，產(chǎn)能公式可為現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用提供一定的理論支持。

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編輯 劉 巍

20160104；改回日期：20160520

中國(guó)石油天然氣股份有限公司新疆油田重大科技項(xiàng)目“重32井區(qū)齊古組油藏吞吐后期轉(zhuǎn)汽驅(qū)實(shí)施及優(yōu)化研究”(2014040001)

杜殿發(fā)(1972-)，男，教授，1993年畢業(yè)于石油大學(xué)(華東)油藏工程專業(yè)，2002年畢業(yè)于該校油氣田開發(fā)工程專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)從事油氣田開發(fā)方面的教學(xué)和科研工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.04.020

TE345

A

1006-6535(2016)04-0090-03