模糊綜合評(píng)判法快速識(shí)別低效無(wú)效循環(huán)井層——以扶余油田西10-2區(qū)塊為例

何增軍，宋成立，魯　寧，鞠君舉，李鴻飛

(1.中國(guó)石油吉林油田分公司扶余采油廠，吉林松原138000；

2.中國(guó)石油吉林油田分公司乾安采油廠采油十一隊(duì)，吉林松原138000)

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模糊綜合評(píng)判法快速識(shí)別低效無(wú)效循環(huán)井層
——以扶余油田西10-2區(qū)塊為例

何增軍1，宋成立1，魯寧1，鞠君舉1，李鴻飛2

(1.中國(guó)石油吉林油田分公司扶余采油廠，吉林松原138000；

2.中國(guó)石油吉林油田分公司乾安采油廠采油十一隊(duì)，吉林松原138000)

摘要：扶余油田西10-2區(qū)塊長(zhǎng)期注水開(kāi)發(fā)，注入水沿高滲透層突進(jìn)，形成嚴(yán)重的無(wú)效循環(huán)和低效循環(huán)，造成含水高、采出程度低。針對(duì)此問(wèn)題，根據(jù)低效無(wú)效循環(huán)形成的影響因素，統(tǒng)計(jì)區(qū)塊生產(chǎn)數(shù)據(jù)，結(jié)合油田開(kāi)發(fā)實(shí)際情況和專(zhuān)家意見(jiàn)，建立了無(wú)效低效循環(huán)井層的評(píng)判指標(biāo)體系及標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用多級(jí)模糊評(píng)判技術(shù)建立了低效無(wú)效循環(huán)井層評(píng)判的方法，并對(duì)判定過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)描述。利用Delphi、Visual Foxpro等計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)了該方法的應(yīng)用程序，建立低效循環(huán)井層軟件平臺(tái)。實(shí)例應(yīng)用表明，該平臺(tái)判定低效、無(wú)效循環(huán)井層比人工方法在速度上提高了10倍以上，識(shí)別精度達(dá)到91.3%。該技術(shù)方法操作簡(jiǎn)便，在很大程度上提高了低效無(wú)效循環(huán)井層的識(shí)別速度和精度。

關(guān)鍵詞：扶余油田；低效無(wú)效注水循環(huán)；模糊理論；西10-2區(qū)塊

1 區(qū)塊地質(zhì)特征

西10-2區(qū)塊位于扶余油田西區(qū)扶余Ⅲ號(hào)構(gòu)造八家子高點(diǎn),主要開(kāi)發(fā)目的層為下白堊統(tǒng)泉四段的扶余油層，含油面積為0.89km2，平均砂巖厚度為57.1m，油層平均有效厚度為24.5m。平均孔隙度為23%，平均滲透率為200mD[1-4]。

2 區(qū)塊開(kāi)發(fā)特征

2.1 含水上升快，開(kāi)發(fā)效果不佳

西10-2區(qū)塊于1983—1994年轉(zhuǎn)為全面綜合調(diào)整階段，開(kāi)采對(duì)象由主力油層向中低滲透層轉(zhuǎn)變，但該區(qū)塊含水上升較快，產(chǎn)量下降；1995—2004年為二次調(diào)整再穩(wěn)產(chǎn)階段，該階段主要問(wèn)題為井況、井網(wǎng)、注水、地面系統(tǒng)等問(wèn)題日益突出，導(dǎo)致含水上升加快，產(chǎn)量遞減加大；2005年至今為3次調(diào)整階段，2005—2007年產(chǎn)量上升，2008年產(chǎn)量又開(kāi)始下降，綜合含水率高達(dá)94.2%，采出程度為18.2%，已進(jìn)入高含水開(kāi)發(fā)階段，控油穩(wěn)水形勢(shì)嚴(yán)峻[5-6]。

2.2 沉積韻律影響縱向水淹

西10-2區(qū)塊沉積特征為正韻律。2005年統(tǒng)計(jì)了24口開(kāi)發(fā)井的鉆遇情況，鉆遇油層以強(qiáng)水淹、特強(qiáng)水淹層及干層為主。強(qiáng)水淹、特強(qiáng)水淹層厚度為735.7m，占總厚度的40.36%；干層鉆遇厚度756.9m，占總厚度的41.53%，說(shuō)明該區(qū)塊的水淹程度比較大?？v向上各層水淹、水洗規(guī)律基本一致，厚層頂部由于物性較差，水洗相對(duì)較弱，上部水洗弱于下部。

2.3 平面矛盾突出，水驅(qū)波及不均衡

生產(chǎn)井?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，產(chǎn)液量為6～18t的井占66.4%，產(chǎn)出了61.6%的液量；而產(chǎn)液量大于18t的井占17.7%，產(chǎn)出了29.6%的液量；產(chǎn)液量小于6t的井占15.9.%，產(chǎn)出了8.8%的液量。受層間、層內(nèi)、平面三大矛盾制約，注入水沿著高滲透部位突進(jìn)，形成了無(wú)效低效循環(huán)。造成部分井高產(chǎn)液、高含水、低采出的現(xiàn)狀。

3 低效無(wú)效循環(huán)影響因素分析

統(tǒng)計(jì)幾年調(diào)整井資料，有92.6%的層已經(jīng)水洗，水淹層中存在層內(nèi)水洗不均特征，由于油層正韻律的特點(diǎn)，層內(nèi)滲透率差異較大，導(dǎo)致水淹以底部水洗為主，占82.1%，剩余油主要集中在厚油層的中上部。

根據(jù)上述調(diào)整井資料及動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析，導(dǎo)致低效無(wú)效循環(huán)的因素主要包括靜態(tài)因素和動(dòng)態(tài)因素。

3.1 靜態(tài)影響因素

靜態(tài)因素包括砂巖滲透率、有效厚度和突進(jìn)系數(shù)。這3種因素為評(píng)判低效循環(huán)的靜態(tài)參數(shù)。

西10-2區(qū)塊油水井單井平均滲透率最小值為0.05D，最大值為0.73 D，差異較大，導(dǎo)致在滲透率高的井組、層段之間形成水流優(yōu)勢(shì)通道；該區(qū)塊各井的單砂體有效厚度為0.4～5.8m，巖心觀察可見(jiàn)，厚砂體的底部更發(fā)育大孔道，造成注入水突進(jìn)；該區(qū)塊各井突進(jìn)系數(shù)分布范圍為1.3～6.2，非均質(zhì)性較高的井中易形成高滲透條帶。

3.2 動(dòng)態(tài)影響因素

調(diào)整前，研究區(qū)共有油水井37口，其中正常采油井17口，正常注水井6口，套變采油井10口，套變注水井4口。區(qū)塊投產(chǎn)初期，平均單井日產(chǎn)液7.8t，日產(chǎn)油2.9t，綜合含水率為62.5%。2012年井網(wǎng)調(diào)整前平均單井日產(chǎn)液10.1t，日產(chǎn)油0.6t，綜合含水率為94.2%，平均單井日注水40m3，采出程度為18.2%。調(diào)整初期增油效果好，老井受效明顯，后期隨注水時(shí)間延長(zhǎng)，井況惡化、水流新優(yōu)勢(shì)通道形成，注水效果變差，主要表現(xiàn)為含水率由調(diào)整前的95.1%上升至97.8%，日產(chǎn)油由20.8t下降到2015年7月的11.8t。

綜合動(dòng)態(tài)資料，確定西10-2區(qū)塊注水低效無(wú)效循環(huán)的動(dòng)態(tài)影響因素為注水井的日注水量、油壓、視吸水指數(shù)和單位厚度累計(jì)，以及采油井的日產(chǎn)液量、綜合含水率、井底流壓、單位厚度累計(jì)產(chǎn)液量，上述8項(xiàng)指標(biāo)可用作低效循環(huán)油水井的判定。

4 低效無(wú)效循環(huán)判定方法的建立

4.1 低效無(wú)效循環(huán)模糊綜合評(píng)判方法

模糊綜合評(píng)判是一種重要的評(píng)價(jià)方法，可指導(dǎo)油田開(kāi)發(fā)的整個(gè)過(guò)程，如水力壓裂、油田注水開(kāi)發(fā)等[7-8]。

在判定低效無(wú)效循環(huán)油水井及層段時(shí)，要充分考慮多方面的影響因素，應(yīng)綜合所有因素對(duì)油水井無(wú)效循環(huán)作出合理判定。模糊綜合評(píng)判法是基于評(píng)價(jià)過(guò)程的非線性特點(diǎn)而提出的，利用模糊數(shù)學(xué)中的模糊運(yùn)算法則，對(duì)非線性的評(píng)價(jià)因素進(jìn)行量化綜合，從而得到可比的量化評(píng)價(jià)結(jié)果。

根據(jù)低效無(wú)效循環(huán)形成的地質(zhì)因素、注采條件及開(kāi)發(fā)過(guò)程中體現(xiàn)出的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，結(jié)合區(qū)塊開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)，選取低效無(wú)效循環(huán)評(píng)判參數(shù)，確定各參數(shù)權(quán)重及隸屬度，建立模糊綜合評(píng)判模型，進(jìn)行對(duì)低效無(wú)效循環(huán)油水井及層段的判定[9-11]。

4.2 注水井及采油井低效無(wú)效循環(huán)井評(píng)判指標(biāo)體系及標(biāo)準(zhǔn)

4.2.1 分級(jí)區(qū)間

通過(guò)西10-2區(qū)塊數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，按照數(shù)據(jù)分布及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行指標(biāo)提取，得到注水井及采油井低效無(wú)效循環(huán)分級(jí)區(qū)間(表1)。

表1　西10-2區(qū)塊注水井和采油井低效無(wú)效循環(huán)分級(jí)區(qū)間數(shù)據(jù)表

4.2.2 影響因素權(quán)重

權(quán)重是各個(gè)因素(指標(biāo))在評(píng)判指標(biāo)體系中所起的作用和相對(duì)重要程度的度量。常用的權(quán)重確定方法有德?tīng)柗?、?zhuān)家調(diào)查、層次分析3種。前兩種由專(zhuān)家操作，以專(zhuān)家意見(jiàn)為主，給出權(quán)重。本文采取專(zhuān)家調(diào)查法，通過(guò)咨詢經(jīng)驗(yàn)豐富的地質(zhì)專(zhuān)家，對(duì)各因素建立表格進(jìn)行平均，得到權(quán)重值。

依據(jù)油水井各項(xiàng)動(dòng)態(tài)、靜態(tài)因素在水流優(yōu)勢(shì)通道形成及判別方面的貢獻(xiàn)，結(jié)合專(zhuān)家建議，得到注水井及采油井各項(xiàng)影響因素的權(quán)重 (表2)。

低效無(wú)效循環(huán)層各參數(shù)貢獻(xiàn)程度及權(quán)重取值采取專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)法(表3)。

表2　低效無(wú)效循環(huán)注水井和采油井動(dòng)靜態(tài)因素權(quán)重表

注：靜態(tài)因素所占比例為0.3；動(dòng)態(tài)因素所占比例為0.7。

表3　低效無(wú)效循環(huán)層評(píng)判指標(biāo)權(quán)重表

5 模糊綜合評(píng)判步驟

5.1 低效無(wú)效循環(huán)井

根據(jù)低效無(wú)效循環(huán)井影響因素分析，可將影響因素為兩大類(lèi)，共7項(xiàng)指標(biāo)。模糊綜合評(píng)判具體操作步驟如下。

(1) 確定評(píng)判集和指標(biāo)集。建立模糊評(píng)判集為V={v1，v2,v3}，評(píng)語(yǔ)：v1為無(wú)效循環(huán)；v2為低效循環(huán)；v3為正常生產(chǎn)。

建立指標(biāo)集(因素集)，若待評(píng)判井為注水井，則注水井模糊評(píng)判指標(biāo)集為：U注水井={u1，u2，u3，u4，u5，u6，u7}，其中，u1為有效厚度；u2為滲透率；u3為突進(jìn)系數(shù)；u4為日注水量；u5為注入油壓；u6為視吸水指數(shù)；u7為單位厚度累計(jì)注水量。以上各指標(biāo)分別代表影響無(wú)效低效循環(huán)注水井的7項(xiàng)指標(biāo)。

若待評(píng)判井為采油井，則建立采油井模糊評(píng)判指標(biāo)集為U采油井={u1,u2,u3,u4,u5,u6,u7}，各指標(biāo)分別代表影響采油井無(wú)效低效循環(huán)的7項(xiàng)指標(biāo)。

(2)對(duì)于任一評(píng)價(jià)對(duì)象，通過(guò)隸屬度模糊分布函數(shù)求取模糊關(guān)系矩陣R=[rij]n×m，rij表示ui隸屬于vi的程度。

隸屬函數(shù)uy(x)為：

uy(x)=e-[(x-a)/b]2

(1)

式中x——評(píng)判因素；

y——評(píng)語(yǔ)等級(jí)；

a、b——指標(biāo)參數(shù)。

運(yùn)用上述選定的函數(shù)，針對(duì)同一個(gè)評(píng)語(yǔ)等級(jí)內(nèi)實(shí)際參數(shù)值比較離散，影響因素又很多的情況，確定同一評(píng)語(yǔ)等級(jí)的隸屬函數(shù)：

(2)

式中μvj(ui)——因素ui在評(píng)語(yǔ)等級(jí)vj的隸屬度；

ui——第i個(gè)評(píng)判因素；

aij、bij——指標(biāo)參數(shù)。

應(yīng)用正態(tài)分布的隸屬函數(shù)曲線將指標(biāo)aij、bij及區(qū)塊指標(biāo)區(qū)間值帶入式(1)中，可求得模糊關(guān)系矩陣中的元素rij，即：

(3)

由c、b參數(shù)值及式(3)可建立此評(píng)判結(jié)果的模糊關(guān)系矩陣，為：

無(wú)效循環(huán)低效循環(huán)正常生產(chǎn)

無(wú)效循環(huán)低效循環(huán)正常生產(chǎn)

無(wú)效循環(huán)低效循環(huán)正常生產(chǎn)

(4)

式中R1——靜態(tài)指標(biāo)評(píng)判矩陣；

R2——注水井開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)指標(biāo)評(píng)判矩陣；

R3——采油井開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)指標(biāo)評(píng)判矩陣。

(3) 利用采油井、注水井專(zhuān)家權(quán)重建議建立評(píng)價(jià)因子權(quán)重向量A=(a1,a2,…，am)，aj為因素vi的權(quán)重。

權(quán)重計(jì)算引用專(zhuān)家權(quán)重分配意見(jiàn)(表2)。

(4)綜合評(píng)判結(jié)果由權(quán)重向量和模糊關(guān)系矩陣R按照模糊變換求得。由二級(jí)評(píng)判構(gòu)成模糊相似矩陣Ri及油水井靜態(tài)和動(dòng)態(tài)因素對(duì)應(yīng)的權(quán)重Ai，根據(jù)公式Bi=Ai·Ri進(jìn)行一級(jí)模糊綜合評(píng)判，得到評(píng)判結(jié)果B=(b1,b2,b3)。

(5)評(píng)判結(jié)果轉(zhuǎn)化。在評(píng)判結(jié)果B=(b1,b2,b3)中，若b1為最大值，則該井存在無(wú)效循環(huán)；如b2為最大值，則該井存在低效循環(huán)，如b3為最大值，則該井為正常生產(chǎn)井。

5.2 低效無(wú)效循環(huán)層

(1)確定層段各級(jí)指標(biāo)權(quán)重。低效無(wú)效循環(huán)層各級(jí)指標(biāo)權(quán)重采用專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)法(表3)。

(2)各指標(biāo)隸屬度的確定。單層砂巖有效厚度、滲透率、注入孔隙度體積倍數(shù)及驅(qū)油效率的隸屬度用升半梯形分布來(lái)表示，其隸屬度函數(shù)為：

(5)

如果x為砂巖單層有效厚度，則a1=1m，a2=3m；若x是單層滲透率，則a1=100mD，a2=600mD；若為注水井單層累計(jì)注入倍數(shù)，則a1=0.4，a2=2；若為采油井單層驅(qū)油效率，則a1=20%，a2=60%。

油水井井距的隸屬度采用降半梯形分布表示，其隸屬度求解方程為：

(6)

利用前文給出的指標(biāo)權(quán)重(表3)和計(jì)算得到的隸屬度，進(jìn)行模糊變換確定評(píng)判結(jié)果，方法與無(wú)效循環(huán)井類(lèi)似。根據(jù)低效無(wú)效循環(huán)層現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)分析對(duì)比，將評(píng)判結(jié)果值大于0.6的層定為低效循環(huán)層。

6 軟件編制及實(shí)例

根據(jù)模糊理論和計(jì)算方法，利用Delphi、Visual Foxpro等語(yǔ)言開(kāi)發(fā)軟件，建立了低效無(wú)效循環(huán)井層分析系統(tǒng)。應(yīng)用該系統(tǒng)對(duì)西10-2區(qū)塊的礦場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，判定了一批低效無(wú)效循環(huán)井層。

6.1 軟件開(kāi)發(fā)思路

6.1.1 系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介

根據(jù)模糊理論該軟件系統(tǒng)建立了4個(gè)模塊：數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、低效無(wú)效循環(huán)井判定模塊、低效無(wú)效循環(huán)層判定模塊、系統(tǒng)幫助模塊。

6.1.2 低效、無(wú)效循環(huán)井的判定

從數(shù)據(jù)庫(kù)模塊提出計(jì)算低效無(wú)效循環(huán)井的數(shù)據(jù)(指標(biāo)信息)，按照無(wú)效、低效、正常生產(chǎn)3種模式，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)提取油水井各項(xiàng)指標(biāo)區(qū)間。系統(tǒng)已為用戶提供了各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重默認(rèn)，并允許用戶隨著生產(chǎn)時(shí)間及注水政策的改變對(duì)權(quán)重進(jìn)行修訂。按照提取的權(quán)重進(jìn)行模糊運(yùn)算，根據(jù)結(jié)果可判定低效無(wú)效循環(huán)井。

6.1.3 低效無(wú)效循環(huán)層的判定

根據(jù)低效無(wú)效油水井的井號(hào)，從數(shù)據(jù)庫(kù)模塊分類(lèi)提出對(duì)應(yīng)的井位坐標(biāo)、射開(kāi)有效厚度、滲透率等評(píng)判指標(biāo)，從沉積相帶數(shù)據(jù)庫(kù)中提取各井射開(kāi)層所處的沉積微相，根據(jù)上述數(shù)據(jù)及油水井連通數(shù)據(jù)綜合評(píng)判低效無(wú)效循環(huán)層。

6.2 實(shí)例分析

西10-2區(qū)塊選用89口井(其中，注水井22口，采油井67口)，目前平均含水率已高達(dá)94%以上。應(yīng)用該程序?qū)o(wú)效、低效循環(huán)井層進(jìn)行評(píng)判，系統(tǒng)運(yùn)算時(shí)間為1天，比人工評(píng)判速度提高10倍以上。判定西10-2區(qū)塊低效無(wú)效循環(huán)油水井共17口(其中，注水井9口，采油井8口)。

根據(jù)選出的無(wú)效、低效循環(huán)油水井，經(jīng)低效循環(huán)層評(píng)判模塊計(jì)算，選出11個(gè)低效循環(huán)層。與現(xiàn)場(chǎng)資料進(jìn)行對(duì)比分析，計(jì)算結(jié)果符合率在90%以上。

評(píng)判結(jié)果與沉積微相對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，大部分低效循環(huán)層都位于河道砂體中，均有較高的滲透率和有效厚度。由于這些井層之間連通性較好，注入水易沿著高滲透層突進(jìn)，使得層中含水飽和度逐漸增大，滲流阻力減小，形成嚴(yán)重的無(wú)效、低效循環(huán)，造成區(qū)塊高含水、低采出。

7 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

(1)針對(duì)低效無(wú)效循環(huán)形成的影響因素，統(tǒng)計(jì)區(qū)塊生產(chǎn)數(shù)據(jù)，根據(jù)油田開(kāi)發(fā)實(shí)際情況和專(zhuān)家意見(jiàn)，建立了無(wú)效、低效循環(huán)井層的評(píng)判指標(biāo)體系及標(biāo)準(zhǔn)。

(2)結(jié)合低效無(wú)效循環(huán)評(píng)判指標(biāo)體系和標(biāo)準(zhǔn)，采用多級(jí)模糊評(píng)判技術(shù)建立了低效無(wú)效循環(huán)井層的評(píng)判方法。

(3)應(yīng)采用多級(jí)模糊評(píng)判逐級(jí)判定油水井的靜態(tài)指標(biāo)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)，再利用各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重給出最終低效無(wú)效循環(huán)油水井層判定結(jié)果。采用Delphi、Visual Foxpro等語(yǔ)言編制計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)了低效無(wú)效循環(huán)井層的快速評(píng)判。

(4)應(yīng)用效果表明，本技術(shù)很大程度上提高了低效無(wú)效循環(huán)井層識(shí)別的速度和精度。

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Fuzzy Integration Evaluation for Rapid Identification of Low and Non-effective Circulation Well Layers——A Case Study of Block Xi10-2 in Fuyu Oilfield

He Zengjun1, Song Chengli1, Lu Ning2, Ju Junju1, Li Hongfei2

(1.FuyuOilProductionPlantofPetroChinaJilinOilfieldCompany,Songyuan,Jilin138000,China;2.Qian’anOilProductionPlantofPetroChinaJilinOilfieldCompany,Songyuan,Jilin138000,China)

Abstract:Long-term water flooding in Block Xi10-2 of Fuyu Oilfield leads to water breakthrough along high-permeability reservoir and results in inefficient and low-efficient circulation. As a result, it is characterized by high water cut and low recovery. For this, we counted up the production data of the block according to low and non-efficient circulation causes, established the judging index system and criteria for low and non-efficient circulation well layers according to real conditions and experts’ suggestions for oilfield development, applied multi-level fuzzy evaluation technology to develop the judging method for low and non-efficient circulation well layers, and elaborated the evaluation process in details. Using computer language like Delphi and Visual Foxpro, we developed the applying procedure of the new method and established low-efficiency circulation well layers software platform. Case application indicated that the decision speed with the platform was increased by more than 10 times as compared to artificial methods, and the identification accuracy reached 91.3%. The method is simple to operate and enhances the identification speed and accuracy of low and non-efficient circulation well layers.

Key words:Fuyu Oilfield; low and non-effective injection circulation; muzzy theory; Block Xi10-2

中圖分類(lèi)號(hào)：TE341

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

作者簡(jiǎn)介：第一何增軍(1980年生)，男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事石油開(kāi)發(fā)生產(chǎn)研究工作。郵箱hezengjun@sohu.com。

基金項(xiàng)目：吉林油田公司“提高采收率技術(shù)”子專(zhuān)題 (JY09B(2)-820140302)。