六西格瑪技術(shù)在水驅(qū)油藏調(diào)剖中的應(yīng)用

鐘張起

(中國石化中原油田分公司濮東采油廠，河南濮陽 457001)

六西格瑪是一個(gè)統(tǒng)計(jì)量，表示每百萬次事件中出現(xiàn)缺陷的概率為3.4。狹義的六西格瑪管理法是指將研究對(duì)象作為一種流程，按照定義、測(cè)量、分析、改進(jìn)和控制的步驟，采用定量化的方法分析流程中影響質(zhì)量的關(guān)鍵因子并加以改進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量水平的管理方法[1-2]。隨著六西格瑪?shù)陌l(fā)展，涵蓋的理論和應(yīng)用范圍都發(fā)生明顯變化，六西格瑪并不局限于一種方法和工具。廣義的六西格瑪技術(shù)是利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、假設(shè)檢驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等工具和方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、優(yōu)化改進(jìn)方案、使控制系統(tǒng)保持穩(wěn)定、降低缺陷的一門綜合技術(shù)，其本質(zhì)是基于數(shù)據(jù)和現(xiàn)場應(yīng)用的技術(shù)，尤其重視原始數(shù)據(jù)，為解決實(shí)際問題提供技術(shù)支撐[3]。近年來，六西格瑪技術(shù)被引入到勝利油田、中原油田等油田企業(yè)中，并成為企業(yè)打破制約發(fā)展瓶頸、攻克技術(shù)難關(guān)的重要手段[4-5]。目前，國內(nèi)大多數(shù)油田進(jìn)入注水開發(fā)中后期，增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)難度逐年增加。為了適應(yīng)油田開發(fā)的新形勢(shì)，交聯(lián)聚合物、凝膠顆粒、微球顆粒、微生物納乳等多種深部調(diào)剖技術(shù)在油田得到推廣和應(yīng)用，既提高了調(diào)剖增產(chǎn)效果，又延長了油藏開發(fā)壽命[6-15]。雖然調(diào)剖技術(shù)比較成熟，但地下油藏復(fù)雜，在礦場應(yīng)用方面仍存在較高風(fēng)險(xiǎn)，把六西格瑪技術(shù)引入到調(diào)剖措施研究中，能夠降低調(diào)剖措施的風(fēng)險(xiǎn)，為油藏開發(fā)提供一種新的研究方向。

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)改進(jìn)

油田開發(fā)過程中，對(duì)水井實(shí)施調(diào)剖措施是水驅(qū)油藏實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要手段之一，但調(diào)剖措施存在較高風(fēng)險(xiǎn)，調(diào)剖后日產(chǎn)油沒有明顯增加或者低于措施前日產(chǎn)油。調(diào)剖措施主要評(píng)價(jià)指標(biāo)為日增油、累增油、有效率。日增油是指措施前后日產(chǎn)油的增加量，累增油是指自增油日期開始至增油日期結(jié)束或至當(dāng)年年底的累計(jì)增油量，有效率是指措施前后日增油大于0.10 t的井次與總井次比值的百分?jǐn)?shù)。

實(shí)際生產(chǎn)中，措施后日產(chǎn)油變化比較復(fù)雜，日增油的界定也比較困難。六西格瑪技術(shù)重點(diǎn)關(guān)注生產(chǎn)中存在的隱形缺陷，若定義調(diào)剖無效井次為缺陷，則在調(diào)剖有效率統(tǒng)計(jì)中，存在把實(shí)際沒有增油的調(diào)剖措施統(tǒng)計(jì)成有效的調(diào)剖措施，成為調(diào)剖隱形缺陷[16]。為了使有效率更具客觀性，降低隱形缺陷的發(fā)生，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)時(shí)，日產(chǎn)油取穩(wěn)定生產(chǎn)30 d的平均值；有效性判定標(biāo)準(zhǔn)綜合考慮日增油和累增油兩個(gè)指標(biāo)。根據(jù)中原油田的實(shí)際情況，設(shè)定日增油小于0.30 t或累計(jì)增油小于20.00 t的措施為無效措施。

2 影響因素分析

中原油田濮東采油廠的油氣儲(chǔ)量主要集中在東濮凹陷西斜坡帶和中央隆起帶南端的構(gòu)造圈閉，其他圈閉儲(chǔ)量相對(duì)較少且分散。研究區(qū)含油面積為101 km2，地質(zhì)儲(chǔ)量為1.1×108t，采收率為20.5%，油藏中深為2 953 m，孔隙度為18.0%，滲透率為83.5×10-3μm2，原油黏度為4.5 mPa·s，屬于復(fù)雜斷塊油藏，具有埋藏深、含油斷塊小、滲透率極差大、生產(chǎn)層數(shù)多、單層厚度小等特點(diǎn)，油藏非均質(zhì)性嚴(yán)重，層間、層內(nèi)、平面矛盾突出。為改善注采剖面、增加注入水波及體積、提高油藏采收率，對(duì)水井實(shí)施了調(diào)剖措施。2019年，研究區(qū)實(shí)施水井調(diào)剖措施29井次，平均單井日增油為0.58 t，對(duì)應(yīng)油井46井次，見效油井31井次，缺陷4井次，缺陷率為13.8%。

由于地下油藏復(fù)雜，影響調(diào)剖措施效果的因素較多。根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況，初步篩選出注采對(duì)應(yīng)關(guān)系、注水參數(shù)、吸水剖面參數(shù)、采油參數(shù)、連通參數(shù)、調(diào)剖劑參數(shù)六類影響因素進(jìn)行相關(guān)性分析。除了注采對(duì)應(yīng)關(guān)系，分析其他影響因素時(shí)，日增油采用的是見效最明顯的油井對(duì)應(yīng)的日增油。

2.1 注采對(duì)應(yīng)關(guān)系

實(shí)際開發(fā)過程中，注水井和采油井的對(duì)應(yīng)關(guān)系比較復(fù)雜。以注水井為中心，注采對(duì)應(yīng)關(guān)系有一對(duì)一關(guān)系(即一口水井對(duì)應(yīng)一口油井)和一對(duì)多關(guān)系(即一口水井對(duì)應(yīng)兩口或兩口以上油井)，此外，還有多對(duì)一關(guān)系和多對(duì)多關(guān)系。文中研究僅分一對(duì)一關(guān)系和一對(duì)多關(guān)系。統(tǒng)計(jì)29井次調(diào)剖數(shù)據(jù)，其中一對(duì)一關(guān)系有16井次，一對(duì)多關(guān)系有13井次。一對(duì)一關(guān)系平均日增油為0.42 t，一對(duì)多關(guān)系平均日增油為0.77 t，一對(duì)多關(guān)系的調(diào)剖增產(chǎn)效果比一對(duì)一關(guān)系的調(diào)剖增產(chǎn)效果更好，與理論認(rèn)識(shí)相一致。

2.2 注水參數(shù)

注水參數(shù)包括調(diào)剖前注水井的注入壓力和注水量。為了定量地反映注水后大孔道發(fā)展程度和注水矛盾的嚴(yán)重程度，引入?yún)?shù)注入壓降。注入壓降指調(diào)剖前相同注水條件下注入壓力的穩(wěn)定值與壓力突降后的注入壓力的差值。注入壓降越大，注水矛盾越突出，調(diào)剖后增油效果就越好。統(tǒng)計(jì)29井次調(diào)剖數(shù)據(jù)，繪制日增油與注水參數(shù)矩陣圖。由圖1可知，隨著注入壓力、注水量增加，日增油均呈下降的趨勢(shì)，隨著注入壓降的增加，日增油呈上升的趨勢(shì)。對(duì)注入壓力、注水量、注入壓降與日增油進(jìn)行相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)分別為-0.302、-0.169、0.523。注入壓力和注水量與日增油存在一定程度負(fù)相關(guān)，注入壓降與日增油存在正相關(guān)，且注入壓降與日增油相關(guān)性更強(qiáng)，說明注入壓降對(duì)調(diào)剖效果影響更明顯。

圖1 措施日增油與注水參數(shù)矩陣

2.3 吸水剖面參數(shù)

吸水剖面測(cè)井是油田注水工作的主要監(jiān)測(cè)手段，能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地反映油藏層間或?qū)觾?nèi)矛盾，為注水井調(diào)剖提供重要依據(jù)[17-19]，但受注水井本身的復(fù)雜程度影響和吸水剖面資料標(biāo)準(zhǔn)化程度制約，吸水剖面參數(shù)很難在多種水平下進(jìn)行合理地評(píng)價(jià)對(duì)比。

吸水剖面測(cè)井解釋成果主要由吸水厚度和吸水強(qiáng)度組成。吸水厚度與射孔厚度的比值動(dòng)態(tài)地反映出注水井的層內(nèi)矛盾，吸水強(qiáng)度反映出注水井的層間矛盾。由于射孔層數(shù)和射孔厚度的差異，吸水厚度和吸水強(qiáng)度都不能直接用于不同注水井的評(píng)價(jià)對(duì)比。為了對(duì)不同射孔參數(shù)的注水井進(jìn)行合理對(duì)比，構(gòu)建了由吸水厚度指數(shù)、吸水強(qiáng)度指數(shù)和吸水剖面指數(shù)組成的公式。

(1)

式中：Ip、Ih、Iq分別為吸水剖面指數(shù)、吸水厚度指數(shù)、吸水強(qiáng)度指數(shù)；hs、hp分別為吸水厚度和射孔厚度，m；qmin、qmax分別為最小吸水強(qiáng)度和最大吸水強(qiáng)度，m3/m。

若油藏完全均質(zhì)，吸水厚度等于射孔厚度、最小吸水強(qiáng)度等于最大吸水強(qiáng)度，吸水剖面指數(shù)為0；隨著油藏非均質(zhì)性增加，注水矛盾突出，吸水剖面指數(shù)也隨之增加，最大值不超過1。射孔層為單層時(shí)，吸水強(qiáng)度可以根據(jù)單層吸水剖面的形態(tài)進(jìn)行劈分，構(gòu)建一個(gè)近似多層的情況。

一般來說，射孔層數(shù)越多，注水矛盾越突出，吸水剖面指數(shù)越高。為了校正不同射孔層對(duì)吸水剖面指數(shù)的影響，構(gòu)建修正剖面指數(shù)分析注水矛盾對(duì)調(diào)剖效果的影響。用吸水剖面指數(shù)與層數(shù)進(jìn)行線性回歸分析，得到層數(shù)與剖面指數(shù)的回歸方程，可以計(jì)算不同層數(shù)下的回歸剖面指數(shù)，實(shí)際剖面指數(shù)與回歸剖面指數(shù)的差值即為修正剖面指數(shù)。

統(tǒng)計(jì)29井次調(diào)剖數(shù)據(jù)，繪制日增油與吸水剖面參數(shù)矩陣圖。由圖2可知，隨著吸水剖面指數(shù)和修正剖面指數(shù)增大，措施日增油均呈上升的趨勢(shì)；隨著射孔層數(shù)的增加，吸水剖面指數(shù)也呈增大的趨勢(shì)。

圖2 措施日增油與吸水剖面參數(shù)矩陣

對(duì)射孔層數(shù)與吸水剖面指數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)為0.424，為線性正相關(guān)。對(duì)吸水剖面指數(shù)和修正剖面指數(shù)與日增油進(jìn)行相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)分別為0.350、0.377，兩者與日增油均存在正相關(guān)，其中修正剖面指數(shù)與日增油相關(guān)性更強(qiáng)，說明修正剖面指數(shù)對(duì)調(diào)剖效果影響更明顯。

2.4 采油參數(shù)

采油參數(shù)主要包括調(diào)剖前采油井的日產(chǎn)液、日產(chǎn)油和含水。統(tǒng)計(jì)29井次調(diào)剖數(shù)據(jù)，繪制日增油與采油參數(shù)矩陣圖。由圖3可知，三者與日增油不存在明顯的線性關(guān)系，進(jìn)行二次模型回歸，日產(chǎn)液回歸曲線是下凹型，日產(chǎn)油回歸曲線是上凸型，含水曲線關(guān)系不明顯。日產(chǎn)油上凸型曲線說明日產(chǎn)油在0.8～1.8 t時(shí)，日增油存在極大值，措施效果最好。日產(chǎn)油較低時(shí)，采油井剩余油潛力較小，增加了調(diào)剖風(fēng)險(xiǎn)；日產(chǎn)油較高時(shí)，采油井生產(chǎn)矛盾不突出，增油效果也不明顯。因此，調(diào)剖時(shí)生產(chǎn)井日產(chǎn)油需在合理區(qū)間內(nèi)，才能取得較好的調(diào)剖效果。

圖3 措施日增油與采油參數(shù)矩陣

2.5 連通參數(shù)

連通參數(shù)指注采井組在注水和采油時(shí)連通射孔層的油藏參數(shù)，通過相關(guān)性分析，選擇采油井的油層連通參數(shù)，主要包括連通厚度、孔隙度、滲透率和含油飽和度。統(tǒng)計(jì)29井次調(diào)剖數(shù)據(jù)，繪制日增油與連通參數(shù)矩陣圖。由圖4可知，隨著連通厚度增加，日增油明顯呈下降趨勢(shì)，孔隙度、滲透率和含油飽和度與日增油的趨勢(shì)不明顯。對(duì)連通厚度、孔隙度、滲透率和含油飽和度與日增油進(jìn)行相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)分別為-0.503、0.043、-0.107、0.056，說明連通厚度與日增油負(fù)相關(guān)較明顯。連通厚度越大，調(diào)剖劑的效用就越分散，調(diào)剖效果越差；連通厚度的準(zhǔn)確度較高，對(duì)調(diào)剖效果的影響更明顯。

圖4 措施日增油與連通參數(shù)矩陣

2.6 調(diào)剖劑選擇

調(diào)剖劑類型和注入?yún)?shù)也是影響調(diào)剖效果的主要因素之一，研究區(qū)常用調(diào)剖劑類型主要有A類(交聯(lián)聚合物)和B類(凝膠顆粒)，調(diào)剖劑用量是注入?yún)?shù)中最重要的因素。調(diào)剖劑類型屬于非連續(xù)數(shù)據(jù)，調(diào)剖劑用量屬于連續(xù)性數(shù)據(jù)。統(tǒng)計(jì)29井次調(diào)剖數(shù)據(jù)，按照調(diào)剖劑類型分組，繪制日增油與調(diào)剖劑用量的散點(diǎn)圖。由圖5可知，A類調(diào)剖劑增產(chǎn)效果整體上優(yōu)于B類調(diào)剖劑，且A類調(diào)剖劑用量較少。隨著調(diào)剖劑用量增加，A類調(diào)剖劑效果沒有明顯增加，反而有下降趨勢(shì)，說明A類調(diào)剖劑調(diào)剖效果較好，在一定條件下，增加調(diào)剖劑用量不能改善調(diào)剖效果。B類調(diào)剖劑增產(chǎn)效果隨調(diào)剖劑用量增加有一定程度改善。當(dāng)調(diào)剖劑達(dá)到一定劑量后，調(diào)剖劑用量對(duì)調(diào)剖效果影響不明顯。A類調(diào)剖劑比B類調(diào)剖劑用量少、時(shí)間短、費(fèi)用低、增產(chǎn)效果好。因此，條件合適的情況下，研究區(qū)調(diào)剖劑優(yōu)選A類調(diào)剖劑。

圖5 措施日增油與調(diào)剖劑參數(shù)散點(diǎn)分布

3 調(diào)剖措施優(yōu)選

通過影響因素分析，可以確定注采對(duì)應(yīng)關(guān)系、注入壓降、修正剖面指數(shù)、日產(chǎn)油、連通厚度、調(diào)剖劑類型是影響增產(chǎn)效果的主要因素。利用六西格瑪技術(shù)中的回歸分析方法，綜合多種因素對(duì)調(diào)剖措施進(jìn)行優(yōu)選，定量分析各因素對(duì)調(diào)剖后日增油的影響。

3.1 回歸分析

設(shè)定調(diào)剖日增油為響應(yīng)變量，用一般線性模型進(jìn)行回歸分析，連續(xù)預(yù)測(cè)變量為注入壓降、修正剖面指數(shù)、連通厚度、日產(chǎn)油，類別預(yù)測(cè)變量為調(diào)剖劑類型。經(jīng)過逐步優(yōu)化回歸分析，確定注入壓降、修正剖面指數(shù)，連通厚度為影響日增油的關(guān)鍵因子。由方差分析可知，三個(gè)因子的假設(shè)概率P值都小于0.05，說明找到關(guān)鍵因子[20]。通過回歸分析，可以得到調(diào)剖日增油的回歸方程式(2)。

ΔRo=0.531+0.049 4ΔPi+1.102ΔIp-0.012hc

(2)

式中：ΔRo為調(diào)剖日增油，t；ΔPi為注入壓降，MPa；ΔIp為修正剖面指數(shù)；hc為連通厚度，m。

3.2 有利井組優(yōu)選

由于回歸分析存在一定的局限性，有些因素在回歸分析中不能體現(xiàn)出來?；貧w分析沒有考慮一對(duì)多注采對(duì)應(yīng)關(guān)系，日產(chǎn)油與日增油不存在明顯的線性關(guān)系。雖然調(diào)剖劑類型在回歸分析中沒有體現(xiàn)出對(duì)調(diào)剖效果的影響，不同類型調(diào)剖劑增產(chǎn)效果有差異，但差異不明顯。調(diào)剖優(yōu)選時(shí)，不只考慮日增油，還要考慮措施成本和施工周期等因素。因此，在有利井組優(yōu)選時(shí)，它們都可以增加為調(diào)剖措施的篩選條件。在對(duì)調(diào)剖效果影響因素分析的基礎(chǔ)上，對(duì)有利井組優(yōu)選，設(shè)置以下四個(gè)篩選條件：①回歸日增油，預(yù)測(cè)值優(yōu)先選擇大于0.30 t；②注采對(duì)應(yīng)關(guān)系，優(yōu)先選擇一對(duì)多注采井組；③日產(chǎn)油，對(duì)應(yīng)油井調(diào)剖前日產(chǎn)油優(yōu)先選擇在0.80～1.80 t；④調(diào)剖劑類型，優(yōu)先選擇適合交聯(lián)聚合物調(diào)剖的油藏條件。四個(gè)條件具有相互補(bǔ)償作用，有利井組篩選條件不是固定不變的，可以根據(jù)實(shí)際情況、以及調(diào)剖后的增產(chǎn)效果進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。

4 礦場應(yīng)用

研究區(qū)A39-6井組屬于一對(duì)多注采井組，對(duì)應(yīng)油井為A39-21井和A39-23井。A39-21井調(diào)剖前日產(chǎn)液22.60 t，日產(chǎn)油0.82 t，含水96.4%；A39-23井調(diào)剖前日產(chǎn)液24.50 t，日產(chǎn)油0.55 t，含水97.8%；A39-21井日產(chǎn)油在優(yōu)選條件范圍內(nèi)。利用回歸方程，預(yù)測(cè)調(diào)剖后日增油為0.72 t，表明該井組實(shí)施調(diào)剖措施風(fēng)險(xiǎn)較低。在相同配注條件下，對(duì)井組實(shí)施注交聯(lián)聚合物調(diào)剖，A39-6井油壓升高7.2 MPa，對(duì)應(yīng)油井A39-21井增產(chǎn)效果明顯，日產(chǎn)液下降9.00 t，日增油1.03 t，含水下降10%，井組累計(jì)增油383.00 t。

統(tǒng)計(jì)注采井組生產(chǎn)數(shù)據(jù)，初步篩選出45口適合調(diào)剖的注采井組。根據(jù)有利井組的四個(gè)篩選條件進(jìn)行優(yōu)選，研究區(qū)在2020年實(shí)施調(diào)剖措施共計(jì)24井次，平均單井日增油為0.71 t，缺陷2井次，缺陷率為8.3%。與實(shí)施六西格瑪項(xiàng)目前對(duì)比，措施日增油提高22.4%，累計(jì)增油542 t。

目前，六西格瑪技術(shù)在油田開發(fā)方面的應(yīng)用還處于探索階段，不僅用于調(diào)剖措施的優(yōu)選，還可以應(yīng)用于油田開發(fā)其他領(lǐng)域，例如射孔、酸化、壓裂等增產(chǎn)措施。

5 結(jié)論

(1)國內(nèi)大多數(shù)油田進(jìn)入到注水開發(fā)中后期，油田增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)難度逐年增加，把六西格瑪技術(shù)引入到調(diào)剖措施研究中，為油藏開發(fā)提供一種新的研究方向。

(2)根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況，對(duì)注采對(duì)應(yīng)關(guān)系、注水參數(shù)、吸水剖面參數(shù)、采油參數(shù)、連通參數(shù)、調(diào)剖劑參數(shù)六類因素進(jìn)行相關(guān)性分析，通過回歸分析得到調(diào)剖日增油回歸方程，預(yù)測(cè)措施效果。

(3)有利區(qū)優(yōu)選時(shí)，提出四個(gè)篩選條件：回歸日增油、注采對(duì)應(yīng)關(guān)系、日產(chǎn)油、調(diào)剖劑類型。通過實(shí)施六西格瑪技術(shù)，研究區(qū)實(shí)施調(diào)剖措施24井次，累計(jì)增油542 t，平均單井日增油0.71 t。