谢晓庆 康晓东 张贤松 石 爻 曾 杨 侯 健

(1. 海洋石油高效开发国家重点实验室 北京 100028； 2. 中海油研究总院 北京 100028; 3. 中国石油大学(华东)石油工程学院 山东青岛 266580)

海上稠油油田化学驱潜力评价方法及其应用*

谢晓庆1,2康晓东1,2张贤松1,2石 爻1,2曾 杨1,2侯 健3

(1. 海洋石油高效开发国家重点实验室 北京 100028； 2. 中海油研究总院 北京 100028; 3. 中国石油大学(华东)石油工程学院 山东青岛 266580)

在平台有限的寿命期内采用常规注水方式开采，渤海稠油油田原油采收率只能达到25%左右，如何提高最终采收率是面临的问题。针对渤海稠油油藏不同类型油藏地质、开发条件，筛选出能够精确反映累积增油量曲线变化趋势的数学模型(即Gompertz模型)，采用单因素分析方法讨论了各影响因素(注聚时机、原油黏度、地层温度、地层水矿化度和钙镁离子含量)对模型特征参数的影响；在此基础上，通过多元非线性回归，分6个区间建立了化学驱提高采收率潜力预测模型。利用该模型对渤海稠油油藏化学驱技术适应性和潜力进行了评价，结果表明渤海油田实施化学驱的潜力巨大，平均提高采收率幅度为6.46%。本文研究为扩大提高采收率技术在渤海油田的应用规模提供了技术依据。

渤海稠油油田；化学驱；潜力评价；Gompertz模型；提高采收率

海上油田进行化学驱的储层条件、生产条件以及开采环境与陆上油田有很大的不同，这将导致海上油田化学驱注入方式和经济评价技术特点与陆上油田区别较大[1-10]，因此，对海上油田进行系统的化学驱油藏资源和潜力评价研究十分必要。黄烈林等[11]首次将判别分析法用于化学驱潜力评价，提出了Fisher判别分析法，这种方法计算速度快，考虑因素较为全面，同时结合了数值模拟研究和经济评价计算结果，具有较高的可靠性，但对线性不可分的情况无法确定分类。蒙特卡罗法简单快捷，问题维数的增加不会影响其收敛速度，可以用该方法处理大型不确定性的复杂问题，但是该方法收敛速度慢，误差具有不确定性[12]。人工神经网络模型拟合精度高，但是由于将参数之间关系包含在了隐节点之中，不能体现参数之间的关系，并且只能预测得到最终的提高采收率和内部收益率值；此外，人工神经网络拟合效果好，但预测效果不一定好，外推性较差[13]。

笔者提出了采用多元回归方法建立化学驱潜力预测模型的研究思路，即首先筛选能够精确反映累积增油量曲线变化趋势的数学模型，建立累增油定量表征模型；再利用多元回归建立预测模型直接进行化学驱提高采收率的预测，得出整个过程的年度增油量数据，运用增量经济评价方法预测化学驱的内部收益率。利用本文建立的化学驱潜力预测模型对渤海油田化学驱油藏技术、经济综合潜力进行了评价，其结果为扩大化学驱技术在该油田的应用规模提供了技术依据。

1 化学驱潜力预测模型的建立

1.1 Gompertz 模型引入

化学驱累积增油随累积注入量的变化关系曲线是一种增长型曲线，可以采用增长曲线模型进行表征。常用的增长曲线模型主要有Weibull模型、Logistic 模型和Gompertz 模型[14-15]。Weibull模型两端不存在极限值，不适合表征累积增油曲线；Logistic模型虽然存在极限值，但是其导数曲线是对称型的，而增油量曲线是非对称的；Gompertz模型既存在极限值，其导数曲线又能反映出非对称型的特征。因此，确定采用 Gompertz模型定量表征化学驱累积增油曲线，并提出了定量表征模型，如式(1)所示。

ΔR=aexp[-exp(b-cNinj)]

(1)

式(1)中：ΔR为化学驱阶段提高采出程度，%；Ninj为化学驱阶段累积注入量，PV；a、b、c为模型特征参数。

该定量表征模型的特征参数具有明确的物理意义(图1)：特征参数a反映极限情况下的提高采收率值，b/c反映无因次增油量曲线拐点处(提高采收率曲线斜率最大处)的累积注入量，即对应于无因次增油量曲线出现峰值时的累积注入PV。从图1可以看出，化学驱无因次增油量从零开始上升，到达最大值后逐渐下降，最终趋于零，形状类似于倒扣的漏斗，并且通常呈现出不对称性。

图1 提高采收率和无因次增油量与累积注入量的关系

1.2 回归区间划分及模型形式确定

以抗盐聚合物驱为例，阐述化学驱潜力预测模型的建立过程。化学驱潜力预测模型的特征参数在整个范围内与各影响因素一般不会呈现良好的单一关系，需要分段研究。本文以注聚时机为例，采用单因素分析方法讨论各影响因素对特征参数的影响，并划分回归区间，在各区间内确定回归模型的形式。

注聚时机与特征参数之间的变化关系如图2 所示。根据特征参数a、b、c随注聚时机的变化规律，分段回归特征参数与注聚时机的关系，将注聚时机划分为2个区间：较早注聚区间(含水率在0～70%)，较晚注聚区间(含水率在70%～90%)。研究结果表明，在含水率达到70%之前，注聚越早提高采收率增幅越高，虽然差别不大，但对海上油田来说，能够缩短开发时间，提高经济效益。

对参数a进行多项式回归，确定注聚时机与参数a在较早注聚区间呈线性关系，在较晚注聚区间呈二次式关系，即

图2 注聚时机对模型特征参数值的影响规律曲线

较早注聚

a=-3.71×10-2fwp+12.667

(2)

较晚注聚

(3)

式(2)、(3)中：fwp为注聚时机，用含水率表示，%。

对参数b进行多项式回归，确定注聚时机与参数b在2个注聚区间均呈二次式关系，但是不同注聚时机下特征参数b变化幅度较少，实际拟合时可以选用线性关系，以简化回归公式形式,即

较早注聚

(4)

较晚注聚

(5)

对参数c进行回归，确定注聚时机与参数c在2个注聚区间均呈二次式关系，即

较早注聚

(6)

较晚注聚

同理，可以得到特征参数a、b、c随原油黏度、地层温度、地层水矿化度和钙镁离子含量的变化规律。根据变化规律，可将原油黏度划为3个区间分段进行回归：低黏度区间(1～20 mPa·s)，中黏度区间(20～100 mPa·s)，高黏度区间(100～300 mPa·s)。

地层温度、地层水矿化度和钙镁离子含量对特征参数a、b、c的影响规律基本一致。多元回归分析表明这3个影响因素不是独立变量，存在明显的共线性问题。因此，引入中间变量D，将这3个因素的影响都归到中间变量D中去，这样也可以简化模型。通过回归分析，建立了中间变量D与这3个因素的关系式，即

D=-2.851 672×10-10khd2.5-

10 257.801 372/khd+5 140.147 716/CM0.5-

76 407.954 664/CM+361 702.503 560/CM1.5+

565.807 333T-0.367-194.161 539

(8)

式(8)中：khd为矿化度，mg/L；CM为钙镁离子含量，mg/L；T为温度，℃。

中间变量D对模型特征参数值的影响规律如图3所示。中间变量D与各特征参数的关系式如下：

a=2.247 4lnD+5.317 5

(9)

b=2.2×10-3D+2.054 2

(10)

c=6.820 4/D-1.096 57

(11)

图3 中间变量D对模型特征参数值的影响规律曲线

1.3 潜力预测模型建立

通过定量表征模型特征参数的影响规律,进行各影响参数值的区间划分及回归模型的确定；根据划定的参数值区间将拟合和检验样本集分组，进行特征参数与影响因素参数的关系式回归，建立一系列潜力预测回归模型；根据建立的潜力预测模型直接进行海上油田化学驱提高采收率的预测，得出整个过程的年度增油量数据，并运用增量经济评价方法预测海上油田化学驱的内部收益率。

根据单因素研究结果，原油黏度划分了3个区间，注聚时机划分了2个区间进行回归，这决定了多元回归时须划分6个区间。抗盐聚合物驱潜力预测模型的系数如表1所示。

同理，可以得到抗盐二元复合驱潜力预测模型、普通聚合物驱潜力预测模型和普通二元复合驱潜力预测模型。

结合矿场统计数据和油藏数值模拟结果对定量表征模型的拟合精度进行了验证。基于海上SZ油田模型的油藏数值模拟结果，累积增油量定量表征模型的表征效果如图4所示，拟合优度R2为0.999 7，其特征参数a、b、c的值分别为6.982 5、1.801 9和7.805 4。 SZ油田的平均原油黏度在20～100 mPa·s之间，注聚时含水率在0～70%之间，通过预测模型的评价结果,其采收率提高幅度为8.63%，而实际的聚合物驱油藏方案的预测提高采收率幅度为8.5%，二者相差1.53个百分点。用本文建立的化学驱潜力评价模型对海上已经实施化学驱的另外2个油田进行了计算评价，误差都在允许的范围内，表明本文建立的化学驱潜力评价模型准确度较高，可以用来对海上油田进行预测。

表1 抗盐聚合物驱潜力预测模型系数

图4 SZ油田累积增油量曲线表征效果

2 渤海油田化学驱油藏技术、经济综合潜力评价

2.1 潜力评价指标

化学驱的适用程度和风险大小用适用度和风险度表征，其中适用度FD用公式可以表示为

FD=R*ωR+IRR*ωIRR

(12)

其中

(13)

(14)

式(12)～(14)中：R为提高采收率，f；IRR为内部收益率，f；ω为权重值，f；max和min分别表示在所有评价区块中，某化学驱方法开发效果最优与最差的方案。

进行化学驱方法适用度评价时，提高采收率和内部收益率的权重可以根据实际情况取值。在本次适用度评价中，提高采收率权重ωR=0.3，内部收益率权重ωIRR=0.7。对于适用度FD来说，其值介于0～1之间，FD值越接近1，则油藏实施该化学驱效果越好，反之越差。

定义风险度RD为不同油价对内部收益率的影响程度，RD越大表示风险度越大，油价对内部收益率的变化影响越大，风险性越高。风险度RD用公式可以表示为

(15)

2.2 潜力评价结果

根据渤海油田各油藏的地层原油黏度、地层温度、地层矿化度等几个反映影响聚合物驱效果的不可变的地质、油藏和流体因素，按照黏度、温度、矿化度、钙镁离子4个层次进行分类，确定了油藏分类划分指标及分类区间。将渤海油田适合聚合物驱的油藏分为3类，由I类到III类，地层原油黏度、地层温度、地层水矿化度和钙镁离子含量不断增大，其中I类油藏的地层原油黏度<50 mPa·s，II类油藏的地层原油黏度在50～100 mPa·s之间，III类油藏的地层原油黏度在100～300 mPa·s之间。

结合渤海油田不同类型油藏地质、开发条件，建立了化学驱潜力评价方法，对渤海油田不同类型油藏进行了聚合物驱、二元复合驱的潜力评价和适用度及风险度分析，其中聚合物驱评价结果如表2所示。从表2可以看出，由I类到III类，平均提高采收率幅度、内部收益率和适用度逐渐减小,风险度逐渐增大。I类、II类和III类油藏的平均提高采收率幅度分别为8.12%、6.42%、4.83%，总的平均提高采收率幅度可以达到6.46%。

表2 渤海油田聚合物驱提高采收率潜力评价结果

注：内部收益率及适用度计算时原油价格取60$/桶。

3 结论

采用Gompertz模型定量表征了累积增油量曲线变化规律，通过多元非线性回归建立了化学驱提高采收率潜力预测模型，其拟合和预测精度能够满足工程需要，并且具有模型相对简单、外推性好、各因素影响规律明确和能反映开发动态等优势。利用新建立的化学驱提高采收率潜力预测模型对渤海油田稠油油藏化学驱技术适应性和潜力进行了评价，结果表明渤海油田实施化学驱的潜力巨大，平均提高采收率幅度可以达到6.46%。

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(编辑：杨 滨)

Chemical flooding potential evaluation method in offshore heavy oilfields and its application

Xie Xiaoqing1,2Kang Xiaodong1,2Zhang Xiansong1,2Shi Yao1,2Zeng Yang1,2Hou Jian3

(1.StateKeyLaboratoryofOffshoreOilExploitation,Beijing100028,China; 2.CNOOCResearchInstitute,Beijing100028,China; 3.SchoolofPetroleumEngineering,ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao，Shandong266580,China)

The recovery factor of heavy oilfield in Bohai Bay can only reach 25% by conventional water flooding in the limited life cycle of platform. How to improve the ultimate recovery is a facing problem. Gompertz model which can accurately reflect the cumulative increased oil production curve variation trend is selected for different types of reservoir geology and development conditions. The impact of such factors as polymer injection timing, oil viscosity, formation temperature, and calcium and magnesium ions content in formation water on the characteristic parameters is discussed using single factor analysis method. The potential prediction models of enhanced oil recovery by chemical flooding for 6 divided intervals are established with multivariate nonlinear regression. The adaptability and potential of chemical flooding in Bohai oilfield is evaluated with the model. The results show that the potential of chemical flooding is tremendous and the average enhanced oil recovery rate is 6.46%, which indicates that enhanced oil recovery technology in Bohai oilfield should be expanded.

heavy oilfield in Bohai Bay; chemical flooding; potential evaluation; Gompertz model; enhanced oil recovery

*“十二五”国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发项目24课题4：海上稠油化学驱油技术(编号:2011ZX05024-004)”、国家重点基础研究发展计划(973计划)“海底资源开采的关键力学问题研究(编号：2012CB724205)”部分研究成果。

谢晓庆，男，高级工程师，2009年毕业于中国石油大学(北京)油气田开发工程专业并获博士学位，现主要从事油气田开发工程和提高采收率技术方面的研究。地址：北京市朝阳区太阳宫南街6号院海油大厦B座(邮编：100028)。E-mail:xiexiaoqing1205@163.com。

1673-1506(2016)01-0069-06

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.01.010

TE 345

A

2015-03-06 改回日期：2015-05-24

谢晓庆,康晓东,张贤松，等.海上稠油油田化学驱潜力评价方法及其应用[J].中国海上油气，2016,28(1)：69-74.

Xie Xiaoqing,Kang Xiaodong,Zhang Xiansong,et al.Chemical flooding potential evaluation method in offshore heavy oilfields and its application[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(1):69-74.