油田注水开发效果评价方法

2017-04-05雷田田中国石油大学北京城市油气输配集输北京市重点实验室

石油石化节能 2017年8期

雷田田（中国石油大学（北京）城市油气输配集输北京市重点实验室）

油田注水开发效果评价方法

雷田田（中国石油大学（北京）城市油气输配集输北京市重点实验室）

我国低渗透油气资源十分丰富，边水与底水驱动不明显，天然的能量补给较差，增加了开发难度。随着石油的不断开采，国内大多数油田需要采取注水开发以保持地层压力，达到提升最终采收率的目的。对这些注水开发油藏，如何评价注水开发效果，到目前为止，还几乎没有系统完善的方法。在充分调研的基础上，对现阶段油田注水开发效果的评价方法进行了归纳分析。

注水开发；采收率；评价方法；节能降耗

作为工业的血液，石油在各国的能源结构中都占有特别重要的地位。随着石油的开采，越来越多的油田需要通过相应的措施向地层补充能量以维持一定的地层压力，从而使油田的产油量保持稳定，达到提升采收率的目的。其中，注水是维持油田地层压力、促进高效开采的主要措施。在油田注水过程中，整个开发都离不开开发效果的评价，这不仅关系到油田的产量和寿命，也是确定相关调整措施，实现节能降耗的重要手段。因此，完善地建立一套综合评价油田注水开发效果的方法、模型和技术，找出提升油田采收率的关键点、发现油田开发的措施调整方向等就显得特别重要。

1 国内外研究现状

长期以来，人们一直致力于解决注水开发效果的评价问题。当前条件下，注水开发效果的评价方法大概分为两类：一是将单个指标分别与给定的评价标准进行比较；二是将几个独立评价指标通过数学方法进行综合评判来进行评价。

在四五十年代，美国和前苏联相继开始关注注水开发油田的实用性，结合本国的开采特点，分别提出了相适应的变化指标。从五十年代起，我国也开始研究油田注水开发，并从多方面尝试对注水开发效果进行有效评价。经过多年发展，油田注水开发效果的评价方法大致分以下几种：

1.1 状态对比法

状态对比法是指在相同的情况下，将实际的曲线与标准曲线进行比较，通过两者的偏差量来进行评价，一般是将特征曲线推出的理论公式或者拟合的理论公式与实际曲线进行比较得到。在比较的过程中，评价指标的选择具有一定的主观性，往往与操作人员有关。但此种方法清楚明了，易于实施，因而广泛应用在现场。陈月明等人[1]为了客观合理地调整注水开发方案，提升油田采收率，采用了管道流动法、井网密度合理布局法、水驱曲线及经验公式等，对注水油田的开发效果进行评价，得到较为适宜的井网密度，明确了油田开采的潜力。这种方法同时使用静态资料和动态资料，与油田的实际情况密切结合，在永安油田得到了广泛应用。

许多人在此基础上对之进行了改进，改进整体分为以下两个方面。一方面是对评价的指标进行改进，王国先[2]提出了新的收敛性较好的评价指标，即用累计含水采出比或即时含水采出比进行评价；另一方面是改进推导理论或者方法，冯其君[3]根据现场标定油藏采收率的经验，通过童式校正曲线得到了采出程度和含水率、存水率的关系曲线来评价水驱开发效果。

状态对比法能够充分使用相关资料，简单实用，能够在现场得到广泛应用，但该种方法也存在一定的弊端。首先其标准曲线推导或者拟合的准确性有待商榷，其次由于生产数据的不准确可能导致评价指标之间相互矛盾。

1.2 可采储量评价法

可采储量可分为动态可采储量和静态可采储量，标志着企业规模和油田的大小，在开发效果的评价过程中具有重要作用。动态可采储量是变化的，与开发过程有关，某一阶段的动态可采储量是指开发结束时的最终采油量，而该采油量是通过开采趋势预测得到的。静态可采储量是指某一给定油田的最大产油量，该产油量是在目前技术水平条件下达到的。从理论来看，静态可采储量应该大于动态可采储量，而且两者越接近，偏差越小，开发效果越好。在实际情况中，由于预测公式存在一定偏差，可能会出现静态可采储量小于动态可采储量的情况。

对于动态可采储量和静态可采储量，有许多的经验预测公式。1955年，Greenberger和Gutuhie[4]采集了73个注水油田的基础数据，通过对数据进行多元回归分析，得到了注水油田可采储量的经验公式。Wright[5]在1958年根据注水油田的实际开采情况，首先建立了累积产油量与水油比半对数统计规律。之后Matthews[6]也建立了相关统计直线关系，并与Wright得到的注水特征曲线一起在预测注水可采储量中起到了重要作用。美国石油学会在1956—1967年对中东地区的多个注水油田的采收率进行了详细研究，并在1967年提出了注水油田预测可采储量经验公式。

我国在七八十年代也对可采储量做了一定研究，提出了采用驱替特征曲线研究注水开发的可采储量，在这个过程中，甲型曲线得到了广泛应用。后来发现上述方法考虑不够全面，只考虑了采出量之间的关系，不能准确反映注水开发效果的好坏。近年来，随着油田含水量的增加，注水成本也越来越高，人们逐渐认识到通过注水指标对开发效果进行评价的重要性。童宪章等人[7]通过深入的分析研究，提出了多种预测注水开发指标的方法。

目前大约有30多种水驱曲线法，经过大量的实际应用，预测可采储量对注水开发效果进行评价实用性较强的是甲、乙、丙和丁四种类型的水驱曲线。一般情况下，用动、静态可采储量的比值来进行评价，比值越大，注水开发效果就越好。但是该种方法也有缺陷，当计算的动态储量较大或者静态储量较小时，就会出现动、静可采储量的比值大于1，从而该方法失效。

1.3 综合评价方法

综合评价方法包含常规的综合评价法与多科学评价法，是综合评价目标的所有影响因素得到的一个综合的评价结果。

1.3.1 系统动态分析法

系统动态分析法是王凤琴、薛中天等人[8]提出的一种新的效果评价方法，该系统把油田看作一个复杂的体系，依据大系统理论和方法，研究各个生产井之间产水量与产液量、产油量与产液量、产液量与含水量之间的相互关系；研究各个生产井产水量之间、产油量之间的相互关系；研究注采井的注入量与产油量、产水量的相互关系。从而得到了油藏中储层能量损失和能量补给的关系、储层的非均匀性与储层能量损失关系、油与水之间的运动关系。这种方法不限制在单个的因素，重点研究整个开发过程，突出系统的主要特点。此计算分析表明，通过采取一定的措施，例如堵水调剖等，可以使整个系统的稳定时间延长，提高总的产油量，进而使最终采收率提升。

油田是一个复杂的系统，要研究产量与各个因素之间的相互关系特别困难。王凤琴、薛中天等人根据结构分析理论，将油田看作一个处理系统，这个处理系统中包含输入部分、中央处理器、输出部分。根据此模型，产生了两种不同的观点。一种观点认为此模型可以引入到油藏中，从微观研究三个部分之间的相互作用关系，根据此作用机理，形成了黑油模型。另一种观点认为，在实际生产中，由于油藏的各向异性的影响，储层参数存在一定的不准确性，导致不能准确地建立中央处理模型，难以得到较好的处理结果，则必须对中央处理部分进行优化。

1.3.2 模糊综合评判法

黄炳光、唐海等人[9]在分析其它方法优缺点的基础上建立了油藏水驱开发潜力评价指标体系，提出了评价油藏注水开发潜力的新方法—“模糊综合评判法”。该体系的评判指标分为两级[10]，一级评判指标是指有具体值的单因素指标；二级评判指标往往比较复杂，没有明确的值，一般情况下受到多个单因素指标的综合影响。用这种方法来描述开发效果的改善程度时，通过采取相应措施后，用开发效果评价指标的变化程度来表示。

在模糊综合评判法中，由各个单因素的权重系数构成的集合是模糊向量[11]。模糊概念的外延是不明确的，其边界是不清晰的，因而相应的集合也是“模糊”的，不能简单地用“是”或“否”来回答。权重系数可以通过层次分析法、专家打分法等方法得到，但是不同的方法具有不同的侧重点。

1.3.3 灰色理论评价法

在分析注水开发油田开发特点和储层特征的基础上，宋子齐等人[12]充分利用灰色系统理论方法对水驱均匀程度和水驱开发潜力等进行评价。通过标准化和矩阵分析，结合综合统一法和组合放大技术，对不同注水开发油田的调整方法进行了分析，同时综合评价处理了注水开发潜力的地质因素，有效地改善了油田注水开发效果，明确了注水开发方向。

灰色系统理论是未知和已知同时存在的分析方法。进行注水开发效果评价时，就是把影响开发效果的各种已知因素和未知因素看作一个灰色过程，通过提取相关的参数进行统计研究，确定相关灰数的指标标准。之后根据这些指标标准和参数将灰色系统进行白化，对油田注水开发效果进行综合与全面的评价。

以上三种方法都是在油田开发效果评价中引入了数学思想。系统动态分析法的重点是提升油田整个系统的最终采收率，是从宏观角度来考虑问题，就效果评价而言比较理想化，且由于评价参数较多时会影响数学模型的正确性，故较少应用于现场。模糊综合评判法和灰色理论评价法都充分利用了数学思想的逻辑性，将定性分析与定量表达部分结合，能够较为准确地实现开发效果的评价，但也存在一定的缺陷，在利用数学统计规律制定评价指标的标准时，评价开发效果指标的变化规律可能与数学方法研究得到的变化趋势不一样，从而使评价的结果不准确。

1.4 类比法

广义的类比法是指通过比较相关对象来确定评价效果的好坏，前提是要在某种相同的情况下进行比较。这里的相关对象可以是进行效果评价的指标，也可以是整个开发系统。一般情况下，类比法应用在同类型的油田之间进行比较。例如，在油田相同的开采状况下，以现场的生产数据为基础，由数学规律拟合出存水率和自然对数油水黏度之间的函数关系曲线，并与油田的理想曲线进行比较，可以反映开发情况的好坏。

1.5 数值模拟评价

通过数值模拟对注水开采效果进行评价时，一方面可以根据油田注水开发中的具体实际问题设计数值模拟状态，另一方面也可以对不同的储层条件进行模拟。有文献[13]用此方法对北科威特油田进行了评价，模拟了井网和井距发生变化时的开发效果。也有文献[14]对油藏进行了评价，模拟的是参数在不同给定范围内变化时的开发效果。数值模拟评价法也有一定的缺陷，他的评价过程比较复杂，会消耗大量的时间。

1.6 其他方法的应用

为了更好地对油田注水开发进行评价，流体势原理[15]也应用到油田开发中来。该方法认为油田的注水开发遵循流体势原理，即由高势区向低势区汇聚。在油田注水开采中，低势区往往是闭合的，形成开采的潜力区，其有两类控制因素：一是动态条件，即水动力及其变化形成的高势隔离；二是静态条件，即储层状态和地质条件变化的静态遮挡因素。对注水开发油田，动态条件和静态条件两方面的相互作用导致生产油的滞留与移动。因为静态遮挡因素只能在垂直方向上产生影响，动态条件只能在水平和侧向产生影响。两者共同作用，才能在储层中形成三维作用区。

应用流体势原理，总结了潜力区的控制原因、形成因素及特点，从根本上对油田注水开发的潜力区作了研究[16]。闭合的低势区就是油田注水开发过程中的潜力区。潜力区的控制原因由动态水势与静态遮挡两方面组成，根据开发实践，主要控制原因分为动态型、静态型和复合型。

2 结论

由以上分析可以看出，在油田注水开发效果评价过程中，应用多个指标进行综合评价的方法正逐渐代替过去的单指标定性评价法。在进行多指标综合评价时，加入了许多的数学思想，使评价结果更加准确合理。评价过程中，存在许多的不确定性因素，且各指标之间的关系比较复杂，存在一定的局限性，因而要全面准确地进行指标评价还存在一定的困难[17]。目前注水开发效果评价的方向主要有以下几个方面：

1）就应用现状而言，一段时间内单指标状态对比法会继续应用在现场；

2）就发展趋势而言，充分利用数学思想的多指标综合评价法会继续发展，数值模拟法和系统分析法将长期并行发展；

3）就应用对象而言，不同的油藏所应用的评价方法不同，同一油藏在不同的开发方式或开发阶段下所用的评价方法也可能不同；4）就评价范围而言，小到1口井内的各个油层，大到整个油藏，对各个层次进行分析评价都需要进一步研究。

虽然国内外很多专家对油田注水开发效果的评价进行了研究，但目前仍没有一套系统完善的评价标准，应用较为广泛的还是单指标或几项指标的定性评价。在油田注水开发过程中，根据开发特点，选择既科学又全面的评价方法或评价技术对提升最终采收率，实现节能降耗具有十分重要的意义。

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10.3969/j.issn.2095-1493.2017.08.005