油藏初始流场评价方法研究

2020-12-10刘金华陈洪才蔡新明孙东升

复杂油气藏 2020年3期

刘金华，陈洪才，蔡新明，陈刚，孙东升

（中国石化江苏油田分公司勘探开发研究院，江苏扬州225009）

前人针对油藏流场或者优势流场的研究已有数十年的历史，油气存储空间和存储流体以及流体在油藏中渗流特征的总称定义为油藏流场，油藏流场是石油、天然气、地层水、注入水等流体在油气存储空间流动的过程，油气存储空间主要包括岩石的孔隙、裂缝、溶洞等［1-6］。

陈永生于1998年系统总结了油藏流场的特性、影响因素及对剩余油的控制等研究［1］之后，大量学者对油藏优势流场进行了研究，采用动态关联法、模糊综合评判法、流线模拟法、试井法等多种方法对优势流场进行识别及评价［2-5］。现有国内外研究成果多集中于油藏流场评价，特别是优势流场评价研究成果较多，主要针对油藏流场存在的目前流场强度（瞬时量）和累积流场强度（累积量）等物理量开展的相关研究［1-6］。

江苏油田经过40年的开发，含水大于80%的高含水油田储量占全油田动用储量的一半以上，油田整体进入高含水开发阶段。现阶段主力油田已进行过多轮次的细分调整和注采完善，继续细分加密调整的潜力很小，有必要对油藏开展水动力调整，提高注水开发效果。为满足油藏水动力调整需要，本研究提出油藏初始流场，对油藏初始流场评价方法开展研究，将油藏开发后期形成的优势流场与初始流场进行对比，为深入研究剩余油富集规律提供依据。

1 油藏初始流场的概念及研究思路

砂岩油藏初始流场定义为油藏在开发初期油藏未经注水等后期改造状态下的潜在流体渗流能力。通过流场的构造主控因素与储层主控因素分析，以地质主控因素为重点，优选各类油藏主控因素，利用模糊综合评判方法，形成一套油藏初始流场定量表征方法。

流场的强弱由多方面因素造成，且各因素之间相互影响和制约。注水开发油藏的储层非均质性会导致水线推进不均匀，致使剩余油分布不均，或注入水突进使油井暴性水淹，影响开发效果。目前，研究储层非均质性多采用评价单项参数的方法，如评价孔隙度、渗透率变异系数、突进系数等，或者将多个储层参数罗列进行比较。这些方法从不同角度反映了储层非均质性，但存在一些不足：有时多个参数表征不一；衡量多个参数时，加入了更多的人为主观因素。因此有必要对储层非均质性进行深入分析和定量描述。通过流场的构造主控因素与储层主控因素分析，以地质主控因素为重点，优选各类油藏主控因素，形成一套油藏初始流场定量表征方法。

此外，各因素对油藏流场整体的影响和相互关系很难用精确的概念表述，即整个评价过程是非线性的。模糊综合评判法是基于评价过程的非线性特点而提出，是运用模糊数学中的模糊运算法得到量化评价结果的过程［7-11］。因此，优选模拟综合评判法来进行初始流场的定量表征。

2 综合评判方法原理

模糊综合评判法是用模糊线性变化的数学方法来评价各指标对评价对象的影响程度，其本质是通过模糊线性变化建立评判矩阵，得到一个模糊集合的评价结果［11］。

首先选取影响油藏开发效果的因素组成因素集，根据专家意见确定评价其结果的评语集，然后确定各因素对评价结果的权重集。通过试算选取合适的隶属函数，计算评价对象的评判矩阵，通过模糊变换得到评判结果。

（1）确定研究区块各井、各层的研究对象，记为：

（2）确定研究对象各属性的集合。如渗透率等参数的集合，记为：

（3）确定指标矩阵，矩阵元素为属性参数。

A也可表示为AT=［A1，A2，A3，……An］，其中

（4）归一化指标值，元素aij可按下式进行归一化处理为元素bij，给出各评价指标之后，根据最大、最小值方法对各影响因素进行无量纲化处理。

对于正相关的影响因素，如渗透率等采用式（4）进行归一化；对于负相关的参数，采用式（5）进行归一化。归一化后的矩阵为：

（5）权重的确定。给出每个指标对应的权值，得到权重向量：

（6）计算初始流场评价指数I。

求得初始流场评价指数向量I=（i1，i2，i3，…in），其中i∈（0，1），I越大，流场越强；I越小，流场越弱。

3 评判指标权重的确定

确定评判指标权重的方法有层次分析法、统计法、模糊关系方程求解法等几种。本次研究采用层次分析法，其具有简单易操作、理论成熟、自适应性好、计算精度高等优点。

层次分析法（The Analytic Hierarchy Process，简称AHP），是一种定量与定性相结合，将人的主观判断用数量形式表达和处理的方法［12］。层次分析法由匹兹堡大学的A L Satty教授于1970年代初创立，是将复杂的问题划分为多个层次，再基于客观现实判断，即构造判断矩阵，对每个元素在每个层次的相对重要性进行定量表示。通过求解矩阵的最大特征根和相应的特征向量，确定每一层次元素的相对重要性。

3.1 建立层次结构模型

分析系统中各因素间的关系，定义问题所需的总体目标和影响总体目标的因素，并根据因素间的主导关系建立层次结构模型。

3.2 构造判断矩阵

对每个因素所支配的下层因素进行两两比较，比较它们对上层因素的重要性，并用数字表示，从而构成一个两两判断矩阵。根据研究区块的实际开发经验和专家讨论结果给出两两打分结果，构造判断矩阵。

3.3 计算权向量并做一致性校验

若一致性校验通过，特征向量即为权向量；若一致性校验不通过，需重新构造对比矩阵。

3.3.1 判断矩阵的一致性

3.3.1.1 判断一致性

如果判断矩阵的每个元素满足aik×ajk=aij，则判断矩阵具有一致性。假设判断矩阵A，如果每一列向量具有相同的排序结果，则称A为判断一致性矩阵。当判断矩阵具有一致性时，可以认为决策者的思路清晰，判断矩阵合理。

3.3.1.2 局部序传递性矩阵

在正互反矩阵A=（aij）n×n中，如果对任意k，有aik≥ajk或aik≤ajk，则称i、 j行元素间存在局部序传递性。由于单一准则决策主要用于选择最优解，因此如果求得右主特征向量的最大分量为wt，且t行与其余各行元素存在局部序传递性，则仍接受该判断矩阵。

3.3.2 判断矩阵一致性校验方法

3.3.2.1 列向量归一化

选择最大、最小值方法对各参数进行无量纲处理。

3.3.2.2 求最大特征根（λmax）

式中：Ai为A的第i个元素。

计算一致性指标和相对一致性指标：

RIA为平均随机一致性指标（见表1）［12］，取决于判断矩阵的阶数［5］，n为矩阵阶数。

表1 1～10阶矩阵RIA取值

CRA为随机一致性比率，CRA=CIA/RIA，与0.1比较来判断一致性，若CRA<0.1，则为一致性。

3.4 由判断矩阵计算相对权重

由判断矩阵计算权重的方法有多种，本次研究用求和法计算。对判断矩阵的列向量归一化，然后将归一化的矩阵的各行求和并归一化列向量。

4 初始流场综合定量评价

4.1 评价指标的选取

根据重要性、独立性、实用性和全面性的原则［13-14］，选取了对初始流场影响明显的储层非均质性、渗透率、沉积相、裂缝、黏土含量、原油黏度和地层倾角为评价指标。

（1）储层非均质性（H）：储层非均质性反映砂体的渗透性变化，会导致水线推进不均匀，致使剩余油分布不均，或注入水突进使油井暴性水淹影响开发效果，直接影响着注水油田的水驱开发效果。

（2）渗透率（K）：渗透率是油水平面运动的主要因素，也是控制流场分布的主要因素。注水井储层渗透率与注入水流量成正比，渗透率越高注入水流量越大，对储层岩石的冲刷越严重，优势流场也越容易形成。中高渗开发单元不同井点处的渗透率差异较大，容易在渗透率高的井组间形成优势流场。

（3）沉积相（S）：沉积环境是储层储集性能的主要影响因素之一，也是最基础的影响因素。如三角洲相中的水下分流河道沉积微相属于有利储层，该类砂体形成于水动力强的地方，受水流改造好，砂岩成熟度高，泥质灰质含量低，储层物性好。而水道侧缘相等沉积相带则属于不利储量，该类砂体形成于水动力条件差的地方，水流作用弱，尤其在浅水平静处，沉积颗粒细，泥质含量高，储层物性差。

（4）微裂缝/压裂缝（F）：由于实验样品要求，裂缝在孔渗等物性试验中无法体现，但其可以改善储层的连通性和渗透性，控制油井初期产能和油井含水上升规律，在渗流方向上起决定作用。压裂缝在地层中的出现相当于均质地层中出现了一条超高渗透性条带，裂缝导流能力越高，油层非均质性越强。根据裂缝发育程度，分别取值0.8，0.6，0.4，0.2，0。压裂井的压裂层位取值1.0，数值越大，裂缝对初始流场的影响越大。

（5）黏土矿物（C）：黏土矿物变化对注水开发的影响主要是由于黏土矿物变化对储层物性产生影响，间接影响油气的采出和注水效率，黏土矿物受注水冲刷易遇水膨胀或者运移，从而改变储层的渗透率及注入水方向。

（6）原油黏度（V）：原油黏度与油水黏度比成正比，原油黏度大，油水黏度比也高，油水在高、低渗透层的渗流能力差异越明显。随着注水量增加，注入水更容易在渗透性高的储层中流动，剩余油在低渗透性储层中难以被波及，从而加剧了油藏流场分布的非均质性。反之，若原油黏度小，油水黏度比也低，储层中注入水驱油效果变好，油藏流场的非均质性也随之变弱。

（7）地层倾角（D）：江苏油田油藏地层倾角从2.6°到30°均有发育。在地层倾角较大的油藏，重力作用随地层倾角变大逐渐变大，如位于注水井上方的油井比下方的油井见水晚，且见水后含水上升速度慢。