基于可拓理论的海上油田注采效率综合评价

马奎前， 黄安琪， 陈民锋

(1.中海石油(中国)有限公司天津分公司 渤海油田勘探开发研究院， 天津 300452; 2.中国石油大学(北京)石油工程学院， 北京 102249)

基于可拓理论的海上油田注采效率综合评价

马奎前1， 黄安琪2， 陈民锋2

(1.中海石油(中国)有限公司天津分公司 渤海油田勘探开发研究院， 天津 300452; 2.中国石油大学(北京)石油工程学院， 北京 102249)

注采效率是反映水驱油藏生产单元的生产状况及开采效果的重要指标，是油藏制定适宜调整措施的重要依据.根据海上油田水驱稠油油藏的开发特点，综合考虑生产单元中的采油井和注水井，分别从生产能力、产油效率、驱替效果等方面，筛选出评价不同生产单元注采效率的指标集；利用可拓理论方法，系统化处理不同指标对生产单元注采效率分级评价结果的影响，建立油藏注采效率分级评价方法.基于渤海SZ油田实际特点，在生产单元注采效率评价结果分析的基础上，提出了针对性的开发调整措施，为油田的持续有效开发奠定了基础.

渤海油田； 水驱稠油； 注采效率； 可拓理论； 分级评价； 开发调整

0 引言

我国渤海湾地区的油藏，一般属于中-高渗、普通稠油油藏，大部分采取注水开发，具有见水早、含水上升快、产量递减快的特点.在水驱开发的中后期阶段，随着含水率增加和水窜程度趋于严重，油田生产能力和产油效率不断下降，即油田注采效率不断降低.而海上油田的开发又具有时效性，一般采取较大的采油速度，与陆上水驱开发油藏相比，更注重油田开发效益和生产效率.如何针对海上油田的实际特点，选择适宜的控水稳油调整对策，保持油田较高的注采效率，是海上油田水驱开发后期的重要研究方向[1-5].

一个水驱油藏往往包括多个生产单元，而生产单元一般是以注水井(单口或多口)为中心的生产单元，不同生产单元的注采效率，是在分析生产单元中采油井和注水井生产效率的基础上，综合反映整个生产单元的生产效率的评价指标.油田类型、开发方式、开采条件等不同，油田开发的生产效率评价方法和相关分级标准亦不同，在此方面国内外相关研究较少.本文基于海上油田开发特点，提出全面评价水驱油田生产单元注采效率的评价指标集，并基于数学分析方法提出分级评价方法.应用本方法，结合渤海SZ油田实际开发情况，提出了针对性的开发调整措施，为油田高效开发奠定了基础.

一般常用分级评价方法主要有模糊综合评价法和灰色关联分析法，这两种方法都是根据多个指标对注采效率本身存在的特征，从数量上对其所属程度给予刻画和描述，但当多个指标之间出现严重相关性时，评价结果容易出现较大的误差，并不能全面反映油田注采效率的整体状况[6,7].因此，将可拓理论运用在油水井注采效率分级评价上，建立注采效率分级可拓综合评价方法；从定性和定量的角度反映油田生产效率本身存在状态的所属程度，刻画各指标性态的变化，很好的消除了各指标间的相关性问题[8-13].该方法考虑到注采效率分级评价指标的多级特点，首先对评价指标进行分级，再分别对各级指标赋予权重，最终实现对评价对象进行综合评价.

1 海上水驱稠油油田开采特点

渤海SZ油田属于大型河湖三角洲沉积复合体，油田储层孔隙度高，分布范围广；渗透率中等，以0.1～1μm2区间值最为发育.全油田地下原油粘度在13.4～87.8 mPa·s之间，平均为70 mPa·s.油田采取九点法注采井网滚动开发，分I期和II期，其中I期包括AI、AII、B、J四个平台；II期包括D、E，P、C、G、H六个平台，注采井距约350 m.截至到目前，含水率为72.66%，区块采油速度1.60%，可采储量采出程度为48.2%.

SZ油田属于海上开发的水驱稠油油藏，采液速度高、注采井距大，基于该区典型相渗，开发动态见图1、图2所示.

图1 SZ油田开发动态变化趋势

图2 SZ油田含水率-采出程度关系曲线

其中，无因次采油速度等于本阶段采油速度与油田开发过程中的最大采油速度的比值，无因次采油速度-可采储量采出程度关系曲线，可以反映不同开采阶段(对应可采储量采出程度)，油田采油速度相对大小的变化规律和发展趋势.

由图1可以看出：SZ油田早期开采速度大，经历中-低含水阶段的各项调整，造成采油速度波动变化较大；在目前含水阶段，随着综合含水率的逐步上升,采油速度出现加速下降的态势.而目前处于可采储量采出程度50%的关键变化节点，面临着储采比、稳产能力下降等问题，控制好该阶段的生产动态是提高油田开发效果的重点工作.SZ 油田含油面积大、生产单元多，需要提出适宜的分析方法，确定不同开发单元的注采效率，制定针对性的调整对策，来提高油田的开发效果.

2 生产单元注采效率分级评价方法

2.1 单元注采效率评价指标选择

对于水驱开发的油田，采油井产出效率应体现出在某一阶段的产液强度、产油能力、生产阻力等方面的不同；相对而言，注水井注入效率应体现出在某一阶段的注水强度、驱替效果、生产阻力等方面的不同. 通过比较和筛选，生产单元注采效率评价指标及其对应关系见表1所示.

表1 生产单元注采效率评价指标集

2.2 油井评价指标的计算方法

(1)采油井产油水平

在相对稳定生产时间段，以折算平均月产液量大小来反映采油井产液水平.其表达式为：

(1)

(2)采油井单井产液速度

在采油井控制范围内，实际年产液量与单井控制储量的比值.其表达式为：

(2)

式(2)中：Vl-采油井阶段采液速度，%；Ql-选取时间段采油井实际年产液量，104m3；Nso-单井控制储量，104m3.

采油井阶段产液速度越大，反映采油井该阶段的产出效率越高.

(3)采油井产油效率

用POI指数表征采油井的产油效率，为采油井产油率在一定开发时间内的平均值.其表达式如下：

(3)

式(3)中：POI-采油井的采油效率，小数；fw-含水率，%；t-生产时间，d.

POI指数越大，采油井产油效率越大，其产出效率越高.

(4)采油井综合生产阻力

采油井阶段累计产液量与生产压差随时间积分的比值.基于稳态牛顿流体径向流方程，采油井产出压力积分项与累积产出量LP，在直角坐标上的关系如下：

得：RP=∫(Pe-Pwf)dt/LP

(4)

式(4)中：Pe-地层压力，MPa；Pwf-采油井井底流压，MPa；LP-采油井累积产出量，104m3；Ke-有效渗透率，10-3μm2；h-有效厚度，m；re、rw-驱动半径、井径，m；RP-采油井综合生产阻力，mPa·s/(μm2·m)；Bo、μo-油的体积系数及粘度，mPa·s；S-表皮因子.

综合生产阻力反映的是采油井累积产出一定的液量，总共消耗了多少的驱动能量.其值越大，综合生产阻力越大，则采油井的产出效率越低.

2.3 注水井评价指标的计算方法

(1)注水井注水水平

在相对稳定生产时间段，以折算平均月注水量大小来反映注水井注水水平.其表达式为：

(5)

注水井阶段注入水平越大，反映注水井该阶段的注入效率越高.

(2)注水井单井注水速度

在以注水井为中心的生产单元中，实际年注入水量与单元控制储量的比值.其表达式为：

(6)

式(6)中：Vwi-注水井单井注水速度，%；Qi-选取时间段注水井实际年注水量，104m3；Nwo-生产单元控制储量，104m3.

注水井阶段注水速度越大，反映注水井该阶段的注入效率越好.

(3)注水井水窜程度

用PWI指数表征注水井的水窜程度，为注水井井底流压相对下降幅度在一定开发时间内的平均值.其表达式如下：

(7)

考虑注水井产量和生产层位影响，可修正为：

(8)

式(7)中：PWI-注水井水窜程度，小数；Pwo-关井前注水井的井口压力，MPa；Pw(t)-关井后井口压力随时间的变化，MPa；t-关井后所经历的时间，min；

式(8)中：PWI′-注水井修正水窜程度，小数；qi-注水井该阶段注水量，m3/d；hw-生产层位的有效厚度，m.

PWI指数越大，表示注水井的水窜程度越大，其注入效率越低.

(4)注水井驱替效率指数

设注水井周围共有n口采油井，根据水电相似原理，以注水井为中心，注水井周围第i口采油井方向上的渗流阻力系数为：

(9)

式(9)中：Ri-注水井渗流阻力系数，mPa·s/(μm2)；Li-注水井距第i口采油井的距离，m；hi第i口采油井的有效厚度，m；Ki-第i口采油井的有效渗透率，10-3μm2；μo-油相粘度，mPa·s.

注水井驱替效率指数反映在某一生产单元中，注水井与四周连通采油井的均衡驱替效果.其表达式如下：

(10)

式(10)中：λw-注水井驱替效率指数,小数；Pw-注水井井底压力，MPa；Pwfi-注水井周围第i口采油井的井底流压，MPa.

注水井驱替效率指数反映注水井平面驱替效果的好坏，其值越大，说明注水井平面驱替越均衡，注水井注入效率越高.

3 基于可拓理论分级评价单元注采效率

3.1 注采效率评价程序

基于目标油田各个采油、注水井的实际生产情况，参照评价率指标的定义和取值方法，使用以下步骤分别进行注采效率的分级评价.

第一步：统计实际油田的每一个生产单元，根据单元中每口采油井、注水井的动态资料，按照前述计算方法，分别确定表1中的各项评价指标值的大小，形成样本分析数据库.

第二步：针对实际油田每口油注水井评价指标计算结果，基于可拓分级评价方法，进行油田不同生产单元注采效率分级评价计算.

① 确定油田注采效率分级评价指标，并建立评价指标经典域和节域，见表2所示.

表2 生产单元注采效率评价指标集及分级标准

② 建立关联函数，计算关联度；

③ 确定各级评价指标的权重系数；

④ 计算综合关联度；

⑤ 确定待分类注采效率分级类别.注采效率表征在油藏不同区域、不同生产单元，在不同阶段的生产效果，其值越大(分级越高)，表明该区域油、水井生产效率越高.

第三步：根据实际油田不同生产单元注采效率分级评价结果，绘制注采效率分布图，结合每口井地质条件、开发条件和目前动态，确定不同区域的适宜调整措施.

3.2 可拓综合评价方法

3.2.1 确定评价对象的经典域和节域

物元是可拓学认识世界的基本逻辑细胞[12]，以有序的三元组R=(N,c,v)作为描述“生产单元注采效率”分级评价的基本物元.

在这里，令

(11)

式(11)中：Rj是为描述“生产单元注采效率”分级评价，且含有经典域vji的三元组，Nj为“生产单元注采效率”划分的第j类别，ci为“生产单元注采效率”分类第i个评价指标(i=1,2,…,n)，vji为Nj关于ci规定的量值范围，即每个类别关于对应的评价指标下所取的数值范围，此为经典域. 在这里，令

(12)

式(12)中：Rp是为描述“生产单元注采效率”分级评价，且含有节域vpi的三元组，Np为“生产单元注采效率”所划分的所有类别，vpi为Np关于ci所取的量值范围，即为Np的节域.

3.2.2 计算关联度

在“生产单元注采效率”分级的评价指标中，对各个级别的关联度计算公式如下：

kikj(xik)=

(13)

式(13)中：Xik为第k个二级指标的节域，xik为第i个一级指标下的第k个二级指标的数值；X0kj为第k个二级指标的第j类别的经典域，x0kj为X0kj区间最优点，则kikj(xik)为(xik)的关联函数.

在式(13)中，不同类型的指标ρ(x,x0,X0)计算方法不同，其具体计算公式如下：

(Ⅰ)类：指标越大越优型.如油井产油水平、产液速度、产油效率和水井注水水平、注水速度、驱替效率指数等.

(14)

(Ⅱ)类：指标越小越优型.如油井综合生产阻力和水井水窜程度等.

(15)

3.2.3 确定权系数

在“油水井注采效率”分级评价时，各级评价指标对油田类别影响程度不同，在确立指标体系后，必须对这些评价指标赋予不同的权系数.

本文采用专家打分法(也可用层次分析法等)，确定“生产单元注采效率”分级评价各级指标之间的相对重要性次序，从而获一级指标权系数Wi，其对应的二级指标SIi-k的权系数为Kij.

3.2.4 综合评价

由二级指标权系数和关联度，对“生产单元注采效率”分级一级指标SIi进行一级评价，一级指标SIi对应各类别的综合关联度为Kij.

(16)

4 油田实际应用分析

4.1 生产单元注采效率分级评价结果

依据本文方法结合渤海SZ油田实际生产状况，对采油井、注水井生产效率评价指标分别进行计算和统计分析，得到该油田生产单元注采效率评价指标分级标准，结果见表2所示.

基于本文前述的可拓分级评价步骤，对渤海SZ油田的不同生产单元，进行注采效率分级评价(包括单元中采油井的产出效率，注水井的注水效率)，作为油田进行开发调整的基础.

4.2 基于注采效率分析确定调整策略

依据本文方法对渤海SZ油田采油井、注水井进行生产效率计算，得到不同生产单元注采效率分布图.结果见图3所示.

图3 渤海SZ油田不同区域注采效率分布图

由图3可以看出：在渤海SZ油田，采油井整体生产状况较好，只有局部区域属于四类；而油藏整体东部区域，注水井注水量、水驱驱替情况较差.相比较而言，A注采井区油水控水稳油能力最好，且注水井生产单元见效系数高，能够实现有效驱替；B、J、C、D、E、G注采井区次之；F、H注采井区既是采油井稳油控水能力弱的区域，也是注水井生产单元见效较差的区域. 通过分析油田不同生产单元注采效率的平面分布，以及注采对应关系和目前状况，来确定不同区域的调整对策.不同级别生产单元及调整对策说明见表3所示.

表3 不同级别生产单元及调整对策说明

5 结论

通过以上研究，可以得出以下结论：

(1)综合考虑生产强度、产油或驱替效果和综合生产能力等方面，结合适宜得数学统计分析方法，可以全面反映和定量描述不同生产单元在开发过程中的注采效率.

(2)基于可拓理论建立了海上油田生产单元注采效率分级评价的综合评价方法，该方法计算简捷、直观、且容易实现，评价参数和评价结果可以较好地反映实际油田开发特点.

(3)基于可拓理论、考虑油注水井生产效率，来评价水驱油田不同区域、不同生产单元的注采效率，结合油田开发条件分析，可综合多因素的影响，提出适宜的针对性调整措施，为油藏开发调整奠定基础.

[1] 陈民锋，时建虎，盖 建，等.一种评价油注水井生产能力的新方法及其应用研究[J].复杂油气藏，2015，8(1)：41-43.

[2] 苏彦春，王月杰，缪飞飞.水驱砂岩油藏开发指标评价新体系[J].中国海上油气，2015，27(3)：60-65.

[3] 陈民锋，姜汉桥，朱龙权.水驱砂岩油藏注采窜流井区判别研究[J].复杂油气藏，2011，4(1)：46-49.

[4] 赵东锋，陈民锋，廖新维,等.BD油田裂缝性油藏注采窜流程度判别研究[J].特种油气藏，2012，19(5)：107-110.

[5] 陈民锋，郎兆新，张兴焰.模糊综合评判法评价油田注水开发状况[J].断块油气田，2001，8(2)：27-30.

[6] 蔡 文.可拓工程方法[M].北京：科学出版社，1997：68-80.

[7] 蔡 文，杨春燕，何 斌.可拓学基础理论研究的新进展[J].中国工程科学，2003，5(2)：80-87.

[8] 胡宝清，张 轩，卢兆明.可拓评价方法的改进及其应用研究[J].武汉大学学报(工学版)，2003，36(5)：79-84.

[9] 原国红，陈剑平，马 琳.可拓评判方法在岩体质量分类中的应用[J].岩石力学与工程学报，2005，24(9):1 539-1 544.

[10] 李 琴，王国会，陈清华.可拓分类方法及其在流动单元分类中的应用[J].地球物理学进展，2007，22(6)：1 975-1 979.

[11] 陶 跃，田迎华.多级可拓评价方法在网络安全评价中的应用[J].吉林大学学报(信息科学版)，2013，31(1)：95-100.

[12] 刘卫林，董增川，陈南详，等.基于多指标多级可拓评价的地下水环境脆弱性分析[J].地质灾害与环境保护，2007， 18(1)：83-87.

[13] 韩玉坤，姚光明，高 强，等.多级可拓评价法在储注气油藏筛选中的应用[J].天然气工业，2012，32(9)：88-91.

【责任编辑：蒋亚儒】

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 基金项目：国家重大科技专项项目(2016ZX05058)

马奎前(1971-)，男，山东沂水人，高级工程师，硕士，研究方向：油气田开发工程、油气田开发与生产

1000-5811(2017)02-0103-07

TE341

A