2015, Vol. 38
表1(Table 1)
2. 中国石油大学(华东) 石油工程学院，山东 青岛 266580
2. College of Petroleum Engineering, China University of Petroleum (East China), Qingdao, Shandong 266580, P.R.China
渤海海域稠油资源丰富，地下原油黏度较高的稠油油田采用水驱和化学驱开发效果很差，而蒸汽吞吐技术作为稠油油田的有效开发方式之一[1-2]，在海上的应用处于刚刚起步阶段；同时，海上油田开发具有井距大、埋藏深等特点，加上平台限制、作业环境和保压开发方式的影响[3]，因此，有必要开展海上稠油油藏蒸汽吞吐的注采参数优化研究，以期达到较好的开发效果。
正交试验设计是一种研究多因素多水平的设计方法，它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，既能够减少多因素全面试验时繁琐的工作量，又能够高效、快速的找到最佳的因素水平组合。杜殿发等[4]以辽河油田曙一区杜84块超稠油油藏为例利用正交试验的方法分析了注汽参数对蒸汽吞吐效果的影响；王庆等[5]详细论述了陆上某稠油区块水平井蒸汽吞吐注采参数优化的正交数值试验的方法；吴晓东等[6]对克拉玛依油田九区稠油注采工艺参数进行了敏感性分析和优化；通过调研可知，国内外学者针对陆上稠油油藏蒸汽吞吐开发过程中的注采参数优化进行了大量研究，但针对海上稠油油藏的研究较少。因此，笔者在建立渤海油田某典型区块热采油藏数值模拟模型的基础上，采用正交试验设计的方法对该区块蒸汽吞吐过程中的注汽强度、注汽速度、井底蒸汽干度、蒸汽温度、焖井时间和产液速度进行研究，并通过对方案结果进行直观分析和方差分析，得到了各参数对开发效果的影响程度及最优参数组合，最后对正交试验结果的合理性进行了验证。
1 模型的建立选取渤海有代表性的M油藏作为典型区块，基本参数为：油藏顶界埋深1 136 m，原始地层压力11.0 MPa，油藏温度53 ℃，地下原油粘度440 mPa·s，油层厚度13 m，初始含油饱和度0.7，平面渗透率6 065 mD，孔隙度0.356。油藏数值模拟模型网格划分125×95×13，水平方向网格步长10 m，纵向网格步长1 m。采用水平井蒸汽吞吐方式开采，水平井共6口，位于模型第11层，水平井长度300 m，井距300 m，井组控制储量为288.06×106m3。模拟计算的热物性参数取值见表 1。
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表 1 模拟计算中的热物性参数取值 Table 1 The thermal parameters values in simulation calculation |
结合海上稠油油藏蒸汽吞吐开发的特殊性[3]及国内外注采参数的研究现状[7-13]可知，注汽强度、注汽速度、蒸汽干度、蒸汽温度、焖井时间和产液速度对蒸汽吞吐效果有一定的影响。
1)注汽强度是指水平井单位长度的注汽量，注汽量不能太小，否则峰值产量低，增产周期短，周期累积产量低，但也不能太高，应根据水平井的长度、原油性质及热损失综合确定；
2)注汽速度的选定与注汽压力的选定相关，注汽速度既不能太低，低到井筒热损失太大导致井底蒸汽干度过低；又不能太高，要限定在不能造成油层被压裂。由于海上平台生产条件较差，注汽设备摆放难度大，需要采用小型锅炉，海上注蒸汽锅炉的最大注汽速度一般不超过250 m3/d；
3)尽量提高井底蒸汽干度，考虑到海水段井筒热损失的影响，应保证井底蒸汽干度尽量达到0.5；
4)蒸汽温度影响蒸汽的热焓值和干度值，在设备允许的条件下，应尽量达到较高的蒸汽温度(最大不超过340 ℃)；
5)焖井时间既不能过短又不能过长，应最大限度减少散失的热量，提高蒸汽利用率；
6)水平井由于其渗流面积大，生产指数高，供液能力远大于直井，因此其产液速度相对较高。
2.2 正交设计中因素及其水平的确定根据上述研究的结果以及现场实际实施的蒸汽吞吐注采参数[2, 8]，确定影响蒸汽吞吐开发效果的注采参数主要有注汽强度、注汽速度、蒸汽干度、蒸汽温度、焖井时间和产液速度。根据该区块的地质状况和油田实际生产经验，实验选取上述6个因素的5个水平，如表 2所示。
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表 2 蒸汽吞吐6因素5水平表 Table 2 The 6 factors and 5 levels table |
根据正交试验设计原理[14-15]，采用L25(56)正交表，共设计25套方案，如表 3所示。通过油藏数值模拟方法对25套方案进行模拟，模拟时间为蒸汽吞吐吞吐一个周期，以周期产油量为优选指标，模拟结果如表 3所示。
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表 3 蒸汽吞吐25个方案及模拟结果 Table 3 25 schemes and simulation results |
根据正交试验设计原理，最优方案并不一定在正交表中的试验方案中产生，而需通过计算分析确定。首先计算直观分析法中的各个参数值，得到各因素的最优水平及其对试验指标影响的主次顺序；再通过方差分析确定各因素对试验结果影响的显著性，并与直观分析法的结果进行相互验证。
3.1 直观分析法直观分析法，又称极差分析法，就是先求出各因素每一水平下试验指标的均值，然后计算出同一因素不同水平下试验指标均值的极差，极差越大的因素对试验指标的影响越大，反之亦然，从而得到各因素的最优水平及其对试验指标影响的主次顺序[16]。计算得到蒸汽吞吐正交试验设计的直观分析结果如表 4所示。
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表 4 蒸汽吞吐正交试验设计因素直观分析表 Table 4 The intuitive analysis of orthogonal test design |
由表 4中的极差数值可知，各注采参数影响蒸汽吞吐开发效果的主次顺序为：注汽强度>蒸汽干度>产液速度>注汽速度>蒸汽温度>焖井时间。其中注汽强度主要影响蒸汽的加热范围，其对蒸汽吞吐开发效果影响最大；蒸汽干度的大小反映了单位注入蒸汽量的热焓值，进而影响到蒸汽的加热范围，其影响程度小于注汽强度；产液速度直接影响油井能否趁热快采，其大小取决于加热的油藏体积，影响程度小于蒸汽干度；注汽速度的快慢直接影响热量在井筒中的热损失，而由于海上油田生产产液速度相对较高，其影响程度小于产液速度；蒸汽温度影响蒸汽携带热焓值的大小，考虑到海上热采工艺的特点，其影响程度较小注汽速度；焖井时间的长短影响蒸汽能否与原油进行充分的热交换，相比于其他因素其影响程度最小。
由表 4可得各注采参数的最优水平，由最优水平组成的方案即最优的注采参数方案，如表 5所示。
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表 5 蒸汽吞吐最优方案 Table 5 The optimal scheme |
方差分析法[17]是利用数理统计中的F检验判断各因素对试验指标影响显著性的一种方法。该蒸汽吞吐正交试验设计的方差分析结果如表 6所示。
检验水平α取为0.10，查F(4，4)分布表得λ=4.110，将上述计算得到的各注采参数的F值与值作对比，可知各注采参数对蒸汽吞吐开发效果影响的显著性。由表 6可以看出，注汽强度对蒸汽吞吐开发效果的影响特别显著，井底蒸汽干度和产液速度对蒸汽吞吐开发效果的影响显著，注汽速度和蒸汽温度对蒸汽吞吐开发效果的影响不大，焖井时间的影响很小。
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表 6 蒸汽吞吐正交试验设计方差分析表 Table 6 The variance analysis of orthogonal test design |
通过以上的研究可知，由直观分析法和方差分析法所得到的各注采参数对蒸汽吞吐开发效果影响的主次顺序是一样的，也说明了两种方法的正确性。
4 正交试验结果合理性检验为验证正交试验设计结果的合理性，通过油藏数值模拟方法对表 5所示的蒸汽吞吐注采参数最优方案进行了模拟计算，并将其与表 3中所示的25套方案的模拟结果进行了对比，如图 1所示。
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图 1 最优方案与正交试验设计方案模拟结果对比图 Figure 1 The mparison of optimal scheme and simulation results of orthogonal design |
由图 1可知，蒸汽吞吐注采参数最优方案的周期产油量为91 067.52 m3，比表 3中所有方案的模拟计算结果都高，说明表 4中的参数所组成的方案为蒸汽吞吐注采参数的最优方案，这也说明了正交试验设计结果是合理的。
5 结论1)采用正交试验法对海上稠油油藏蒸汽吞吐注采参数进行优化设计，得到该区块蒸汽吞吐的的最优生产方案：注汽强度为20 t/m，注汽速度为250 m3/d，井底蒸汽干度为0.5，蒸汽温度为340 ℃，焖井时间为5 d，产液速度为200 m3/d。
2)利用直观分析法和方差分析法对正交试验结果进行分析可知，注采参数影响开采效果的程度大小依次为：注汽强度>蒸汽干度>产液速度>注汽速度>蒸汽温度>焖井时间。
3)通过对试验结果进行方差分析可知，注汽强度对蒸汽吞吐开发效果的影响特别显著，井底蒸汽干度和产液速度对蒸汽吞吐开发效果的影响显著，注汽速度和蒸汽温度对蒸汽吞吐开发效果的影响不大，焖井时间的影响很小。
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