基于模糊評價的烴類氣驅(qū)候選油藏優(yōu)選方法

李光帥，黃 鵬，楊照君，胡 偉

(1.中國石油冀東油田南堡作業(yè)區(qū)，河北 唐山 063200;2.中國石油青海油田勘探開發(fā)研究院，甘肅 敦煌 736202;3.中國石油大港油田采油五廠，天津 300283;4.中國石油大學石油工程學院，北京 102249)

氣驅(qū)是繼水驅(qū)、聚合物驅(qū)之后提高原油采收率的又一重要途徑，氣驅(qū)技術(shù)已在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用［1］。在實施注烴氣提高采收率項目之前，需要對候選油藏進行注烴氣適宜度評價，可提高注烴氣的成功率和經(jīng)濟效益。1996年Daniel Diaz提出了用參數(shù)權(quán)重向量乘以參數(shù)適度矩陣來對油藏進行綜合評價。Daniel Diaz提出的方法存在不足，就是沒用較強理論依據(jù)的數(shù)學方法去確定評價參數(shù)的權(quán)重［2］。李士倫針對3種不同注入氣(烴類氣、CO2、N2)，對原油性質(zhì)、油藏性質(zhì)給定了具體的建議值范圍［3］。熊鈺［4］首次提出用模糊層次分析法對注CO2混相驅(qū)油藏進行綜合評價。由于影響注烴氣開發(fā)效果的因素多且很復雜，目前尚未形成統(tǒng)一的評價標準，有些目標油藏往往不具備注烴氣開發(fā)的條件，實施結(jié)果不盡人意。通過對影響注烴氣開發(fā)效果的原油特性、油藏特性及巖石特性的綜合分析，結(jié)合國內(nèi)外成功注烴氣案例，提出利用多層次模糊綜合評價法優(yōu)選最適宜注烴氣的候選油藏。

1 多層次模糊綜合評價模型的建立

1.1 模糊綜合評價原理

模糊綜合評價是以模糊數(shù)學為基礎(chǔ)，應(yīng)用模糊關(guān)系合成的原理，從多個因素對被評價的事物隸屬等級狀況進行的綜合性評價。設(shè)式中，U 為因素集(n=1，2，…，n);V 為評語集(m=1，2，…，m)

單獨從一個因素ui出發(fā)進行評價，以確定因素集U對評價集V的隸屬程度，稱為單因素模糊評價，即

式中，Ri為對單因素ui的單因素評價集;rij為第i因素對第j評語的隸屬度。在構(gòu)造了等級模糊子集后，就要逐個對被評價對象每個因素ui進行量化，確定各因素的隸屬度，進而得到模糊關(guān)系矩陣R:

為了反映各因素ui的重要程度，對各個因素ui分配給一個相應(yīng)的權(quán)數(shù)ai(i=1，2，…，i)，再由各權(quán)重組成的一個模糊集合A就是權(quán)重集。

最終，將權(quán)重集A與模糊關(guān)系矩陣R合成得到各被評價對象的模糊綜合評價結(jié)果向量B。

1.2 評價指標體系的建立

影響烴氣驅(qū)開發(fā)效果的因素是多方面的，通過調(diào)研分析可以看出，主要因素包括原油特性、油藏特性以及巖石特性。其中，原油特性主要包括原油密度、原油黏度、剩余油飽和度;油藏特性主要包括油藏溫度、油藏深度、地層壓力、儲層厚度、地層傾角;巖石特性主要包括滲透率、有效孔隙度、潤濕性。

定義:原油特性U1={地面原油密度，地層原油粘度，剩余油飽和度};油藏特性U2={油藏溫度，油藏深度，地層壓力，儲層傾角};巖石特性U3={滲透度，有效孔隙度，潤濕性}。它們作為一級模糊評價因素。并根據(jù)各因素之間的相互關(guān)系及一級模糊評價結(jié)果，將原油特性、油藏特性和巖石特性三組作為二級模糊評價因素，U={原油特性，油藏特性，巖石特性}。

式中，ni為評價參數(shù)區(qū)間中所含有的成功注烴氣油田個數(shù);Δki為評價參數(shù)的區(qū)間;ki為各區(qū)間對應(yīng)的評價參數(shù)中值;f(ki)為各ki值對應(yīng)的項目分布密度函數(shù)值。

運用式(8)計算出各個評價指標的分布區(qū)間［5］，建立注烴氣篩選參數(shù)等級劃分，并將評價指標分為5個等級。以原油特性中的原油黏度為例，計算出不同原油黏度區(qū)間內(nèi)的分布密度值見表1。繪制原油黏度分布圖，見圖1。

表1 烴類氣驅(qū)原油黏度分布表

圖1 原油黏度分布密度

由圖1可知，原油黏度在小于1.0 mPa·s的范圍內(nèi)成功實施注烴氣開發(fā)的油藏數(shù)最多，隨著原油黏度的增加，成功進行注烴氣的油藏數(shù)越來越少。因而得出原油黏度的評價標準表，見表2。同理，可以確定其他10個評價指標的等級劃分，見表3。

表2 原油黏度評價標準

表3 注烴氣參數(shù)篩選等級劃分

1.3 評價指標隸屬度及權(quán)重的確定

隸屬度表征的是每個因素在評語集上的單因素評價值。隸屬度函數(shù)的計算方法有多種，但各有優(yōu)缺點［6］，通過對多種方法的綜合分析，最終選用模糊統(tǒng)計法，即在大量調(diào)研的基礎(chǔ)上，對國內(nèi)外100多個成功實施注烴氣開發(fā)的油藏［7］進行統(tǒng)計和歸納，計算出各評價指標中不同區(qū)間內(nèi)成功項目的比例，即為各指標不同區(qū)間下的隸屬度值。該方法能準確直觀地反映各指標不同區(qū)間內(nèi)的隸屬程度，相比其他方法具有很高的可信度。

評價矩陣是油藏單一參數(shù)對注氣適宜度的評價，對油藏注烴氣適宜度的綜合評價需要確定不同參數(shù)的相對重要性，即權(quán)重集。計算權(quán)重值的方法主要有3種:層次分析法、加權(quán)平均法和專家估計法。現(xiàn)擬在層次分析法的基礎(chǔ)上，采用專家評估法進行二次修正。

1)層次分析法。將某個問題的順序分解為不同的層次結(jié)構(gòu)，再用求解判斷矩陣特征向量法，求得每一層次的各因素對上一層次某因素的優(yōu)先權(quán)重。層次分析得到原油特性的權(quán)重集:

2)專家估計法。專家評價的準確程度取決于專家的閱歷經(jīng)驗及知識豐富的廣度和深度。通過相關(guān)文獻調(diào)研以及注烴氣提高采收率影響因素的研究，項目組專家結(jié)合該區(qū)油藏實際地質(zhì)與開發(fā)情況，對比分析評價指標中各因素，確定了各因素的權(quán)重系數(shù)。

1.4 多層次模糊評價結(jié)果

將原油特性的權(quán)重集A1與原油特性中各因素的隸屬度構(gòu)成的模糊矩陣R1合成，即可得到原油特性的一級模糊綜合評價結(jié)果B1=A1·R1。同理，油藏特性的一級模糊評價結(jié)果B2=A2·R2，巖石特性的一級模糊評價結(jié)果B3=A3·R3。從而計算出二級模糊綜合評價結(jié)果B=A·R。

2 實例應(yīng)用

2.1 多層次模糊評價應(yīng)用

根據(jù)上述原理，對J油田3個候選油藏進行優(yōu)選，確定3個油藏注氣可行性并驗證該方法的正確性。3個候選油藏的靜態(tài)參數(shù)見表4。

表4 候選油藏的靜態(tài)評價參數(shù)

以J13斷塊為例，由統(tǒng)計而得的原油特性中各指標的隸屬度值，確定一級模糊評價矩陣:

將原油特性的權(quán)重集A1與原油特性中各參數(shù)的隸屬度構(gòu)成的模糊矩陣R1合成，即可得到原油特性的一級模糊綜合評價結(jié)果B1=A1·R1={0.222，0.511，0.247，0.018，0.002}。同理，可以得到油藏特性的一級模糊綜合評價B2=A2·R2={0.182，0.165，0.345，0.17，0.138}，巖石特性的一級模糊綜合評價 B3=A3·R3={0.196，0.335，0.358，0.102，0.01}。由一級模糊綜合評價結(jié)果計算出二級模糊綜合評價結(jié)果B=A·R={0.198，0.32，0.319，0.104，0.059}。根據(jù)最大隸屬度原則［14］，從計算結(jié)果可以看出J13的評語隸屬度值主要集中于“較好”，即適合注烴氣開發(fā)。

同理，可以得出候選油藏的評價結(jié)果見表5。J17斷塊評語主要集中于“中等”，即可以進行注烴氣開發(fā)，但開發(fā)的效果不如J13斷塊。J5斷塊評語“較差”占主導地位，即不適合注烴氣開發(fā)，注烴氣開發(fā)效果較差。

表5 候選油藏注烴氣適宜度評價結(jié)果

2.2 數(shù)值模擬結(jié)果

對3個候選油藏進行注烴氣適宜度評價后，再對J13斷塊、J17斷塊和J5斷塊油藏進行數(shù)值模擬研究及開發(fā)效果評價，以驗證所建立的多層次模糊綜合評價法的可靠性及實用性。開發(fā)效果評價見圖2～圖4。

圖2 J13斷塊采收率與含水率的關(guān)系曲線

圖3 J17斷塊采收率與含水率的關(guān)系曲線

圖4 J5斷塊采收率與含水率的關(guān)系曲線

由圖2～圖4可以看出，對比水驅(qū)開發(fā)的采收率和氣水交替驅(qū)采收率，氣水交替驅(qū)能夠有效降低3個候選油藏的含水率，同時氣水交替驅(qū)采收率較水驅(qū)采收率均有不同程度的提高。J13斷塊實施注烴氣開發(fā)后，含水上升速度比水驅(qū)緩慢，最終采收率比水驅(qū)最終采收率高13.69%。J17斷塊在氣水交替驅(qū)初期，含水率迅速降低，比水驅(qū)含水率降低39.11%，當采收率超過5%后，含水率快速上升，最終采收率比水驅(qū)最終采收率高7.65%。J5斷塊注烴氣開發(fā)效果相對較差，當采出程度達到30%時，含水率快速上升至82%，采出程度開始降低，最終采收率比水驅(qū)最終采收率高 4.33%。

綜上所述，J13斷塊最終采收率的提高幅度在3個候選油藏中最高，開發(fā)效果最為明顯。J17斷塊最終采收率提高了7%左右，并且減緩了含水上升速度。J5斷塊與J13和J17斷塊相比，注烴氣開發(fā)效果并不明顯。因此，J13斷塊油藏采用注烴氣開發(fā)效果更好，這與前面的模糊綜合評價結(jié)果一致。

3 結(jié)論

1)通過對候選油藏的注烴氣適宜度多層次模糊綜合評價，給出候選油藏是否適合注烴氣的可靠程度，能夠比較真實地反映候選油藏注烴氣的潛力大小。

2)模糊綜合評價法的準確性與評價指標的隸屬度和權(quán)重值的選取有關(guān)，模糊統(tǒng)計法、層次分析法及專家評估修正法3種方法的引用，能夠準確描述各參數(shù)之間的相互影響程度和隸屬度。

3)運用模糊綜合評價法優(yōu)選油藏注烴氣可以有效降低油藏選擇的風險和盲目性，提高成功率和經(jīng)濟效益。通過實例計算驗證了多層次模糊綜合評價法，其具有很強的實用性和可靠性。

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