用于在注蒸汽采油中获取井底蒸汽参数的方法和装置技术领域
本公开涉及石油开采领域，更具体地，涉及一种用于在注蒸汽采油中获取
井底蒸汽参数的方法和一种用于在注蒸汽采油中获取井底蒸汽参数的装置。
背景技术
目前，在全球大约10亿桶剩余石油资源中，70％以上是重油资源。在我国，
陆上重油、沥青资源约占石油资料总量的20％以上，稠油在全球能源市场上占
有很重要的地位。由于稠油的黏度高、难流动，故不能用常规的方法开采。研
究发现，稠油的黏度对温度十分敏感，只要温度升高8℃～10℃，其黏度就降低
1倍，故可通过将高压饱和蒸汽注入油层来达到降低稠油粘度的目的，使得稠油
采收率可达到40％～60％的水平。注蒸汽热力采油是开采稠油的主要方式。
注蒸汽采油可降低稠油黏度、改善流度比、降低残余油饱和度以及提高驱
油效率。注蒸汽采油的效果主要依赖于注入储层能量的多少，即蒸汽达到井底
时的热量和蒸汽的干度严重影响稠油开采率。
在一些应用中，可直接用井口数据代替井底蒸汽参数进行后续处理，但其
精度较差，应用效果不尽理想。由于该参数的重要性，近年来逐渐发展出井筒
与油藏耦合的计算模型。具体方法是先确定井筒结构的热阻，然后通过计算出
的井筒热阻确定井筒总传热系数，进而计算注气井筒的热损失。一般来说，井
筒热阻由六部分组成，井筒热损失的计算将涉及与注入蒸汽的物性参数和井筒
结构相关的众多参数。该方法的计算复杂度较高，其模拟计算的收敛性和稳定
性均较差，因此目前大多用来进行诸如针对单井的机理分析，并不适用于针对
大的区块的注蒸汽数值模拟计算。
发明人经过研究发现，较为简便地获取准确的井底蒸汽参数是非常有必要
的。
发明内容
本公开提出了一种用获取井底蒸汽参数的方法，其在保证所需精度的同时，
降低了计算复杂度。本公开还提出了相应的装置。
根据本公开的一方面，提出了一种用于在注蒸汽采油中获取井底蒸汽参数
的方法，该方法包括：确定影响井底蒸汽参数的主因素的类型；基于所述主因
素的类型来确定响应面方程的形式，以及基于主因素的参考值和相应的井底蒸
汽参数的参考值来确定响应面方程中各项的系数，所述响应面方程表示所述井
底蒸汽参数和所述主因素间的关系；得到油井的所述主因素的实际值；以及将
所述实际值代入所述响应面方程获取所述油井的井底蒸汽参数的值。
根据本公开的另一方面，提出了一种用于在注蒸汽采油中获取井底蒸汽参
数的装置，该装置包括：确定主因素的部件，用于确定影响井底蒸汽参数的主
因素的类型；建立响应面方程的部件，用于基于所述主因素的类型来确定响应
面方程的形式，以及基于主因素的参考值和相应的井底蒸汽参数的参考值来确
定响应面方程中各项的系数，所述响应面方程表示所述井底蒸汽参数和所述主
因素间的关系；实际值获取部件，用于得到油井的所述主因素的实际值；以及
井底蒸汽参数获取部件，用于将所述实际值代入所述响应面方程获取所述油井
的井底蒸汽参数的值。
本公开的各方面通过建立井底蒸汽参数与影响该井底蒸汽参数的主因素之
间的响应面方程，然后将待研究油井的主因素的实际值代入该响应面方程，从
而可得到待研究油井的井底蒸汽参数的值。应用本公开可用较小的计算量得到
较为准确的井底蒸汽参数的值。
附图说明
通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述
以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式
中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本公开的一个实施例的用于在注蒸汽采油中获取井底蒸汽
参数的方法的流程图。
图2示出了根据本公开的一个实施例的反映多个参数对井底蒸汽参数的影
响程度的极差。
图3示出了基于应用本公开的一个实施例获取的井底蒸汽参数和基于应用
现有技术(直接将井口参数作为井底蒸汽参数)获取的井底蒸汽参数分别进行
数值模拟得到的累积采油量对比曲线图。
图4(a)和(b)分别示出了应用井筒和油藏耦合方法获取的油藏温度场和
应用本公开的一个实施例获取的油藏温度场。
图5示出了基于应用本公开的一个实施例获取的井底蒸汽参数和基于现有
技术(井筒和油藏耦合方法)获取的井底蒸汽参数分别进行模拟得到的累积采
油量对比曲线图。
图6示出了应用本公开的一个实施例获取井底蒸汽参数和应用现有技术(井
筒和油藏耦合方法)获取井底蒸汽参数的模拟耗时对比图。
图7示出了根据本公开的一个实施例的用于在注蒸汽采油中获取井底蒸汽
参数的装置的示意框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了
本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被
这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透
彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本申请中的蒸汽干度可指每千克湿饱和蒸汽中含有干饱和蒸汽的质量百分
数。
本公开公开了用于在注蒸汽采油中获取井底蒸汽参数的方法，该方法可以
包括：确定影响井底蒸汽参数的主因素的类型；基于所述主因素的类型来确定
响应面方程的形式，以及基于主因素的参考值和相应的井底蒸汽参数的参考值
来确定响应面方程中各项的系数，所述响应面方程表示所述井底蒸汽参数和所
述主因素间的关系；得到油井的所述主因素的实际值；以及将所述实际值代入
所述响应面方程获取所述油井的井底蒸汽参数的值。
图1示出了根据本公开的一个实施例的用于在注蒸汽采油中获取井底蒸汽
参数的方法的流程图。该方法可以包括：
S101，确定影响井底蒸汽参数的主因素的类型。
井底蒸汽参数(例如通常包括井底蒸汽干度和/或井底蒸汽温度等)可能和
众多因素相关。一些实施方式中，可以将本领域技术人员认为值得考虑的影响
因素都作为主因素。在另一些实施方式中，可以仅将部分因素作为用于获取井
底蒸汽参数的主因素。可根据各个因素对井底蒸汽参数的影响程度来确定主因
素。因为井底蒸汽干度和井底蒸汽温度高度相关，因此即使在需要获取这两者
时，也可仅基于其中一个来确定主因素的类型。
例如，可获得与井底蒸汽参数有关的多个参数的参考值以及在该多个参数
为该参考值的情况下相应的井底蒸汽参数的参考值，然后可基于所获得的这些
数据并采用正交实验分析、响应面分析、主成分分析和层次分析法等中的一者
来确定主因素的类型。
例如，可以通过本领域技术人员已知的任意技术手段(例如现场测量、查
询已记录数据和/或对现有数据进行整合等)获得所需的多个参数(例如注入蒸
汽井口干度、注入蒸汽井口温度、注入速度、油藏深度、注气前地层压力、注
气前地层温度和/或采注比等)的参考值。然后可根据需要将这些参考值代入任
意现有模型(例如井筒与油耦合方法等)获得相应的井底蒸汽参数(例如井底
蒸汽干度或井底蒸汽温度)的参考值。
之后可基于所获得的这些数据，并采用特定试验设计算法(例如正交实验
分析、响应面分析、主成分分析和层次分析法等中的一者)来确定不同的参数
(或其组合、或其变形等)对该井底蒸汽参数(例如井底蒸汽干度或井底蒸汽
温度)的影响，该影响通常可通过极差或方差等来衡量。
可根据经验或者根据预先设定的影响阈值来选择影响最大的若干个因素作
为主因素以用于后续处理。主因素可能是多个参数中的某几种参数，也可能是
对这些参数进行抽象和提炼后得到的量。为了使主因素的类型能较好地适用于
整个感兴趣区域，上述所获得的多个参数的参考值可包括其中每个参数在感兴
趣区域内的最大值和最小值，还可包括基值等，根据需要可选择例如最大值和
最小值间的中间值或者多个井的算术平均值作为基值。
本领域技术人员也可采用本领域已知的任意技术手段来确定影响井底蒸汽
参数的主因素的类型。
S102，建立响应面方程。响应面方程可表示井底蒸汽参数和主因素间的关
系。可基于主因素的类型来确定响应面方程的形式，以及可基于主因素的参考
值和在该主因素为该参考值的情况下相应的井底蒸汽参数(例如通常包括井底
蒸汽干度和/或井底蒸汽温度)的参考值来确定响应面方程中各项的系数。当需
要获取多个井底蒸汽参数时，可建立多个响应面方程。
可根据需要设置响应面方程的次数，通常次数越高精度越高，但相应地方
程更为复杂，计算量也更大。发明人经过研究发现，在大多数实际应用场景中，
将响应面方程设置为二次方程可在精度和计算量间取得较好的折中。
可以通过本领域技术人员已知的任意技术手段(例如现场测量、查询已记
录数据和/或对现有数据进行整合等)获得所需的各个主因素的参考值。然后可
根据需要将这些参考值代入任意现有模型(例如井筒与油耦合方法等)获得相
应的井底蒸汽参数(例如井底蒸汽干度或井底蒸汽温度)。
在响应面方程的形式已确定、并且已知主因素的参考值和相应的井底蒸汽
参数的参考值的情况下，可以以本领域技术人员已知的任意技术手段(例如数
值拟合等)来进一步确定方程中各项的系数。
S103，得到待研究油井的所述主因素的实际值。
可通过本领域技术人员已知的任意技术手段(例如现场测量或查询已记录
数据以及对现有数据进行简单整合等)获得待研究油井的主因素的实际值。
S104，将这些实际值代入已建立的响应面方程获取待研究油井的井底蒸汽
参数的值。
应用示例
为便于理解本公开实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。
本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本公开，其任何具体细节不以
任何方式限制本公开。
表1某工区内影响井底蒸汽参数的主要参数及其参考值
参数
最小值
基值
最大值
注入蒸汽井口干度,f
0.4
0.6
0.8
注入速度,m3/d
3.5
4.5
5.5
注入蒸汽井口温度,℃
150
220
290
油藏深度,m
500
1000
1500
注汽前地层压力，Mpa
4
6
8
注汽前地层温度,℃
70
90
110
采注比,f
1.0
1.1
1.2
表1示出了某工区内影响井底蒸汽参数的主要参数及其参考值。表1的第
一列列出了已明确地可对井底蒸汽参数产生影响的多个参数及其度量单位；第
二列列出了相应参数在该工区内的最小值；第三列列出了相应参数在该工区内
的基值，本示例中该基值为最大值和最小值间的中间值；第四列列出了相应参
数在该工区内的最大值。
本示例中可采用正交实验分析确定用于后续处理的主因素的类型。例如，
可基于表1中的信息建立7因素3水平的正交表，从而可设计27组实验。本示
例中可采用井筒与油藏耦合方法得到这27组实验中所需的井底蒸汽干度(例如，
也可以是井底蒸汽温度)的值。本领域技术人员可根据现有技术手段对该27组
实验的数据进行正交分析，得到可衡量这7个参数对井底蒸汽干度的影响程度
的极差(例如，也可以是方差)，如图2所示。
可根据需要选择极差最大的若干个参数作为主因素，或者可设定极差阈值，
选择其极差大于极差阈值的参数作为主因素。本示例中确定的主因素类型为注
入蒸汽井口干度、注入蒸汽井口温度、油藏深度和注入速度。
本示例中可建立表示井底蒸汽参数和主因素间的关系的二次响应面方程。
如上所述，可根据需要获取用于确定该响应面方程所需的主因素的参考值以及
相应的井底蒸汽参数的参考值，然后可基于所获得的参考值通过诸如数值拟合
的方法来确定响应面方程中各项的待定系数。本示例中最终建立的响应面方程
如下所示：
-3-6-4
QUAL＝-0.037+1.008×A+7.333×10×B+6×10×C+1.625×10×D
-3.750×10-3×AB+2.750×10-5×AC+1.667×10-4×AD
+2.150×10-5×BC+1.833×10-4×BD-9.667×10-7×CD
-0.022×A2-4.875×10-3×B2-2.500×10-9×C2-2.465×10-6×D2
Temp＝12.534-30.29167×A-4.950×B-8.050×10-3×C+1.108×D
-0.375×AB-4.50×10-5×AC+0.137×AD
-2.00×10-4×BC+0.022×BD+5.917×10-5×CD
-0.521×A2+4.167×10-3×B2+7.167×10-7×C2-6.794×10-4×D2
其中，QUAL可表示井底蒸汽干度，Temp可表示井底蒸汽温度，A可表示注入
蒸汽井口干度，B可表示注入蒸汽井口温度，C可表示油藏深度，D可表示注入
速度。
可将上述响应面方程应用于该工区内实际油藏的数值模拟研究。可将某油
井的注入蒸汽井口干度、注入蒸汽井口温度、油藏深度和注入速度的实际值代
入上述响应面方程，以得到该油井的井底蒸汽干度和井底蒸汽温度。
图3示出了基于应用本公开的一个实施例获取的井底蒸汽参数和基于应用
现有技术(直接将井口参数作为井底蒸汽参数)获取的井底蒸汽参数分别进行
数值模拟得到的累积采油量对比曲线图。可以看出，直接将井口参数作为井底
蒸汽参数进行数值模拟所得到的累积采油量明显偏高。
图4(a)示出了应用井筒和油藏耦合方法获取的油藏剖面(X-Z剖面)的
温度场的示意图，图4(b)示出了应用本公开的一个实施例获取的油藏剖面(X-Z
剖面)的温度场的示意图。图中用深浅不同的灰度表示不同的井底蒸汽参数。
图5示出了基于根据本公开的一个实施例获取的井底蒸汽参数和基于井筒
和油藏耦合方法获取的井底蒸汽参数分别进行模拟得到的累积采油量对比曲线
图。
从图4(a)、(b)和图5可以看出应用本公开中的获取井底蒸汽参数的方法
的性能和应用井筒和油藏耦合方法的性能非常接近，本公开中的获取井底蒸汽
参数的方法可有效地代替井筒和油藏耦合方法。
图6示出了应用本公开的一个实施例获取井底蒸汽参数和应用井筒和油藏
耦合方法获取井底蒸汽参数的模拟耗时对比图。图中左侧的柱状表示应用本公
开的实施例获取的井底蒸汽参数所消耗的模拟时间，右侧的柱状表示在其他条
件全都相同的情况下应用井筒和油藏耦合方法获取井底蒸汽参数所消耗的模拟
时间。可以看出，应用本公开中的实施例获取井底蒸汽参数的模拟耗时明显小
于应用井筒和油藏耦合方法时的模拟耗时，模拟耗时可降低大于1/5左右。
图7示出了根据本公开的一个实施例的用于在注蒸汽采油中获取井底蒸汽
参数的装置的示意框图。该装置可包括确定主因素的部件701、建立响应面方程
的部件702、实际值获取部件703以及井底蒸汽参数获取部件704。
确定主因素的部件701可用于确定影响井底蒸汽参数的主因素的类型。例
如，可以将本领域技术人员认为值得考虑的影响因素都作为主因素，也可基于
一定准则(例如不同因素对井底蒸汽参数的影响程度)来确定主因素。确定主
因素的部件701可用于获得与井底蒸汽参数有关的多个参数的参考值和相应的
井底蒸汽参数的参考值，以及可用于基于所获得的多个参数的参考值和相应的
井底蒸汽参数的参考值、并采用正交实验分析、响应面分析、主成分分析和层
次分析法中的一者来确定所述主因素的类型。井底蒸汽参数可包括井底蒸汽干
度和井底蒸汽温度中的至少一者。该多个参数可包括下列参数中的部分或全部：
注入蒸汽井口干度、注入蒸汽井口温度、注入速度、油藏深度、注气前地层压
力、注气前地层温度、采注比。所获得的多个参数的值可包括所述多个参数中
每个参数在感兴趣区域内的最大值和最小值。
建立响应面方程的部件702可用于基于所述主因素的类型来确定响应面方
程的形式，以及可用于基于主因素的参考值和相应的井底蒸汽参数的参考值来
确定(例如，通过数值拟合)响应面方程中各项的系数，该响应面方程可表示
井底蒸汽参数和主因素间的关系。该响应面方程可以是二次方程。
实际值获取部件703可用于得到待研究油井的所述主因素的实际值。
井底蒸汽参数获取部件704可用于将实际值代入该响应面方程获取待研究
油井的井底蒸汽参数的值。
本公开可以是方法、装置和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括
计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机
可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令
的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、
磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合
适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携
式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可
编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压
缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编
码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合
适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如
无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波
(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个
计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载
到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传
输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设
备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计
算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构
(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、
或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语
言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语
言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计
算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分
在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上
执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包
括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计
算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过
利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑
电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可
以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。
这里参照根据本公开实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流
程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方
框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编
程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机
或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的
一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令
存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/
或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个
制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的
各个方面的指令。
也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、
或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一
系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数
据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方
框中规定的功能/动作。
附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计
算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图
中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段
或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有
些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺
序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以
按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图
中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能
或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的
组合来实现。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，
并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的
情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场
中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露
的各实施例。