高含水油藏水驅(qū)開發(fā)效果評價方法研究

李迎輝 (中石油冀東油田分公司陸上油田作業(yè)區(qū)，河北 唐山 063229)

孔新海 (廣安職業(yè)技術(shù)學院石油工程系，四川 廣安 638000)

劉道杰，王玉靖

袁學生，鄭佳佳 (中石油冀東油田分公司陸上油田作業(yè)區(qū)，河北 唐山 063229)

油藏水驅(qū)開發(fā)效果評價是貫穿油田開發(fā)中的一項重要工作，事關(guān)油藏下步挖潛方向的準確性，是油藏開發(fā)調(diào)整措施能否取得預定效果的基礎(chǔ)[1]。油藏全面進入高含水(或特高含水)階段，描述地下油水滲流規(guī)律及開發(fā)特征極其困難，對該類油藏水驅(qū)開發(fā)效果進行評價難度更大。中國從20世紀50年代開始研究水驅(qū)開發(fā)效果，主要運用數(shù)學方法對一個或多個或幾個聯(lián)立的開發(fā)指標進行綜合評判，主要有系統(tǒng)動態(tài)分析法、模糊綜合評判法、灰色系統(tǒng)理論法、狀態(tài)對比法、可采儲量評價法及數(shù)值模擬評價法等[2～6]，均對油藏開發(fā)起到了較好的指導作用。然而，上述方法始終沒有克服主觀影響或指標之間的相關(guān)性，對評價難度較高的高含水水驅(qū)油藏開發(fā)效果評價勢必不夠準確。筆者應(yīng)用相關(guān)性分析方法，篩選關(guān)聯(lián)度較小的14個開發(fā)指標，采用主客觀組合賦權(quán)法計算評價指標權(quán)重，既克服了指標之間的相關(guān)性，又削弱了決策者的主觀意向，能夠?qū)崿F(xiàn)對高含水油藏開發(fā)效果全面又科學的精準評價。

1 油藏水驅(qū)開發(fā)效果評價體系建立

油藏水驅(qū)開發(fā)效果評價是一項綜合性的系統(tǒng)工程，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組成及基本元素等屬性。然而，研究系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)就是系統(tǒng)基本元素，這些系統(tǒng)基本元素彼此關(guān)聯(lián)在一起，既相互依存，又相互制約；既相互激勵，又相互限制。若對系統(tǒng)進行客觀而準確地評價，必須對若干元素的數(shù)據(jù)序列進行相關(guān)性分析。筆者采用相關(guān)性分析原理，通過計算兩元素序列的關(guān)聯(lián)度大小[7]，評價系統(tǒng)元素的相關(guān)關(guān)系，關(guān)聯(lián)度計算方法如下。

1.1 元素分析序列建立

將一個系統(tǒng)元素作為因變量因素，其他指標作為自變量因素。根據(jù)油藏評價標準及開發(fā)效果分析可知，與油藏水驅(qū)開發(fā)效果相關(guān)性較大的關(guān)鍵開發(fā)指標主要有24個(水驅(qū)儲量控制程度、水驅(qū)儲量動用程度、年注采比、地層能量保持水平、綜合遞減率、自然遞減率、含水上升率、剩余可采儲量采油速度、水驅(qū)狀況、措施有效率、噸油操作成本、砂體連通率、注采連通率、注采對應(yīng)率、注采井數(shù)比、產(chǎn)液厚度比、吸水厚度比、采油井見效比例、平面波及系數(shù)、縱向波及系數(shù)、驅(qū)油效率、吸水指數(shù)、采油指數(shù)、累積存水率)，首先將水驅(qū)儲量控制程度作為因變量因素，其他23個開發(fā)指標作為自變量因素，建立如下矩陣：

(1)

采用均值化法對變量進行無量綱化，無量綱化后的因素時序序列形成如下矩陣：

(2)

1.2 元素關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣計算

對式(2)進行時序差序列計算，得到矩陣中的最大差和最小差，變換絕對值陣后得到關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣如下：

(3)

式中：ξ0n(N)為關(guān)聯(lián)系數(shù)。關(guān)聯(lián)系數(shù)ξ0n(N)是不超過1的正數(shù)，反映了因變量序列與自變量序列的關(guān)聯(lián)程度。

1.3 元素關(guān)聯(lián)度計算

元素間的關(guān)聯(lián)度公式為：

(4)

利用相關(guān)性分析計算方法，確定關(guān)聯(lián)度較小的14個關(guān)鍵開發(fā)指標(水驅(qū)儲量控制程度、水驅(qū)儲量動用程度、年注采比、地層能量保持水平、綜合遞減率、自然遞減率、含水上升率、剩余可采儲量采油速度、噸油操作成本、砂體連通率、注采連通率、采油井見效比例、驅(qū)油效率、累積存水率)作為油藏水驅(qū)開發(fā)效果評價體系的核心元素。

2 油藏水驅(qū)開發(fā)效果評價指標標準確定

為確定高含水油藏開發(fā)效果評價指標標準，筆者參考中石油相關(guān)開發(fā)效果評價標準，并結(jié)合油田實際情況[8]，統(tǒng)計了9個開發(fā)單元歷年生產(chǎn)技術(shù)指標，利用統(tǒng)計學方法對優(yōu)選的14個關(guān)鍵開發(fā)指標進行分類，分為好、較好、中等、差、較差等5類，結(jié)果見表1。

表1 高含水油藏水驅(qū)開發(fā)效果評價指標標準

3 油藏水驅(qū)開發(fā)效果綜合評價模型

決策分析中，評價指標權(quán)重計算方法很多，應(yīng)用較多的是主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法，它們都有其各自優(yōu)勢和不足。主觀賦權(quán)法是依據(jù)決策者的能動性對各指標進行賦權(quán)的一種方法，如二項系數(shù)法、層次分析法、專家決策法等。客觀賦權(quán)法是指在決策者無任何信息的情況下，各個目標依據(jù)特定規(guī)則對各指標進行賦權(quán)的方法，如熵權(quán)法、成分分析法、模糊賦值法、目標規(guī)劃法等。利用主觀賦權(quán)法對各指標進行賦值，反映了決策者的主觀意向，使得最終決策或評價結(jié)果受主觀影響較大；應(yīng)用客觀賦權(quán)法對各指標進行賦值，體現(xiàn)了較強的客觀性，但缺乏了主觀能動性的調(diào)整，勢必會對最終結(jié)果造成不可避免的誤差。在綜合考慮上述2種方法局限性的基礎(chǔ)上，筆者結(jié)合二者的優(yōu)勢，采用主客觀組合賦權(quán)法計算評價指標權(quán)重，進而構(gòu)建高含水油藏開發(fā)效果綜合評價模型。

3.1 原始樣本數(shù)據(jù)預處理

根據(jù)油藏開發(fā)指標評價標準，采用分段隸屬函數(shù)對原始樣本數(shù)據(jù)進行標準化，如水驅(qū)儲量控制程度標準化的隸屬函數(shù)為：

(5)

式中：ai1為第i個樣本第1個指標的標準化樣本值。

其他指標也按類似的方法進行標準化定義，各指標分段函數(shù)取值區(qū)間見表1。

3.2 組合賦權(quán)求指標權(quán)重

在樣本數(shù)據(jù)較少的情況下，為避免計算偏差和降低專家打分的影響，可通過構(gòu)建組合賦權(quán)模型求取評價指標的權(quán)重[9]，計算式如下：

(6)

(7)

式中：aij為第i個樣本第j個指標標準化的樣本值；xj為第j個指標的權(quán)重；Xi為第i個樣本標準化之后的均值；bj為第j個指標權(quán)重；m為樣本數(shù)量；n為指標數(shù)量。

在該組合賦權(quán)模型中，目標函數(shù)式前半部分表示為客觀樣本評價誤差，后半部分表示為主觀評價誤差[9]。通過該模型計算評價指標權(quán)重(見表2)，可以有效減少因樣本數(shù)據(jù)少而帶來的客觀評估誤差以及主觀依賴性，同時為了平衡專家評估值對采用層次分析法得出的權(quán)重的影響，后者乘以樣本個數(shù)。

表2 高含水油藏水驅(qū)開發(fā)效果評價指標權(quán)重

表3 高含水油藏水驅(qū)開發(fā)效果等級分類標準

3.3 開發(fā)效果綜合評價模型

利用組合賦權(quán)模型求取14個開發(fā)指標權(quán)重后，利用如下模型對油藏進行綜合評價。

(i=1,2,…,m)

(8)

式中：Yi為油藏綜合評價得分。

利用式(7)模型計算高含水油藏綜合得分范圍為[0,100],得到評價油藏開發(fā)效果好壞的四類得分量化范圍，并提出下步開發(fā)建議[3]，具體見表3。

4 礦場應(yīng)用

以LZ油藏L28-1油藏為例，對油藏進行水驅(qū)開發(fā)效果進行綜合評價，計算得分僅為29.2分，由表3可知油藏評價為3類，下步需針對該油藏實施“2+3”采油方式進行綜合治理。利用示蹤劑監(jiān)測及動態(tài)分析結(jié)果可知，該油藏存在水驅(qū)優(yōu)勢滲流通道，注入水因大量無效循環(huán)導致油藏開發(fā)效果逐漸變差，利用數(shù)值模擬結(jié)果可知，優(yōu)勢滲流通道周圍剩余油飽和度較高，具有封堵高滲通道、擴大波及體積提高采收率的潛力。

因此，2014年6月對油藏中心3口注水井(L28-3井、L28-4井、L28-11井)實施深部調(diào)驅(qū)(設(shè)計注入調(diào)驅(qū)劑0.1PV，施工周期1年)，調(diào)驅(qū)3個月后，周圍一線對應(yīng)油井7口，見效6口，油藏日產(chǎn)油由調(diào)驅(qū)前10.3t上升至29.7t，含水率從93.2%下降至78.6%，注水井井口壓力由調(diào)驅(qū)前的12.6MPa增加至16.8MPa，增加了4.2MPa，表明注入的調(diào)驅(qū)劑有效封堵了優(yōu)勢滲流通道，擴大了水驅(qū)波及體積，油藏開發(fā)效果整體向好。截至2016年7月(調(diào)驅(qū)完成注入2年)，油藏見效油井為5口，日產(chǎn)油為17.2t，含水率升高至86.3%，平均單井累計增油1800t，總體評價調(diào)驅(qū)開發(fā)投入產(chǎn)出比為1:1.93，取得了較好的開發(fā)效果和經(jīng)濟效益。

2016年10月，利用該文方法對該油藏再次進行開發(fā)效果綜合評價，計算油藏綜合得分為47.3分，綜合考慮目前油價等因素，建議油藏維持現(xiàn)狀開發(fā)，擇機進行二次深部調(diào)驅(qū)作業(yè)。

5 結(jié)論

1)通過篩選與高含水油藏水驅(qū)效果相關(guān)性較大的24個關(guān)鍵開發(fā)指標，利用相關(guān)性分析方法確定了14個開發(fā)指標作為水驅(qū)開發(fā)效果的評價體系，并確定了不同開發(fā)指標的評價標準。

2)采用主客觀組合賦權(quán)法計算評價指標權(quán)重，建立高含水油藏開發(fā)效果綜合評價模型，即克服了主觀決策者的影響，又避免了純粹客觀賦值的較大偏差，能夠更準確反映油藏真實開發(fā)水平。

3)實例應(yīng)用結(jié)果表明，利用評價分類結(jié)果給出的下步開發(fā)調(diào)整建議，能夠及時扭轉(zhuǎn)油藏開發(fā)形勢，改善油藏開發(fā)效果，可為高含水油藏開發(fā)規(guī)劃提供科學依據(jù)。

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