基于可拓理論的深水油田儲量分級評價方法研究

陳民鋒，時建虎，喬聰穎，吳 麗，李晨辰

(1.中國石油大學(北京)石油工程學院，北京 102249；2.中國石化集團新星石油有限責任公司，北京 100083)

基于可拓理論的深水油田儲量分級評價方法研究

陳民鋒1，時建虎2，喬聰穎1，吳 麗1，李晨辰1

(1.中國石油大學(北京)石油工程學院，北京 102249；2.中國石化集團新星石油有限責任公司，北京 100083)

在綜合分析深水油田地質(zhì)特點和開發(fā)要求的基礎(chǔ)上，從影響深水油田開發(fā)投資、生產(chǎn)效果、開發(fā)效益等方面出發(fā)，篩選出深水油田分類特征參數(shù)，并確定相應(yīng)指標分級標準，進而構(gòu)建出多級評價指標體系；針對深水油田特點，基于可拓理論方法，提出深水油田儲量分級評價的基本步驟，并建立相應(yīng)的深水油田儲量評價的多級可拓綜合評價方法。實例分析表明，本文方法能夠較好地確定出深水油田儲量級別，為深水油田的高效開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

深水油田 分級標準 可拓理論 綜合評價

深水區(qū)油氣資源儲量豐富，近年來深水油氣勘探開發(fā)不斷升溫。與陸上油氣田開發(fā)相比，深水油氣田開發(fā)具有技術(shù)要求高、作業(yè)難度大、投資風險大、開采年限短等問題。在合同期內(nèi)獲得最大效益是深水油田開發(fā)的基本原則，因此采取高速開采的模式已成為深水油田有效開發(fā)的共識，而在開發(fā)模式選擇上要綜合考慮深水油田地質(zhì)特點和開發(fā)需求。深水油田儲量分級評價適應(yīng)深水油田開發(fā)需要，可確保油田儲量評價更為準確、油田開發(fā)更具效益、油田管理更為高效，而目前針對深水油田特點的儲量分級研究較少，沒有針對性的儲量評價指標、分級標準和相應(yīng)的綜合評價方法。因而，如何建立科學、合理的深水油田儲量分級綜合評價方法，有針對性的篩選開采技術(shù)，對于深水油田合理選擇適應(yīng)的開發(fā)模式、確保油田開發(fā)經(jīng)濟效益至關(guān)重要[1～5]。

1 多級可拓綜合評價方法建立

1.1 綜合評價基本程序

深水油氣田蘊藏著豐富的油氣資源，在全球6大洲18個深水盆地中，已發(fā)現(xiàn)約580億桶油當量的油氣資源。巴西近海、美國墨西哥灣和西非沿海是當前世界三大深水勘探熱點地區(qū)，這里集中了世界80%以上的深水勘探、開發(fā)活動。

通過對三大深水區(qū)油田地質(zhì)特點和開發(fā)需求基本認識，以及對目前已開發(fā)深水油田的開發(fā)效果、地質(zhì)-開發(fā)的相應(yīng)關(guān)系的分析總結(jié)，建立一套適用于深水油田儲量分級的綜合評價程序，其基本流程如圖1所示。

圖1 深水油田儲量分級綜合評價流程

1.1.1 確定評價指標和評價標準

當前，深水油氣勘探已成為國際石油公司競相投資的熱門領(lǐng)域，全球18個深水盆地(水深大于500 m)均已進行了勘探。但大部分深水油氣勘探開發(fā)活動集中在大西洋兩岸的美國墨西哥灣、西非沿海(主要是安哥拉和尼日利亞)以及南美的巴西沿海。深水油氣田采用以效益為中心的開發(fā)評價模式，其開發(fā)策略一般體現(xiàn)在：為最大限度地降低初始資本、成本，深水油田發(fā)現(xiàn)后一般都是快速投產(chǎn)，勘探與開發(fā)并行發(fā)展，并采用分階段的方法來開發(fā)油田；深水油田多采用能量補充的開采方式，包括天然能量(邊底水+溶解氣)和注水開發(fā)；深水油田開發(fā)井型不局限于水平井，當儲層有效厚度較薄時，一般會考慮采用水平井井型開采，當儲層有效厚度較厚時，一般會考慮采用直井或多種井型聯(lián)合進行開采[1～6]。

基于這些區(qū)域深水油田的大量調(diào)研資料，從資料完整的32個已開發(fā)深水油田的儲層特性及開發(fā)效果，建立深水油田儲量評價樣本庫，并從油田地質(zhì)、主要油藏特征、應(yīng)用的主要開發(fā)技術(shù)等，對比分析深水油田特點。投資、生產(chǎn)效果、開發(fā)效益等方面進行考量和篩選。影響深水油田開發(fā)技術(shù)上關(guān)鍵指標，主要有水深和油藏深度；而影響開發(fā)效果上指標主要是油藏地質(zhì)和原油參數(shù)，包括儲量規(guī)模、儲量豐度、孔隙度、滲透率、原油粘度和地飽壓差等。

①水深和油藏深度是影響深水油田開發(fā)效果重要因素。水深和油藏深度的增加加深了油藏流體復(fù)雜性及海洋作業(yè)環(huán)境的惡劣性，同時對新技術(shù)和裝備提出了更高的要求。深水是個動態(tài)的概念，隨著科技發(fā)展，其內(nèi)涵不斷變化。1998年以前一般認為水深達200 m即可稱為深水，1998年后的一段時間深水的概念一般認為是300 m，目前大部分人將500 m作為“深水”的界限，而1 500 m以上為超深水。當然，也有觀點認為只要利用了不同于常規(guī)技術(shù)開采的水域都可稱為是深水區(qū)，如美國墨西哥灣地區(qū)，只要水深大于304.8 m都認為是深水。

②儲量規(guī)模是深水油氣田開發(fā)的物質(zhì)基礎(chǔ)，儲量規(guī)模的大小確定了油田產(chǎn)量的高低，影響油氣田開發(fā)經(jīng)濟效益。儲量評價僅以儲量規(guī)模進行評價還遠不夠，因規(guī)模大的油田中有相當大的一部分是薄層，單位面積儲量變化大，對開發(fā)效果影響極大，故在儲量評價中，還應(yīng)加入儲量豐度作為評價指標。

③原油粘度是地層油的主要物性之一，它決定著油井產(chǎn)能的大小、油田開發(fā)的難易程度及油藏的最終采收率；地飽壓差是衡量油層生產(chǎn)狀況合理的條件，當?shù)貙訅毫Φ陀谠惋柡蠅毫r，油層里的原油就會脫氣，原油粘度增高，從而降低油藏采收率。

④孔隙度和滲透率是反映巖石存儲流體和滲濾流體能力的重要參數(shù)，巖石孔隙性的好壞直接決定巖層儲存油氣的數(shù)量；滲透性的好壞則控制了儲集層內(nèi)所含油氣的產(chǎn)能，孔隙度越大，滲透率越高，儲層的儲集和滲流的能力便越好，最終采收率也越高。

以選取的32個深水油田的地質(zhì)參數(shù)作為樣本庫進行綜合分析，選擇以上評價指標能夠有效、較全面反映深水油田特點和開發(fā)要求，可作為深水油田儲量評價的基本指標集。

1.1.2 確定各評價指標分級標準

評價標準的建立是深水油田儲量分級評價的前提與基礎(chǔ)，依照以下分級原則和步驟，建立合理的深水油田評價指標分級標準[1～8]：

①對已開發(fā)深水油田進行統(tǒng)計分析，建立儲量分類評價的數(shù)據(jù)樣本庫。

②參考常用油田各評價指標分級標準，作為深水油田評價指標初始分級的相對參照依據(jù)。

③根據(jù)深水油田各評價指標的分布特點，基于數(shù)學統(tǒng)計方法分析結(jié)果，初步建立各評價指標分級標準。

④通過實際已開發(fā)深水油田地質(zhì)條件和開發(fā)效果的關(guān)聯(lián)性分析，以及目前行業(yè)中已有的相對劃分界限，來修正各評價指標的分級標準。

⑤利用建立的各指標分級標準進行儲量分級評價，并與實際深水油田開發(fā)效果對比分析，最終驗證該標準的適用性。

依照以上步驟來確定深水油田儲量分級各評價指標分級標準，并建立深水油田儲量分級評價多級指標體系，結(jié)果見表1所示。

表1 深水油田儲量分級評價指標體系

表1從油田位置、儲量性質(zhì)、儲層性質(zhì)和原油性質(zhì)四個方面反映影響深水油田儲量分級的因素，提出定量化指標，確定優(yōu)先開發(fā)深水油田儲量；其中水深和油藏深度越小對深水油田的開發(fā)越有利，儲量豐度越大原油富集情況越好，儲層滲透率、原油粘度、地飽壓差指出儲量能夠有效動用的潛力單元，保證油田投產(chǎn)后，能夠在天然能量下以較高采油速度進行開采。

1.1.3 綜合評價主要流程

目前常用的油田儲量分級評價方法主要有模糊綜合評價方法和灰色關(guān)聯(lián)分析法。這兩種方法都是根據(jù)多個指標對油田儲量本身存在的特征，從數(shù)量上對其所屬程度給予刻畫和描述，但當多個指標之間出現(xiàn)嚴重相關(guān)性時，評價結(jié)果則容易出現(xiàn)較大的誤差，并不能全面反映油田儲量的整體狀況。因此，將可拓理論運用在深水油田儲量分級評價上，建立深水油田儲量分級可拓綜合評價方法，從定性和定量的角度反映油田儲量本身存在狀態(tài)的所屬程度，刻畫各指標性態(tài)的變化，很好的消除了各指標間的相關(guān)性問題[9～13]。

圖2 多級可拓綜合評價基本流程

考慮到深水油田儲量分級評價指標的多級特點，在可拓綜合評價方法的基礎(chǔ)上，建立多級可拓綜合評價方法。該方法首先對評價指標進行分級，再分別對各級指標賦予權(quán)重，最終實現(xiàn)對評價對象進行綜合評價。[14～18]

深水油田儲量分級多級可拓綜合評價方法基本思路如圖2所示。

1.2 具體綜合評價方法和步驟

1.2.1 確定評價對象的經(jīng)典域和節(jié)域

物元是可拓學認識世界的基本邏輯細胞，以有序的三元組R=(N，c,v)作為描述深水油田儲量分級評價的基本物元。

在這里，令

Rj=(Nj，c,vj)=

(1)

其中，Nj為深水油田劃分的第j類別，ci為深水油田分類第i個評價指標(i=1,2,…,n)，vji為Nj關(guān)于ci規(guī)定的量值范圍，即每個類別關(guān)于對應(yīng)的評價指標下所取的數(shù)值范圍，此為經(jīng)典域。

在這里，令

Rp=(Np，c,vp)=

(2)

其中Np為深水油田所劃分的所有類別，vpi為Np關(guān)于ci所取的量值范圍，即為Np的節(jié)域。

1.2.2 計算關(guān)聯(lián)度

在深水油田儲量分級二級指標中，對各個級別的關(guān)聯(lián)度計算公式如下：

(3)

其中，xik為第i個一級指標下的第k個二級指標的數(shù)值，X0kj為第k個二級指標的第j類別的經(jīng)典域；x0kj為X0kj區(qū)間最優(yōu)點，Xik為第k個二級指標的節(jié)域，kikj(xik)為xik的關(guān)聯(lián)函數(shù)。

在式(3)中，不同類型的指標ρ(x,x0,X0)計算方法不同，其具體計算公式如下：

(Ⅰ)指標越大越好型，如儲量規(guī)模、儲量豐度、滲透率等；

(4)

(Ⅱ)指標越小越好型，如水深、油田埋深等；

(5)

1.2.3 確定權(quán)系數(shù)

在深水油田儲量分級評價時，各級評價指標對油田類別影響程度并不相同，確立指標體系后，必須對這些評價指標賦予不同的權(quán)系數(shù)。

本文利用層次分析法(也可以采用其它成熟方法)，確定深水油田儲量分級評價各級指標之間的相對重要性次序，從而獲一級指標權(quán)系數(shù)Wi，其對應(yīng)的二級指標SIi-k的權(quán)系數(shù)為Wik。

1.2.4 綜合評價

由二級指標權(quán)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度，對深水油田儲量分級一級指標SIi進行一級評價，一級指標SIi對應(yīng)各類別的綜合關(guān)聯(lián)度為Kij。

(6)

2 實例分析

利用建立的深水油田儲量分級評價多級指標體系和方法，對實際深水油田進行儲量分級評價。實際油田基本數(shù)據(jù)如表2所示。

以儲量開發(fā)潛力為最終評價指標，從各樣本數(shù)據(jù)變化的態(tài)勢(方向、大小、速度等)分析，數(shù)據(jù)變化的態(tài)勢與評價指標變化趨勢一致，則它們之間的關(guān)聯(lián)度較好、權(quán)重系數(shù)大；反之，關(guān)聯(lián)度較差、權(quán)重系數(shù)小。針對各評價指標，基于層次分析法分配各級指標相應(yīng)權(quán)系數(shù)。具體各指標權(quán)系數(shù)結(jié)果見表3。

表2 目標深水油田基本數(shù)據(jù)

表3 深水油田儲量分級評價指標權(quán)重

由表3可知：油田位置權(quán)重系數(shù)較大為0.423 6，油田位置又分為水深和油田埋深兩個二級指標。油田水深起著關(guān)鍵性作用，權(quán)重占0.7。

應(yīng)用本文構(gòu)建的深水油田綜合評價方法，按照上述步驟來分析確定各深水油田儲量級別，并與實際深水油田開發(fā)效果對比，以驗證方面在適應(yīng)性和準確性。

在合同期內(nèi)獲得最大效益是深水油田開發(fā)的基本原則，其評價指標主要包括：采油速度、穩(wěn)產(chǎn)時間、合同期內(nèi)采出程度以及開采投入等。深水油田儲量分級結(jié)果、相應(yīng)開發(fā)效果評價對比結(jié)果如表4所示。

表4 目標深水油田儲量分級評價結(jié)果

由表4可以看出，從儲量分級(綜合關(guān)聯(lián)度越大越好，綜合關(guān)聯(lián)度最大值的級別對應(yīng)儲量級別)評價結(jié)果來說，一類油田最好，二類油田較好，三類油田中等。經(jīng)與實際深水油田開發(fā)效果對比，評價結(jié)果為一類、二類油田在實際開發(fā)效果中，各方面的指標均表現(xiàn)很好，二者基本吻合，而三類油田開發(fā)效果表現(xiàn)一般。在評價結(jié)果中，WA-G水深1 325 m，在評價指標中屬于三類，在儲量分級中，儲量綜合關(guān)聯(lián)度三類值最大；PO-L&C水深350 m，在評價指標中屬于一類，在儲量分級中，儲量綜合關(guān)聯(lián)度一類值最大；由此可見，在深水油田儲量分級中油田水深是一個關(guān)鍵性指標。僅BR-Ml油田評價結(jié)果與實際開發(fā)效果有所不同，主要是BR-Ml油田儲量大，豐度高，儲層性質(zhì)好，但由于天然能量不充足，早期開發(fā)方式不當影響了最終的開發(fā)效果?？傊疚慕⒌亩嗉壙赏卦u價方法，可以對深水油田儲量進行有效的分級評價，評價結(jié)果具有較強科學性和合理性。

3 主要認識

(1)通過樣本綜合分析，確定了符合深水油田開發(fā)特點的評價指標和評價分級標準，可以為深水油田儲量分級評價及相關(guān)研究奠定基礎(chǔ)。

(2)基于可拓理論建立了深水油田儲量分級評價的多級可拓綜合評價方法，該方法計算簡捷、直觀、且容易實現(xiàn)，評價參數(shù)和評價結(jié)果可以較好地反映深水油田特點。

(3)實例分析表明，應(yīng)用多級可拓綜合方法可以綜合多方面因素，較好地劃分深水油田的儲量等級，為深水油田制定合理的開發(fā)次序和開發(fā)政策提供科學依據(jù)。

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(編輯 王建年)

Evaluation method of reserve classification basedon extension theory for deepwater oilfield

Chen Minfeng1，Shi Jianhu2，Qiao Congying1，Wu Li1，Li Chenchen1

(1.PetroleumEngineeringFaculty，ChinaUniversityofPetroleum，Beijing102249，China；2.SINOPECStarPetroleum，Ltd.，Beijing102249，China)

According to the comprehensive analysis on the geological characteristics and development requirements of deepwater reservoir，the indexes of deepwater oilfield classification were screened and the corresponding standards of classification indexes were determined and then a multilevel evaluation index system was built from many aspects，such as development investment，production effect and development effectiveness，etc.Based on the extension theory，the basic steps of reserve classification evaluation for deepwater oilfield were proposed and then the corresponding multilevel extension synthetic evaluation method was established.The example analysis shows that the method can well identify the reserve level of oil reservoir and lay a foundation for the efficient development of deepwater oilfield.

deepwater oilfield；standard of classification index；extension theory；synthetic evaluation

2015-08-14；改回日期：2015-10-10。

陳民鋒(1971—)，博士，副研究員，現(xiàn)主要從事油田開發(fā)系統(tǒng)理論方法和提高采收率技術(shù)研究工作。電話：010-89733096，E-mail：cmfllp96@126.com。

國家科技重大專項課題子課題“油氣資產(chǎn)價值評估體系研究”(編號2016ZX05033005-007)。

10.16181/j.cnki.fzyqc.2016.01.011

TE349

A