熱采井注入壓力影響因素灰色關聯分析

林濤，孫永濤，孫玉豹，張衛行，張偉，宋宏志

中海油田服務股份有限公司油田生產研究院，天津300450

熱采井注入壓力影響因素灰色關聯分析

林濤，孫永濤，孫玉豹，張衛行，張偉，宋宏志

中海油田服務股份有限公司油田生產研究院，天津300450

海上稠油油田采用多元熱流體熱采技術取得了顯著的效果，但有些熱采井注入壓力高、注入速度低，無法按工藝設計要求實現注入，因而需對目前認識尚不清楚的注入壓力影響因素進行研究。文章結合工程實際，通過對現場7口典型井的注入壓力及相關數據統計，包括黏度、滲透率、孔隙度、注入速度、靜壓、水平段長度共6項因素，運用灰色系統理論中的關聯分析原理，分析了影響注入壓力的各種因素的關聯度。對相關的6個影響因素的分析表明，油藏本身的物性條件，如孔隙度、滲透率對注入壓力的影響非常大，注入流體的速度和水平段的長度也明顯影響注入壓力，研究成果為下一步優化多元熱流體注入能力提供了技術依據。

海上稠油油田；多元熱流體；注入壓力；灰色關聯；影響因素

0 引言

中國海上油田原油儲量豐富，其中稠油儲量也較大。對于稠油油田，常規注水冷采開發難以大幅度提高原油采收率，稠油熱采是稠油開采的較佳方式[1]。近年來，稠油熱采技術開始應用于海上油田，目前主要以多元熱流體熱采為主。多元熱流體熱采是一種新型的熱采技術，它是通過燃燒產生高溫高壓的水蒸氣、CO2及N2等混合氣體進行熱采的，具有氣體混相驅（氮氣驅、二氧化碳驅）和熱力采油（蒸汽吞吐、蒸汽驅）的綜合優點[2-4]。在海上油田采用吞吐式熱采技術后，其優勢更加顯著。

隨著海上稠油熱采技術應用規模的逐步擴大，諸多實際問題逐步暴露出來。對于一些原油黏度較大、儲層埋藏相對較深、原始地層壓力較大的油藏，吸汽能力低、注汽困難是制約其有效開發的關鍵因素，表現為熱采井的注入壓力高、注入速度低，嚴重影響了熱采作業。影響熱采井注入壓力的因素有哪些，哪些因素是主要的，哪些是次要的，如何治理，都是需要解決的問題。通過統計現場熱采井的數據，應用灰色關聯理論進行熱采井注入壓力影響因素的分析，是提出針對性治理技術措施的基礎。

1 熱采井注入壓力統計

1.1 油田概況

渤海灣某稠油油田B區地層原油黏度為450～950 mPa·s，油層發育于明化鎮組下段，儲層為河流相沉積砂體，具有高孔、高滲及非均質性較強的特征。該區油水關系復雜，油藏類型眾多，以巖性-構造復合油藏為主，區塊內的主力砂體邊、底水相對較為發育，水體倍數為3～5倍。該油田B區于2005年9月投產，利用天然能量開發，表現出海上特稠油油田典型的“三低特征”[5]：

（1）單井產能低，定向井初期產能僅為18 m3/d，水平井初期產能平均僅為35 m3/d。

（2）采油速度低，高峰采油速度僅為0.3%。

（3）采收率低，預測常規開發采收率僅為4.2%[6]。

1.2 注入壓力統計

為提高單井產能，從而提高采油速度和最終采收率，自2008年始，在該區實施多元熱流體熱采吞吐技術，熱采井均為水平井，熱采后的單井產能為常規產能的1.5～3.0倍，取得了較好的效果。在現場作業中，能否按照工藝設計完成注入量，注入壓力是其中一項關鍵因素。

熱采井熱采過程包括注熱、燜井、放噴三個階段，其中注熱階段是向地層注入熱流體。注水的研究結果表明，孔隙度、滲透率、流體壓力和圍壓均對注水壓力產生影響[7]；同時注熱流體過程也是一個注熱過程，原油黏度具有隨溫度增加而大幅度下降的敏感性，所以原油黏度也對注入壓力產生影響；另外注入流體的其他性質，如流體的注入速度等也會對注入壓力產生影響。

從熱采井中選取典型的7口井進行統計，考慮了實際注入壓力、黏度、滲透率、孔隙度、注入速度、靜壓、水平段長度共7項因素，見表1。

表1 熱采井注入情況統計數據

2 灰色理論分析

注入壓力和多種因素有關，其中主要因素和次要因素目前尚未劃分清楚。只有比較準確地認識注入壓力的影響因素，才能有針對性地提出治理措施，保障工藝的有效實施。灰色關聯分析為解決這個問題提供了一種行之有效的方法。灰色系統理論認為，任何隨機過程都在一定幅度范圍和一定時區內變化[8]。對注入壓力來說，黏度、滲透率、孔隙度等各敏感特性參數不是確定值，而是有一定的變化范圍，即灰數。它們作為灰色系統是有整體功能的，具有某種潛在規律。

2.1 確定分析數列

確定反映系統行為特征的參考數列和影響系統行為的比較數列。反映系統行為特征的數據序列，稱為參考數列，選擇注入壓力作為參考數列，反映了黏度、滲透率、孔隙度等6種因素綜合作用的結果，記為：

而黏度、滲透率、孔隙度等6項數據則是從某一側面反映了不同組成的作用效果，故作為比較數列，記為：

2.2 原始數據變換

確定了參考數列、比較數列后，可構成原始數據矩陣，見表2。

由于系統中各因素的物理意義不同，量綱一般也不同，數據取值范圍差別較大。因此，原始數據要進行無量綱化處理，可采用均值化方法進行處理，其表達式為：

2.3 關聯系數和關聯度

式中ξi（k）——第k個時刻比較數列對參考數列的關聯系數；

ρ——分辨系數，作用是削弱最大絕對差值太大而失真的影響，提高關聯系數之間的差異顯著性，一般取值為0～1，這里取ρ=0.5。

在定量分析影響系統發展的主要和次要因素時，對各個時刻的關聯系數取平均值，稱為關聯度[9]。

表2 注入壓力影響參數

式中ri——關聯度，其值越接近1，表示它們之間的關系越緊密。

通過式（1）～（5）計算各影響因素的關聯度大小并排序，見表3。

表3 比較數列與參考數列的關聯度

由表3可知，在6項影響因素中，孔隙度（第3項）影響最大，其次為滲透率和注入速度的影響。

還運用了絕對關聯度、相對關聯度和綜合關聯度[10]的方法對數據序列進行對比分析，見表4。

表4 關聯度及排序

由表4中綜合關聯度的分析可以看出，在6項影響因素中，滲透率的影響最大，其次為注入速度和水平段長度。

通過采用上述不同的灰色關聯分析方法，可知油藏本身的物性條件，如孔隙度、滲透率對注入壓力的影響非常大，注入流體的速度和水平段的長度也明顯影響注入壓力。

在現場，為進一步提高油井的注入能力，應采取相應的措施，在新鉆油井時應優化水平段的長度；在油井注熱前可采取酸化、注減阻劑等化學方式提高近井地帶的油藏物性；在注入壓力高時可采取降低注汽排量，或采用多輪次小排量吞吐的方法降低注入壓力。

3 結論

在熱采井注入壓力的眾多影響因素中，油藏本身的物性條件，如孔隙度、滲透率對于注入壓力的影響非常大，注入流體的速度和水平段的長度也對注入壓力有明顯影響，通過采用灰色理論確定注入壓力的主要及次要影響因素，為后續海上稠油熱采多元熱流體吞吐優化設計提供了依據。

[1]林濤，孫永濤，馬增華，等.多元熱流體熱采技術在海上探井測試中適應性研究[J].海洋石油，2012，32（2）:51-53.

[2]唐曉旭，馬躍，孫永濤.海上稠油多元熱流體吞吐工藝研究及現場試驗[J].中國海上油氣，2011，23（3）:185-188.

[3]孫玉豹，孫永濤，林濤.渤海油田多元熱流體吞吐自噴期生產控制[J].石油化工應用，2012，31（5）:10-12.

[4]林濤，孫永濤，馬增華，等.多元熱流體熱-氣降黏作用初步探討[J].海洋石油，2012，32（3）:74-76.

[5]黃穎輝，劉東，張風義.南堡35-2南區特稠油油田弱凝膠提高采收率探討[J].石油地質與工程，2012，26（2）:122-124.

[6]黃穎輝，劉東，羅義科.海上多元熱流體吞吐先導試驗井生產規律研究[J].特種油氣藏，2013，20（2）:84-86.

[7]梁衛東，姜貴璞，王麗敏，等.砂巖油田合理注水壓力的確定[J].大慶石油學院學報，2004，28（4）:42-44.

[8]鄧聚龍.灰色理論基礎[M].武漢：華中科技大學出版社，2002.122-209.

[9]林濤，孫永濤，劉海濤，等.CO2、N2與蒸汽混合增效作用研究[J].斷塊油氣田，2013，20（2）:246-247，267.

[10]鄭軍偉.基于灰色系統理論的數據關聯度建模及其應用[D]．杭州：杭州電子科技大學，2011.

Grey Correlation Analysis of Factors Affecting Injection Pressure in Thermal RecoveryWells

Lin Tao，Sun Yongtao，Sun Yubao，Zhang Weihang，Zhang Wei，Song Hongzhi
COSLOilfield Optimization R&D Institute，Tianjin 300450，China

It is obvious that remarkable results have been gotten by using multi-component thermal fluid technology for heavy oil recovery in offshore oilfields.However，it is difficult to inject thermal fluid according to the plan，especial for some wells of high injection pressure and low injection speed.Until now the factors affecting injection pressure are not clear.In order to solve this problem，reservoir engineering methods and field data analysis are combined.The relevant statistical data of 7 typical wells are collected，including viscosity，permeability，porosity，injection rate，static pressure and length of horizontal section.The correlation degrees of different factors affecting injection pressure are analyzed by using the principle of correlation analysis in grey system theory.The results show that physical properties of oil reservoir，such as porosity and permeability，have much effect on injection pressure，and injection rate of fluid and horizontal section length have also obvious effect on it.All the study results provide a technicalbasis for later injection capacity optimization of multi-component thermalfluid.

offshore heavy oilfield；multi-component thermalfluid；injection pressure；gray correlation；affecting factor

國家科技重大專項資助項目（2011ZX05026-005-001）

10.3969/j.issn.1001-2206.2014.06.015

林濤（1983-），男，四川成都人，工程師，2008年畢業于大慶石油學院石油工程油氣田開發工程專業，碩士，現從事海上油田稠油熱采工藝技術方面的研究工作。

2014-04-22