利用多級模糊評判法優選哈法亞油田人工舉升方式

王青華 楊軍征 陳詩波 綦宗金 楊茜茜 張敖

1. 中國石油勘探開發研究院工程技術中心；2.中油集團長城鉆探工程有限公司；3.北京奧伯特石油科技有限公司

利用多級模糊評判法優選哈法亞油田人工舉升方式

王青華1楊軍征1陳詩波1綦宗金2楊茜茜3張敖3

1. 中國石油勘探開發研究院工程技術中心；2.中油集團長城鉆探工程有限公司；3.北京奧伯特石油科技有限公司

哈法亞油田位于伊拉克東南部，含油層系較多，不同層系在生產中存在生產氣油比高、含硫、出砂、瀝青析出等諸多生產問題，給人工舉升方式的選擇帶來了較大挑戰。為了針對不同層系特性選擇相適應的人工舉升方式，綜合考慮油藏特征、流體物性、井筒條件、舉升設備特點及資金成本等眾多因素，采用多級模糊評價方法建立了哈法亞油田目標層系人工舉升方式影響因素的綜合評價模型，結合油田生產現狀，計算各類舉升方式的決策因子，分層系優選出了最佳的人工舉升方式。油田先導性試驗表明：優選結果的實際應用效果在技術上適應性良好，經濟上成本控制合理，為油田后期全面轉人工舉升開采提供了技術指導和經驗借鑒。

高氣油比；出砂；瀝青析出；人工舉升方式優選；適應性分析；多級模糊評價；決策因子

哈法亞油田含油層系較多，油藏埋深1 905～4 300 m，不同層系原油性質存在較大差異：飽和壓力范圍為 6.34～20.58 MPa，氣油比 53.08～242.05 m3/m3，地下原油黏度范圍為 0.394～5.708 mPa·s，原油API度為19.1～43.2，含硫量為1.49%～4.5%。層系特征各異、流體物性差異大、氣油比高，加之部分層系存在出砂、瀝青析出等問題，給生產開發帶來了較大的挑戰。此外，該油田經過數年開采，地層壓力下降快，井口油壓低，油井陸續見水，且部分井見水后含水上升較快。上述開采問題的逐步凸顯，使得開發部署中所要求的產量任務更加艱巨。依據哈法亞油田上產及穩產的要求，需要對地層能量較低、不足以維持自噴生產，但具有一定生產潛力的井實施人工舉升。如何結合哈法亞油田的油藏特點和開采特征，科學合理地選擇人工舉升方式，是其急需解決的一項重點和難點問題。

目前國內外采用的人工舉升方式主要有有桿泵、電潛泵、氣舉、螺桿泵、水力射流泵、水力活塞泵等，而各種舉升方式在技術和經濟指標上均有相應的適用條件［1-5］。因此，舉升方式的選擇不僅要考慮舉升方式本身工作原理的適應性，還要綜合考慮井筒條件、油藏條件、生產需求、運行費用、管理維護要求等諸多因素［6］。常規的舉升方式優選多是基于經驗人工定性判斷，缺少量化的、綜合的優選方法。針對上述問題和難點，提出了一套較為科學的解決方案。首先對各種國內外主要人工舉升方式的適應條件進行了分析；然后結合哈法亞油田各層系的排采需求、地層流體適應性需求、操作管理需求、井眼條件、地面條件等因素，圍繞技術和經濟兩個方面明確該油田人工舉升適應性評價的指標體系，基于此建立目標層系的三級人工舉升方式模糊評價模型，優選出了各層系最適用的人工舉升方式。

1 人工舉升方式適應性條件分析

Analysis on the suitability conditions of artificial lift modes

每一種人工舉升方式都有其自身的特點和適用條件，在選擇人工舉升方式時一般需要考慮費用、排量需求、管柱需求、油藏條件、井眼條件、地面條件、操作管理需求等多種因素［7-8］。結合舉升設備廠家所提供的參數及國內外油田的生產經驗，總結出國內外主要人工舉升方式的適用范圍（見表1），作為建立模糊評價模型的基礎數據［9-14］。具體到每個油田時，需要結合油田實際條件，選取影響程度較大且易于獲取的具體指標進行評價分析。

2 哈法亞油田人工舉升方式評價指標分析

Analysis on the evaluation index of artificial lift modes in Halfaya Oil field

對哈法亞油田人工舉升條件進行具體分析。從地層供液能力來看，各層系供液能力差異較大，主力層系Mishrif、Jeribe/UK和Nahr Umr地層供液能力明顯高于非主力層系Hartha、Sadi和Khasib，為充分發揮油井生產潛力，并使實際產液量與地層供液能力相匹配，排量需求是一個需要重點考慮的指標。另外，從油田的流體物性特征來看，Hartha、Sadi和Khasib共3個非主力層由于地飽壓差小，地層脫氣現象明顯，生產氣液比普遍較高；Jeribe/UK由于地層埋深淺，儲層疏松，油井出砂較為嚴重；Mishrif層伴生氣H2S含量較高，流體腐蝕性強；Nahr Umr層存在瀝青析出和瀝青沉積問題；而更需要注意的是，各層系地層水礦化度均較高（達到了150 000～220 000 mg/L），隨著油井陸續見水，井筒結垢問題也會越來越突出。綜上所述，哈法亞油田在選擇舉升方式時除成本因素外，應重點考慮排量和地層流體適應性兩大方面的因素，參照人工舉升適應性評價指標，對各層系的相關參數進行了統計，其結果見表2。

3 人工舉升方式模糊評價模型建立

Establishment of fuzzy evaluation model for the artificial lift modes

油井人工舉升方式的優選涉及的影響因素較多，是一項復雜和系統的工作，僅通過籠統定性分析不夠客觀、科學，采用多級模糊評價理論能夠系統、量化地評價成本、油藏、流體、生產現狀及地面設施等諸多影響因素對決策方案的影響程度，使得最終的優選結果更加合理、可靠［15-18］。

3.1 因素集層級構建

Hierarchical construction of factor set

基于多級模糊評價理論將表2中哈法亞油田人工舉升方式適應性評價的多個指標按照大類、細分類和具體因素分成3個層級，建立油田的人工舉升方式優選模糊評價模型［18］。

首先，將油田人工舉升方式適應性評價的全部因素分成經濟和技術兩個大類，即一級指標，構成因素集U為

其中每一個因素子集Ui（i=1，2）又分為n個細分類。二級經濟類指標為技術類指標應重點考慮，進一步分為6個細分類，包括排量、泵深等6項

表1 人工舉升方式適應性綜合評價Table 1 Comprehensive evaluation on the suitability of artificial lift modes

表2 哈法亞油田各層系評價指標匯總Table 2 Summary of evaluation index for each series of strata in Halfaya Oil field

U2={U21，U22，U23，U24，U25，U26}={排量，泵深，井眼條件，地面位置，地層流體適應性，動力源} （ 3）

各大類中的細分類數目可能不同，即對不同的i可以有不同的n，部分細分類即二級指標還可進一步分為多個元素，即三級指標，包括氣液比、原油黏度、含砂量等11項構成3個層次的因素集，詳見表3。

表3 各層系三級評價指標權重系數匯總（權重集A）Table 3 Summary of three-level evaluation index weight coefficient of each series of strata (weight set A)

3.2 評價指標權重集建立

Establishment of evaluation index weight set

根據哈法亞油田的油藏特性、流體物性及費用等相關指標對油井人工舉升方式選擇的重要程度，分別賦予每個指標以相應的權重系數，每一級的各指標權重值之和為1，構成權重集A（見表3）［17］。

3.3 備擇集確定

Determination of alternative set

備擇集也稱評語集，是以評判者對評判對象可能做出的各種總的評判結果vi為元素所組成的集合,備擇集V為［18］

在舉升方式優選中，評判對象包括有桿泵、電潛泵、氣舉、螺桿泵、水力活塞泵和水力射流泵，評判結果組成的備擇集取“適用性強，適用性較強、適用性略強、一般、適用性略差、適用性較差、適用性差”7個評語等級。為了便于進行評價指標的處理，將非數性備擇集進行數量化賦值來參與評判，備擇集賦值結果為V={3，2，1，0，–1，–2，–3}。

3.4 多級模糊綜合評價模型建立

Establishment of multi-level fuzzy comprehensive evaluation model

模糊綜合評價的理論模型為［18］

其中，A為各大類的權重集

在第i大類中，各細類的權重集Ai為：

模型中的Rij（i=1，2，…，m；j=1，2，…，n）表示各因素在級上的隸屬度構成的評判矩陣，即為從人工舉升方式適應性影響因素集U到評價結果備擇集V的一個映射關系。

利用模糊合成算子將權重集A與隸屬度評判矩陣R組合，得到模糊綜合評判集B為

式中b（jj=1，2，…，n）為模糊綜合評價指標，它表示在綜合考慮人工舉升方式適應性所有影響因素時，各舉升方式對備擇集中第j個元素的隸屬程度。

在得到評價指標bj之后，采用加權平均法，選取bj為權數，對備擇集中各個元素進行加權平均，計算得到各人工舉升方式的決策因子E，E值最大者便為最佳的人工舉升方式。

4 哈法亞油田人工舉升方式模糊評價結果

Fuzzy evaluation results of artificial lift modes in Halfaya Oil field

基于所建立的人工舉升方式模糊評價模型，通過輸入目標層系的實際參數（表2），計算出各類舉升方式的決策因子，數值越大則表示該舉升方式越適用，計算結果見表4。

表4 各層系舉升方式優選結果Table 4 Optimal lift mode for each series of strata

從表4可以看出，Jeribe/UK層存在出砂問題，螺桿泵舉升具有更好的適應性； Khasib、Hartha、Sadi層生產氣油比較高、地層供液能力相對較低，適用于氣舉； Mishrif、Nahr Umr層為主力產層，地層供液能力相對較高，電潛泵和氣舉均具有較好的適應性。

5 應用效果

Application effect

依據多級模糊評價模型的優選結果，首先于2015年底分別在Mishrif和Nahr Umr層各選取了1口井實施電潛泵舉升先導試驗，取得了較好的效果，生產狀況正常平穩，至2017年2月已累積增油26.33×104m3。隨后又于2016年10月，分別在Mishrif層選取2口井、Sadi層選取1口井開展了氣舉先導性試驗，均獲得了成功，生產狀況良好，截止到2017年2月累積增油102.51×104m3。先導性試驗結果表明，人工舉升方式多級模糊評價方法在哈法亞油田具有良好的適應性，評價結果可為該油田今后人工舉升方式的優選提供有力的指導。

6 結論

Conclusions

（1）總結國內外主要人工舉升方式對各類相關指標的適用范圍，從經濟和技術兩方面提出了哈法亞油田人工舉升方式選擇時需要考慮的主要評價指標體系。

（2）將哈法亞油田人工舉升方式適應性評價指標劃分為三級，結合目標層系的排采需求、地層流體適應性等諸多因素，合理配置各級評價指標權重，建立人工舉升方式模糊評價模型，在此基礎上優選出了各層系最適用的舉升方式，有效避免了主觀因素導致的評判偏差。

（3）通過油田的先導性試驗應用，證明多級模糊評價法優選人工舉升方式的方法在哈法亞油田具有良好的適應性，對其他同類油田也具有較好的可推廣性和借鑒意義。

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（修改稿收到日期 2017-08-24）

〔編輯 李春燕〕

Optimization of artificial lift modes in Halfaya Oil field by means of multi-level fuzzy evaluation method

WANG Qinghua1, YANG Junzheng1, CHEN Shibo1, QI Zongjin2, YANG Qianqian3, ZHANG Ao3

1. Engineering Technology Center,PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development,Beijing100083,China;
2. CNPC Greatwall Drilling Company,Beijing100101,China; 3. Optimization Petroleum Technologies Inc.,Beijing100084,China

Halfaya Oil field is located in the southeast of Iraq. There are more oil-bearing series of strata and they are faced with many production problems (e.g. high producing gas/oil ratio, sulfur bearing, sand production and asphalt precipitation), which bring great challenges to the selection of artificial lift modes. To select the artificial lift mode suitable for the characteristics of each series of strata, multiple factors were taken into consideration comprehensively, including oil reservoir characteristic, fluid physical property,borehole condition, lifting equipment characteristic and capital cost, and a comprehensive evaluation model for evaluating the factors in fl uencing the artificial lift modes of the target layers in Halfaya Oil field was established by means of multi-level fuzzy evaluation method. Then, based on the production status of this oil field, the decision making factor of each lift mode was calculated and the optimal lift mode was selected specifically for each series of strata. The pilot test in the oil field shows that the optimized model is practically applied well with good technical suitability and rational economic cost control. It provides the technical guide, experience and reference for the full-scale artificial lift production of the oil field in the later stage.

high gas/oil ratio; sand production; asphalt precipitation; optimization of artificial lift; adaptability analysis; multi-level fuzzy evaluation; decision making factor

∶

王青華，楊軍征，陳詩波，綦宗金，楊茜茜，張敖.利用多級模糊評判法優選哈法亞油田人工舉升方式［J］.石油鉆采工藝，2017，39（5）：594-599.

TE355

A

1000 – 7393（ 2017 ）05 – 0594 – 06 DOI∶10.13639/j.odpt.2017.05.012

國家“十三五”科技重大專項“中亞和中東地區復雜碳酸鹽巖油氣藏采油采氣關鍵技術研究與應用”（編號：2017ZX05030-005）。

王青華（1977-），2003年畢業于西南石油大學油氣田開發工程專業，獲碩士學位，現從事多相管流、機械采油工藝技術理論及應用研究，高級工程師。通訊地址：（100083）北京市海淀區學院路20號老物業樓306室。 E-mail：wangqinghua1@petrochina.com.cn

楊茜茜（1984-），2010年畢業于中國石油大學（北京）油氣田開發工程專業，獲碩士學位，現從事采油工程設計及優化研究，工程師。通訊地址：（100084）北京市海淀區清華科技園科技大廈C302室。E-mail：yangqianqian@optpt.com

: WANG Qinghua, YANG Junzheng, CHEN Shibo, QI Zongjin, YANG Qianqian, ZHANG Ao. Optimization of artificial lift modes in Halfaya Oil field by means of multi-level fuzzy evaluation method［J］. Oil Drilling & Production Technology, 2017, 39(5)∶594-599.