一種氣井泡沫排水采氣效果模糊定量評(píng)價(jià)方法

賈 敏張建軍李 雋曹光強(qiáng)武俊文李 楠鄧創(chuàng)國(guó)任越飛張 健

（1中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院；2中國(guó)石油青海油田公司采氣一廠；3中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司第三采氣廠；4中國(guó)石油西南油氣田公司重慶氣礦）

一種氣井泡沫排水采氣效果模糊定量評(píng)價(jià)方法

賈 敏1張建軍1李 雋1曹光強(qiáng)1武俊文1李 楠1鄧創(chuàng)國(guó)2任越飛3張 健4

（1中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院；2中國(guó)石油青海油田公司采氣一廠；3中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司第三采氣廠；4中國(guó)石油西南油氣田公司重慶氣礦）

排水采氣是出水氣田穩(wěn)產(chǎn)和提高采收率的主體技術(shù)，泡沫排水采氣是天然氣開(kāi)發(fā)降本增效的重點(diǎn)攻關(guān)方向，而現(xiàn)有泡沫排水采氣效果卻沒(méi)有系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法，并且無(wú)法對(duì)不同井況的氣井泡沫排水采氣效果進(jìn)行對(duì)比。針對(duì)上述問(wèn)題，提出了一種氣井泡沫排水采氣效果模糊定量評(píng)價(jià)新方法。該方法確定了氣井日產(chǎn)氣變化率、日產(chǎn)水變化率、油套壓差變化率、日注量成本變化率4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用線性分析方法、層次分析方法和模糊關(guān)系合成算子等計(jì)算得出評(píng)價(jià)結(jié)果。將該方法應(yīng)用于蘇里格氣田、重慶氣礦共30口泡沫排水采氣井，計(jì)算出了氣井泡沫排水采氣效果的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。該方法的優(yōu)勢(shì)在于全面考慮了影響泡沫排水采氣效果和效益的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素，以及各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的隸屬度關(guān)系和各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù),可對(duì)不同井況氣井的泡沫排水采氣效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)和定量對(duì)比,輔助泡沫排水采氣工藝措施前氣井的選擇,指導(dǎo)進(jìn)行氣田泡排劑的選型。

模糊定量評(píng)價(jià)；泡沫排水采氣；效果評(píng)價(jià)方法；綜合評(píng)價(jià)指數(shù)；定量對(duì)比

泡沫排水采氣工藝是指從井口向井底注入某種能夠遇水起泡的表面活性劑，井底積水與泡排劑接觸以后，借助天然氣流的攪動(dòng)，生成大量低密度含水泡沫，隨氣流從井底攜帶到地面，從而達(dá)到排出井筒積液的目的[1-9]。排水采氣是出水氣田穩(wěn)產(chǎn)和提高采收率的主體技術(shù)，泡沫排水采氣井?dāng)?shù)已經(jīng)占到整個(gè)中國(guó)石油排水采氣井?dāng)?shù)的80%以上[10]，是天然氣開(kāi)發(fā)降本增效的重點(diǎn)攻關(guān)方向。但是現(xiàn)場(chǎng)仍然沒(méi)有一套系統(tǒng)的評(píng)價(jià)泡沫排水采氣效果優(yōu)劣的方法[11-16]，因此無(wú)法對(duì)不同井況的氣井泡沫排水采氣效果進(jìn)行對(duì)比?；跉馓飳?duì)排水采氣效果評(píng)價(jià)方法的迫切需求，本文提出了一種基于模糊綜合評(píng)價(jià)模型的、用于定量評(píng)價(jià)氣井泡沫排水采氣效果的新方法。

1 傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法的不足

目前氣田現(xiàn)場(chǎng)對(duì)泡沫排水采氣效果仍然采用傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)方法進(jìn)行判斷：當(dāng)泡排劑注入積液氣井之后，如果氣井的產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量上升，油套壓差下降，則認(rèn)為該泡排劑加注有效，否則認(rèn)為無(wú)效，從而放棄對(duì)該泡排劑的繼續(xù)使用。傳統(tǒng)方法存在以下幾點(diǎn)不足：第一，沒(méi)有考慮到泡排劑的加注成本，而這個(gè)指標(biāo)直接影響到泡沫排水采氣措施的經(jīng)濟(jì)效益；第二，沒(méi)有綜合考慮評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的相互關(guān)系和各自的權(quán)重系數(shù)，使得評(píng)價(jià)結(jié)果不全面；第三，無(wú)法對(duì)不同井況的氣井泡沫排水采氣效果的優(yōu)劣程度進(jìn)行定量對(duì)比。

2 排水采氣效果評(píng)價(jià)方法的建立

為了將排水采氣效果評(píng)價(jià)指標(biāo)的定性判斷定量化，本文提出的排水采氣效果評(píng)價(jià)方法選擇模糊綜合評(píng)價(jià)模型來(lái)建立[17-19]。模糊綜合評(píng)價(jià)就是以模糊數(shù)學(xué)為理論支撐，利用模糊關(guān)系合成算子等數(shù)學(xué)概念，針對(duì)邊界模糊、難以定量的因素進(jìn)行定量處理，對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度和權(quán)重系數(shù)問(wèn)題進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)計(jì)算的方法，其方法流程如圖1。

圖1 泡沫排水采氣效果評(píng)價(jià)方法流程圖

2.1 確定排水采氣評(píng)價(jià)指標(biāo)

通過(guò)對(duì)影響泡沫排水采氣效果與效益的各項(xiàng)因素的分析[20]，確定了排水采氣的4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，其中3個(gè)技術(shù)指標(biāo)：日產(chǎn)氣變化率（Δqg）、日產(chǎn)水變化率（Δqw）、油套壓差變化率（ΔP）；1個(gè)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：日注量成本變化率（ΔC）。其目的在于全面考慮泡沫排水采氣評(píng)價(jià)方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性。將評(píng)價(jià)目標(biāo)看成由這4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)組成的模糊集合U:

式中，ui（i=1，2，3，4）為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.2 確定評(píng)判集

為了將每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的界限劃分為不同的級(jí)別，便于對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度矩陣的建立，該方法設(shè)定了評(píng)價(jià)指標(biāo)所能選取的評(píng)審等級(jí)，組成評(píng)語(yǔ)的模糊集合，稱為評(píng)判集V：

式中，vj(j=1，2，3，4，5）為評(píng)價(jià)級(jí)別。

為了將最后計(jì)算出的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)歸到該評(píng)判集，設(shè)定評(píng)價(jià)級(jí)別取值區(qū)間（表1）。

表1 評(píng)價(jià)級(jí)別取值區(qū)間

2.3 建立隸屬度矩陣

為了考慮氣井排水采氣效果評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的相互關(guān)系，采用線性分析方法建立隸屬度矩陣。隸屬度矩陣中的每一行是對(duì)每一個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果,整個(gè)矩陣包含了按評(píng)判集V對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)集U進(jìn)行評(píng)價(jià)所獲得的全部信息。假定對(duì)第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)ui進(jìn)行單個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)得到一個(gè)相對(duì)于vj的隸屬度：

式中 Ri——第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)ui對(duì)應(yīng)的隸屬度；

rij——評(píng)價(jià)指標(biāo)ui具有vj的程度，0≤rij≤1。

若對(duì)n個(gè)元素進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，其結(jié)果是一個(gè)n行m列的矩陣，稱之為隸屬度矩陣R。采用線性分析法建立隸屬度矩陣R，為了反映ui對(duì)于評(píng)價(jià)集中vj的隸屬程度，需要給出每一個(gè)指標(biāo)不同級(jí)別的劃分界限。

將ui劃分m個(gè)級(jí)別，分別為(a1，a2，…，am)，其中aj為評(píng)價(jià)指標(biāo)ui對(duì)應(yīng)的級(jí)別界限值；則rij的計(jì)算公式如下：

2.4 確定權(quán)重

為了對(duì)不同排水采氣效果評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要程度的定性化判斷做定量分析，采用層次分析法確定泡沫排水采氣效果的權(quán)重W。

確定權(quán)重W：

構(gòu)造判斷矩陣P:

再求矩陣P的最大特征根及其特征向量，該特征向量即為各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重W。

2.5 合成最終評(píng)價(jià)結(jié)果

采用（+，*）算子[18]模糊合成權(quán)重W與矩陣R得到最終評(píng)價(jià)向量S:

根據(jù)評(píng)判集V和評(píng)價(jià)向量S，用公式（7）即可得到綜合評(píng)價(jià)指數(shù)D：

再根據(jù)D的取值范圍，對(duì)應(yīng)于評(píng)判集判斷評(píng)價(jià)指數(shù)得到評(píng)價(jià)結(jié)果。

3 方法應(yīng)用

利用文中所述氣井泡沫排水采氣效果模糊定量評(píng)價(jià)方法，對(duì)蘇里格氣田、重慶氣礦不同氣井泡沫排水采氣效果進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，并在氣田現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展3個(gè)方面的應(yīng)用。

3.1 計(jì)算得到泡沫排水采氣效果綜合評(píng)價(jià)指數(shù)

以TD017-X2井為例，采用本文所述氣井泡沫排水采氣效果模糊定量評(píng)價(jià)方法對(duì)該氣井加注泡排劑后的效果綜合評(píng)價(jià)指數(shù)具體計(jì)算步驟如下：

（1）確定評(píng)價(jià)指標(biāo):

（2）確定評(píng)判集V={很好，好，較好，一般，差}。

（3）采用線性分析法確定模糊關(guān)系矩陣R。

根據(jù)表2和公式（4）計(jì)算確定R中的每個(gè)值rij。

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)劃分界限

計(jì)算模糊關(guān)系矩陣R如下：

（4）采用層次分析法確定權(quán)重W。

①構(gòu)造判斷矩陣P如下：

②求矩陣P的特征向量，該特征向量即為各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重W：

(5)采用（+，*）算子模糊合成。

(6)氣井泡沫排水采氣綜合評(píng)價(jià)指數(shù)D。

采用上述方法同時(shí)計(jì)算了蘇里格氣田、重慶氣礦共30口氣井加注泡排劑Y后的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)D，結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出，新方法不僅計(jì)算出了30口氣井加注泡排劑Y后的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)D ，而且對(duì)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)D的大小進(jìn)行了排序（降序），實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同井況氣井泡沫排水采氣效果的定量對(duì)比。

表3 應(yīng)用實(shí)例分析結(jié)果表

在本評(píng)價(jià)方法中，綜合評(píng)價(jià)指數(shù)D的值越大說(shuō)明泡沫排水采氣效果越好，收益越高，當(dāng)D值大于20時(shí)，氣井為正收益。在表3中，評(píng)價(jià)結(jié)果為“一般”以上（D＞20）的氣井，可以繼續(xù)加注該類泡排劑；評(píng)價(jià)結(jié)果為“差”（D＜20）的氣井放棄對(duì)該類泡排劑的繼續(xù)加注。

3.2 輔助氣井泡沫排水采氣工藝施工前的氣井選擇

不同井況氣井的泡沫排水采氣效果定量對(duì)比結(jié)果可以輔助下一次泡排劑加注施工前的選井。對(duì)蘇里格氣田和重慶氣礦評(píng)價(jià)結(jié)果為“很好”（D＞80）的積液氣井加注泡排劑之前的產(chǎn)氣量和油套壓差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表4）得到：蘇里格氣田氣井泡排劑加注施工前產(chǎn)氣量大于0.3×104m3，油套壓差大于2MPa；重慶氣礦氣井泡排劑加注施工前產(chǎn)氣量大于2×104m3，油套壓差大于0.5MPa。所以，可以根據(jù)所在氣田或區(qū)塊已經(jīng)進(jìn)行泡排措施且評(píng)價(jià)結(jié)果為“很好”（D＞80）的積液氣井在施工前的產(chǎn)氣量和油套壓差范圍，來(lái)選擇泡排劑加注施工氣井。而且，從表4中還可看出，綜合評(píng)價(jià)指數(shù)D＞80的積液氣井的泡沫排水采氣施工前后的排水量增加幅度均大于50%，效益增加幅度大于55%。

表4 綜合評(píng)價(jià)指數(shù)D＞80的氣井施工前產(chǎn)量和油套壓差數(shù)據(jù)表

3.3 指導(dǎo)氣田泡排劑選型

利用文中所述方法對(duì)重慶氣礦的7口氣井所用泡排劑X更換為泡排劑Y[21]前后的排水采氣效果進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，計(jì)算所得綜合評(píng)價(jià)指數(shù)D如表5所示。

表5 加注泡排劑X和Y后計(jì)算綜合評(píng)價(jià)指數(shù)D對(duì)比表

如表5所示結(jié)果，7口氣井加注泡排劑Y后計(jì)算得到的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)D均大于加注泡排劑X時(shí)的D值。由于D值越大說(shuō)明泡沫排水采氣效果越好，收益越高；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用數(shù)據(jù)，加注泡排劑Y之后，與之前加注的泡排劑X相比，7口氣井的產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量分別平均提高12%和21%，油套壓差、日注量成本分別平均降低16%、37%。綜上所述，氣田選擇加注泡排劑Y的效果優(yōu)于加注泡排劑X。同理，該方法可以用于其他氣田氣井泡排劑的選型。

4 結(jié)論

本文首次提出了一種氣井泡沫排水采氣效果模糊定量評(píng)價(jià)的新方法，并首次將泡沫排水采氣的各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合為一個(gè)評(píng)價(jià)指數(shù)。

該方法基于模糊數(shù)學(xué)中的模糊綜合評(píng)價(jià)模型，利用模糊綜合評(píng)價(jià)方法中的線性分析方法、層次分析方法和模糊關(guān)系合成算子等數(shù)學(xué)概念，針對(duì)邊界模糊、難以定量的因素進(jìn)行定量處理，對(duì)影響泡沫排水采氣效果的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素的隸屬度和權(quán)重系數(shù)問(wèn)題進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)計(jì)算，從而得出排水采氣效果的優(yōu)劣。

此種氣井泡沫排水采氣效果模糊定量評(píng)價(jià)方法可對(duì)不同井況氣井的泡沫排水采氣效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)和定量對(duì)比,輔助泡沫排水采氣工藝措施前氣井的選擇,指導(dǎo)進(jìn)行氣田泡排劑的選型。

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A fuzzy method to quantitatively evaluate the effect of foam deliquification in gas wells

Jia Min1, Zhang Jianjun1, Li Jun1, Cao Guangqiang1, Wu Junwen1, Li Nan1, Deng Chuangguo2, Ren Yuefei3, Zhang Jian4
(1 Research Institute of Petroleum Exploration & Development; 2 No.1 Gas Production Plant of PetroChina Qinghai Oilfield Company; 3 No.3 Gas Production Plant of PetroChina Changqing Oilfield Company; 4 Chongqing Division of PetroChina Southwest Oil and Gas Field Company)

Deliquification is the primary technique for stabilizing gas production and improving gas recovery in the gas field with water produced, and foam deliquification is the key subject of research for purpose of enhancing natural gas production and reducing cost. However, there is no systematic method to evaluate and compare the effects of foam deliquification in gas wells with different working conditions. This paper introduces a fuzzy quantitative evaluation method which provides evaluation results based on four indicators (i.e. daily gas production, daily water production, tubing–casing pressure difference, and daily cost of foam injection) and using the linear analysis method, the analytic hierarchy process and a fuzzy synthetic operator. Applied to a total of 30 gas wells producing by foam deliquificaton in Sulige Gas Field and Chongqing Division of PetroChina Southwest Oil and Gas Field Company, the method delivered comprehensive evaluation indicators for measuring the effect of foam deliquification in gas wells. Since this method incorporates all technical and economic factors that influence the results and benefits of foam deliquification, and considers the membership relation between evaluation indicators and the weight coefficient of every indicator, it can be used to comprehensively and quantitatively evaluate the effect of foam deliquificaton in gas wells with different conditions, and it is helpful to the selection of target wells and the best foam agent before deliquificaton.

fuzzy quantitative evaluation, foam deliquification, effect evaluation method, comprehensive evaluation indicators, quantitative comparison

TE375

A

10.3969/j.issn.1672-7703.2017.05.014

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開(kāi)發(fā)”（ 2016ZX05030005）；中國(guó)石油天然氣股份公司重大專項(xiàng)“深層油氣勘探開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究”（2014-32-07）；中國(guó)石油天然氣股份公司勘探與生產(chǎn)分公司支撐項(xiàng)目“采氣新工藝跟蹤與效果評(píng)價(jià)”。

賈敏（1984-），女，甘肅慶陽(yáng)人，碩士，2010年畢業(yè)于西安石油大學(xué)，工程師，現(xiàn)從事排水采氣工藝措施跟蹤與效果評(píng)價(jià)研究工作。地址：北京市海淀區(qū)學(xué)院路20號(hào)中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院采油所，郵政編碼：100083。E-mail：jiamin69@ petrochina.com.cn

2017-02-03；修改日期：2017-04-24