水井小層動用狀況評價及層段細分調整

孔祥義, 趙春森, 王玉星, 江曉智

(東北石油大學 石油工程學院, 黑龍江 大慶 163318)

水井小層動用狀況評價及層段細分調整

孔祥義, 趙春森, 王玉星, 江曉智

(東北石油大學 石油工程學院, 黑龍江 大慶 163318)

通過模糊數學中的模糊評判將影響小層性質的各因素,按其權重的大小統(tǒng)一到綜合評價系數上,來評價水井小層動用狀況,再綜合考慮小層厚度、層間滲透率以及夾層厚度等因素,提出層段細分的標準,以此為基礎,對水井原有層段進行評價,并對存在不合理層段的水井按細分標準給出細分調整的建議,從而建立了一套適用于水井小層動用狀況評價及層段細分調整的定量化方法.

小層性質; 模糊綜合評判; 層段細分調整; 層段評價

隨著各油田注水開發(fā)時間的延長,已進入高含水期和特高含水期,液油比快速上升、含水上升和產量遞減速度加快,油田開發(fā)調整技術難度越來越大,開發(fā)效益逐漸變差.為了進一步挖掘剩余油,提高注水利用率,控制注水量,控制產液量,減緩產遞減,必須對注水井小層動用狀況進行評價,對水井進行進一步的細分調整[1-5].目前,大慶油田根據吸水剖面、分層測試成果等資料計算出不同沉積微相儲層的累積注水倍數,確定出無效注水層并對層段內吸水差異仍然較大的注水井,進行層段優(yōu)化重組,改善差油層吸水狀況[6-7].羅馬什金油田和蘇聯(lián)曼恰羅夫高粘油田主要通過細分層系高壓注水試驗,對層系進行細分調整[8-9].于洪文等人簡單地采用各小層的有效厚度或地層系數對油水井的分層注水量和產液量進行劈分,其缺點是考慮因素單一,雖然操作簡單,但誤差較大,不能滿足生產需要[10-11].本文考慮了油井綜合含水率、采出程度、地層壓力、注水強度、產液強度、小層吸水剖面六個影響因素,作為評價小層動用狀況的指標,利用模糊綜合評判的方法計算出綜合評價系數(以下簡稱E)來評判各個小層性質.根據計算得出的這個綜合評價系數E,再綜合考慮層段厚度、滲透率和夾層厚度等四個因素,既可以評價水井原有層段是否合理,并對存在不合理層段的水井提出層段細分調整的建議.

1 小層動用狀況評價

1.1小層動用狀況評價指標的確定

不同油藏條件下判別油層性質的因素不同,哪一種因素占主導地位要依據于油藏、流體的特性和油藏的動用狀況.結合杏十區(qū)純油區(qū)西部的實際地質和開發(fā)狀況,本文考慮了油井綜合含水率、地層壓力、注水強度、采出程度、產液強度、小層吸水剖面六個影響因素,作為評價小層動用狀況的指標.

(1) 油井綜合含水率.油井含水率的大小能夠有效反映出單井控制儲量范圍內剩余油飽和度分布情況,一般來說,油井含水率越低,油層含水飽和度就越小,從而剩余油飽和度就越大.在判斷油層性質的過程中,綜合含水率越高小層動用狀況越優(yōu),則越需要控制,綜合含水率越低小層動用狀況越差則越需要加強.

(2) 采出程度.采出程度指一定時期內的累積采油量與地質儲量的比值.它反映出一定時期內油田的開發(fā)狀況,采出程度越高說明該時期內的累計采油量越大,油田的開發(fā)效果就越好.在判斷油層性質的過程中,采出程度越高小層動用狀況越優(yōu)則越需要控制,采出程度越低小層動用狀況越差則越需要加強.

(3) 地層壓力.小層地層壓力的大小直接影響著油井的生產能力,地層壓力越高,說明地層能量越充足.在判斷油層性質的過程中,對于地層壓力越高的層越需要控制,對于地層壓力越低的層則越需要加強.

(4) 注水強度.注水強度是指單位厚度的日注水量.在判斷油層性質的過程中,對于注水強度越高的層越需要控制,對于注水強度越低的層則越需要加強.

(5) 產液強度.產液強度是指單位厚度的日產液量.它也是評價油層生產能力的一項指標.在判斷油層性質的過程中,對于產液強度越高的層則越需要控制,對于產液強度越低的層則越需要加強.

(6) 小層吸水剖面.吸水剖面是反映小層動用狀況的一項重要指標.吸水比例越高,說明油層動用越好,在判斷油層性質的過程中,吸水比例越高則越需要控制,吸水比例越低的層則越需要加強.

1.2層次分析法確定評價指標權重的確定

層次分析法是將與決策總是有關的元素分解成目標、準則、方案等層次,在此基礎之上進行定性和定量分析的決策方法.該方法是美國運籌學家匹茨堡大學教授薩蒂于20世紀70年代初,在為美國國防部研究"根據各個工業(yè)部門對國家福利的貢獻大小而進行電力分配"課題時,應用網絡系統(tǒng)理論和多目標綜合評價方法,提出的一種層次權重決策分析方法[12-13].

根據現場經驗可知,影響小層動用狀況的各種因素中,影響程度最大為含水率與采出程度,按照層次分析法的對比原則可知,含水率和采出程度與其他影響因素相比是極端重要的,通過對比分析可以得出影響小層動用狀況的各因素的判斷矩陣P.

運用層次分析法可以得到以上各影響因素的權重值為W=[0.028,0.043,0.062,0.095,0.342,0.43].

2 模糊綜合評判法確定小層動用狀況及劃分層段

模糊綜合評價法是一種基于模糊數學的綜合評標方法.該綜合評價法根據模糊數學的隸屬度理論把定性評價轉化為定量評價,即用模糊數學對受到多種因素制約的事物或對象做出一個總體的評價.它具有結果清晰,系統(tǒng)性強的特點,能較好地解決模糊的、難以量化的問題,適合各種非確定性問題的解決[14].

本文將影響小層動用狀況的各因素權重通過模糊評判的方法統(tǒng)一到評價系數上,該評價系數可以反映小層的動用狀況.各影響因素越大,則其評價系數越高,小層動用狀況越好.

2.1模糊綜合法基本原理

(1) 建立因素集.評判水井小層性質時,吸水剖面(xspm)、注水強度(zsqd)、采油強度(cyqd)、地層壓力(dcyl)、含水率(fw)和采出程度(cccd)等影響因素即為因素集U.

U={u1,u2,…,un}.

(2) 效用函數的計算.為了消除各物理量單位上的差異,需要對各物理量的單位進行統(tǒng)一化處理,因此,要利用效用函數的處理方法對各物理量的單位歸一化.其處理原則如下:

① 對于越大越優(yōu)型物理量,其效用函數的計算公式為

② 對于越小越優(yōu)型物理量,其效用函數的計算公式為

由此可得效用函數矩陣B:

B=[bij]n×m

2.2模糊決策模型的建立

根據上面利用層次分析法求出的各個指標的權重W=[W1,W2,…,Wn]和各個指標的效用函數矩陣B,則各個樣本的綜合評價系數值為

在判斷小層動用狀況過程中,綜合評價系數E1越大小層動用狀況越好則越需要減少注水量,E值越小則越需要提高注水量.

3 實例分析

以水井X10-1-W23為例分析,運用模糊評判方法對該水井各小層的動用狀況進行評價,并對不合理的層段提出細分調整的建議.

(1) 建立因素集.確定了6個評價因素,分別為吸水剖面(xspm)、注水強度(zsqd)、采油強度(cyqd)、地層壓力(dcyl)、采出程度(cccd)和含水率(fw),各個小層的影響因素數據如表1所示.

表1 水井X101W23各個影響因素數據表Table 1 Each influencing factor of well X10-1-W23

(2) 效用矩陣的計算.根據上面確定的各因素,利用效用函數式(2)～式(3)計算出各個影響因素的隸屬度值(在評判小層性質時各個影響因素均屬于越大越優(yōu)型),如表2所示.

表2 水井X101W23各個影響因素隸屬度數據表Table 2 Membership data of each influencing factor in well X10-1-W23

(3) 小層動用狀況的確定.由層次分析法確定的各影響因素的權重為W=[0.028,0.043,0.062,0.095,0.342,0.43].根據模糊綜合評判原理,將權重和隸屬度做模糊變換,得出每個小層的綜合評價系數(即E值),見表3.

表3 水井X101W23小層綜合評價系數表

計算出各個小層的綜合評價系數E后,以E值為橫坐標,以小層含水率和采出程度為縱坐標繪制出采出程度和含水率隨小層E1值變化的趨勢線,如圖1所示.

Fig.1 Relation curve betweenEvalue and water content and recovery degree in well X10-1-W23

從表3和圖1中可以看出,隨著E值的增大,水井X10-1-W23各個小層的各項影響因素綜合來看有越來越大的趨勢.反過來看,也可以認為該井各個小層各項影響因素越大,小層動用狀況就越好,即E值也越大.由此可見,通過模糊數學中的模糊評判方法計算得到的綜合評價系數可以很好的對水井小層的動用狀況進行評價,也為接下來的層段細分調整奠定了基礎,提供了數據參考.

4 層段細分調整

對水井進行層段細分調整前,應該判斷原有層段劃分是否合理,若水井原有的層段劃分中存在不合理的層段,則應對該水井進行細分調整;反之,若水井原有的層段劃分均比較合理,則可以暫時不對該井進行細分調整.

我們考慮層段的厚度、滲透率變異系數、E值變異系數和夾層厚度來判斷原有層段劃分是否合理.為此需要給這幾個指標分別設定上限或下限值,其中根據現場實際情況,要求層段厚度大于等于2 m,層段間夾層厚度大于等于1.5 m,這兩個指標是在程序計算前就明確的,屬于硬性指標.但兩個變異系數指標是視程序計算出來的數據的具體情況而定的,例如根據實際情況,我們暫定要求不合理的層段數不超過該區(qū)塊總層段數的40%,則全區(qū)原有層段數為524,故不合理層段數應為209.根據這一標準,我們綜合考慮E值變異系數和滲透率變異系數的重要程度(暫時認為二者同等重要,即二者的權重均為0.5),則判斷原有層段劃分是否合理的方法為:首先,從原有的所有層段中,篩選出層段厚度小于2 m的層段;其次,從剩下的層段中再篩選出上夾層或者下夾層厚度小于1.5 m的層段;最后,對剩下的層段按E值變異系數從小到大排序,此時,由上述我們知道全區(qū)合理層段數應為315個,則若以排序后第315個層段對應的E值滲透率變異系數值為上限,則再從這315個層段中找出滲透率變異系數的最大值,該值也為滲透率變異系數值的上限;而若以排序后第316個層段對應的E值滲透率變異系數值為上限,則再從這316個層段中找出滲透率變異系數的最大值,該值也為滲透率變異系數值的上限;以此類推,可以得到一組這樣的數值,暫時稱之為細分標準數組(見表4),對這組數據按其權重求和,并繪制出其變化趨勢線(如圖2所示),從圖中可以看出,二者的和有先減小后逐漸增大的趨勢,故我們選取其中和最小的點,其對應的數值即為滲透率變異系數和E值變異系數的上限值,從表4及圖2中可以看出二者的上限值分別為0.73605和0.4681.

表4 細分標準數據表Table 4 Subdivided standard data

圖2細分標準圖
Fig.2 Subdivided standard chart

至此,判斷原有層段劃分是否合理的標準就確定了,分別為:層段厚度不小于2 m(即下限值為2 m),滲透率變異系數不大于0.736 05(即上限值為0.736 05),E1值變異系數為0.468 1(即上限值為0.468 1),夾層厚度不小于1.5 m(即下限值為1.5 m).

當一個層段同時滿足上述四項指標時,該層段在當前開發(fā)階段即被認為是合理的,否則則應該進行必要的細分調整,以改善開發(fā)效果.

根據上述評判標準,首先提取水井X10-1-W23各個小層相關數據(見表5),然后按原有層段劃分計算各個層段上述四項指標值(見表6),將其與表4的細分標準進行對比,可以發(fā)現該水井層段劃分不合理的層段,再對不合理的層段進行細分調整,重新細分調整后的各層段的指標值見表7.

從表6和表7中可以看出,層段細分調整后新層段的各項指標總體上更趨于合理化,可見對層段的細分調整是有效而且可行的.

表5 水井X101W23各小層相關數據Table 5 Related data of each layer in well X10-1-W23

表6 水井X101W23原有層段劃分及各層段性質Table 6 Division of original layer and properties of each layer in well X10-1-W23

表7 水井X101W23新層段劃分及各層段性質Table 7 Division of new layer and property of each layer in well X10-1-W23

5 區(qū)塊細分調整情況

本項目研究區(qū)塊的有效水井共111口,原有層段數524,每口井平均層段數4.721.根據前文提到的標準共有94口水井,209個層段不合理,經過層段重新劃分后,將這些水井劃分為523個層段(因技術上的要求,每口水井的層段數均不超過7個),每口井平均層段數4.711.

6 結 論

(1) 分析了影響小層動用狀況的各個因素,根據杏十區(qū)純油區(qū)實際地質特征最終確定本文中考慮吸水剖面、注水強度、產液強度、地層壓力、采出程度和油井綜合含水率等六個因素的影響.

(2) 利用層次分析法并結合現場實際經驗,確定了各影響因素的權重值.

(3) 通過模糊數學中的模糊評判將各影響因素統(tǒng)一到綜合評價系數上,以此為基礎來評價水井小層動用狀況.

(4) 考慮層段厚度、滲透率變異系數、E值變異系數和夾層厚度等四項指標,判斷了原有層段是否合理并對存在不合理層段的水井進行了細分調整,調整后各項指標趨于合理.

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ProductionConditionEvaluationofSmallLayerofWellandAdjustmentofSegmentSubdivisionAdjustment

KongXiangyi,ZhaoChunsen,WangYuxing,JiangXiaozhi

(School of Petroleum Engineering, Northeast Petroleum University, Daqing 163318, China)

Through the fuzzy judgment in fuzzy mathematics, the factors influencing the nature of the small layer are unified into the comprehensive evaluation coefficient according to their weight to evaluate the utilization of small wells. Considering the factors such as small layer thickness, interlayer permeability and interlayer thickness, the criteria for segmentation are proposed. Based on this, the original intervals of the wells are evaluated, and the suggestions for the subdivision adjustment are given to the wells with unreasonable intervals. And a quantitative method for the evaluation of the utilization of small wells and the adjustment of the segmentation is established.

small layer property; fuzzy comprehensive evaluation; segment subdivision adjustment; layer evaluation

TE 343

: A

【責任編輯:肖景魁】

2017-03-23

孔祥義(1992-),男,江蘇沭陽人,東北石油大學碩士研究生.

2095-5456(2017)04-0339-06