新疆油田稠油油藏基于正交设计的尿素辅助 蒸汽吞吐研究

于庆森，木合塔尔，董 宏，张 艺

（中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院，新疆克拉玛依 834000）

稠油尿素辅助蒸汽吞吐是在注蒸汽的基础上，加入尿素溶液以扩大蒸汽纵向波及体积、降低原油黏度、提高油水流度比，最终提高油层动用程度的一种技术。调研发现，前人对该技术的驱油机理已进行深入研究[1-8]，且该技术在辽河油田、河南油田已得到广泛应用，效果显著。但是，不同储层参数对尿素辅助蒸汽吞吐开采效果的影响程度尚未做过系统研究，不同储层参数对该技术开采效果的影响程度，能够帮助科研人员在实际操作中灵活应用筛选标准，从而不漏掉适宜开采的油藏。基于此，本文运用数理统计学的分析方法，结合数值模拟计算，研究了不同储层参数的交互作用以及各储层参数的影响程度的显著性。

1 储层单因素分析

储层单因素分析主要是为了得到在给定油藏条件下单因素的变化规律，为下一步正交试验的设计奠定基础。研究认为，储层参数中的油层厚度、渗透率、黏度、采出程度是影响尿素辅助蒸汽吞吐效果的主要因素[9]。因此，根据新疆稠油油藏的实际地质条件（表1）设计模型，首先对四个参数开展了单因素分析研究。

表1 新疆稠油油藏基本情况

1.1 油层厚度

模型采用50 ℃原油黏度10 000 mPa·s，渗透率1 000×10-3μm2，饱和度0.75，采出程度10.00%，油层厚度4～12 m。数值模拟结果表明，随着厚度的增加，多介质辅助蒸汽吞吐产油量逐渐增加，其中，厚度为3～7 m 时，对产油量影响较小，油层厚度大于7 m 时，对产油量影响变大（图1）。

图1 不同油层厚度对产油量的影响

1.2 渗透率

模型采用50℃原油黏度10 000 mPa·s，油层厚度10 m，饱和度0.75，采出程度10.00%，渗透率300×10-3～2 000×10-3μm2。数值模拟结果表明，随着渗透率的增加，多介质辅助蒸汽吞吐产油量逐渐增加，渗透率为300×10-3～1500×10-3μm2时，产油量与渗透率呈线性相关；渗透率度大于1 500×10-3μm2时，其对产油量影响变小（图2）。

1.3 原油黏度

模型采用厚度10 m，饱和度0.75，渗透率1 000×10-3μm2，采出程度10.00%，50℃原油黏度2 500 ～10 000 mPa·s。模拟结果表明，随着原油黏度的增加，多介质辅助蒸汽吞吐产油量逐渐减少，原油黏度对产油量的影响呈现出先小后大再变小趋势，原油黏度为5 000～10 000 mPa·s 时，对产油量影响最大（图3）。

图2 不同渗透率对产油量的影响

图3 不同原油黏度对产油量的影响

1.4 采出程度

模型采用50 ℃原油黏度10 000 mPa·s，厚度10 m，饱和度0.75，渗透率1 000×10-3μm2，采出程度6.86%～20.00%。数值模拟结果表明，随着采出程度的增加，多介质辅助蒸汽吞吐产油量逐渐减少，采出程度小于10.00%时，对产油量影响较小；采出程度大于10.00%时，对产油量的影响变大（图4）。

图4 不同采出程度对产油量的影响

2 正交试验设计与分析

2.1 设计原理

所谓交互作用，是指不仅单个因素对指标有影响，而且对因素的不同组合还有较大的依赖关系。

正交试验设计是以概率论和数理统计为基础，科学安排多因素实验的实用数学方法，它利用一套现成的规格化正交表，借助于它的均衡分散性、整齐性，可进行多因素实验设计，并对实验结果进行统计分析。

考虑交互作用的正交试验设计，在正交设计中，加入交互作用列，根据两个因素交互作用的自由度应与它所在列自由度相同的原则，进行级差分析或方差分析。

对于一般正交表Ln（q1），偏差平方和的计算公式为：

各因素的F 检验公式为：

式中：Fj为偏差平方和；Ij为对应因素水平j的试验数据之和；Se为误差偏差平方和；T 为所有试验数据和；Nj为第j 列的自由度；ne为Se的自由度。

对于给定的显著性水平α：当FA≥Fa（fA，fe）时，认为在α水平上，因素A 显著；当FB≥Fσ（fB，fe）时，认为在α水平上，因素B 显著；当FAB≥Fα（fAB，fe）时，认为在α水平上，因素A 与B 的交互作用显著。

2.2 正交试验设计

根据新疆油田实际油藏条件，结合单因素研究结果，采用四因子、五水平正交试验（表2），即A（50 ℃黏度）、B（渗透率）、C（油层厚度）、D（采出程度）4个因子，并对每个因子选择5个不同水平进行模拟计算（表3），综合考虑黏度、渗透率、厚度以及采出程度的影响，研究多介质蒸汽吞吐油藏适应性。

表2 直井多介质吞吐因素水平设计

依据油藏参数敏感性单因素研究结果，根据其变化规律选择将净利润作为正交设计试验结果参考标准。分别计算了原油价格为50 美元、60 美元时的净利润，利润=累计产油量×油价-累计产油量×（操作成本＋税）-累计注蒸汽量×蒸汽成本-累计注尿素量×尿素成本。具体计算参数如表4。

表3 直井多介质吞吐正交试验设计方案

表4 成本数据统计

2.3 正交试验分析

K 值变化规律进一步验证了油藏参数敏感性的 单因素分析结果，表明油层厚度越大，黏度越低，渗透率越高，采出程度越低，开发效果越好。因此，根据较优水平原则，通过K1、K2、K3、K4、K5值大小来确定A、B、C、D 四个因子的界限值。

从正交试验结果（表5）可以得到，在50 美元时开发界限为：A＜15 000 mPa·s，B＞300×10-3μ m2，C＞6 m，D＜25.00%；在60 美元时开发界限为：A＜20 000 mPa·s，B＞300×10-3μm2，C＞4 m，D＜25.00%。根据级差数R 大小，可以判断各因素对实验结果影响大小，其判断原则是：级差愈大，所对应的因子愈主要。原油价格为50 美元、60 美元时都满足RD＞RC＞RA＞RB规律，因此，得到影响多介质吞吐开发效果的各因素主次关系为：采出程度＞油层厚度＞黏度＞渗透率。

表5 直井多介质吞吐不同原油价格正交设计试验结果

3 结论

（1）储层单因素分析和正交试验结果均表明，油层厚度越大，黏度越低，渗透率越高，采出程度越低，开发效果越好。

（2）在不同油价下油藏开采界限不同，但影响多介质辅助蒸汽吞吐的主次关系相同，主次关系依次为：采出程度＞油层厚度＞黏度＞渗透率。