试验设计方法在稠油蒸汽吞吐方案优化中的应用

王川

（中国石油新疆油田勘探开发研究院，新疆克拉玛依 834000）

试验设计方法在稠油蒸汽吞吐方案优化中的应用

王川

（中国石油新疆油田勘探开发研究院，新疆克拉玛依 834000）

蒸汽吞吐是稠油油藏最常用的开发方式，而蒸汽吞吐的开发效果主要受到地质静态因素和生产动态因素的影响。结合风城油田M井区稠油油藏蒸汽吞吐生产状况，运用试验设计方法对注汽速度、注汽量、焖井时间和蒸汽干度4种注汽参数进行了优化设计。利用数值模拟对设计出的29组参数组合进行了周期产油量计算，并利用DOE软件回归得到了4种注汽参数与周期产油量的计算公式，公式计算结果和数值模拟结果相比，计算结果最大相对误差为1.73%，平均相对误差为0.52%。运用该方法可以获得最佳的参数组合方案，也可以计算得到不同参数组合下的目标值。

试验设计；蒸汽吞吐；数值模拟；线性回归

试验设计（design of experiment），即DOE，或称为实验设计，就是指试验的最优化设计[1]。它是研究如何合理而有效地获得数据资料的方法，主要是探讨如何合理地安排试验、取得数据，然后进行综合的科学分析，从而达到尽快获得最优方案的目的。试验设计方法是一种确定因果关系的设计方法，可以用于任何有可量度的输入和输出的过程，DOE提出了一种通过优化设计选择参数值的计算方案[2]。它是用来解决所研究的未知复杂系统输出试验目标（即响应目标）与输入试验参数变量（即影响因子）之间的函数关系[3]，通过不同试验方案结果建立影响因子与响应目标的数学模型，获取所希望得到的响应目标值和因子水平。

风城油田M井区为受构造和岩性控制的浅层超稠油油藏。油藏埋深浅、原油黏度高，50℃平均原油黏度11 362 mPa·s，平均孔隙度24.8%，平均渗透率585.7 mD，属于高孔、高渗储层。目前主要采用蒸汽吞吐的开发方式，而稠油蒸汽吞吐开发的效果受到许多因素的影响，主要分为地质静态影响因素和生产动态影响因素[4]。根据该区油藏地质特征和蒸汽吞吐开发状况，分析研究注汽速度、注汽量、焖井时间和蒸汽干度4种注汽参数对水平井蒸汽吞吐开发效果的影响关系。

1 试验设计方案

选取注汽速度、注汽量、焖井时间和蒸汽干度作为4个影响因子，其取值范围（见表1），选取周期产油量作为目标函数。

表1 影响因子取值范围

运用DOE设计软件得到29组不同参数组合试验（包括5组重复性试验），结合油藏地质模型运用CMG软件进行数值模拟计算，得到不同参数组合试验方案对应的周期产油量结果，试验设计方案及计算结果（见表2）。

表2 试验设计方案及计算结果表

表2 试验设计方案及计算结果表（续表）

2 回归分析与公式检验

对表2中试验方案的模拟结果进行方差分析（见表3），当Prob＞F概率值小于或等于0.05时，表示该因子项对响应目标影响显著；当Prob＞F概率值大于0.05时，表示该因子项对响应目标影响不显著。结果表明，注汽量和蒸汽干度对产油量的影响最为显著，而二次项Prob＞F概率值较大，影响不显著，参数因子的交互作用对响应目标产油量的影响不明显。

表3 方差分析表

根据试验结果及方差分析结果对模型进行适应性分析（见表4），一阶模型连续性显著，校正值和预测值的相关系数最高，考虑因子交互作用的不显著性，选用一阶模型对目标函数进行回归。

表4 模型适应性分析

对试验结果进行线性回归分析，得到目标函数的一阶响应模型，即产油量计算公式:

Q=-170.110+0.665A+0.974B+13.567C+1 068.333D

通过该公式计算不同参数组合方案下的产油量，从公式计算结果与数值模拟结果（实际值）对比关系（见图1）看出，数据点沿直线分布，计算结果最大相对误差1.73%，平均相对误差0.52%，说明该模型离散趋势较小，精确度高，公式计算值真实可用。

图1 计算值与实际值对应关系曲线

3 结论

运用试验设计方法对风城油田M井区稠油油藏蒸汽吞吐注汽参数进行了优化分析研究，方差分析结果表明注汽量和注汽干度对产油量指标的影响最为显著，试验结果表明注汽速度为240 m3/d，注汽量为2 600 m3，焖井时间为3 d，注汽干度为0.7是最佳的注汽参数组合方案。

利用DOE软件回归得到了注汽速度、注汽量、焖井时间、注汽干度与产油量的计算公式，公式计算值和实际值最大相对误差为1.73%，平均相对误差为0.52%。

［1］栾军.现代试验设计优化方法［M］.上海:上海交通大学出版社，1995.

［2］B.Yeten,A.Castellini,B.Guyaguler，W.H.Chen.A Comparison Study on Experimental Design and Response Surface Methodologies［J］.SPE93347，2005.

［3］Jiju Antony.Design of experiments for Engineers and Scientists［M］.Elsevier Science&Technology Books，2003.

［4］岳湘安，王尤富，王克亮.提高石油采收率基础［M］.北京:石油工业出版社，2011:193-196.

［5］刘志森，杨国庆.实验设计和响应面方法在油田开发方案设计中的应用［J］.石油化工应用，2012，31（10）:23-25.

［6］董春燕，董瑷玮，等.正交试验在稠油蒸汽复合吞吐方案优选中的应用［J］.广东石油化工学院学报，2015，25（4）:22-25.

Application of experiment design in the scheme optimization of heavy oil steam stimulation

WANG Chuan
（Research Institute of Petroleum Exploration and Development，PetroChina Xinjiang Oilfield Company，Karamay Xinjiang 834000，China）

Steam stimulation is the most common way of development of heavy oil reservoir, and the effect of exploitation of steam stimulation is mainly influenced by the geological static factors and dynamic production factors.Basing on the production situation of steam stimulation,which about the M well area in Fengcheng oilfield,and using the method of experimental design to optimize the steam injection parameters,the steam injection rate, steam injection volume,the soak time and the steam dryness are considered.Utilizing the numerical simulation method to calculate the periodic oil production,which is based on the 29 sets of date.And using the software of DOE to obtain the regression formula about 4 steam injection parameters and the periodic oil production,compared with the results of numerical simulation,the maximum error is 1.73%,the average error is 0.52%.It is obvious that using the method can obtain the best parameter combination plan,and calculate the target with different parameter combinations.

design of experiment；steam stimulation；reservoir simulation；linear regression

TE345

A

1673-5285（2017）04-0038-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.04.010

2017－03-13

王川，男（1987-），中国石油新疆油田勘探开发研究院，助理工程师，主要从事油气田开发方面研究工作，邮箱: kx509@163.com。