海上稠油油藏蒸汽吞吐效果预测模型

侯健，王树涛 （中国石油大学 （华东）石油工程学院，山东 青岛266580）

杜庆军 （中国石油大学 （华东）地球科学与技术学院，山东 青岛266580）

张贤松，康晓东，蒋珊珊

渤海海域稠油储量丰富，热力采油技术已开展矿场试验[1～3]，有望成为地下原油黏度350mPa·s以上稠油油田的有效开发方式之一，因此，有必要开展海上稠油油藏热力采油效果预测的研究，以期为即将进行的海上稠油油田热采提供指导[4]。陆地油田在引进热采技术初期就进行过蒸汽吞吐或蒸汽驱效果预测的相关研究[5，6]，并得到了一些适用于陆上油田的采收率预测模型[7，8]，而海上油田开发具有井距大、纵向跨度大、埋藏深、后期转蒸汽驱可能性小等特点，加上平台限制、作业环境和保压开发方式的影响[9]，需要建立一套适合海上油田的采收率预测模型。同时，海上油田蒸汽吞吐成本高、风险大，需要建立内部收益率等经济指标的预测模型。

1 模型的引出

目前，陆上稠油油藏蒸汽吞吐采收率预测采用的是石油天然气行业标准SY/T 5367—2010《石油可采储量计算方法》中的经验公式，该经验公式是根据39个陆上油田蒸汽吞吐实际开发数据通过回归分析得到的，主要适用于陆地条件下的蒸汽吞吐开发。但是海上稠油蒸汽吞吐开发条件与陆上情况有很多的不同之处，海上油田开发安全性要求高，地层压力不能下降太大，必须采取保压生产方式，否则很容易造成原油泄漏或其他安全事故，而陆上蒸汽吞吐一般地层压力下降幅度很大，蒸汽吞吐本质上是衰竭式开发，其采收率的大小与地层能量释放多少有着直接的关系；海上开发钻井成本高，小井距开发不经济，蒸汽吞吐开发井距一般在200～250m，而标准中经验公式适用井距为100～200m；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，注汽速度只能达到10t/h，而陆上大型锅炉一般都能达到20t/h；海上平台生产成本高，导致经济极限油汽比和单井废弃日产油量都比陆上油田要高。综上所述，海上油田蒸汽吞吐采收率预测不能直接套用标准中的经验公式，需要根据海上油田特点，建立符合海上油田实际情况的蒸汽吞吐采收率预测公式。

此外，传统的效果预测只进行采收率的预测，还没有针对经济指标预测的经验公式，只能在具体油田开发之前进行经济评价，这不利于提前掌握各油田进行蒸汽吞吐的可行性，有鉴于此，笔者提出的海上稠油油田蒸汽吞吐效果预测模型既包括预测采收率的经验公式，也包括预测内部收益率的经验公式。

2 模型的建立

陆上油田采收率经验公式的回归大都采用实际区块的统计资料[10]，而海上油田进行蒸汽吞吐开发的实例还很少，需要借助于油藏数值模拟软件进行虚拟开发[11]，得到所需的样本集资料。基于渤海海域油田地质和开发特点，以已成功实施热力采油的N油田为典型区块，建立油藏数值模拟概念模型，得到单因素影响规律和效果预测样本集。在开发效果单因素影响规律分析基础上，采用多元线性回归得到海上稠油油藏蒸汽吞吐的效果预测模型。

2.1 典型区块的油藏数值模拟模型

选取渤海有代表性的N油藏作为典型区块，基本参数为：油藏中深1000m，原始地层压力10MPa，油藏温度56℃，地下原油黏度700mPa·s，油层厚度10m，净毛比0.7，初始含油饱和度0.74，平面渗透率5300mD。油藏数值模拟模型网格划分60×25×4，水平方向网格步长10m，纵向网格步长2.5m，井距250m，采用水平井蒸汽吞吐方式开采，水平井段长度350m。

根据海上油田特点，考虑海水段井筒热损失，确定井底蒸汽干度为0.5。通过注采参数优化，确定基础方案注采参数为：注汽速度10t/h，注汽强度380～480t/m，焖井时间7d，排液量200t/d。根据海上保压开发要求，保持地层压力不低于7MPa，前3周期注汽量逐周期递增10%。基于海上油田蒸汽吞吐经济评价结果，吞吐轮次转换条件是单井日产油低于经济日产油 （前两轮次处于投资回收期分别取10t/d和8t/d，后续轮次都取6t/d），吞吐阶段结束条件是周期油汽比低于0.22。

2.2 单因素影响规律分析

借助于油藏数值模拟软件，分别对地下原油黏度、净毛比、油层厚度及初始含油饱和度等参数进行了单因素影响规律研究，以确定采收率和内部收益率与各参数的相关关系，作为确定经验公式形式的依据。

单因素影响规律和趋势拟合如图1所示，由此可见，采收率和内部收益率随着地下原油黏度的增加而逐渐降低，其中采收率与地下原油黏度呈较好的指数关系，内部收益率与地下原油黏度呈较好的乘幂关系；蒸汽吞吐采收率随着净毛比的增大而增大，并且呈现出较好的线性关系，内部收益率随净毛比增大呈较好的对数关系；蒸汽吞吐采收率随着油层厚度的增加而升高，采收率与油层厚度呈较好的对数关系，内部收益率与油层厚度呈较好的二次式关系；蒸汽吞吐采收率随着初始含油饱和度的减少而降低，采收率与初始含油饱和度呈较好的二次式关系，内部收益率与初始含油饱和度呈较好的二次式关系。

2.3 效果预测样本集的产生

选取原油黏度、净毛比、油层厚度和初始含油饱和度等4个参数，各参数分别划分为8个水平，采用正交设计表L128（84）产生128套数值模拟方案。参考渤海海域稠油油藏条件，各参数取值范围为：地下原油黏度350～3000mPa·s；油层厚度5～40m；净毛比0.45～0.9；初始含油饱和度0.45～0.78。对各方案进行蒸汽吞吐模拟计算，得到不同参数不同水平条件下的采收率，以及动态经济评价计算得到的内部收益率值作为效果预测回归样本，建立海上油田蒸汽吞吐技术的采收率和内部收益率效果预测样本集，其中，内部收益率是指在经济开采期内的净现值为零时的贴现率i[12]，海上油田蒸汽吞吐净现值表达式如式（1）所示。随机抽取6个样本作为检验样本，其余122个样本作为拟合样本。

式中：Po为原油价格，元/桶；Vnp为累积财务净现值，元；Qoi为年增油量，t；Cm为每吨油操作成本费，元/t；Qsi为年注蒸汽量，t；Cfw为淡水成本，元/t；Rs为综合税率，%；R为资源税，%；α为原油商品率，%；ic为基准收益率，%；n为生产井数，口；t为生产时间，年；D为完钻井深，m；Cd为单位进尺钻井成本，元/m；Is为单井地面建设投资，元；Vr为开采期末地面设备残值的折现值，元。

图1 蒸汽吞吐采收率和内部收益率的单因素影响规律

2.4 蒸汽吞吐效果预测模型的建立

根据单因素研究得到的采收率与单因素的相关关系，经变量代换转化为多元线性回归，然后采用Levenberg－Marquardt算法对122个拟合样本进行多元线性回归，得到采收率的多因素回归效果预测模型如下：

式中：ηr为采收率，%；μo为地下原油黏度，mPa·s；ε为净毛比，1；h为油层厚度，m；So为初始含油饱和度，1。

模型适用范围：地下原油黏度350～3000mPa·s；油层厚度5～40m；净毛比0.45～0.9；初始含油饱和度0.45～0.78。

采用式（2）计算样本方案中拟合样本和检验样本的采收率，采收率计算值与实际值的关系如图2所示。拟合样本平均计算误差为0.59%，检验样本平均计算误差为0.85%，效果预测模型预测结果能够满足工程计算要求。

采用与上述采收率预测模型相同的建立方法，对122个拟合样本进行多元线性回归，得到内部收益率的多因素回归效果预测模型如下：

式中：Rip为内部收益率，%。

模型适用范围：地下原油黏度350～3000mPa·s；油层厚度5～40m；净毛比0.45～0.9；初始含油饱和度0.45～0.78。

采用式（3）计算样本方案中拟合样本和检验样本的内部收益率，计算值与实际值的关系如图3所示。拟合样本平均计算误差为3.51%，检验样本平均计算误差为3.69%，效果预测模型预测结果能够满足工程计算要求。

图2 蒸汽吞吐采收率计算值与实际值的关系

图3 蒸汽吞吐内部收益率计算值与实际值的关系（60美元/桶）

此外，还得到了不同油价下的内部收益率预测模型，以考虑油价变化对经济指标的影响。

原油价格40美元/桶时：

原油价格80美元/桶时：

3 实例应用

采用建立的蒸汽吞吐效果预测模型对接近渤海油田条件的Bachaquero－01油藏进行效果预测。该油藏位于委内瑞拉马拉开波湖东部沿岸，主力层油藏参数为：地下原油黏度635mPa·s，净毛比0.73，油层厚度40m，初始含油饱和度0.8，油藏埋深1000m，平均渗透率2000mD，地质储量为6.14×108m3。目前已接近蒸汽吞吐开发的末期，原油采出程度已达到16.2%。应用所建立的蒸汽吞吐效果预测模型，计算得到Bachaquero－01油藏蒸汽吞吐开发的采收率为16.44%，而直接套用SY/T 5367—2010中经验公式计算得到的采收率为23.61%，采用赵洪岩的经验公式[13]得到的采收率为25.84%，这说明该文模型预测海上油田蒸汽吞吐开发效果有较高的适用性，而陆上油田经验公式得到的结果明显偏高，不能用于海上油田效果预测。

最后，采用该模型对渤海海域各稠油油藏 （地下原油黏度350～1000mPa·s，初始含油饱和度0.55～0.75）进行了效果预测。结果表明，不同区块蒸汽吞吐采收率介于13%～18%之间，内部收益率介于10%～70%之间，蒸汽吞吐潜力较大。因此，有必要深入开展适合海上油田热力采油的工艺技术研究，大幅提高渤海海域原油产量。

4 结论

1）海上稠油油田蒸汽吞吐开发与陆上有很多不同之处，效果预测不能照搬陆上油田的经验公式。

2）针对渤海海域稠油油藏特点，通过典型区块油藏数值模拟手段，得到了单因素影响规律及效果预测样本集。

3）采用多元回归方法，建立了海上油田蒸汽吞吐采收率和内部收益率的效果预测模型，计算结果和实际区块应用均表明该模型计算精度较高，能够满足渤海海域稠油油藏蒸汽吞吐效果预测的要求。

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