海上稠油多元熱流體吞吐產能影響因素研究
——以渤海N 油田為例

彭世強，鄭 偉

（中海油研究總院有限責任公司，北京 100038）

渤海稠油儲量豐富，經濟高效開發稠油油藏是渤海油田今后一個時期的主攻方向之一。受環境、成本、設施、安全環保等因素影響，海上稠油油藏開發具有投資更高、風險更大、地質油藏條件更復 雜等特殊性。經過不斷地探索和實踐，已證明多元熱流體吞吐是一種適合于海上稠油油藏特點的開采方式[1–4]。產能評價研究是油氣田開發方案設計的重要工作之一，也是海上油氣田開發前期研究的關鍵性基礎工作[5–10]，因此，準確預測海上稠油油藏多元熱流體熱采單井初期產能至關重要。正交試驗設計方法是以概率論、數理統計等為理論基礎，利用正交表科學合理地通過少量試驗結果來了解全面試驗的情況，定性定量地確定參數對指標的影響趨勢、主次順序及顯著程度，從而快速獲得目標結果的一種數學方法。本文以渤海N 油田多元熱流體稠油油藏數模模型為基礎，運用正交試驗設計方法，對儲層有效滲透率、儲層有效厚度、地層原油黏度三種地質油藏靜態影響因素，以及生產壓差、熱流體氣體（CO2）組分比例、水平井段長度三種生產動態影響因素進行優化研究，最后對其合理性進行驗證。

1 機理模型建立

N 油田構造整體為一復雜的鼻狀構造，以巖性–構造油藏為主，儲層為高孔高滲型，原油具有密度高、黏度大的特點，油水關系復雜。考慮N 油田實際地質油藏參數，建立多元熱流體單井油藏數值模擬機理模型，研究不同參數對多元熱流體吞吐初期產能的影響，確定最優產能影響因素組合。模型網格劃分為60×31×10 個，X、Y、Z 方向網格步長分別為10，10，1 m，儲層滲透率2 000×10–3μm2，孔隙度35%，含油飽和度73%，地層原油黏度1 000 mPa·s，油層溫度51 ℃，地層初始壓力10.4 MPa。模擬采用水平井對油層中下部進行開發，水平段長度為200 m。

2 產能影響因素正交優化研究

2.1 產能影響因素水平表設計

運用單因素方法進行多元熱流體吞吐產能影響因素模擬時，效率不高，而且受到的試驗限制較多。為了達到簡單快速地找出單井初期產能影響因素最優組合的目的，本次研究采用正交試驗設計方法[11–12]，分別對地質油藏參數（靜態影響因素）、生產參數（動態影響因素），以及各影響因素的不同水平（取值）進行優化研究。基于N 油田地質油藏特征和生產動態情況，首先明確了影響單井初期產能的地質油藏參數主要為地層原油黏度、儲層有效厚度、儲層有效滲透率三個因素，且每個因素分別對應三個水平；影響單井初期產能的生產參數主要為生產壓差、水平井段長度、熱流體氣體（CO2）組分比例三個因素，每個因素分別對應三個水平。然后開展正交試驗，具體正交試驗設計參數及水平取值如表1。

2.2 優化方案設計及結果

基于正交試驗設計方法的原理，對地質油藏參數（靜態影響因素）進行了9 套方案設計，通過數值模擬方法，獲得了各方案首周期的高峰產油量、平均產油量、累計產油量、油氣比等生產指標（表2）。

同理，運用正交試驗設計與數值模擬方法，對生產參數（動態影響因素）進行了9 套方案設計，并預測了各方案首周期的高峰產油量、平均產油量、 累計產油量、油氣比等生產指標（表3）。

表1 地質油藏參數與生產參數及其水平取值

表2 地質油藏參數試驗設計方案及首周期產量指標

2.3 優化方案結果分析

運用直觀分析方法，對影響多元熱流體吞吐產能的地質油藏參數以及生產參數進行最優水平分析與影響程度分析。首先計算不同影響因素同一水平條件下評價指標的平均值，分別記作均值1、均值2、均值3，然后求出相同影響因素不同水平條件下評價指標的平均值極差。極差越大，表明該影響因素對評價指標的影響越大。

選取多元熱流體吞吐單井首周期的高峰產油量作為評價指標。由表4 可知，影響多元熱流體吞吐產能的地質油藏參數影響程度排序為地層原油黏度＞儲層有效厚度＞儲層有效滲透率，當地層原油黏度水平為500 mPa·s，儲層有效厚度水平為20 m，儲層有效滲透率水平為3 000×10–3μm2時的評價指標最優，開發效果最好；影響多元熱流體吞吐產能的生產參數影響程度排序為生產壓差＞水平井段長度＞ CO2組分比例，當生產壓差水平為3.0 MPa，水平井段長度水平為250 m，CO2組分比例水平為15%時的評價指標最優，開發效果最好。

運用方差分析法對各因素評價指標的影響程度進行驗證，某因素計算的偏差平方和值越高，說明該因素對評價指標的影響越大。地質油藏參數與生產參數的偏差平方和計算結果如表4 所示，該方法所確定的多元熱流體吞吐產能影響因素的影響程度排序與直觀分析法確定的排序一致。

經過上述分析，分別確定了地質油藏參數與生產參數的最優組合方案（表4）。

表3 生產參數試驗設計方案及首周期產量指標

表4 正交設計方案所獲得的地質油藏參數與生產參數最佳組合方案優選

3 結果合理性檢驗

運用數模方法，將地質油藏參數最優組合方案與正交設計的地質油藏參數試驗方案模擬結果進行比較（圖1），地質油藏參數最優組合方案首周期高峰產油量為60.26 m3/d，與正交設計的地質油藏參數試驗方案中的方案3 所模擬的計算結果相同，并優于其他方案；其中，方案3 所選各因素的水平取值與最優組合方案中各因素的水平取值相同。將生產參數最優組合方案與正交設計的生產參數試驗方案模擬結果進行比較（圖2），生產參數最優組合方案首周期高峰產油量為57.50 m3/d，與正交設計的生產參數試驗方案中的方案7、方案8 所模擬的計算結果相同，并優于其他方案；其中，方案7 所選各因素的水平取值與最優組合方案中各因素的水平取值相同。從而進一步驗證了正交試驗設計方案的合理性。

4 結論

（1）運用正交試驗設計方法，明確了影響多元熱流體吞吐產能的地質油藏參數（靜態影響因素）主要為地層原油黏度、儲層有效厚度和儲層有效滲透率，其中，各因素影響程度排序為地層原油黏度＞儲層有效厚度＞儲層有效滲透率；生產參數（動態影響因素）主要為生產壓差、CO2組分比例、水平井段長度，其中，各因素影響程度排序為生產壓差＞水平井段長度＞ CO2組分比例。

圖1 地質油藏正交設計與最優方案模擬結果比較

圖2 生產動態正交設計與最優方案模擬結果比較

（2）采用數值模擬與正交試驗設計相結合的方法，以渤海N 油田為例，以首周期高峰產油量作為評價指標，確定了地質油藏參數（靜態影響因素）和生產參數（動態影響因素）的最優組合方案，為多元熱流體產能評價研究提供了指導。