反九點聯合井網水平井蒸汽驅產能公式

杜殿發，鄭 洋，趙艷武，魏克宇，巴忠臣

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

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反九點聯合井網水平井蒸汽驅產能公式

杜殿發1，鄭 洋1，趙艷武1，魏克宇1，巴忠臣2

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

針對聯合井網水平井蒸汽驅產能公式研究較少的問題，基于新疆風城油田典型區塊建立油藏數值模擬模型，運用數值模擬方法分析蒸汽驅綜合系數與主要影響因素的關系，通過正交設計與多元非線性回歸方法得到蒸汽驅綜合系數經驗模型，并推導出反九點聯合井網水平井蒸汽驅產能公式。研究表明，該公式與數值模擬、人工神經網絡計算結果誤差率約為10%，滿足工程要求。實例表明，某油田Z區塊公式計算得到日產油為133.41 m3/d，與實際數據誤差為6.42%。該研究為風城油田稠油油藏蒸汽驅產能的預測提供了借鑒。

稠油；聯合井網；水平井；蒸汽驅；蒸汽驅綜合系數；人工神經網絡；風城油田

0 引 言

中國稠油資源十分豐富，蒸汽驅是其重要的開發方式之一。研究結果[1-2]表明，與常規井網相比，反九點聯合井網水平井蒸汽驅在相同的生產條件下，具有儲量控制程度大、熱能利用效率高、縱向動用程度大、最終采收率高的優點。目前國內外學者對直井蒸汽驅的產能預測研究較多[3-4]，而對聯合井網開發下的水平井產能預測研究較少。以水平等厚地層中心一口水平注入井的反九點聯合井網為例，利用稠油油藏蒸汽驅與常規油藏水驅在注采形式上的相似性[5]引入蒸汽驅綜合系數，結合多種研究方法，最終得到反九點聯合井網水平井蒸汽驅產能半經驗公式。該公式具有原理簡單、操作方便以及結果準確的特點，只要給出相應的稠油油藏及水平井蒸汽驅開發參數，就可對蒸汽驅熱流體控制階段的產能進行預測，有利于指導生產措施調整，并為開發階段劃分提供部分依據，對稠油蒸汽驅高效合理開發具有重大意義。

1 產能預測模型

對于均勻布井且有邊界的面積注采系統，可將其劃分為以注入井為中心的有限個既互相關聯又互相獨立的單元。常規油藏水驅開發中，假設油水流度比為1且為活塞式驅油，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、水平井到生產坑道、生產坑道到直井井底3個部分[6]，得到水驅反九點聯合井網產能公式。為將公式推廣到稠油油藏汽驅開發，引入蒸汽驅綜合系數 ，該系數采用剩余油飽和度反映蒸汽驅前的蒸汽吞吐階段特征，同時考慮熱采過程中原油黏度的非線性以及注汽速度等相關蒸汽驅參數對產能結果造成的影響。

(1)

式中：q為地面條件下聯合井網的產量，cm3/s；α為蒸汽驅綜合系數；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為生產壓差，MPa；Bo為原油體積系數；μo為50℃下的原油黏度，mPa·s；D為井網特征尺度半長，cm；rw為油井半徑，cm；L為水平井段半長，cm；h為油層有效厚度，cm；d為水平井距油層底部高度，cm。

2 蒸汽驅綜合系數求解

2.1 油藏數值模擬模型建立

以新疆風城油田重32區塊為例，應用CMG-STARS軟件建立數值模型。區塊基本參數為：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 單因素影響規律分析

設計多組數值模擬方案，設定采注比為1.2，進行反九點聯合井網水平井蒸汽驅模擬計算。由計算結果與式(1)反求蒸汽驅綜合系數，并研究其與初始含油飽和度、原油黏度、注汽速度等5個參數的關系，作為確定蒸汽驅綜合系數經驗公式的依據。通過對影響規律趨勢的擬合可知，蒸汽驅綜合系數與剩余油含油飽和度呈乘冪關系，與原油黏度和注汽速度呈二次式關系，與注汽干度和注汽溫度呈對數關系，且均為遞增趨勢。

2.3 建立蒸汽驅綜合系數經驗模型

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個主要開發參數，參照新疆風城油田某代表性區塊的油藏條件，給出各參數的取值范圍，即模型適用范圍，并分別劃分為8個水平(表1)[7]。

表1 參數正交設計

利用表1中64組數據進行數值模擬并計算，根據蒸汽驅綜合系數與單因素影響分析結果，經變量代換及多元線性回歸，得到該系數的經驗模型：

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蒸汽驅綜合系數的影響較大，而注汽溫度與注汽干度對蒸汽驅綜合系數的影響較小，即對水平井蒸汽驅的產能結果影響較小。將式(2)代入式(1)中，得到反九點聯合井網水平井蒸汽驅產能預測模型。

3 人工神經網絡實驗

人工神經網絡方法[8]具有良好的自適應性，在油氣田開發等多個領域中，常用于對多變量、不確定的非線性系統進行預測，且準確性較高。建立人工神經網絡模型的關鍵在于其結構層數、輸入與輸出參數。選擇3層人工神經網絡對水平井蒸汽驅產能進行預測，網絡輸入結點為表1中的8個影響因素，網絡輸出節點為產能。

學習訓練樣本的不完整性和離散性會直接影響網絡預測結果的準確性，選擇表1中64組數值模擬結果組成學習樣本集，將其輸入并進行數萬次的運算訓練，誤差小于0.1%，由此得到水平井蒸汽驅產能與8個主要因素間的內在聯系。

訓練得到網絡權值和閾值后，將8個因素重新組合得到不同于學習訓練樣本的10組數據(表2)，進而對產能結果做出預測。將網絡預測和數值模擬計算結果與理論公式計算結果進行對比(表3)，結果顯示，理論公式的誤差約為10%，滿足工程要求。

表2 預測樣本數據

表3 不同方式產能預測結果

4 實例應用

以某油田Z區塊為例，該區塊初期進行蒸汽吞吐，后期采用反九點聯合井網，轉為蒸汽驅開發。基本參數如下：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，無因次井長為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，原油體積系數為1.05。應用產能公式計算日產油為133.41 m3/d，而實際測得的日產油為142.56 m3/d，誤差為6.42%，表明反九點聯合井網水平井蒸汽驅產能公式具有一定的準確性及實際意義，可用于現場實踐。

5 結 論

(1) 考慮到注采形式上的相似性，在常規油藏注水開發的產能公式中引入蒸汽驅綜合系數，得到稠油油藏蒸汽驅產能公式，解決了不同類型井網開發下的蒸汽驅產能計算問題。

(2) 針對新疆風城油田典型區塊的特點，通過數值模擬方法得到蒸汽驅綜合系數的單因素影響規律，并回歸出其在反九點聯合井網情況下的經驗模型。分析可知，剩余含油飽和度、原油黏度及注汽速度對蒸汽驅綜合系數的影響較大，而注汽溫度與注汽干度對蒸汽驅綜合系數的影響較小，即對水平井蒸汽驅的產能影響較小。

(3) 運用理論公式對水平井受效階段的產能進行預測，對比數值模擬計算及人工神經網絡預測的結果，證明該理論公式的計算誤差滿足工程要求，通過實例分析表明，產能公式可為現場應用提供一定的理論支持。

[1] 徐巖光.水平井注蒸汽開采稠油方案優化設計[D].青島：中國石油大學(華東)，2010.

[2] 史海濤，王朔，呂楠，等.超稠油水平井蒸汽驅技術參數優化研究[J].特種油氣藏，2015，22(4)：121-124.

[3] MYHILL N A，STEGEMEIER G L. Steam drive correlation and prediction[J].JPT， 1978，30(2)： 173-182.

[4] JONES Jeff. Steam drive model for hand-held programmable calculators[J]. JPT， 1981，33(9)： 1583-1598.

[5] 劉慧卿，張紅玲. 蒸汽驅油井流入動態研究[J].特種油氣藏，2005，12(3)：38-41.

[6] 趙春森.水平井與直井整體開發滲流理論研究[D].大慶：大慶石油學院， 2001.

[7] 常兆光，王清河，杜彩鳳.應用統計方法[M].北京：石油工業出版社，2009：166-180.

[8] 李曾任. 人工神經元網絡及其應用[M].北京：清華大學出版社， 1999：23-89.

編輯 劉 巍

20160104；改回日期：20160520

中國石油天然氣股份有限公司新疆油田重大科技項目“重32井區齊古組油藏吞吐后期轉汽驅實施及優化研究”(2014040001)

杜殿發(1972-)，男，教授，1993年畢業于石油大學(華東)油藏工程專業，2002年畢業于該校油氣田開發工程專業，獲博士學位，現從事油氣田開發方面的教學和科研工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.04.020

TE345

A

1006-6535(2016)04-0090-03