基于可拓理論的海上油田注采效率綜合評價

馬奎前， 黃安琪， 陳民鋒

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司 渤海油田勘探開發研究院， 天津 300452; 2.中國石油大學(北京)石油工程學院， 北京 102249)

基于可拓理論的海上油田注采效率綜合評價

馬奎前1， 黃安琪2， 陳民鋒2

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司 渤海油田勘探開發研究院， 天津 300452; 2.中國石油大學(北京)石油工程學院， 北京 102249)

注采效率是反映水驅油藏生產單元的生產狀況及開采效果的重要指標，是油藏制定適宜調整措施的重要依據.根據海上油田水驅稠油油藏的開發特點，綜合考慮生產單元中的采油井和注水井，分別從生產能力、產油效率、驅替效果等方面，篩選出評價不同生產單元注采效率的指標集；利用可拓理論方法，系統化處理不同指標對生產單元注采效率分級評價結果的影響，建立油藏注采效率分級評價方法.基于渤海SZ油田實際特點，在生產單元注采效率評價結果分析的基礎上，提出了針對性的開發調整措施，為油田的持續有效開發奠定了基礎.

渤海油田； 水驅稠油； 注采效率； 可拓理論； 分級評價； 開發調整

0 引言

我國渤海灣地區的油藏，一般屬于中-高滲、普通稠油油藏，大部分采取注水開發，具有見水早、含水上升快、產量遞減快的特點.在水驅開發的中后期階段，隨著含水率增加和水竄程度趨于嚴重，油田生產能力和產油效率不斷下降，即油田注采效率不斷降低.而海上油田的開發又具有時效性，一般采取較大的采油速度，與陸上水驅開發油藏相比，更注重油田開發效益和生產效率.如何針對海上油田的實際特點，選擇適宜的控水穩油調整對策，保持油田較高的注采效率，是海上油田水驅開發后期的重要研究方向[1-5].

一個水驅油藏往往包括多個生產單元，而生產單元一般是以注水井(單口或多口)為中心的生產單元，不同生產單元的注采效率，是在分析生產單元中采油井和注水井生產效率的基礎上，綜合反映整個生產單元的生產效率的評價指標.油田類型、開發方式、開采條件等不同，油田開發的生產效率評價方法和相關分級標準亦不同，在此方面國內外相關研究較少.本文基于海上油田開發特點，提出全面評價水驅油田生產單元注采效率的評價指標集，并基于數學分析方法提出分級評價方法.應用本方法，結合渤海SZ油田實際開發情況，提出了針對性的開發調整措施，為油田高效開發奠定了基礎.

一般常用分級評價方法主要有模糊綜合評價法和灰色關聯分析法，這兩種方法都是根據多個指標對注采效率本身存在的特征，從數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嚴重相關性時，評價結果容易出現較大的誤差，并不能全面反映油田注采效率的整體狀況[6,7].因此，將可拓理論運用在油水井注采效率分級評價上，建立注采效率分級可拓綜合評價方法；從定性和定量的角度反映油田生產效率本身存在狀態的所屬程度，刻畫各指標性態的變化，很好的消除了各指標間的相關性問題[8-13].該方法考慮到注采效率分級評價指標的多級特點，首先對評價指標進行分級，再分別對各級指標賦予權重，最終實現對評價對象進行綜合評價.

1 海上水驅稠油油田開采特點

渤海SZ油田屬于大型河湖三角洲沉積復合體，油田儲層孔隙度高，分布范圍廣；滲透率中等，以0.1～1μm2區間值最為發育.全油田地下原油粘度在13.4～87.8 mPa·s之間，平均為70 mPa·s.油田采取九點法注采井網滾動開發，分I期和II期，其中I期包括AI、AII、B、J四個平臺；II期包括D、E，P、C、G、H六個平臺，注采井距約350 m.截至到目前，含水率為72.66%，區塊采油速度1.60%，可采儲量采出程度為48.2%.

SZ油田屬于海上開發的水驅稠油油藏，采液速度高、注采井距大，基于該區典型相滲，開發動態見圖1、圖2所示.

圖1 SZ油田開發動態變化趨勢

圖2 SZ油田含水率-采出程度關系曲線

其中，無因次采油速度等于本階段采油速度與油田開發過程中的最大采油速度的比值，無因次采油速度-可采儲量采出程度關系曲線，可以反映不同開采階段(對應可采儲量采出程度)，油田采油速度相對大小的變化規律和發展趨勢.

由圖1可以看出：SZ油田早期開采速度大，經歷中-低含水階段的各項調整，造成采油速度波動變化較大；在目前含水階段，隨著綜合含水率的逐步上升,采油速度出現加速下降的態勢.而目前處于可采儲量采出程度50%的關鍵變化節點，面臨著儲采比、穩產能力下降等問題，控制好該階段的生產動態是提高油田開發效果的重點工作.SZ 油田含油面積大、生產單元多，需要提出適宜的分析方法，確定不同開發單元的注采效率，制定針對性的調整對策，來提高油田的開發效果.

2 生產單元注采效率分級評價方法

2.1 單元注采效率評價指標選擇

對于水驅開發的油田，采油井產出效率應體現出在某一階段的產液強度、產油能力、生產阻力等方面的不同；相對而言，注水井注入效率應體現出在某一階段的注水強度、驅替效果、生產阻力等方面的不同. 通過比較和篩選，生產單元注采效率評價指標及其對應關系見表1所示.

表1 生產單元注采效率評價指標集

2.2 油井評價指標的計算方法

(1)采油井產油水平

在相對穩定生產時間段，以折算平均月產液量大小來反映采油井產液水平.其表達式為：

(1)

(2)采油井單井產液速度

在采油井控制范圍內，實際年產液量與單井控制儲量的比值.其表達式為：

(2)

式(2)中：Vl-采油井階段采液速度，%；Ql-選取時間段采油井實際年產液量，104m3；Nso-單井控制儲量，104m3.

采油井階段產液速度越大，反映采油井該階段的產出效率越高.

(3)采油井產油效率

用POI指數表征采油井的產油效率，為采油井產油率在一定開發時間內的平均值.其表達式如下：

(3)

式(3)中：POI-采油井的采油效率，小數；fw-含水率，%；t-生產時間，d.

POI指數越大，采油井產油效率越大，其產出效率越高.

(4)采油井綜合生產阻力

采油井階段累計產液量與生產壓差隨時間積分的比值.基于穩態牛頓流體徑向流方程，采油井產出壓力積分項與累積產出量LP，在直角坐標上的關系如下：

得：RP=∫(Pe-Pwf)dt/LP

(4)

式(4)中：Pe-地層壓力，MPa；Pwf-采油井井底流壓，MPa；LP-采油井累積產出量，104m3；Ke-有效滲透率，10-3μm2；h-有效厚度，m；re、rw-驅動半徑、井徑，m；RP-采油井綜合生產阻力，mPa·s/(μm2·m)；Bo、μo-油的體積系數及粘度，mPa·s；S-表皮因子.

綜合生產阻力反映的是采油井累積產出一定的液量，總共消耗了多少的驅動能量.其值越大，綜合生產阻力越大，則采油井的產出效率越低.

2.3 注水井評價指標的計算方法

(1)注水井注水水平

在相對穩定生產時間段，以折算平均月注水量大小來反映注水井注水水平.其表達式為：

(5)

注水井階段注入水平越大，反映注水井該階段的注入效率越高.

(2)注水井單井注水速度

在以注水井為中心的生產單元中，實際年注入水量與單元控制儲量的比值.其表達式為：

(6)

式(6)中：Vwi-注水井單井注水速度，%；Qi-選取時間段注水井實際年注水量，104m3；Nwo-生產單元控制儲量，104m3.

注水井階段注水速度越大，反映注水井該階段的注入效率越好.

(3)注水井水竄程度

用PWI指數表征注水井的水竄程度，為注水井井底流壓相對下降幅度在一定開發時間內的平均值.其表達式如下：

(7)

考慮注水井產量和生產層位影響，可修正為：

(8)

式(7)中：PWI-注水井水竄程度，小數；Pwo-關井前注水井的井口壓力，MPa；Pw(t)-關井后井口壓力隨時間的變化，MPa；t-關井后所經歷的時間，min；

式(8)中：PWI′-注水井修正水竄程度，小數；qi-注水井該階段注水量，m3/d；hw-生產層位的有效厚度，m.

PWI指數越大，表示注水井的水竄程度越大，其注入效率越低.

(4)注水井驅替效率指數

設注水井周圍共有n口采油井，根據水電相似原理，以注水井為中心，注水井周圍第i口采油井方向上的滲流阻力系數為：

(9)

式(9)中：Ri-注水井滲流阻力系數，mPa·s/(μm2)；Li-注水井距第i口采油井的距離，m；hi第i口采油井的有效厚度，m；Ki-第i口采油井的有效滲透率，10-3μm2；μo-油相粘度，mPa·s.

注水井驅替效率指數反映在某一生產單元中，注水井與四周連通采油井的均衡驅替效果.其表達式如下：

(10)

式(10)中：λw-注水井驅替效率指數,小數；Pw-注水井井底壓力，MPa；Pwfi-注水井周圍第i口采油井的井底流壓，MPa.

注水井驅替效率指數反映注水井平面驅替效果的好壞，其值越大，說明注水井平面驅替越均衡，注水井注入效率越高.

3 基于可拓理論分級評價單元注采效率

3.1 注采效率評價程序

基于目標油田各個采油、注水井的實際生產情況，參照評價率指標的定義和取值方法，使用以下步驟分別進行注采效率的分級評價.

第一步：統計實際油田的每一個生產單元，根據單元中每口采油井、注水井的動態資料，按照前述計算方法，分別確定表1中的各項評價指標值的大小，形成樣本分析數據庫.

第二步：針對實際油田每口油注水井評價指標計算結果，基于可拓分級評價方法，進行油田不同生產單元注采效率分級評價計算.

① 確定油田注采效率分級評價指標，并建立評價指標經典域和節域，見表2所示.

表2 生產單元注采效率評價指標集及分級標準

② 建立關聯函數，計算關聯度；

③ 確定各級評價指標的權重系數；

④ 計算綜合關聯度；

⑤ 確定待分類注采效率分級類別.注采效率表征在油藏不同區域、不同生產單元，在不同階段的生產效果，其值越大(分級越高)，表明該區域油、水井生產效率越高.

第三步：根據實際油田不同生產單元注采效率分級評價結果，繪制注采效率分布圖，結合每口井地質條件、開發條件和目前動態，確定不同區域的適宜調整措施.

3.2 可拓綜合評價方法

3.2.1 確定評價對象的經典域和節域

物元是可拓學認識世界的基本邏輯細胞[12]，以有序的三元組R=(N,c,v)作為描述“生產單元注采效率”分級評價的基本物元.

在這里，令

(11)

式(11)中：Rj是為描述“生產單元注采效率”分級評價，且含有經典域vji的三元組，Nj為“生產單元注采效率”劃分的第j類別，ci為“生產單元注采效率”分類第i個評價指標(i=1,2,…,n)，vji為Nj關于ci規定的量值范圍，即每個類別關于對應的評價指標下所取的數值范圍，此為經典域. 在這里，令

(12)

式(12)中：Rp是為描述“生產單元注采效率”分級評價，且含有節域vpi的三元組，Np為“生產單元注采效率”所劃分的所有類別，vpi為Np關于ci所取的量值范圍，即為Np的節域.

3.2.2 計算關聯度

在“生產單元注采效率”分級的評價指標中，對各個級別的關聯度計算公式如下：

kikj(xik)=

(13)

式(13)中：Xik為第k個二級指標的節域，xik為第i個一級指標下的第k個二級指標的數值；X0kj為第k個二級指標的第j類別的經典域，x0kj為X0kj區間最優點，則kikj(xik)為(xik)的關聯函數.

在式(13)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)類：指標越大越優型.如油井產油水平、產液速度、產油效率和水井注水水平、注水速度、驅替效率指數等.

(14)

(Ⅱ)類：指標越小越優型.如油井綜合生產阻力和水井水竄程度等.

(15)

3.2.3 確定權系數

在“油水井注采效率”分級評價時，各級評價指標對油田類別影響程度不同，在確立指標體系后，必須對這些評價指標賦予不同的權系數.

本文采用專家打分法(也可用層次分析法等)，確定“生產單元注采效率”分級評價各級指標之間的相對重要性次序，從而獲一級指標權系數Wi，其對應的二級指標SIi-k的權系數為Kij.

3.2.4 綜合評價

由二級指標權系數和關聯度，對“生產單元注采效率”分級一級指標SIi進行一級評價，一級指標SIi對應各類別的綜合關聯度為Kij.

(16)

4 油田實際應用分析

4.1 生產單元注采效率分級評價結果

依據本文方法結合渤海SZ油田實際生產狀況，對采油井、注水井生產效率評價指標分別進行計算和統計分析，得到該油田生產單元注采效率評價指標分級標準，結果見表2所示.

基于本文前述的可拓分級評價步驟，對渤海SZ油田的不同生產單元，進行注采效率分級評價(包括單元中采油井的產出效率，注水井的注水效率)，作為油田進行開發調整的基礎.

4.2 基于注采效率分析確定調整策略

依據本文方法對渤海SZ油田采油井、注水井進行生產效率計算，得到不同生產單元注采效率分布圖.結果見圖3所示.

圖3 渤海SZ油田不同區域注采效率分布圖

由圖3可以看出：在渤海SZ油田，采油井整體生產狀況較好，只有局部區域屬于四類；而油藏整體東部區域，注水井注水量、水驅驅替情況較差.相比較而言，A注采井區油水控水穩油能力最好，且注水井生產單元見效系數高，能夠實現有效驅替；B、J、C、D、E、G注采井區次之；F、H注采井區既是采油井穩油控水能力弱的區域，也是注水井生產單元見效較差的區域. 通過分析油田不同生產單元注采效率的平面分布，以及注采對應關系和目前狀況，來確定不同區域的調整對策.不同級別生產單元及調整對策說明見表3所示.

表3 不同級別生產單元及調整對策說明

5 結論

通過以上研究，可以得出以下結論：

(1)綜合考慮生產強度、產油或驅替效果和綜合生產能力等方面，結合適宜得數學統計分析方法，可以全面反映和定量描述不同生產單元在開發過程中的注采效率.

(2)基于可拓理論建立了海上油田生產單元注采效率分級評價的綜合評價方法，該方法計算簡捷、直觀、且容易實現，評價參數和評價結果可以較好地反映實際油田開發特點.

(3)基于可拓理論、考慮油注水井生產效率，來評價水驅油田不同區域、不同生產單元的注采效率，結合油田開發條件分析，可綜合多因素的影響，提出適宜的針對性調整措施，為油藏開發調整奠定基礎.

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【責任編輯：蔣亞儒】

Comprehensive evaluation on injection-production efficiency in offshore oilfield based on extension theory

MA Kui-qian1, HUANG An-qi2, CHEN Min-feng2

(1.Research Institute of Exploration and Development of Bohai Oilfield, Tianjin Branch of CNOOC Ltd., Tianjin 300452, China; 2.College of Petroleum Engineering, China University of Petroleum(Beijing), Beijing 102249, China)

Injection-production efficiency can reflect the production status and exploitation effect of water-drive oilfield production units.Also,it offers an important basis for reservoir to make appropriate adjustments.The aim of the paper is based on the characteristics of offshore heavy oilfield,considering production and injection wells in the production units.Taking all these elements into consideration,such as production capacity,production efficiency and displacement effect,screening out a set of commonly used different production units of injection-production efficiency indicator system.Using the theory of extension method,The effect of different indexes on the evaluation results of production unit injection efficiency was handle systematically and the classification and evaluation method of reservoir injection and production efficiency was established,dealing with the effect of different indexes on the grading evaluating results of productive units injection-production efficiency systematically,to establish the grading evaluating methods of reservoirs injection-production efficiency.In according with the Bohai SZ oilfield own actual feature,on the basis of the analysis of the evaluating results of productive units′ injection-production efficiency,putting forward the corresponding development adjustment measures,and providing a reliable basis for their high-efficient development.

Bohai Oilfield； water-drive heavy oilfield； injection-production efficiency； extension theory； classification evaluation； development adjusting

2017-01-18 基金項目：國家重大科技專項項目(2016ZX05058)

馬奎前(1971-)，男，山東沂水人，高級工程師，碩士，研究方向：油氣田開發工程、油氣田開發與生產

1000-5811(2017)02-0103-07

TE341

A