塔河縫洞型油藏產量變化預測模型研究

李溢龍，吳 鋒，李曉平，楊 強

(西南石油大學油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室，四川 成都 610500)

?

塔河縫洞型油藏產量變化預測模型研究

李溢龍，吳 鋒，李曉平，楊 強

(西南石油大學油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室，四川 成都 610500)

塔河縫洞型碳酸鹽巖油藏埋藏深，非均質性極強，開采難度大,預測油田產量的變化規律對后期開發方案的制定及調整都至關重要，然而各單元產量極易受到外界因素的影響，難以預測。以實際生產數據為基礎，結合相關性分析原理，利用因子分析法針對XX單元建立了綜合考慮采油井數、注水井數、采油速度等影響因素的產量預測模型。通過對XX單元實際生產數據的預測分析可知，該模型能夠較好地對油田產量進行預測，為該類油藏產量變化規律的預測提供了一種簡單、實用的方法。

塔河油田：縫洞型油藏；產量預測；預測模型

塔河縫洞型碳酸鹽巖油藏儲量大、分布廣，儲層內含孔、洞、縫等結構[1-3]，具有極強的非均質性[4-8]，并且流體流動特征復雜[9-10]，導致開采難度大。隨著油田開發的進行，產量終將進入遞減階段[11-13]，而預測油田產量的變化規律對后期開發方案的設定及調整都至關重要。目前已有很多學者對該類油藏的遞減規律進行了研究，但多數[14-18]都是針對產量數據而進行的簡單統計分析；也有少數學者[19-20]建立了產量變化的數學模型，但假設條件都較為理想化，未曾考慮產水、采油速度、井數等多因素的影響，因此對油田產量的預測不能達到較好的效果。筆者利用相關性原理對影響產量變化的多個可定量化的因素進行相關性分析，提取主控因素，進而利用因子分析法構建新的表征因子，再結合產量數據進行回歸分析，得出產量預測模型，以期為該區域同類型單元產量變化預測提供一種簡單易行的方法。

1 縫洞單元產量變化特征分析

1.1 產量遞減特征

對于塔河地區奧陶系油藏而言，由于儲量規模、儲層發育程度、生產能力大小、天然能量以及開采方式等因素的影響，多井縫洞單元產量變化趨勢表現出不同的特征。投入開發后，理論上遞減階段的生產特征形態應該主要為穩產遞減型和遞減型兩種類型。但在實際生產中，由于工作制度變化、增產措施、開井時率的影響，生產形態由兩種類型變為穩產遞減型、遞減型和波動變化型三類，并且在此基礎上還可細分為“幾”型、反“廠”型、“∧”型、常規遞減、“L”型遞減等亞類。各類生產曲線對比情況如圖1所示。

圖1 油藏縫洞單元各類產量遞減曲線對比

1.2 產量遞減影響因素

從前人對產量遞減的研究可以看出，油藏產量遞減的原因[21]歸納起來有兩個，一個是油藏能量降低，另一個是油藏產水。對于絕大多數油藏而言，其天然能量有限，尤其是封閉性油藏，能量降低便是該類油藏產量遞減的主要因素。而對于有天然水體或者人工補充能量的油藏，能量的補充若趕不上油藏開采時的消耗速度，產量也會下降。對于一些能量供給充足的井而言，產量遞減的一個重要因素便是產水，油井產水說明水體已在油藏突破了井底，原油流向井筒的通道被水占據，同時水的突破會加大井底回壓，降低驅油動力，原油產量自然會有所下降。

對于縫洞型油藏，特別是像塔河這種具有大規模溶洞發育的油藏，其縫洞發育隨機性強，規模及尺度大，油藏內部油水流動已遠遠超出滲流范疇，油水流動極不容易達到穩定，油水流動分配不易出現規律性變化，因此，油井產出油水關系變化復雜，且極易受到外界因素的影響，比如注水井位置與數量，采油井位置與數量，注水速度與注入量，采油速度與采油量等。

1.3 影響因素相關性分析

從前面的影響因素分析可知，影響縫洞單元產量變化規律的因素很多，此處以塔河縫洞型碳酸鹽巖油藏XX單元為例，利用相關系數分析法將可量化的因素與單元的產量進行相關性分析，提取影響產量變化的主控因素，以便后面的進一步分析。分析結果如表1。

表1 XX單元產量變化因素相關性分析

從表1中可以看出，對于XX單元而言，相對于累積產油量，采油井數與其相關性最大，累計注水次之，相關性最小的是累積產水。

2 模型研究

根據相關性分析原則[22]，相關值大于0.5的可認為二者具有強相關性。從前面的分析可以看出，影響產量變化的因素很多，并且多個因素與產量之間均屬于強相關性。因此不能只選擇其中某個因素對產量變化規律進行分析，需考慮多個因素的共同影響，故而采用因子分析法構建新的表征因子，再用新的因子對產量進行回歸分析。

2.1 影響因素指標的標準化

各個因素之間由于單位及數量級的差異，不便于進行直接分析，因此需要對各因素進行標準化。本文采用z-score標準化方法對XX單元的各因素進行標準化，其轉化函數為：

其中μ為所有樣本數據的均值，σ為所有樣本數據的標準差。

標準化前后數據的變化特征沒有改變，所以利用標準化后的數據能反映原始數據變化規律。

2.2 構建新表征因子

由于影響產量變化的因素較多，為了便于分析，本文通過因子分析法將相關性較強的變量歸為一類以減少影響因素的個數。在該方法中，假定每個原始變量由兩部分組成：公共因子和特殊因子。公共因子是各個原始變量所共有的因子，表示各變量之間的相關性；特殊因子則是每個原始變量所特有的因子，表示原有變量不能被新的因子解釋的部分。

X=AF+E

其中：F——新的表征因子；A——因子載荷矩陣；X——原始變量；E——特殊因子。

利用因子分析法對XX單元的各影響因素指標進行分析，其結果如表2至表4所示。

新的表征因子的貢獻率表示該因子反映原指標

表2 因子解釋原有變量總方差情況

的信息量；累積貢獻率表示相應幾個新的表征因子累積反映原始指標的信息量。從表2可以看出，在4個新的表征因子中只有1個特征值大于1的因子，為達到分析的要求，選取特征值較大的兩個因子，其累積方差達到85.470%，即前兩個表征因子可以反映原指標85.470%的信息量。

表3 提取后的因子載荷矩陣

從表3的表征因子載荷矩陣可以看出，新的表征因子F1與注水井數和累積注水量強相關，可以認為是人為補充能量因子，其他因素由因子F2補充。

通過表4的系數矩陣，可以獲得4個原始因素與表征因子F1、F2之間的關系，具體可寫作如下的表征因子得分函數：

F1=0.380Wis-0.425Vos-0.179Nows+

0.368Nwws

F2=0.049Wis+0.296Vos+0.962Nows+

0.090Nwws

式中：F1、F2——新的表征因子；Wis——標準化累計注水量；Vos——標準化采油速度；Nwws——標準化注水井數；Nows——標準化采油井數。

表4 表征因子得分系數矩陣

2.3 回歸擬合模型

利用因子分析的結果，計算XX單元每月生產數據所對應的表征因子F1和F2，然后結合累積產油量，以F1值為橫坐標，F2值為縱坐標，累積產油

量為Z坐標，采用多元非線性回歸法[23-24]對此三維數據進行回歸分析，結果如表5所示，擬合關系式為：

表5 XX單元回歸擬合結果

從擬合結果可以看出，相關系數達到0.984 24，此公式能夠反應原始數據的變化特征。

3 實例應用

用上述回歸關系對XX單元2010年12月至2011年12月的生產數據進行預測，并同時利用Arps遞減曲線法對該單元的遞減情況進行分析，計算結果如表6所示。從表6可以看出，因子分析法在考慮單元遞減多因素影響的情況下，大部分的預測結果的誤差在10%以內，平均為1.91%，能較好地對生產數據進行預測分析；而Arps遞減曲線法誤差為-8.90%，大部分在10%～20%之間，且對于未發生遞減的單元，該方法無法預測單元產量的變化趨勢。因此，對該類地質構造復雜且多因素影響下的油藏進行產量分析和預測時，因子分析法可靠性更高。

表6 XX單元預測對比分析

4 結論

(1)縫洞型碳酸鹽巖油藏中，油氣生產規律受多種因素的共同作用，對產量變化規律的研究需要綜合考慮采油速度、注水井數、采油井數等外界因素的影響。

(2)相關性分析法可對定量化的影響因素進行相關性分析，從而得到影響各單元產量變化的主控因素，對后期開發方案的設計和調整具有一定的指導意義。

(3)運用因子分析法建立的模型能夠同時考慮多個因素的影響，預測效果好，并且可對任意生產階段的生產特征進行分析，為縫洞型油藏產量變化規律的預測提供了一種簡單、實用的方法。

[1] 張希明.新疆塔河油田下奧陶統碳酸鹽巖縫洞型油氣藏特征[J].石油勘探與開發,2001,28(5):17-21.

[2] 李瑩,王懷洪,鞏固,等.塔河油田S80單元縫洞體分布規律及發育模式[J].油氣地質與采收率,2014,21(6):30-32.

[3] 李小波,李新華,榮元帥,等.地震屬性在塔河油田碳酸鹽巖縫洞型油藏連通性分析及其注水開發中的應用[J].油氣地質與采收率,2014,21(6):65-67.

[4] Cathy H,Volker V,Simon T,et al.Pore system characterization in heterogeneous carbonates:An alternative approach to widely-used rock-typing methodologies[J].Marine and Petroleum Geology,2010,27(4):772-793.

[5] 漆立新,云露.塔河油田奧陶系碳酸鹽巖巖溶發育特征與主控因素[J]．石油與天然氣地質,2010,31(1):1-12.

[6] 劉中春.塔河油田縫洞型碳酸鹽巖油藏提高采收率技術途徑[J].油氣地質與采收率,2012,19(6):66-68.

[7] 李陽,范智慧.塔河奧陶系碳酸鹽巖油藏縫洞系統發育模式與分布規律[J].石油學報,2011,32(1):101-106.

[8] 榮元帥,李新華,劉學利,等.塔河油田碳酸鹽巖縫洞型油藏多井縫洞單元注水開發模式[J].油氣地質與采收率,2013,20(2):58-61.

[9] 李宗宇.塔河奧陶系縫洞型碳酸鹽巖油藏開發對策探討[J].石油與天然氣地質,2007,28(6):856-862.

[10] 盧占國.縫洞型介質流體流動規律研究[D].東營:中國石油大學,2010.

[11] 張學磊,胡永樂,樊茹,等.塔里木油田縫洞型碳酸鹽巖油藏開發對策研究[J].西南石油大學學報(自然科學版),2010,32(6):107-112.

[12] 李隆新,吳鋒,張烈輝,等.縫洞型底水油藏油井見水及含水規律實驗研究[J].西南石油大學學報(自然科學版),2013,35(2):127-134.

[13] 李陽.塔河油田碳酸鹽巖縫洞型油藏開發理論及方法[J].石油學報,2013,34(1):115-121.

[14] 李柏林，涂興萬，李傳亮.塔河縫洞型碳酸鹽巖底水油藏產量遞減特征研究[J].巖性油氣藏,2008,20(3):132-134.

[15] 呂愛民，姚軍.裂縫性底水油藏含水率及產量變化規律研究[J].特種油氣藏,2006,13(5):56-61.

[16] 朱婧，張烈輝，吳鋒，等.塔河碳酸鹽巖縫洞性油藏單井遞減規律研究[J].重慶科技學院學報(自然科學版), 2009,11(2):14-17.

[17] 劉常紅，陳志海.塔河碳酸鹽巖油藏產量遞減特征與影響因素分析[J].特種油氣藏,2010,17(6):72-74,116.

[18] 馬國偉，董偉，李國蓉，等.塔河油田南部鹽下奧陶系油藏產量遞減特征研究[J].新疆石油天然氣,2009,5(4):44-47.

[19] 羅二輝，胡永樂，王磊，等.縫洞型低滲透碳酸鹽巖油藏產量遞減曲線分析[J].大慶石油學院學報,2012,36(2):86-90.

[20] 賈永祿，曾桃，林濤，等.縫洞型碳酸鹽巖雙滲油氣藏產量的變化規律[J].天然氣工業,2008,28(5):74-76.

[21] 李肅.塔河油田產量遞減因素分析與控制對策[D].成都:西南石油大學,2014.

[22] 蔡智澄,何立民.相關性分析原理在圖書館情報分析中的應用[J].現代情報,2006,27(5):151-151,156.

[23] 董大校.基于MATLAB的多元非線性回歸模型[J].云南師范大學學報,2009,29(2):45-48.

[24] 王蕊，董祥旻，何衛蘋.一種多元非線性回歸模型的建立方法及應用[J].評價與測量,2010,8(11):17-22.

編輯：李金華

1673-8217(2016)06-0026-04

2016-05-20

李溢龍，1989年生，西南石油大學油氣田開發專業在讀博士研究生，主要從事油氣藏滲流理論與數值模擬研究。

國家自然科學基金 “三維大變化尺度縫洞型碳酸鹽巖油藏流體流動規律及流-固耦合綜合模擬研究”(51374181)和高等學校博士學科點專項科研基金(20115121120002)聯合資助。

TE344

A