稠油油藏水平井CO2吞吐井位篩選的模糊評判法

李亞輝，彭彩珍，李海濤，鐘吉彬（.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，成都60500；.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，西安7008）

稠油油藏水平井CO2吞吐井位篩選的模糊評判法

李亞輝1，彭彩珍1，李海濤1，鐘吉彬2
（1.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，成都610500；2.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，西安710018）

CO2吞吐措施可提高稠油開發(fā)效益，因此，應(yīng)根據(jù)候選井的地質(zhì)條件和井況等指標(biāo)對吞吐井進(jìn)行篩選?；谙嚓P(guān)資料及數(shù)值模擬成果，考慮油藏性質(zhì)、流體特征以及水平井開采長度等指標(biāo)，提出了適用于稠油油藏水平井CO2吞吐的井位篩選評價指標(biāo)體系及等級劃分方法，利用模糊評判理論與信息熵理論，提出了井位篩選的具體方法和步驟。根據(jù)X油藏已實(shí)施吞吐31口井的數(shù)據(jù)對所提方法進(jìn)行了驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果與實(shí)際施工情況比較吻合，表明所提方法是可行的，為類似的稠油油藏采用水平井CO2吞吐提供借鑒。

CO2吞吐；選井；水平井；稠油油藏；模糊評判

CO2吞吐因其成本低、可回收重復(fù)利用、環(huán)保以及與原油具有較好的混溶性等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用[1]，且原油黏度越高，注入CO2后黏度降低越明顯[2]。因此，采用CO2吞吐比采用其他措施處理低產(chǎn)稠油油井，尤其是高含水井要經(jīng)濟(jì)得多。影響單井CO2吞吐效果的因素比較多，主要包括井位篩選、注采工藝參數(shù)、采油工藝措施等[3]。運(yùn)用模糊評判法來篩選候選井位已有不少研究[4-14]，但大多沒有考慮井型對吞吐效果的影響。

本文綜合考慮油藏性質(zhì)、儲集層流體性質(zhì)、水平井水平段開采長度等因素，建立了適用于稠油油藏水平井CO2吞吐篩選井位的模糊綜合評價體系及等級劃分方法。

1 單井CO2吞吐模糊綜合評判方法

1.1 評價指標(biāo)體系

不同油藏條件下，受巖石性質(zhì)、流體特征等條件的影響，CO2增油的機(jī)理不盡相同。綜合考慮油藏特性、巖石性質(zhì)、流體特征等條件，建立了復(fù)雜斷塊稠油油藏水平井CO2單井吞吐的評價指標(biāo)體系；參考國內(nèi)外相關(guān)研究成果[4-13]，結(jié)合數(shù)值模擬與數(shù)理統(tǒng)計(jì)等方法，對評價指標(biāo)進(jìn)行了等級劃分，提出了稠油油藏水平井CO2吞吐選井評價標(biāo)準(zhǔn)（表1）。

影響CO2吞吐效果的指標(biāo)包括以下因素。

（1）目的層厚度注入的CO2將對原油進(jìn)行體積增容，同時形成溶解氣驅(qū)，油層厚度的增加容易在近井區(qū)域產(chǎn)生有效的超覆作用，有利于剩余油的流動，并且較厚的油層相對不容易發(fā)生氣竄，最終提高增油效率，在采用水平井開采時，結(jié)合數(shù)值模擬可以確定，油層厚度在7 m以上時吞吐效果比較好。

（2）水平井開采特征長度開采特征長度是指水平井水平段目前開采長度與井距的比值。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，隨著水平井開采特征長度的增加，整個增油效果呈現(xiàn)先增后降的趨勢，用數(shù)值模擬建立概念模型進(jìn)行模擬計(jì)算，得出的結(jié)論與統(tǒng)計(jì)結(jié)果一致，最終確定水平井開采特征長度值為0.26~0.40時，對吞吐最為有利。

表1 CO2吞吐水平井井位篩選評價指標(biāo)等級劃分

（3）油層溫度油層溫度越高，越有利于注入的CO2膨脹，發(fā)揮溶解氣驅(qū)作用，提高吞吐驅(qū)油效果，但過高的溫度會導(dǎo)致CO2在原油中的溶解度降低[4]，數(shù)值模擬表明，油層溫度在120~130℃最為有利。

（4）原油密度CO2吞吐降黏過程依賴于CO2在原油中的溶解度，在“吞”的過程中，過高的原油黏度不利于CO2對原油輕質(zhì)組分的抽提和溶解[5]，因此原油密度和黏度越小，越有利于增加吞吐效果。

（5）油層壓力油層壓力越小就越有必要注入CO2，通過注入氣的膨脹作用，補(bǔ)充地層能量，改善流動性[5]，從而增加產(chǎn)能。當(dāng)?shù)貙訅毫Ω哂贑O2與原油的最小混相壓力時，原油與CO2不易達(dá)到混相狀態(tài)，從而減小了井筒附近剩余油飽和度，不利于吞吐。因此油層壓力不應(yīng)高于CO2與原油的最小混相壓力。數(shù)值模擬表明，當(dāng)壓力低于泡點(diǎn)壓力時原油黏度會大幅度增加，析出的天然氣會消耗地層能量，導(dǎo)致吞吐效果變差。X油藏實(shí)際數(shù)據(jù)表明，油層壓力在10~ 17 MPa最為有利。

（6）滲透率變異系數(shù)非均質(zhì)性對CO2吞吐效果有很大的影響。統(tǒng)計(jì)表明，對于水平井，滲透率變異系數(shù)小于0.75最為有利。

（7）剩余油飽和度剩余油飽和度越大，油、氣產(chǎn)量越大，含水率越低，對吞吐越有利。飽和度太低會導(dǎo)致驅(qū)替過程中難以形成連續(xù)油帶，達(dá)不到預(yù)期的吞吐效果。數(shù)值模擬指出，剩余油飽和度大于35%最為有利。

（8）孔隙度據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及數(shù)值模擬結(jié)果得出，孔隙度大于25%最為有利。

（9）油層深度油層深度對CO2吞吐效果的影響比較小，其變化規(guī)律與油層壓力一致。

（10）滲透率由數(shù)值模擬結(jié)果得出，滲透率大于1 100 mD時，吞吐效果隨滲透率的變化幅度較小；而小于600 mD時，對吞吐效果的影響較大。因此，滲透率在大于600 mD時較有利于吞吐。

（11）含水率實(shí)際數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果表明，含水率越高，吞吐效果越差。

對于油層壓力與油藏深度兩項(xiàng)指標(biāo)可以根據(jù)不同油藏的特性進(jìn)行具體劃分。

1.2 井位篩選步驟

模糊綜合評判是應(yīng)用模糊變換原理和最大隸屬度原則，考慮與評價對象相關(guān)的各種影響因素，對評價對象進(jìn)行綜合評價[6-8]。根據(jù)CO2吞吐候選井主要影響因素和評判準(zhǔn)則，利用模糊綜合評判理論進(jìn)行井位篩選，主要步驟如下。

（1）確定影響因素集U影響評價結(jié)果的所有指標(biāo)構(gòu)成的集合稱為因素集。本文的評判因素集為影響吞吐效果的12個指標(biāo)所構(gòu)成的集合。

（2）確定評判集V根據(jù)實(shí)際需求可將評判對象的某一項(xiàng)指標(biāo)劃分為不同的等級，所劃分的等級即構(gòu)成評判集。

（3）確定評判矩陣R將因素集U用某一隸屬度函數(shù)進(jìn)行處理，使所有因素集中的數(shù)據(jù)全都轉(zhuǎn)換到0到1之間，它表示評判對象的某一指標(biāo)對應(yīng)于評判集中的某一等級的可能性。

（4）影響因素權(quán)重W影響因素權(quán)重表示某一影響指標(biāo)對整個評判結(jié)果的重要程度，由全部影響因素的權(quán)重所構(gòu)成的集合即為影響因素權(quán)重。

（5）模糊綜合評判選用某一種模糊變換對評判矩陣R與影響因素權(quán)重W進(jìn)行模糊運(yùn)算，然后根據(jù)最大隸屬度原則對評判結(jié)果進(jìn)行篩選得出結(jié)論。

2 某稠油油藏X水平井CO2吞吐實(shí)例

選取X油藏31口已經(jīng)實(shí)施吞吐的井作為評判對象，影響因素集U為表1中的12個影響指標(biāo)，評判集V將影響指標(biāo)劃分為5個等級，分別為好、較好、中等、較差和差。

2.1 模糊評判矩陣

通過文獻(xiàn)調(diào)研，選擇如下隸屬度[8]處理因素集中的數(shù)據(jù)，從而得到模糊評判矩陣。在構(gòu)建評判矩陣時將評價指標(biāo)分為越大越優(yōu)和越小越優(yōu)2類。

（1）對于越大越優(yōu)的指標(biāo)，即該指標(biāo)值x越大越有利于進(jìn)行CO2吞吐。

（2）對于越小越優(yōu)的指標(biāo)，即該指標(biāo)值x越小越有利于進(jìn)行CO2吞吐。

（1）式—（10）式中，a，b，c和d為評價指標(biāo)體系中等級劃分界限值。

對于在部分區(qū)間越大越有利，而在另外區(qū)間則越小越有利的指標(biāo)，則將其分成兩個部分進(jìn)行計(jì)算，因素集中數(shù)據(jù)通過（1）式—（10）式的變換后，對于其中可能存在大于1的數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)截取為1.為突出隸屬等級差異，即區(qū)分靠近等級劃分邊界數(shù)據(jù)的歸屬，將（1）式—（10）式的計(jì)算結(jié)果修正為f（x）*=f（x）e5.

2.2 指標(biāo)權(quán)重

本文采用變異系數(shù)法[9]、熵權(quán)法[10]分別求取各指標(biāo)的權(quán)重，然后再與采用模糊層次分析法[11]所得權(quán)重進(jìn)行線性矯正，避免了人為因素的影響，即

式中W1——變異系數(shù)法求得的權(quán)重；

W2——模糊層次法結(jié)合數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)求得的權(quán)重；

W3——熵權(quán)法求得的權(quán)重；

λ1，λ2——常數(shù)，λ1=0.65，λ2=0.20.

W1，W2，W3的解法分別詳見文獻(xiàn)［9］、文獻(xiàn)［11］和文獻(xiàn)［10］。根據(jù)（11）式所求得各指標(biāo)的權(quán)重如表2所示。

表2 稠油油藏水平井CO2吞吐模糊評判權(quán)重分配

2.3 X油藏實(shí)例評判

X油藏GP91井各項(xiàng)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)如表3所示。

表3 X油藏GP91井各項(xiàng)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)本文所提出的等級劃分標(biāo)準(zhǔn)以及評判方法，利用Matlab編程計(jì)算GP91井評判結(jié)果如表4所示。

表4 X油藏GP91井評判結(jié)果

根據(jù)最大隸屬度原則，從表4的評判結(jié)果可以得出，GP91井屬于好這一等級，統(tǒng)計(jì)GP91井實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)得出，該井的換油率為5.056 m3/m3，評價結(jié)果與實(shí)際結(jié)果比較吻合。

同理，運(yùn)用本文的方法和準(zhǔn)則可以得出X油藏其余30口井的評價結(jié)果，具體結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 X油藏30口井評價結(jié)果與實(shí)際換油率

由表5可以看出，評價等級為好、較好、中等的井實(shí)施吞吐后都在不同程度上有效；而評價等級為較差的井換油率很低或吞吐無效；評判結(jié)果為“差”的井實(shí)施吞吐后無效，由此可以看出本文提出的標(biāo)準(zhǔn)和方法具有一定的適用性，同時說明當(dāng)某口井的評價等級為較差或差時，該井實(shí)施CO2吞吐具有較大的風(fēng)險性，在決策時需要謹(jǐn)慎。

3 結(jié)論

（1）通過文獻(xiàn)資料和數(shù)值模擬的研究，提出了適用于稠油油藏水平井CO2吞吐井位篩選的包括水平井長度在內(nèi)的12個指標(biāo)構(gòu)成的評價體系及等級劃分方法；根據(jù)變異系數(shù)法、熵權(quán)法和層次分析法給出了指標(biāo)權(quán)重的確定方法，并根據(jù)模糊評判理論建立了計(jì)算單井CO2吞吐井位篩選的具體方法和步驟。

（2）以X油藏的31口作業(yè)井為對象對所提方法進(jìn)行驗(yàn)證，評價結(jié)果與實(shí)際結(jié)果比較吻合，說明本文方法及評價指標(biāo)等級劃分的正確性與可行性，可為同類油藏的開發(fā)提供參考與指導(dǎo)。

（3）由于每口井的施工工藝參數(shù)有所不同及模糊理論的不確定性，評價結(jié)果不能按換油率指標(biāo)大小進(jìn)行排序。

［1］夏為衛(wèi)，王新海，雷娟青.低滲透油藏注二氧化碳?xì)怏w的井網(wǎng)優(yōu)選研究［J］.巖性油氣藏，2009，21（4）：105-107.

Xia Weiwei，Wang Xinhai，Lei Juanqing.The optimization of well patterns of CO2flooding for low?permeable reservoir［J］.Lithologic Reservoirs，2009，21（4）：105-107.

［2］黃琴，郭平，張俊.國內(nèi)外稠油油藏CO2吞吐提采收率的應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.承德石油高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2008，10（2）：4-6.

HuangQin，Guo Ping，ZhangJun.Application of CO2huff and puff in heavy oil reservoirs to enhance oil recovery：status in quo at home and abroad［J］.JournalofChengde PetroleumCollege，2008，10（2）：4-6.

［3］陳民鋒，姜漢橋，吳應(yīng)川，等.用模糊評判優(yōu)選井位的CO2吞吐強(qiáng)化采油技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2009，31（2）：91-95.

Chen Minfeng，Jiang Hanqiao，Wu Yingchuan，et al.Using fuzzy comprehensive evaluation model to screen CO2huff and puff well candidates for enhanced oil recovery［J］.Oil Drilling&Production Tecnology，2009，31（2）：91-95.

［4］周正平.稠油井CO2吞吐采油技術(shù)［J］.海洋石油，2010，23（3）：72-76.

Zhou Zhengping.The technique of production of using CO2huff?puff in heavy crude well［J］.Offshore Oil，2010，23（3）：72-76.

［5］楊小松，孫雷，孫良田，等.CO2吞吐選井選層的綜合評判方法研究［J］.天然氣地球科學(xué)，2005，16（5）：658-661.

Yang Xiaosong，Sun Lei，Sun Liangtian，et al.The research of fuzzy integrated evaluation method in wells and layers choice for CO2huff‘n’puff［J］.Natural Gas Geoscience，2005，16（5）：658-661.

［6］韓中庚.數(shù)學(xué)建模方法及其應(yīng)用［M］.北京：高等教育出版社，2006：335-337.

Han Zhonggeng.Methods and applications of mathematical modeling［M］.Beijing：Higher Education Press，2006：335-337.

［7］梅學(xué)彬，王福剛，曹劍鋒.模糊綜合評判法在水質(zhì)評價中的應(yīng)用及探討［J］.世界地質(zhì)，2000，19（2）：172-177.

Mei Xuebin，Wang Fugang，Cao Jianfeng.The application of fuzzy comprehensive evaluation on water quality and discussion［J］. World Geology，2000，19（2）：172-177.

［8］阮本清，韓宇平，王浩，等.水資源短缺風(fēng)險的模糊綜合評價［J］.水力學(xué)報，2005，36（8）：1-9.

Ruan Benqing，Han Yuping，Wang Hao，et al.Fuzzy comprehensive assessment of water shortage risk［J］.Journal of Hydraulic Engineer?ing，2005，36（8）：1-9.

［9］焦珣，蘇小四，林學(xué)鈺，等.考慮樣本差異的一種地下水質(zhì)模糊評判方法與應(yīng)用［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2010，37（3）：6-11.

Jiao Xun，Su Xiaosi，Lin Xueyu，et al.A fuzzy method for groundwa?ter quality evaluation introduced with weight of sample difference［J］.Hydrogeology&EngineeringGeology，2010，37（3）：6-11.

［10］羅軍剛，解建倉，阮本清.基于熵權(quán)的水資源短缺風(fēng)險模糊綜合評價模型及應(yīng)用［J］.水利學(xué)報，2008，39（9）：1 092-1 097.

Luo Jungang，Xie Jiancang，Ruan Benqing.Fuzzy comprehensive assessment model for water shortage risk based on entropy weight［J］.Journal of Hydraulic Engineering，2008，39（9）：1 092-1 097.

［11］鄭云川，熊鈺，侯天江，等.注氣候選油藏篩選的模糊優(yōu)選方法［J］.西南石油學(xué)院學(xué)報，2005，27（1）：44-47.

Zheng Yunchuan，Xiong Yu，Hou Tianjiang，et al.Screening meth?od based on fuzzy optimum for gas injection in candidate reservoir［J］.Journal of Southwest Petroleum Institute，2005，27（1）：44-47.

［12］張紅梅，安九泉，吳國華，等.深層稠油油藏CO2吞吐采油工藝試驗(yàn)［J］，石油鉆采工藝，2002，24（4）：53-56.

Zhang Hongmei，An Jiuquan，Wu Guohua，et al.The CO2cyclic stimulation investigation and trial deep?seated viscous oil reservoir［J］.Oil Drilling&Production Technology，2002，24（4）：53-56.

［13］羅瑞蘭，程林松.深層稠油油藏注CO2開采可行性研究［J］.中國海上油氣（地質(zhì)），2003，17（5）：312-316.

Luo Ruilan，Cheng Linsong.A feasibility study on exploitation of deep heavy?oil reservoir by CO2injection［J］.China Offshore Oil and Gas（Geology），2003，17（5）：312-316.

［14］Mohammed?Singh L J，Singhal A K，Sim S S.Screening criteria for CO2huff‘n’puff operations［R］.SPE 100044，2006.

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

國家科技重大專項(xiàng)（2011zx05016-005）

李亞輝（1987-），男，四川成都人，博士研究生，油氣田開發(fā)，（Tel）028-83032107（E-mail）liyahui723@126.com.