基于模糊綜合評(píng)價(jià)的煙道氣輔助SAGD過(guò)程評(píng)價(jià)

趙東亞，盧帆，曹磊，2，李兆敏，鹿騰，楊建平

（1 中國(guó)石油大學(xué)（華東）新能源學(xué)院，山東青島266580；2 中國(guó)工程物理研究院總體工程研究所，四川綿陽(yáng)621999；3 中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，山東青島266580；4 中國(guó)石油遼河油田高升采油廠，遼寧盤錦124125）

我國(guó)稠油儲(chǔ)量豐富，在開發(fā)中如何提高稠油采收率、降低能量消耗、節(jié)約生產(chǎn)成本已成為石油領(lǐng)域研究的重要課題之一。蒸汽輔助重力泄油技術(shù)（steam assisted gravity drainage，SAGD）是一種熱力采油技術(shù)，由于其具有采收率高、較為環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在稠油油藏開采中得到了廣泛的應(yīng)用。但在SAGD 開發(fā)的中后期，往往會(huì)出現(xiàn)熱量損失增加、頂水下竄、操作成本升高以及經(jīng)濟(jì)效益不佳等一系列問(wèn)題[1?6]。

煙道氣輔助SAGD 技術(shù)是將煙道氣注入SAGD蒸汽腔內(nèi)進(jìn)行油藏開發(fā)，煙道氣主要來(lái)自提供蒸汽的鍋爐。經(jīng)油田現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)不僅可以降低原油黏度，提高產(chǎn)油量，維持穩(wěn)定汽腔壓力，同時(shí)可以減少溫室氣體排放、實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，是現(xiàn)階段較為理想的注入氣體之一[7?10]。

目前，煙道氣輔助SAGD技術(shù)的研究多采用室內(nèi)模擬試驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法，對(duì)煙道氣輔助采油的開采機(jī)理和適應(yīng)性進(jìn)行分析，深入認(rèn)識(shí)作用機(jī)理，對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐和改進(jìn)開發(fā)效果有指導(dǎo)意義；對(duì)比不同的參數(shù)取值和注入條件的開發(fā)效果，對(duì)影響油藏注氣效果和原油采收率的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)注采和操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇，以獲得可以有效提高原油采收率的參數(shù)設(shè)置[11?15]。上述研究得到了很多相應(yīng)成果，但由于將理論成果直接應(yīng)用于油田現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成本較高、代價(jià)較大且存在一定風(fēng)險(xiǎn)，目前少有現(xiàn)場(chǎng)效果試驗(yàn)的開展，多停留在物理試驗(yàn)和數(shù)值模擬階段，但對(duì)于擴(kuò)大煙道氣輔助SAGD的生產(chǎn)應(yīng)用規(guī)模而言，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)開發(fā)效果測(cè)試以驗(yàn)證室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬的結(jié)果又是必不可少的一步，所以考慮在實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)之前對(duì)不同試驗(yàn)方案進(jìn)行篩選和評(píng)價(jià)，以預(yù)判實(shí)際生產(chǎn)開發(fā)的效果。

在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中存在較多的能量消耗、高昂的操作成本，且相關(guān)的優(yōu)化研究尚未考慮環(huán)保效益，多數(shù)僅考慮產(chǎn)油量這個(gè)單一指標(biāo)，從而使煙道氣輔助SAGD項(xiàng)目實(shí)際綜合運(yùn)行狀況與預(yù)期效果存在一定偏差。通常情況下，項(xiàng)目能否取得最優(yōu)的實(shí)施效果與項(xiàng)目本身的綜合性能密不可分，不應(yīng)該只考慮單一的優(yōu)化目標(biāo)。然而目前關(guān)于煙道氣輔助SAGD 體系完整的研究相對(duì)較少，更多的是定性、單因素研究。對(duì)煙道氣輔助SAGD這類實(shí)際工程而言，在保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性的前提下，從影響工程綜合效益的多個(gè)方面對(duì)不同注采方案進(jìn)行多元化、多指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)具有十分重要的意義。

模糊綜合評(píng)價(jià)法利用模糊線性變換和隸屬度函數(shù)，將具有不確定性的評(píng)價(jià)指標(biāo)定量化。針對(duì)難以定量化的問(wèn)題，可結(jié)合多種方法對(duì)多個(gè)分目標(biāo)進(jìn)行模糊。隸屬度函數(shù)將事物劃分為不同的等級(jí)，以評(píng)價(jià)其中的模糊關(guān)系并進(jìn)行歸納評(píng)價(jià)。不同的項(xiàng)目根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)可選擇不同的隸屬度進(jìn)行評(píng)判。如今，模糊綜合評(píng)價(jià)法已廣泛應(yīng)用于生態(tài)工業(yè)、燃煤發(fā)電、地質(zhì)災(zāi)害項(xiàng)目的評(píng)價(jià)中[16?18]。而在石油工業(yè)中也已有用于環(huán)境影響、油田區(qū)塊分類、石油安全評(píng)價(jià)等方面的應(yīng)用[19?23]，但尚未應(yīng)用于油田實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的綜合評(píng)價(jià)。通過(guò)系統(tǒng)、完善的評(píng)價(jià)體系如模糊綜合評(píng)價(jià)法，客觀、公正地評(píng)價(jià)煙道氣輔助SAGD的綜合性能和效益，以制定有針對(duì)性的開發(fā)方案，值得進(jìn)一步探討研究。

本文針對(duì)煙道氣輔助SAGD的開發(fā)過(guò)程，建立多元綜合評(píng)價(jià)體系，以環(huán)境、能量、工藝、經(jīng)濟(jì)為4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)不同注采方案進(jìn)行評(píng)價(jià)以選取綜合性能最優(yōu)的方案并預(yù)估不同方案的實(shí)施效果以便進(jìn)一步改進(jìn)和調(diào)整。根據(jù)“有無(wú)對(duì)比法”的基本原理[24]，探討煙道氣輔助SAGD和常規(guī)SAGD兩種情況的綜合效益并進(jìn)行對(duì)比分析和評(píng)價(jià)，證明了煙道氣輔助SAGD驅(qū)油可以獲得更好的綜合效果。通過(guò)開發(fā)的專利軟件對(duì)實(shí)例進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)并與采用層次分析法評(píng)價(jià)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，以驗(yàn)證本文方法的可行性、在該工業(yè)過(guò)程中的適用性和評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。本文運(yùn)用模糊評(píng)價(jià)方法首次對(duì)煙道氣輔助SAGD這一實(shí)際工程進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，綜合評(píng)價(jià)結(jié)果已得到油田專家認(rèn)可，開發(fā)的軟件已獲得軟件著作權(quán)。

1 煙道氣輔助SAGD評(píng)價(jià)指標(biāo)

基于煙道氣輔助SAGD的生產(chǎn)流程，本文全面考慮到工程實(shí)際因素和系統(tǒng)特點(diǎn)，選取環(huán)境、能量、工藝、經(jīng)濟(jì)為評(píng)價(jià)指標(biāo)。其中，環(huán)境指標(biāo)反映了社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)——“綠色環(huán)保”和“資源可持續(xù)利用”，也能體現(xiàn)煙道氣輔助SAGD 重要特征；對(duì)于存在多工藝流程的生產(chǎn)過(guò)程，其中必定有大量能源消耗，同時(shí)基于“節(jié)能”的理念，選用能量指標(biāo)衡量工藝過(guò)程的能源投入量；工藝指標(biāo)用于評(píng)價(jià)該過(guò)程的產(chǎn)油量；經(jīng)濟(jì)指標(biāo)衡量該過(guò)程的總利潤(rùn)。

為了對(duì)比煙道氣輔助SAGD 與常規(guī)SAGD 4 個(gè)指標(biāo)的性能和效益，本文運(yùn)用“有無(wú)對(duì)比法”，將煙道氣輔助SAGD 與常規(guī)SAGD 分別定義為“有項(xiàng)目”和“無(wú)項(xiàng)目”。“有無(wú)項(xiàng)目”各項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)相減得到“增量數(shù)據(jù)”，分別表示為CO2的凈減排量、能耗增量、原油增油量和凈現(xiàn)值增量，反映出應(yīng)用煙道氣輔助SAGD產(chǎn)生的增益效益，排除了常規(guī)SAGD對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的影響，突出了對(duì)煙道氣輔助SAGD實(shí)施效果判斷的可靠性。根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)增量數(shù)據(jù)的正負(fù)和數(shù)值大小進(jìn)行分析計(jì)算，直觀準(zhǔn)確地展現(xiàn)了煙道氣輔助SAGD的優(yōu)勢(shì)和重要意義。

整個(gè)工藝流程分為煙道氣收集預(yù)處理（包括脫硫脫硝），冷卻降溫、除塵過(guò)程、冷卻干燥、輸送過(guò)程、驅(qū)油封存、回收過(guò)程。

環(huán)境指標(biāo)表示為CO2的凈減排量。計(jì)算整個(gè)過(guò)程的CO2凈減排量時(shí)，由于各個(gè)過(guò)程需要消耗大量能量，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生新的CO2，故CO2凈減排量模型見式(1)[25]。

式中，W?為每噸煙道氣中CO2占比；η 為CO2回收率；Δt 為CO2封存率；ΔCc、ΔCr、ΔCd、ΔCrd、ΔCt、ΔCi、ΔCh分別為每噸煙道氣收集與處理過(guò)程、降溫過(guò)程、除塵過(guò)程、冷卻干燥過(guò)程、運(yùn)輸過(guò)程、注入過(guò)程和回收過(guò)程CO2排放量，t。

根據(jù)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)定，將上述過(guò)程消耗的能量折算為標(biāo)準(zhǔn)煤，標(biāo)準(zhǔn)煤的燃燒值為29.308GJ/t，而每噸標(biāo)準(zhǔn)煤新產(chǎn)生2.6t的CO2[25]，則有式(2)。

式中，ΔCn為上述某個(gè)工藝流程的CO2排放量，t；Qn為上述某個(gè)工藝流程的能耗量，GJ。因此，有式(3)。

能量指標(biāo)，即能耗增量，通過(guò)煙道氣輔助SAGD整個(gè)工藝流程的能耗量表示見式(4)。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)定[26?28]，折算各工藝流程中的能量。以收集預(yù)處理過(guò)程為例計(jì)算收集預(yù)處理的能耗量Qc（GJ）。假設(shè)捕集每噸煙道氣消耗新鮮水mcw（t）、脫鹽水mch（t）、蒸汽mcs（t）、電能Kce（MW·h），將消耗水、蒸汽、電能進(jìn)行統(tǒng)一能量折算后得到式(5)。

工藝指標(biāo)，即原油增油量。根據(jù)煙道氣輔助SAGD優(yōu)化研究得到的優(yōu)化結(jié)果設(shè)定。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)通過(guò)凈現(xiàn)值增量表示［式(6)～式(8)］。

式中，Rτ為每年總收益，萬(wàn)元；P 為原油價(jià)格，萬(wàn)元/t；Y 為原油產(chǎn)量，t；Cτ為每年總支出的總成本，萬(wàn)元；F 為各個(gè)過(guò)程成本，萬(wàn)元；n 為投資周期，年；τ為投資時(shí)間，年；i為設(shè)備折舊率。

對(duì)于收集預(yù)處理過(guò)程，煙道氣捕集和預(yù)處理的主要費(fèi)用包括投資成本Fctz（萬(wàn)元）、可變運(yùn)行成本Fcyy（萬(wàn)元）和固定運(yùn)行成本Fcgd（萬(wàn)元）三部分［式(9)］。

投資成本Fctz主要考慮設(shè)備購(gòu)置費(fèi)、建筑工程費(fèi)、安裝費(fèi)、配套工程費(fèi)等；Fctz也可根據(jù)朗格系數(shù)法[29]進(jìn)行自動(dòng)估算［式(10)］。

式中，F(xiàn)v為設(shè)備費(fèi)用總值，萬(wàn)元；R1、R2、R3為建筑費(fèi)系數(shù)、安裝費(fèi)系數(shù)、其他費(fèi)系數(shù)。可變運(yùn)行成本Fcyy主要考慮外購(gòu)燃料及動(dòng)力（電、蒸汽、煤等）、工業(yè)用水等的費(fèi)用［式(11)］。

式中，F(xiàn)w、Fh、Fs、Fe、Fcyj分別為每噸新鮮水價(jià)格、每噸脫鹽水價(jià)格、每噸蒸汽價(jià)格、每兆瓦時(shí)電價(jià)格和每噸藥劑價(jià)格，萬(wàn)元。固定運(yùn)營(yíng)成本Fcgd主要考慮人工費(fèi)用、管理費(fèi)用、設(shè)備維修費(fèi)用等［式(12)］。

式中，F(xiàn)p、Fq分別為人工費(fèi)用和其他固定運(yùn)營(yíng)成本，萬(wàn)元/a。降溫、除塵、冷卻干燥過(guò)程的成本核算與上述過(guò)程相似，在此省略。

對(duì)于輸送過(guò)程的主要費(fèi)用包括投資成本Fttz（萬(wàn)元）、可變運(yùn)行成本Ftyy（萬(wàn)元）和固定運(yùn)行成本Ftgd（萬(wàn)元）三部分［式(13)］。

投資成本Fttz主要考慮管材、土建、安裝、防腐、增壓站等投資；Fttz也可根據(jù)式(14)～式(21)進(jìn)行估算[30?31]。

式中，F(xiàn)1、F2、F3、F4、F5、F6分別為管溝土建費(fèi)用、安裝費(fèi)用、管材費(fèi)用、外防腐費(fèi)用、內(nèi)涂層費(fèi)用、其他費(fèi)用，萬(wàn)元/km；F7為增壓站投資，萬(wàn)元。

式中，H 為鋼管外徑，mm；W1為鋼管壁厚，mm；P1、P2、P3分別為管材綜合價(jià)格（元）、外防腐綜合指標(biāo)（元/m2）和內(nèi)涂層綜合指標(biāo)（元/m2）；K 為其他費(fèi)用系數(shù)；n?為增壓站數(shù)，個(gè)；P?為壓縮機(jī)功率，MW。可變運(yùn)行成本Ftyy和固定運(yùn)行成本Ftgd與收集預(yù)處理過(guò)程相同，在此省略。

對(duì)于注入過(guò)程，主要費(fèi)用包括投資成本Fitz（萬(wàn)元）、可變運(yùn)行成本Fiyy（萬(wàn)元）和固定運(yùn)行成本Figd（萬(wàn)元）三部分［式(22)］。

投資成本Fitz主要考慮開發(fā)井投資，包括鉆井工程投資和采油工程投資；根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)[25]，F(xiàn)itz可根據(jù)式(23)～式(26)進(jìn)行估算。

對(duì)于新開發(fā)的油田

對(duì)于已開發(fā)的油田

式中，F(xiàn)n1為開發(fā)井投資，萬(wàn)元；di為注入井平均井深，m；ci1為注入井進(jìn)尺成本，萬(wàn)元；ni為注入井?dāng)?shù)量，口；dc為采油井平均井深，m；cc1為采油井進(jìn)尺成本，萬(wàn)元；nc為油井?dāng)?shù)量，口；Fn2為采油井投資，萬(wàn)元；ci2為每口井平均投產(chǎn)作業(yè)成本，萬(wàn)元；cc2為每套注采裝置平均成本，萬(wàn)元；ti2為注氣單井配套投資，萬(wàn)元；nj為新舊注入井?dāng)?shù)量，口；tc2為采油單井配套投資，萬(wàn)元。注入過(guò)程的可變運(yùn)行成本Fiyy和固定運(yùn)行成本Figd與收集預(yù)處理過(guò)程相同，在此省略。

從上述4個(gè)指標(biāo)的計(jì)算可以看出，各個(gè)指標(biāo)之間存在關(guān)聯(lián)。由于環(huán)境指標(biāo)是通過(guò)折算各環(huán)節(jié)的能耗計(jì)算而得，所以能量指標(biāo)對(duì)環(huán)境指標(biāo)有直接的影響。能量指標(biāo)表示系統(tǒng)能源投入，構(gòu)成部分經(jīng)濟(jì)投入，但不能涵蓋該工藝過(guò)程的全部投入，因?yàn)榻?jīng)濟(jì)投入還包括設(shè)備的開支等。工藝指標(biāo)代表系統(tǒng)產(chǎn)出，同時(shí)還反映了該工藝過(guò)程的生產(chǎn)情況，具有工藝意義，不能省去。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是在評(píng)價(jià)周期里的綜合經(jīng)濟(jì)效益，從中可以體現(xiàn)能量和工藝指標(biāo)，但同時(shí)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也包括如設(shè)備的折舊等專屬的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)參數(shù)。所以并不能僅用能量和工藝指標(biāo)全部概括經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)相互影響，關(guān)系交錯(cuò)，又各有側(cè)重，選取環(huán)境、能量、工藝和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以便更直觀地比較各方案具體某方面的性能優(yōu)劣，四者對(duì)于該工藝過(guò)程都必不可少。

2 煙氣輔助SAGD模糊綜合評(píng)價(jià)

模糊綜合評(píng)價(jià)法是以模糊數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)的智能評(píng)價(jià)方法。對(duì)于評(píng)價(jià)對(duì)象，考慮多種因素的影響，利用隸屬度函數(shù)使難以定量、概念不清的因素定量化，依據(jù)不同因素對(duì)目標(biāo)的影響程度設(shè)置相應(yīng)的權(quán)重值并作出合理的綜合評(píng)價(jià)和決策，具有評(píng)價(jià)結(jié)果清晰、系統(tǒng)性強(qiáng)的特點(diǎn)[33]。

煙道氣輔助SAGD的綜合性能的評(píng)價(jià)涉及多個(gè)因素，如環(huán)境、能量、工藝和經(jīng)濟(jì)等，各個(gè)指標(biāo)互有影響，具有模糊性且難以精確表示。煙道氣輔助SAGD開發(fā)效果與每個(gè)因素都有關(guān)系，如何根據(jù)多種因素評(píng)價(jià)煙道氣輔助SAGD 不同方案的綜合性能，則是一個(gè)多因素模糊綜合評(píng)價(jià)問(wèn)題。因此本文應(yīng)用模糊綜合評(píng)價(jià)方法，全面系統(tǒng)地分析不同方案煙道氣輔助SAGD的綜合性能。本文模糊綜合評(píng)價(jià)步驟如下[34]。

步驟一：設(shè)有n個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)含有m個(gè)指標(biāo)參與評(píng)判，則決策評(píng)語(yǔ)集合為V={v1, v2, …, vn}，指標(biāo)因素集合為X={x1,x2,…,xm}。本文將方案的整體優(yōu)劣V劃分為4個(gè)等級(jí)，即優(yōu)、良、中、差。因素集X分別為環(huán)境、能量、工藝和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。由于各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的物理意義不同，量綱不一致，無(wú)法直接進(jìn)行比較評(píng)價(jià)。量綱為1 處理方法分為直線法、折線法和曲線法，本文采用直線法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的特征矩陣X進(jìn)行歸一化處理。根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的不同性質(zhì)，選擇不同的處理方式。參數(shù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)分為效益型、成本型、固定型和區(qū)間型。效益型指標(biāo)的數(shù)值越大越優(yōu)，成本型指標(biāo)數(shù)值越小越優(yōu)，固定型指標(biāo)的數(shù)值越逼近最優(yōu)值越優(yōu)，區(qū)間型指標(biāo)的數(shù)值在規(guī)定區(qū)間內(nèi)最優(yōu)。因此，經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、工藝指標(biāo)屬于效益型參數(shù)，能量指標(biāo)屬于成本型參數(shù)。效益型和成本型指標(biāo)的歸一化公式見式(27)、式(28)[35]，各參數(shù)歸一化后得到因素集G。

步驟二：建立合適的隸屬度函數(shù)，構(gòu)建模糊評(píng)價(jià)矩陣R，其中R=(rij)m×n是X×V 上的模糊關(guān)系，可表示為式(29)。

其中，rij=μR(xi,vj)表示指標(biāo)xi在決策vj上的可能性程度（隸屬度），(X,V,R)則構(gòu)成評(píng)判空間。本文的隸屬度函數(shù)由專家根據(jù)方案指標(biāo)打分決定，以得到更符合實(shí)際情況的評(píng)價(jià)結(jié)果，為工程實(shí)際提出更可靠的參考價(jià)值。

步驟三：計(jì)算模擬評(píng)價(jià)集B=A○R={b1,b2,…,bn}，將B進(jìn)行歸一化處理，選擇最大值bj所對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)vj則為綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

3 軟件開發(fā)與實(shí)例分析

利用VB 集成開發(fā)環(huán)境，基于模糊綜合評(píng)價(jià)法，開發(fā)對(duì)煙道氣輔助SAGD方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)方案減排效果、能量消耗、經(jīng)濟(jì)效益和原油開采的預(yù)測(cè)、單方案評(píng)價(jià)以及不同方案評(píng)價(jià)、對(duì)比和優(yōu)選。流程圖如圖1所示，軟件可實(shí)現(xiàn)功能：全流程二氧化碳減排量的計(jì)算、全流程原油增油量的計(jì)算、全流程增量NPV 的計(jì)算、全流程能耗增量的計(jì)算、綜合評(píng)價(jià)現(xiàn)有方案。

圖1 軟件評(píng)價(jià)流程

根據(jù)遼河油田某區(qū)塊的生產(chǎn)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行煙道氣輔助SAGD 方案優(yōu)選，以同時(shí)評(píng)價(jià)4 組煙道氣輔助SAGD 和常規(guī)SAGD 方案為例。首先在軟件中分別輸入方案一各工藝過(guò)程的參數(shù)數(shù)值。注采參數(shù)包括煙道氣注入速率、蒸汽注入速率、煙道氣二氧化碳占比、油井?dāng)?shù)量、注入井?dāng)?shù)量等；能耗和經(jīng)濟(jì)參數(shù)包括消耗電量、平均油價(jià)、原油產(chǎn)量、設(shè)備折舊率等。然后根據(jù)第一部分的計(jì)算公式和標(biāo)準(zhǔn)，得到方案一中4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的預(yù)測(cè)結(jié)果，如圖2(a)所示。接著分別輸入其余需要對(duì)比分析的3組方案的參數(shù)數(shù)值和一組“無(wú)項(xiàng)目”常規(guī)SAGD的方案，分別計(jì)算指標(biāo)后再進(jìn)行綜合比較和評(píng)價(jià)，具體結(jié)果見圖2(b)、2(c)和2(d)。

本算例考慮項(xiàng)目的實(shí)際需求，根據(jù)專家對(duì)各指標(biāo)側(cè)重程度不同而設(shè)置經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、工藝和能量指標(biāo)的權(quán)重分別0.6、0.2、0.1 和0.1。每個(gè)輸入的方案都會(huì)得到如圖2的軟件界面，以方便記錄每組評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)值。以方案一為例，該方案經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、工藝和能量指標(biāo)的預(yù)測(cè)結(jié)果分別為4965.231萬(wàn)元、1.128t/d、9.399×104t和140.862GJ/d。同時(shí)，該計(jì)算結(jié)果同時(shí)在各處以不同方式呈現(xiàn)。

圖3是得到的最終文字?jǐn)⑹霭娴母鞣桨父髦笜?biāo)的預(yù)測(cè)結(jié)果，由于界面限制僅展示部分結(jié)果。通過(guò)軟件運(yùn)算得到了“無(wú)項(xiàng)目”常規(guī)SAGD 的預(yù)測(cè)方案，以此方案為基準(zhǔn)計(jì)算了4 種煙道氣輔助SAGD方案的增量效益，列出綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。圖4為常規(guī)SAGD預(yù)測(cè)方案更直觀的展示圖。所有方案都設(shè)置投資周期為6 年，以“無(wú)項(xiàng)目”常規(guī)SAGD 與方案一為例進(jìn)行對(duì)比分析。常規(guī)SAGD 的產(chǎn)油量為14.899×104t，而方案一為24.298×104t，將“有無(wú)煙道氣輔助”方案產(chǎn)油量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)相減，得到原油增油量（增量數(shù)據(jù)）為比較的具象指標(biāo)，其增量為9.399×104t。其他3 個(gè)指標(biāo)的增量數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)值分別為凈現(xiàn)值增量4965.231 萬(wàn)元、二氧化碳減排量1.128×104t/d、能耗增量140.862GJ/d。在經(jīng)濟(jì)和工藝方面，根據(jù)增量數(shù)據(jù)可以看出方案一明顯優(yōu)于常規(guī)SAGD。同時(shí)由于常規(guī)SAGD并未考慮環(huán)保因素，數(shù)值為零，所以二氧化碳減排量全部為方案一的環(huán)境指標(biāo)計(jì)算值。但是鑒于煙道氣輔助SAGD整個(gè)流程包含對(duì)煙道氣的收集處理等工藝，所以難以避免存在額外的能源消耗。雖然方案一的能耗增量為140.862GJ/d，與常規(guī)SAGD相比耗能較多，但能耗增加所導(dǎo)致的成本提高和二氧化碳排放量上升均已考慮在經(jīng)濟(jì)和環(huán)境指標(biāo)內(nèi)，而經(jīng)過(guò)折算后經(jīng)濟(jì)和環(huán)境指標(biāo)仍有較大幅的增量，因此，總的來(lái)說(shuō)煙道氣輔助SAGD 的綜合性能優(yōu)于常規(guī)SAGD，從多方面極大改進(jìn)了常規(guī)SAGD的生產(chǎn)運(yùn)行情況，同時(shí)也從4 個(gè)指標(biāo)的角度證明了煙道氣輔助SAGD 的突出優(yōu)勢(shì)和工業(yè)適應(yīng)性。

圖2 各方案評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果及權(quán)重

圖3 影響因素預(yù)測(cè)結(jié)果

圖4 常規(guī)SAGD方案各指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)參數(shù)匯總

由于各個(gè)指標(biāo)的量級(jí)相差較大，為了更直觀地分析和比較，通過(guò)建立對(duì)數(shù)坐標(biāo)系，數(shù)據(jù)都呈現(xiàn)在柱狀圖中。圖4 為常規(guī)SAGD 所有指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)參數(shù)預(yù)測(cè)結(jié)果的匯總，展示了作為煙道氣輔助SAGD的對(duì)比方案的各參數(shù)預(yù)測(cè)結(jié)果，是進(jìn)行不同方案對(duì)比評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。圖5 為煙道氣輔助SAGD 4 個(gè)方案的評(píng)價(jià)指標(biāo)匯總，詳細(xì)展示了對(duì)各方案的各個(gè)指標(biāo)的預(yù)測(cè)結(jié)果。考慮到計(jì)算結(jié)果為增量指標(biāo)，增量數(shù)值直觀地反映了與常規(guī)SAGD相比各個(gè)方案各個(gè)指標(biāo)的增幅程度，因此如有需要進(jìn)行單個(gè)指標(biāo)比較選優(yōu)，則可以直接選出最佳方案。由圖5 可以看出，方案四凈現(xiàn)值增量最大、方案三CO2減排量最多、方案二原油增油量最低、方案四能耗最少，但卻很難直接從各指標(biāo)結(jié)果中得到對(duì)各方案的整體評(píng)判。

圖5 煙道氣輔助SAGD評(píng)價(jià)指標(biāo)匯總

圖6 為煙道氣輔助SAGD 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)參數(shù)匯總。由于方案二原油增油量最少，所以增量總收益最低，單位操作成本最高，反之方案四增量總收益最高。根據(jù)圖6中的各經(jīng)濟(jì)參數(shù)的結(jié)果，可以針對(duì)某方案某項(xiàng)收支的預(yù)計(jì)金額對(duì)方案進(jìn)行進(jìn)一步的修正。根據(jù)圖5得到的各方案，通過(guò)專家打分得到各方案各指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)矩陣，并與圖2中設(shè)置的權(quán)重合成運(yùn)算得到各方案的綜合評(píng)價(jià)集，根據(jù)隸屬度最大原則列出了對(duì)應(yīng)的最大評(píng)價(jià)值。圖7列出了評(píng)語(yǔ)為“優(yōu)”時(shí)各方案模擬評(píng)價(jià)集的取值。根據(jù)圖7的評(píng)價(jià)結(jié)果，4種方案在評(píng)語(yǔ)為“優(yōu)”時(shí)的模糊評(píng)價(jià)取值從大到小排列分別為方案三、方案四、方案一和方案二。方案一、方案二和方案三均為優(yōu)秀方案，從橫向比較方案三為推薦的最優(yōu)方案，方案四和方案一為備選方案，方案二為較差方案。由圖5可見，與方案三相比，方案四的凈現(xiàn)值增量更多、能耗增量更少、原油增產(chǎn)量較高且經(jīng)濟(jì)指標(biāo)擁有最高的權(quán)重。但由于二氧化碳減排量相差較大，在考慮環(huán)境指標(biāo)的前提下，方案三的綜合性能更好，所以方案四列為次優(yōu)方案。方案一與方案三相比能耗增量更少，但也由于二氧化碳減排量較低，因此綜合評(píng)價(jià)結(jié)果低于方案三。

為了驗(yàn)證該模糊評(píng)價(jià)方法的有效性和可行性，運(yùn)用層次分析法對(duì)本算例進(jìn)行再次分析評(píng)價(jià)。首先建立影響方案綜合效果的層次結(jié)構(gòu)，第1層目標(biāo)層為注采方案評(píng)價(jià)，第2 層準(zhǔn)則層為4 個(gè)影響指標(biāo)，第3層為方案層，即需進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的N個(gè)注采方案。具體層次結(jié)構(gòu)如圖8所示。

首先，計(jì)算第二層準(zhǔn)則層各指標(biāo)的權(quán)重向量，由專家對(duì)四指標(biāo)的重要性進(jìn)行兩兩比較并構(gòu)造判斷矩陣，如式(30)。

圖6 煙道氣輔助SAGD項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)參數(shù)匯總

圖7 煙道氣輔助SAGD不同方案評(píng)語(yǔ)為“優(yōu)”的評(píng)價(jià)結(jié)果

圖8 注采方案評(píng)價(jià)的層次結(jié)構(gòu)

經(jīng)計(jì)算，判斷矩陣C 的最大特征根為4.0973，一致性指標(biāo)CI=0.0324，一致性比例CR=CI/RI=0.036＜0.1，所以該判斷矩陣C 具有滿意的一致性。對(duì)判斷矩陣進(jìn)行歸一化處理，得到第2層準(zhǔn)則層相對(duì)于總目標(biāo)的權(quán)重向量u=(0.2261,0.0922,0.0922,0.5896)，得到模糊集A=0.2261/環(huán)境指標(biāo)+0.0922/能量指標(biāo)+0.0922/工藝指標(biāo)+0.5896/經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。由專家對(duì)被評(píng)價(jià)方案進(jìn)行兩兩比較打分，得到判斷矩陣D=[D1,D2,D3,D4]，并分別進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，歸一化處理計(jì)算得到第三層方案層各方案相對(duì)于準(zhǔn)則層各指標(biāo)的權(quán)重向量V=[v1T,v2T,v3T,v4T]，最后得到方案層各方案相對(duì)于總目標(biāo)的權(quán)重向量為W=VuT=[0.3138,0.0085,0.3562,0.3215]T。

通過(guò)層次分析法對(duì)上述4 個(gè)煙道氣輔助SAGD注采方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到的最終評(píng)價(jià)結(jié)果與模糊評(píng)價(jià)法的結(jié)果類似，即綜合性能最優(yōu)的是方案三，方案四和方案一其次，方案二較差。該對(duì)比方法證明了模糊評(píng)價(jià)法對(duì)于煙道氣輔助SAGD系統(tǒng)有較強(qiáng)的適應(yīng)性且評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確，對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐中的方案改進(jìn)和優(yōu)選有一定參考性。雖然層次分析法得到的評(píng)價(jià)結(jié)果與模糊評(píng)價(jià)法相差無(wú)幾，但當(dāng)同時(shí)比較多個(gè)備選方案時(shí)，使用層次分析法會(huì)比較繁瑣，一致性檢驗(yàn)較困難，存在局限性，所以本文選用了更方便可行的模糊評(píng)價(jià)法。

4 結(jié)論

為了提高煙道氣輔助SAGD的綜合性能，本文采用模糊綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)4個(gè)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)研究，主要結(jié)論如下。

（1）采用模糊評(píng)價(jià)方法，首次對(duì)煙道氣輔助SAGD進(jìn)行綜合全面的評(píng)價(jià)。運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法建立多元綜合評(píng)價(jià)體系，根據(jù)工程實(shí)際因素和系統(tǒng)特點(diǎn)設(shè)置4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，以選取綜合性能最優(yōu)的方案，得到客觀全面的評(píng)價(jià)結(jié)果。

（2）運(yùn)用“有無(wú)對(duì)比法”將煙道氣輔助SAGD與常規(guī)SAGD進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的增量，直觀地反映出應(yīng)用煙道氣輔助SAGD 比常規(guī)SAGD 產(chǎn)生的增益效益，體現(xiàn)了煙道氣輔助SAGD驅(qū)油的優(yōu)越性。

（3）通過(guò)開發(fā)的“煙氣輔助SAGD驅(qū)油評(píng)價(jià)軟件”進(jìn)行案例分析評(píng)價(jià)，該軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)原油開采、能量消耗、經(jīng)濟(jì)效益和減排效果的結(jié)果預(yù)估、單方案評(píng)價(jià)以及不同方案優(yōu)選，通過(guò)與層次分析法結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證了本文方法的可行性和準(zhǔn)確性。

符號(hào)說(shuō)明

A—— 模糊集

B—— 模擬評(píng)價(jià)集

C—— 判斷矩陣

Cτ—— 每年總支出的總成本，元cc1，cc2，ci1，ci2—— 采油井進(jìn)尺成本、每套注采裝置平均成本、注入井進(jìn)尺成本、每口井平均投產(chǎn)作業(yè)成本，元

D—— 判斷矩陣

dc，di—— 分別為采油井平均井深、注入井平均井深，m

F—— 各個(gè)過(guò)程成本，元

F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，F(xiàn)5，

F6，F(xiàn)7—— 分別為管溝土建費(fèi)用、安裝費(fèi)用、管材費(fèi)用、外防腐費(fèi)用、內(nèi)涂層費(fèi)用、其他費(fèi)用和增壓站投資，元

Fcgd，F(xiàn)ctz，F(xiàn)cyj，F(xiàn)cyy，F(xiàn)e，F(xiàn)h，F(xiàn)igd，

Fitz，F(xiàn)iyy，F(xiàn)n1，F(xiàn)n2，F(xiàn)p，F(xiàn)q，F(xiàn)s，F(xiàn)tgd，F(xiàn)ttz，F(xiàn)tyy，

Fv，F(xiàn)w—— 分別為收集預(yù)處理過(guò)程的固定運(yùn)行成本、收集預(yù)處理過(guò)程的投資成本、每噸藥劑價(jià)格、收集預(yù)處理過(guò)程的可變運(yùn)行成本、每兆瓦時(shí)電價(jià)格、每噸脫鹽水價(jià)格、注入過(guò)程的固定運(yùn)行成本、注入過(guò)程的投資成本、注入過(guò)程的可變運(yùn)行成本、輸送過(guò)程的固定運(yùn)行成本、輸送過(guò)程的投資成本、輸送過(guò)程的可變運(yùn)行成本、開發(fā)井投資、采油井投資、人工費(fèi)用、其他固定運(yùn)營(yíng)成本、每噸蒸汽價(jià)格、設(shè)備費(fèi)用總值、每噸新鮮水價(jià)格，元

H—— 鋼管外徑，m

i—— 設(shè)備折舊率，%

K—— 其他費(fèi)用系數(shù)

Kce—— 電能，J mch，mcs，

mcw—— 每噸煙道氣消耗脫鹽水質(zhì)量、蒸汽質(zhì)量和新鮮水質(zhì)量，kg

n—— 投資周期，年

n?—— 增壓站數(shù)nc，ni，nj—— 分別為油井?dāng)?shù)量、注入井?dāng)?shù)量、新舊注入井?dāng)?shù)量

P—— 原油價(jià)格，元/kg

P?—— 壓縮機(jī)功率，W

P1,P2,P3—— 分別為管材綜合價(jià)格、外防腐綜合指標(biāo)和內(nèi)涂層綜合指標(biāo)，元

Q總,Qc,Qn——分別為整個(gè)工藝流程的能耗量、收集預(yù)處理的能耗量、某個(gè)工藝流程的能耗量，J

R—— 模糊評(píng)價(jià)矩陣

R1,R2,R3—— 分別建筑費(fèi)系數(shù)，安裝費(fèi)系數(shù)，其他費(fèi)系數(shù)

Rτ—— 每年總收益，元

tc2，ti2—— 分別為采油單井配套投資、注氣單井配套投資，元

u—— 層次分析法的權(quán)重向量

V—— 決策評(píng)語(yǔ)集

W1—— 鋼管壁厚，m

W'—— 每噸煙道氣中CO2占比，%

X—— 指標(biāo)因素集

Y—— 原油產(chǎn)量，kg

ΔC凈，ΔCc，ΔCd，ΔCh，ΔCi，ΔCn，ΔCr，ΔCrd，ΔCt—— 分別為CO2凈減排量、煙道氣收集與處理CO2排放量、除塵過(guò)程CO2排放量、回收過(guò)程CO2排放量、注入過(guò)程CO2排放量、某個(gè)工藝流程的CO2排放量、降溫過(guò)程CO2排放量、冷卻干燥CO2排放量和運(yùn)輸過(guò)程CO2排放量，kg

Δt—— CO2封存率，%

τ—— 投資時(shí)間，年

η—— CO2回收率，%