基于模糊評價的烴類氣驅候選油藏優選方法

李光帥，黃 鵬，楊照君，胡 偉

(1.中國石油冀東油田南堡作業區，河北 唐山 063200;2.中國石油青海油田勘探開發研究院，甘肅 敦煌 736202;3.中國石油大港油田采油五廠，天津 300283;4.中國石油大學石油工程學院，北京 102249)

氣驅是繼水驅、聚合物驅之后提高原油采收率的又一重要途徑，氣驅技術已在世界范圍內得到廣泛的應用［1］。在實施注烴氣提高采收率項目之前，需要對候選油藏進行注烴氣適宜度評價，可提高注烴氣的成功率和經濟效益。1996年Daniel Diaz提出了用參數權重向量乘以參數適度矩陣來對油藏進行綜合評價。Daniel Diaz提出的方法存在不足，就是沒用較強理論依據的數學方法去確定評價參數的權重［2］。李士倫針對3種不同注入氣(烴類氣、CO2、N2)，對原油性質、油藏性質給定了具體的建議值范圍［3］。熊鈺［4］首次提出用模糊層次分析法對注CO2混相驅油藏進行綜合評價。由于影響注烴氣開發效果的因素多且很復雜，目前尚未形成統一的評價標準，有些目標油藏往往不具備注烴氣開發的條件，實施結果不盡人意。通過對影響注烴氣開發效果的原油特性、油藏特性及巖石特性的綜合分析，結合國內外成功注烴氣案例，提出利用多層次模糊綜合評價法優選最適宜注烴氣的候選油藏。

1 多層次模糊綜合評價模型的建立

1.1 模糊綜合評價原理

模糊綜合評價是以模糊數學為基礎，應用模糊關系合成的原理，從多個因素對被評價的事物隸屬等級狀況進行的綜合性評價。設式中，U 為因素集(n=1，2，…，n);V 為評語集(m=1，2，…，m)

單獨從一個因素ui出發進行評價，以確定因素集U對評價集V的隸屬程度，稱為單因素模糊評價，即

式中，Ri為對單因素ui的單因素評價集;rij為第i因素對第j評語的隸屬度。在構造了等級模糊子集后，就要逐個對被評價對象每個因素ui進行量化，確定各因素的隸屬度，進而得到模糊關系矩陣R:

為了反映各因素ui的重要程度，對各個因素ui分配給一個相應的權數ai(i=1，2，…，i)，再由各權重組成的一個模糊集合A就是權重集。

最終，將權重集A與模糊關系矩陣R合成得到各被評價對象的模糊綜合評價結果向量B。

1.2 評價指標體系的建立

影響烴氣驅開發效果的因素是多方面的，通過調研分析可以看出，主要因素包括原油特性、油藏特性以及巖石特性。其中，原油特性主要包括原油密度、原油黏度、剩余油飽和度;油藏特性主要包括油藏溫度、油藏深度、地層壓力、儲層厚度、地層傾角;巖石特性主要包括滲透率、有效孔隙度、潤濕性。

定義:原油特性U1={地面原油密度，地層原油粘度，剩余油飽和度};油藏特性U2={油藏溫度，油藏深度，地層壓力，儲層傾角};巖石特性U3={滲透度，有效孔隙度，潤濕性}。它們作為一級模糊評價因素。并根據各因素之間的相互關系及一級模糊評價結果，將原油特性、油藏特性和巖石特性三組作為二級模糊評價因素，U={原油特性，油藏特性，巖石特性}。

式中，ni為評價參數區間中所含有的成功注烴氣油田個數;Δki為評價參數的區間;ki為各區間對應的評價參數中值;f(ki)為各ki值對應的項目分布密度函數值。

運用式(8)計算出各個評價指標的分布區間［5］，建立注烴氣篩選參數等級劃分，并將評價指標分為5個等級。以原油特性中的原油黏度為例，計算出不同原油黏度區間內的分布密度值見表1。繪制原油黏度分布圖，見圖1。

表1 烴類氣驅原油黏度分布表

圖1 原油黏度分布密度

由圖1可知，原油黏度在小于1.0 mPa·s的范圍內成功實施注烴氣開發的油藏數最多，隨著原油黏度的增加，成功進行注烴氣的油藏數越來越少。因而得出原油黏度的評價標準表，見表2。同理，可以確定其他10個評價指標的等級劃分，見表3。

表2 原油黏度評價標準

表3 注烴氣參數篩選等級劃分

1.3 評價指標隸屬度及權重的確定

隸屬度表征的是每個因素在評語集上的單因素評價值。隸屬度函數的計算方法有多種，但各有優缺點［6］，通過對多種方法的綜合分析，最終選用模糊統計法，即在大量調研的基礎上，對國內外100多個成功實施注烴氣開發的油藏［7］進行統計和歸納，計算出各評價指標中不同區間內成功項目的比例，即為各指標不同區間下的隸屬度值。該方法能準確直觀地反映各指標不同區間內的隸屬程度，相比其他方法具有很高的可信度。

評價矩陣是油藏單一參數對注氣適宜度的評價，對油藏注烴氣適宜度的綜合評價需要確定不同參數的相對重要性，即權重集。計算權重值的方法主要有3種:層次分析法、加權平均法和專家估計法。現擬在層次分析法的基礎上，采用專家評估法進行二次修正。

1)層次分析法。將某個問題的順序分解為不同的層次結構，再用求解判斷矩陣特征向量法，求得每一層次的各因素對上一層次某因素的優先權重。層次分析得到原油特性的權重集:

2)專家估計法。專家評價的準確程度取決于專家的閱歷經驗及知識豐富的廣度和深度。通過相關文獻調研以及注烴氣提高采收率影響因素的研究，項目組專家結合該區油藏實際地質與開發情況，對比分析評價指標中各因素，確定了各因素的權重系數。

1.4 多層次模糊評價結果

將原油特性的權重集A1與原油特性中各因素的隸屬度構成的模糊矩陣R1合成，即可得到原油特性的一級模糊綜合評價結果B1=A1·R1。同理，油藏特性的一級模糊評價結果B2=A2·R2，巖石特性的一級模糊評價結果B3=A3·R3。從而計算出二級模糊綜合評價結果B=A·R。

2 實例應用

2.1 多層次模糊評價應用

根據上述原理，對J油田3個候選油藏進行優選，確定3個油藏注氣可行性并驗證該方法的正確性。3個候選油藏的靜態參數見表4。

表4 候選油藏的靜態評價參數

以J13斷塊為例，由統計而得的原油特性中各指標的隸屬度值，確定一級模糊評價矩陣:

將原油特性的權重集A1與原油特性中各參數的隸屬度構成的模糊矩陣R1合成，即可得到原油特性的一級模糊綜合評價結果B1=A1·R1={0.222，0.511，0.247，0.018，0.002}。同理，可以得到油藏特性的一級模糊綜合評價B2=A2·R2={0.182，0.165，0.345，0.17，0.138}，巖石特性的一級模糊綜合評價 B3=A3·R3={0.196，0.335，0.358，0.102，0.01}。由一級模糊綜合評價結果計算出二級模糊綜合評價結果B=A·R={0.198，0.32，0.319，0.104，0.059}。根據最大隸屬度原則［14］，從計算結果可以看出J13的評語隸屬度值主要集中于“較好”，即適合注烴氣開發。

同理，可以得出候選油藏的評價結果見表5。J17斷塊評語主要集中于“中等”，即可以進行注烴氣開發，但開發的效果不如J13斷塊。J5斷塊評語“較差”占主導地位，即不適合注烴氣開發，注烴氣開發效果較差。

表5 候選油藏注烴氣適宜度評價結果

2.2 數值模擬結果

對3個候選油藏進行注烴氣適宜度評價后，再對J13斷塊、J17斷塊和J5斷塊油藏進行數值模擬研究及開發效果評價，以驗證所建立的多層次模糊綜合評價法的可靠性及實用性。開發效果評價見圖2～圖4。

圖2 J13斷塊采收率與含水率的關系曲線

圖3 J17斷塊采收率與含水率的關系曲線

圖4 J5斷塊采收率與含水率的關系曲線

由圖2～圖4可以看出，對比水驅開發的采收率和氣水交替驅采收率，氣水交替驅能夠有效降低3個候選油藏的含水率，同時氣水交替驅采收率較水驅采收率均有不同程度的提高。J13斷塊實施注烴氣開發后，含水上升速度比水驅緩慢，最終采收率比水驅最終采收率高13.69%。J17斷塊在氣水交替驅初期，含水率迅速降低，比水驅含水率降低39.11%，當采收率超過5%后，含水率快速上升，最終采收率比水驅最終采收率高7.65%。J5斷塊注烴氣開發效果相對較差，當采出程度達到30%時，含水率快速上升至82%，采出程度開始降低，最終采收率比水驅最終采收率高 4.33%。

綜上所述，J13斷塊最終采收率的提高幅度在3個候選油藏中最高，開發效果最為明顯。J17斷塊最終采收率提高了7%左右，并且減緩了含水上升速度。J5斷塊與J13和J17斷塊相比，注烴氣開發效果并不明顯。因此，J13斷塊油藏采用注烴氣開發效果更好，這與前面的模糊綜合評價結果一致。

3 結論

1)通過對候選油藏的注烴氣適宜度多層次模糊綜合評價，給出候選油藏是否適合注烴氣的可靠程度，能夠比較真實地反映候選油藏注烴氣的潛力大小。

2)模糊綜合評價法的準確性與評價指標的隸屬度和權重值的選取有關，模糊統計法、層次分析法及專家評估修正法3種方法的引用，能夠準確描述各參數之間的相互影響程度和隸屬度。

3)運用模糊綜合評價法優選油藏注烴氣可以有效降低油藏選擇的風險和盲目性，提高成功率和經濟效益。通過實例計算驗證了多層次模糊綜合評價法，其具有很強的實用性和可靠性。

［1］白振瑞.注氣開發油藏篩選標準［J］.石油勘探與開發，2000，2(1):51 －58.

［2］Daniel D.Screening criteria for application of carbon dioxide miscible displacement in water flooded reservoirs containing light oil［C］.SPE 35431，1996:21 －24.

［3］李士倫.發展注氣提高采收率技術［J］.西南石油學院學報，2000，8(3):41 －46.

［4］熊鈺.基于模糊層次分析法的注CO2混相驅油藏綜合評價方法［J］.石油學報，2002，23(6):22 －25.

［5］鄭云川，熊鈺，候天江，等.注氣候選油藏篩選的模糊優選方法［J］.西南石油大學學報，2005，27(1):44 －47.

［6］高海紅，程林松，趙梅，等.稠油油藏蒸汽驅篩選的模糊綜合評判［J］.西南石油學院學報，2007，29(3):53 －55.

［7］李士倫，張正卿，冉新權.注氣提高石油采收率技術［M］.四川:科學技術出版社，2001:253－263.