相似油田定量篩選的方法及應(yīng)用

凡玉梅，趙慶飛，張英利

（1.中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京100083；2.中國石油國際勘探開發(fā)有限公司，北京100083）

隨著勘探開發(fā)深入，新發(fā)現(xiàn)儲量或者保有剩余儲量的品位越來越差，開發(fā)難度越來越大，如何快速評價篩選相對有潛力的區(qū)塊，為下步開展動用可行性精細評價是一項意義重大的工作。類比法作為初步快速篩選，在現(xiàn)場應(yīng)用廣泛。研究人員根據(jù)經(jīng)驗法選擇不同類比參數(shù)，導致類比的結(jié)果多樣化；在篩選相似油田時，油田相似度計算僅僅考慮參數(shù)數(shù)值，忽略了參數(shù)的地質(zhì)意義，導致篩選結(jié)果與研究油田差異大，類比結(jié)果可靠性差。

近年來，在油氣田開發(fā)中有關(guān)于類比法定量模型的研究，重點介紹了相似度定量類比方法，運用油田開發(fā)相似準則，比如常用的儲量相似準則、采收率相似準則、采油速度相似準則以及產(chǎn)量相似準則等[1]，計算類比對象相似度，根據(jù)計算相似度推演類比對象的相似特征，得出新對象的類比結(jié)論。該研究提供了一種類比法的定量模型，但計算相似度采用的油藏微觀參數(shù)具體且難以收集，針對未開發(fā)油田或者開發(fā)初期油田，難以應(yīng)用該研究進行快速有效的篩選相似油氣田。

針對這些問題，該文應(yīng)用灰關(guān)聯(lián)方法和地質(zhì)因素分析方法，采用常規(guī)的儲層、流體參數(shù)，定量確定權(quán)重，引入?yún)?shù)閾值使篩選的相似油氣田更加符合被類比對象的物理意義，使類比研究的客觀基礎(chǔ)更加科學合理。

1 多元多系統(tǒng)定量類比方法

根據(jù)相似原理，如果2個滲流系統(tǒng)滿足油藏地質(zhì)特征相似、油藏流體相似、開發(fā)方式相似，則它們滿足相似關(guān)系，可以進行類比研究[2]。在勘探開發(fā)中，為了類比結(jié)果的可靠性，需要盡可能地確認對象間的相同點，相同點越多，二者的關(guān)聯(lián)度就會越大，結(jié)論就可能越可靠[1]。多元多系統(tǒng)定量類比方法是針對孔隙性油藏，基于灰色關(guān)聯(lián)理論和相似性理論，綜合應(yīng)用統(tǒng)計方法、地質(zhì)因素分析方法、類比方法[3]，完善了多元多系統(tǒng)定量類比分析方法。方法應(yīng)用的關(guān)鍵是基準參數(shù)定量篩選和樣本油田的定量篩選。

采收率是表征油藏開發(fā)效果的關(guān)鍵指標[4]，影響采收率的主要因素為地質(zhì)特征、油田開發(fā)和采油技術(shù)。針對未開發(fā)油藏或處于開發(fā)初期油藏，影響采收率的因素主要是油藏地質(zhì)特征，如油層物性參數(shù)、原油物性參數(shù)、地層條件等[5]。因此，通過篩選一組相似度高、開發(fā)時間長的油田作為樣本油田，統(tǒng)計分析這些樣本油田的開發(fā)技術(shù)政策，如開發(fā)層系劃分、布井方式和井網(wǎng)密度、地層壓力保持方式及保持程度、開采工藝工程技術(shù)等，從而指導被類比油氣田開展提高采收率研究。

研究采用灰關(guān)聯(lián)方法，設(shè)定類比目標為采收率，類比參數(shù)包括油藏儲層、流體參數(shù)、地層參數(shù)等，研究技術(shù)流程見圖1。

圖1 多元多系統(tǒng)定量類比方法流程Fig.1 Flow of quantitative analogy method for multiple systems

1.1 基準參數(shù)定量篩選方法

通過單一因素分析法和多因素定量分析法定量確定類比基準參數(shù)[6]，減小因單一因素造成的片面性以及因經(jīng)驗取值的主觀性造成的類比偏差。

1.1.1 單一因素初步篩選

影響油田采收率的地質(zhì)因素為圈閉類型、儲集層性質(zhì)、流體驅(qū)動類型、原油性質(zhì)等[7]，采用二維關(guān)系圖分析采收率和地質(zhì)參數(shù)的相關(guān)性。如果曲線反映出兩因素變化的態(tài)勢基本一致或相反，則它們之間具有一定的相關(guān)性，以此初步確定相關(guān)性地質(zhì)參數(shù)。根據(jù)相關(guān)研究成果[4]，不同圈閉類型油藏采收率存在明顯差異，構(gòu)造油藏相對最高，其次為斷塊油藏、巖性油藏，巖溶縫洞塊狀油藏采收率最低。針對碎屑巖儲集層，含礫砂巖采收率相對最高，粉砂巖相對最低；儲層滲透率越高，采收率越大，呈明顯的正相關(guān)性。流體驅(qū)動類型以水驅(qū)類型采收率最好，溶解氣驅(qū)最差。原油黏度對采收率影響重大，呈現(xiàn)較明顯的負相關(guān)性[8]。

1.1.2 灰關(guān)聯(lián)方法定量篩選類比基準參數(shù)

為定量描述地質(zhì)參數(shù)對采收率的敏感程度，引入灰關(guān)聯(lián)理論[9]，用關(guān)聯(lián)度來描述各參數(shù)間關(guān)系的強弱、大小和次序，灰關(guān)聯(lián)度越大，說明該比較數(shù)列與參考數(shù)列的變化趨勢越一致，或?qū)⒖紨?shù)列的影響程度越大，反之影響程度也較小[10]。為了便于類比分析，刪除權(quán)重較小的參數(shù)，重新確定關(guān)聯(lián)度，最終確定基準類比參數(shù)[11]。

1.2 油田相似度計算方法

根據(jù)確定的基準類比參數(shù)及權(quán)重，計算油田的相似度。在進行相似油田篩選時，將類比法的相似性與統(tǒng)計法的準確性有機結(jié)合[12]，經(jīng)過三個步驟處理，篩選相似度高的油氣田作為類比的樣本油田：一是樣本油田無因次化處理[13]；二是根據(jù)研究油田的油藏類型，確定參數(shù)閾值[14]，將被類比油田地質(zhì)參數(shù)標定為“1”，不屬于該油藏類型的參數(shù)被賦值0.05，油藏類型范圍內(nèi)參數(shù)，在[0.2 1]范圍內(nèi)分別按照正態(tài)分布進行標準化處理；三是權(quán)重加和，得出相似度綜合評價指標。相似度越接近于1，則油田地質(zhì)特征越相似，類比的最終開發(fā)指標可靠性越高[15]。

設(shè)綜合評價相似度為S，Wi為各因素權(quán)重系數(shù)，則相似度計算公式為：

式中：Por為孔隙度，%；Per為滲透率，10-3μm2；API為原 油重度，API°（API°=141.5/d-131.5，d為溫度在15.6 ℃時的相對密度）；Dep為油藏埋深，m；Rog為氣油比，m3/t；Thk為有效厚度，m。

相似度計算流程見圖2。

圖2 樣本油田相似度計算流程Fig.2 Flow of sample oilfield similarity calculation

2 定量類比方法在油田篩選中的應(yīng)用

某研究油田屬于高孔高滲中質(zhì)原油砂巖油藏，油藏埋深518 m，油層厚度8 m，孔隙度33%，滲透率1 500×10-3μm2，原油重度22°，氣油比16 m3/t，設(shè)定類比目標為采收率，篩選與被類比油田相似的樣本油田集合。

2.1 基準參數(shù)確定

假設(shè)類比系統(tǒng)C，設(shè)基準參數(shù)共有N元，比較系統(tǒng)共有K個油田，應(yīng)用德爾菲法初步確定采收率與地質(zhì)參數(shù)的定性關(guān)系[6]，同時應(yīng)用多元回歸分析法，進一步統(tǒng)計分析地質(zhì)參數(shù)與采收率的相關(guān)性。根據(jù)某數(shù)據(jù)庫參數(shù)完整性特點，以孔隙性砂巖油藏為例，篩選與采收率具有相關(guān)性的參數(shù)（圖3、圖4）。油藏埋深、有效厚度、滲透率、孔隙度、原油重度、原油黏度、驅(qū)動能量、氣油比、最終可采儲量等。

圖3 滲透率與采收率的相關(guān)性Fig.3 Correlation between permeability and oil recovery

圖4 原油重度與采收率的相關(guān)性Fig.4 Correlation between API gravity and oil recovery

應(yīng)用灰關(guān)聯(lián)方法[16]，進一步確定參數(shù)的權(quán)重系數(shù)。設(shè)定采收率為參考序列，比較序列為影響采收率的地質(zhì)因素，計算關(guān)聯(lián)系數(shù)、關(guān)聯(lián)度以及各參數(shù)權(quán)重。

設(shè)參考序列采收率：

比較序列樣本油田：

式2—式4 中：RF為采收率，%；fk為樣本油田；pkn為第K個油田的第n個參數(shù)；；R為關(guān)聯(lián)度；r為各參數(shù)的關(guān)聯(lián)度。

根據(jù)關(guān)聯(lián)度大小，篩選確定6個基準參數(shù)分別為油藏埋深，孔隙度，滲透率、原油重度、氣油比，油層厚度，參數(shù)權(quán)重分別為0.17，0.18，0.12，0.19，0.14，0.20（圖5）。

圖5 普通稠油砂巖油藏基準參數(shù)權(quán)重Fig.5 Weight of benchmark parameters for common heavy oil sandstone reservoir

2.2 樣本油田篩選及類比結(jié)果

研究油田為普通稠油砂巖油藏，以表征原油性質(zhì)的參數(shù)為例說明參數(shù)標準化。根據(jù)油藏分類標準，原油重度大于31.1°以上為輕質(zhì)原油，22.3°～31.1°為中質(zhì)原油，10.0°～22.3°為重質(zhì)原油，小于10.0°為超重油。根據(jù)中國石化砂巖油藏不同原油性質(zhì)與采收率的關(guān)系（圖6），不同原油性質(zhì)的采收率幅度也不一樣[2]。

圖6 不同原油性質(zhì)與采收率關(guān)系Fig.6 Relation between different crude oil properties and oil recovery

在進行歸一化時，將研究油田的原油重度值設(shè)為1，樣本油田原油重度大于31.1°和小于10.0°原油重度值設(shè)為0.05，其他樣本油田原油重度值呈正態(tài)分布在0.2～1.0（圖7）。根據(jù)參數(shù)權(quán)重加權(quán)和排序，篩選相似度大于0.8 的20 個油田作為類比樣本油田。類比結(jié)果：該類型油藏最終采收率為37.8 %。在二次采油階段主要以注水開發(fā)方式為主[17]，其次為注氣和天然氣回注[18]，注水平均提高采收率13.9%，注氣平均提高采收率為6.9%；轉(zhuǎn)換開發(fā)方式方面[19]，采用蒸汽驅(qū)平均提高采收率26.5%，聚合物驅(qū)平均提高采收率9.0%。

圖7 原油重度歸一化Fig.7 Normalization chart of API gravity

2.3 檢驗

以研究油田為標準，分別以基準參數(shù)的0.9倍和1.1倍進行人工篩選樣本油田，以相同樣本數(shù)據(jù)量檢驗以上方法的可靠性，計算樣本油田基準參數(shù)的平均值，標準偏差以及綜合評價結(jié)果的標準偏差[20]。設(shè)定量篩選為方法1，人工篩選為方法2。定量篩選的結(jié)果明顯好于人工篩選，方法1的基準參數(shù)不論是平均值和標準偏差都好于方法2，特別是關(guān)鍵參數(shù)孔隙度和原油重度的標準偏差相差近一倍。方法1 和方法2 涉及的幾個關(guān)鍵參數(shù)綜合評價標準偏差分別為0.61，1.12，說明方法1篩選的樣本油田與研究油田更加相似（表1）。

表1 方法1和方法2檢驗結(jié)果對比Table 1 Comparison of test results of method-1 and method-2

3 結(jié)論

1）基于灰色關(guān)聯(lián)和相似性的理論，建立了快速篩選相似油氣田的定量類比的方法流程，確定了類比參數(shù)以及相關(guān)權(quán)重，類比篩選過程更注重客觀性與相似篩選的物理意義。

2）數(shù)據(jù)庫的參數(shù)分布特點對篩選基準參數(shù)有一定的影響，該數(shù)據(jù)庫滲透率中值為偏中高滲透，導致權(quán)重不敏感。因此，在實際應(yīng)用中，需要結(jié)合油藏類型與概率分布相結(jié)合進行篩選：采用油藏參數(shù)閾值劃分歸一化范圍，綜合分析處理篩選類比樣本油田，使樣本油田與被研究油田在物理意義上保持一致，提高類比可靠性。

3）該方法適用于孔隙性油藏，由于樣本庫參數(shù)的完整性，一些參數(shù)沒有參入討論，如儲層非均值性、地層傾角等，但提供的研究方法適合所有的參數(shù)討論。