稠油油藏水平井CO2吞吐井位筛选的模糊评判法

李亚辉，彭彩珍，李海涛，钟吉彬（.西南石油大学石油与天然气工程学院，成都60500；.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，西安7008）

稠油油藏水平井CO2吞吐井位筛选的模糊评判法

李亚辉1，彭彩珍1，李海涛1，钟吉彬2
（1.西南石油大学石油与天然气工程学院，成都610500；2.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，西安710018）

CO2吞吐措施可提高稠油开发效益，因此，应根据候选井的地质条件和井况等指标对吞吐井进行筛选。基于相关资料及数值模拟成果，考虑油藏性质、流体特征以及水平井开采长度等指标，提出了适用于稠油油藏水平井CO2吞吐的井位筛选评价指标体系及等级划分方法，利用模糊评判理论与信息熵理论，提出了井位筛选的具体方法和步骤。根据X油藏已实施吞吐31口井的数据对所提方法进行了验证，验证结果与实际施工情况比较吻合，表明所提方法是可行的，为类似的稠油油藏采用水平井CO2吞吐提供借鉴。

CO2吞吐；选井；水平井；稠油油藏；模糊评判

CO2吞吐因其成本低、可回收重复利用、环保以及与原油具有较好的混溶性等特点而被广泛应用[1]，且原油黏度越高，注入CO2后黏度降低越明显[2]。因此，采用CO2吞吐比采用其他措施处理低产稠油油井，尤其是高含水井要经济得多。影响单井CO2吞吐效果的因素比较多，主要包括井位筛选、注采工艺参数、采油工艺措施等[3]。运用模糊评判法来筛选候选井位已有不少研究[4-14]，但大多没有考虑井型对吞吐效果的影响。

本文综合考虑油藏性质、储集层流体性质、水平井水平段开采长度等因素，建立了适用于稠油油藏水平井CO2吞吐筛选井位的模糊综合评价体系及等级划分方法。

1 单井CO2吞吐模糊综合评判方法

1.1 评价指标体系

不同油藏条件下，受岩石性质、流体特征等条件的影响，CO2增油的机理不尽相同。综合考虑油藏特性、岩石性质、流体特征等条件，建立了复杂断块稠油油藏水平井CO2单井吞吐的评价指标体系；参考国内外相关研究成果[4-13]，结合数值模拟与数理统计等方法，对评价指标进行了等级划分，提出了稠油油藏水平井CO2吞吐选井评价标准（表1）。

影响CO2吞吐效果的指标包括以下因素。

（1）目的层厚度注入的CO2将对原油进行体积增容，同时形成溶解气驱，油层厚度的增加容易在近井区域产生有效的超覆作用，有利于剩余油的流动，并且较厚的油层相对不容易发生气窜，最终提高增油效率，在采用水平井开采时，结合数值模拟可以确定，油层厚度在7 m以上时吞吐效果比较好。

（2）水平井开采特征长度开采特征长度是指水平井水平段目前开采长度与井距的比值。统计发现，随着水平井开采特征长度的增加，整个增油效果呈现先增后降的趋势，用数值模拟建立概念模型进行模拟计算，得出的结论与统计结果一致，最终确定水平井开采特征长度值为0.26~0.40时，对吞吐最为有利。

表1 CO2吞吐水平井井位筛选评价指标等级划分

（3）油层温度油层温度越高，越有利于注入的CO2膨胀，发挥溶解气驱作用，提高吞吐驱油效果，但过高的温度会导致CO2在原油中的溶解度降低[4]，数值模拟表明，油层温度在120~130℃最为有利。

（4）原油密度CO2吞吐降黏过程依赖于CO2在原油中的溶解度，在“吞”的过程中，过高的原油黏度不利于CO2对原油轻质组分的抽提和溶解[5]，因此原油密度和黏度越小，越有利于增加吞吐效果。

（5）油层压力油层压力越小就越有必要注入CO2，通过注入气的膨胀作用，补充地层能量，改善流动性[5]，从而增加产能。当地层压力高于CO2与原油的最小混相压力时，原油与CO2不易达到混相状态，从而减小了井筒附近剩余油饱和度，不利于吞吐。因此油层压力不应高于CO2与原油的最小混相压力。数值模拟表明，当压力低于泡点压力时原油黏度会大幅度增加，析出的天然气会消耗地层能量，导致吞吐效果变差。X油藏实际数据表明，油层压力在10~ 17 MPa最为有利。

（6）渗透率变异系数非均质性对CO2吞吐效果有很大的影响。统计表明，对于水平井，渗透率变异系数小于0.75最为有利。

（7）剩余油饱和度剩余油饱和度越大，油、气产量越大，含水率越低，对吞吐越有利。饱和度太低会导致驱替过程中难以形成连续油带，达不到预期的吞吐效果。数值模拟指出，剩余油饱和度大于35%最为有利。

（8）孔隙度据统计数据及数值模拟结果得出，孔隙度大于25%最为有利。

（9）油层深度油层深度对CO2吞吐效果的影响比较小，其变化规律与油层压力一致。

（10）渗透率由数值模拟结果得出，渗透率大于1 100 mD时，吞吐效果随渗透率的变化幅度较小；而小于600 mD时，对吞吐效果的影响较大。因此，渗透率在大于600 mD时较有利于吞吐。

（11）含水率实际数据和数值模拟结果表明，含水率越高，吞吐效果越差。

对于油层压力与油藏深度两项指标可以根据不同油藏的特性进行具体划分。

1.2 井位筛选步骤

模糊综合评判是应用模糊变换原理和最大隶属度原则，考虑与评价对象相关的各种影响因素，对评价对象进行综合评价[6-8]。根据CO2吞吐候选井主要影响因素和评判准则，利用模糊综合评判理论进行井位筛选，主要步骤如下。

（1）确定影响因素集U影响评价结果的所有指标构成的集合称为因素集。本文的评判因素集为影响吞吐效果的12个指标所构成的集合。

（2）确定评判集V根据实际需求可将评判对象的某一项指标划分为不同的等级，所划分的等级即构成评判集。

（3）确定评判矩阵R将因素集U用某一隶属度函数进行处理，使所有因素集中的数据全都转换到0到1之间，它表示评判对象的某一指标对应于评判集中的某一等级的可能性。

（4）影响因素权重W影响因素权重表示某一影响指标对整个评判结果的重要程度，由全部影响因素的权重所构成的集合即为影响因素权重。

（5）模糊综合评判选用某一种模糊变换对评判矩阵R与影响因素权重W进行模糊运算，然后根据最大隶属度原则对评判结果进行筛选得出结论。

2 某稠油油藏X水平井CO2吞吐实例

选取X油藏31口已经实施吞吐的井作为评判对象，影响因素集U为表1中的12个影响指标，评判集V将影响指标划分为5个等级，分别为好、较好、中等、较差和差。

2.1 模糊评判矩阵

通过文献调研，选择如下隶属度[8]处理因素集中的数据，从而得到模糊评判矩阵。在构建评判矩阵时将评价指标分为越大越优和越小越优2类。

（1）对于越大越优的指标，即该指标值x越大越有利于进行CO2吞吐。

（2）对于越小越优的指标，即该指标值x越小越有利于进行CO2吞吐。

（1）式—（10）式中，a，b，c和d为评价指标体系中等级划分界限值。

对于在部分区间越大越有利，而在另外区间则越小越有利的指标，则将其分成两个部分进行计算，因素集中数据通过（1）式—（10）式的变换后，对于其中可能存在大于1的数据，将该数据截取为1.为突出隶属等级差异，即区分靠近等级划分边界数据的归属，将（1）式—（10）式的计算结果修正为f（x）*=f（x）e5.

2.2 指标权重

本文采用变异系数法[9]、熵权法[10]分别求取各指标的权重，然后再与采用模糊层次分析法[11]所得权重进行线性矫正，避免了人为因素的影响，即

式中W1——变异系数法求得的权重；

W2——模糊层次法结合数据统计求得的权重；

W3——熵权法求得的权重；

λ1，λ2——常数，λ1=0.65，λ2=0.20.

W1，W2，W3的解法分别详见文献［9］、文献［11］和文献［10］。根据（11）式所求得各指标的权重如表2所示。

表2 稠油油藏水平井CO2吞吐模糊评判权重分配

2.3 X油藏实例评判

X油藏GP91井各项指标统计如表3所示。

表3 X油藏GP91井各项指标统计

根据本文所提出的等级划分标准以及评判方法，利用Matlab编程计算GP91井评判结果如表4所示。

表4 X油藏GP91井评判结果

根据最大隶属度原则，从表4的评判结果可以得出，GP91井属于好这一等级，统计GP91井实际生产数据得出，该井的换油率为5.056 m3/m3，评价结果与实际结果比较吻合。

同理，运用本文的方法和准则可以得出X油藏其余30口井的评价结果，具体结果与实际生产数据如表5所示。

表5 X油藏30口井评价结果与实际换油率

由表5可以看出，评价等级为好、较好、中等的井实施吞吐后都在不同程度上有效；而评价等级为较差的井换油率很低或吞吐无效；评判结果为“差”的井实施吞吐后无效，由此可以看出本文提出的标准和方法具有一定的适用性，同时说明当某口井的评价等级为较差或差时，该井实施CO2吞吐具有较大的风险性，在决策时需要谨慎。

3 结论

（1）通过文献资料和数值模拟的研究，提出了适用于稠油油藏水平井CO2吞吐井位筛选的包括水平井长度在内的12个指标构成的评价体系及等级划分方法；根据变异系数法、熵权法和层次分析法给出了指标权重的确定方法，并根据模糊评判理论建立了计算单井CO2吞吐井位筛选的具体方法和步骤。

（2）以X油藏的31口作业井为对象对所提方法进行验证，评价结果与实际结果比较吻合，说明本文方法及评价指标等级划分的正确性与可行性，可为同类油藏的开发提供参考与指导。

（3）由于每口井的施工工艺参数有所不同及模糊理论的不确定性，评价结果不能按换油率指标大小进行排序。

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Fuzzy Evaluation Method for Screening Target Horizontal Wells in Heavy Oil Reservoirs by CO2Huff and Puff Process

LI Yahui1,PENG Caizhen1,LI Haitao1,ZHONG Jibin2
（1.School of Oil and Gas Engineering,Southwest Petroleum University,Chengdu,Sichuan 610500,China; 2.Research Institute of Exploration and Development,ChangqingOilfield Company,PetroChina,Xi’an,Shaanxi 710018,China）

Heavy oil exploitation benefit can be improved by CO2stimulation process.Any horizontal well CO2huff and puff should be se⁃lected by the geological conditions and performance of candidate wells.Combined with related data and numerical simulation results,com⁃prehensive consideration of reservoir properties,fluid characteristics and horizontal well length,this paper put forward the horizontal well location selection evaluation index system and grading method suitable for heavy oil reservoirs by CO2huff and puff process,and concrete approaches and steps by means of fuzzy evaluation theory and information entropy theory.31 wells data of CO2stimulation in X reservoir were used to verity the proposed method.The verification result is accordant with the actual situation,showing that the proposed method is feasible,and can provide reference and guidance for similar heavy oil reservoir development with horizontal well CO2huff and puff process.

CO2huff and puff;well location selection;horizontal well;heavy oil reservoir;fuzzy evaluation

TE345

A

1001-3873（2015）03-0338-04

10.7657/XJPG20150318

2014-05-07

2015-01-30

国家科技重大专项（2011zx05016-005）

李亚辉（1987-），男，四川成都人，博士研究生，油气田开发，（Tel）028-83032107（E-mail）liyahui723@126.com.