油田注水開發效果評價方法

雷田田（中國石油大學（北京）城市油氣輸配集輸北京市重點實驗室）

油田注水開發效果評價方法

雷田田（中國石油大學（北京）城市油氣輸配集輸北京市重點實驗室）

我國低滲透油氣資源十分豐富，邊水與底水驅動不明顯，天然的能量補給較差，增加了開發難度。隨著石油的不斷開采，國內大多數油田需要采取注水開發以保持地層壓力，達到提升最終采收率的目的。對這些注水開發油藏，如何評價注水開發效果，到目前為止，還幾乎沒有系統完善的方法。在充分調研的基礎上，對現階段油田注水開發效果的評價方法進行了歸納分析。

注水開發；采收率；評價方法；節能降耗

作為工業的血液，石油在各國的能源結構中都占有特別重要的地位。隨著石油的開采，越來越多的油田需要通過相應的措施向地層補充能量以維持一定的地層壓力，從而使油田的產油量保持穩定，達到提升采收率的目的。其中，注水是維持油田地層壓力、促進高效開采的主要措施。在油田注水過程中，整個開發都離不開開發效果的評價，這不僅關系到油田的產量和壽命，也是確定相關調整措施，實現節能降耗的重要手段。因此，完善地建立一套綜合評價油田注水開發效果的方法、模型和技術，找出提升油田采收率的關鍵點、發現油田開發的措施調整方向等就顯得特別重要。

1 國內外研究現狀

長期以來，人們一直致力于解決注水開發效果的評價問題。當前條件下，注水開發效果的評價方法大概分為兩類：一是將單個指標分別與給定的評價標準進行比較；二是將幾個獨立評價指標通過數學方法進行綜合評判來進行評價。

在四五十年代，美國和前蘇聯相繼開始關注注水開發油田的實用性，結合本國的開采特點，分別提出了相適應的變化指標。從五十年代起，我國也開始研究油田注水開發，并從多方面嘗試對注水開發效果進行有效評價。經過多年發展，油田注水開發效果的評價方法大致分以下幾種：

1.1 狀態對比法

狀態對比法是指在相同的情況下，將實際的曲線與標準曲線進行比較，通過兩者的偏差量來進行評價，一般是將特征曲線推出的理論公式或者擬合的理論公式與實際曲線進行比較得到。在比較的過程中，評價指標的選擇具有一定的主觀性，往往與操作人員有關。但此種方法清楚明了，易于實施，因而廣泛應用在現場。陳月明等人[1]為了客觀合理地調整注水開發方案，提升油田采收率，采用了管道流動法、井網密度合理布局法、水驅曲線及經驗公式等，對注水油田的開發效果進行評價，得到較為適宜的井網密度，明確了油田開采的潛力。這種方法同時使用靜態資料和動態資料，與油田的實際情況密切結合，在永安油田得到了廣泛應用。

許多人在此基礎上對之進行了改進，改進整體分為以下兩個方面。一方面是對評價的指標進行改進，王國先[2]提出了新的收斂性較好的評價指標，即用累計含水采出比或即時含水采出比進行評價；另一方面是改進推導理論或者方法，馮其君[3]根據現場標定油藏采收率的經驗，通過童式校正曲線得到了采出程度和含水率、存水率的關系曲線來評價水驅開發效果。

狀態對比法能夠充分使用相關資料，簡單實用，能夠在現場得到廣泛應用，但該種方法也存在一定的弊端。首先其標準曲線推導或者擬合的準確性有待商榷，其次由于生產數據的不準確可能導致評價指標之間相互矛盾。

1.2 可采儲量評價法

可采儲量可分為動態可采儲量和靜態可采儲量，標志著企業規模和油田的大小，在開發效果的評價過程中具有重要作用。動態可采儲量是變化的，與開發過程有關，某一階段的動態可采儲量是指開發結束時的最終采油量，而該采油量是通過開采趨勢預測得到的。靜態可采儲量是指某一給定油田的最大產油量，該產油量是在目前技術水平條件下達到的。從理論來看，靜態可采儲量應該大于動態可采儲量，而且兩者越接近，偏差越小，開發效果越好。在實際情況中，由于預測公式存在一定偏差，可能會出現靜態可采儲量小于動態可采儲量的情況。

對于動態可采儲量和靜態可采儲量，有許多的經驗預測公式。1955年，Greenberger和Gutuhie[4]采集了73個注水油田的基礎數據，通過對數據進行多元回歸分析，得到了注水油田可采儲量的經驗公式。Wright[5]在1958年根據注水油田的實際開采情況，首先建立了累積產油量與水油比半對數統計規律。之后Matthews[6]也建立了相關統計直線關系，并與Wright得到的注水特征曲線一起在預測注水可采儲量中起到了重要作用。美國石油學會在1956—1967年對中東地區的多個注水油田的采收率進行了詳細研究，并在1967年提出了注水油田預測可采儲量經驗公式。

我國在七八十年代也對可采儲量做了一定研究，提出了采用驅替特征曲線研究注水開發的可采儲量，在這個過程中，甲型曲線得到了廣泛應用。后來發現上述方法考慮不夠全面，只考慮了采出量之間的關系，不能準確反映注水開發效果的好壞。近年來，隨著油田含水量的增加，注水成本也越來越高，人們逐漸認識到通過注水指標對開發效果進行評價的重要性。童憲章等人[7]通過深入的分析研究，提出了多種預測注水開發指標的方法。

目前大約有30多種水驅曲線法，經過大量的實際應用，預測可采儲量對注水開發效果進行評價實用性較強的是甲、乙、丙和丁四種類型的水驅曲線。一般情況下，用動、靜態可采儲量的比值來進行評價，比值越大，注水開發效果就越好。但是該種方法也有缺陷，當計算的動態儲量較大或者靜態儲量較小時，就會出現動、靜可采儲量的比值大于1，從而該方法失效。

1.3 綜合評價方法

綜合評價方法包含常規的綜合評價法與多科學評價法，是綜合評價目標的所有影響因素得到的一個綜合的評價結果。

1.3.1 系統動態分析法

系統動態分析法是王鳳琴、薛中天等人[8]提出的一種新的效果評價方法，該系統把油田看作一個復雜的體系，依據大系統理論和方法，研究各個生產井之間產水量與產液量、產油量與產液量、產液量與含水量之間的相互關系；研究各個生產井產水量之間、產油量之間的相互關系；研究注采井的注入量與產油量、產水量的相互關系。從而得到了油藏中儲層能量損失和能量補給的關系、儲層的非均勻性與儲層能量損失關系、油與水之間的運動關系。這種方法不限制在單個的因素，重點研究整個開發過程，突出系統的主要特點。此計算分析表明，通過采取一定的措施，例如堵水調剖等，可以使整個系統的穩定時間延長，提高總的產油量，進而使最終采收率提升。

油田是一個復雜的系統，要研究產量與各個因素之間的相互關系特別困難。王鳳琴、薛中天等人根據結構分析理論，將油田看作一個處理系統，這個處理系統中包含輸入部分、中央處理器、輸出部分。根據此模型，產生了兩種不同的觀點。一種觀點認為此模型可以引入到油藏中，從微觀研究三個部分之間的相互作用關系，根據此作用機理，形成了黑油模型。另一種觀點認為，在實際生產中，由于油藏的各向異性的影響，儲層參數存在一定的不準確性，導致不能準確地建立中央處理模型，難以得到較好的處理結果，則必須對中央處理部分進行優化。

1.3.2 模糊綜合評判法

黃炳光、唐海等人[9]在分析其它方法優缺點的基礎上建立了油藏水驅開發潛力評價指標體系，提出了評價油藏注水開發潛力的新方法—“模糊綜合評判法”。該體系的評判指標分為兩級[10]，一級評判指標是指有具體值的單因素指標；二級評判指標往往比較復雜，沒有明確的值，一般情況下受到多個單因素指標的綜合影響。用這種方法來描述開發效果的改善程度時，通過采取相應措施后，用開發效果評價指標的變化程度來表示。

在模糊綜合評判法中，由各個單因素的權重系數構成的集合是模糊向量[11]。模糊概念的外延是不明確的，其邊界是不清晰的，因而相應的集合也是“模糊”的，不能簡單地用“是”或“否”來回答。權重系數可以通過層次分析法、專家打分法等方法得到，但是不同的方法具有不同的側重點。

1.3.3 灰色理論評價法

在分析注水開發油田開發特點和儲層特征的基礎上，宋子齊等人[12]充分利用灰色系統理論方法對水驅均勻程度和水驅開發潛力等進行評價。通過標準化和矩陣分析，結合綜合統一法和組合放大技術，對不同注水開發油田的調整方法進行了分析，同時綜合評價處理了注水開發潛力的地質因素，有效地改善了油田注水開發效果，明確了注水開發方向。

灰色系統理論是未知和已知同時存在的分析方法。進行注水開發效果評價時，就是把影響開發效果的各種已知因素和未知因素看作一個灰色過程，通過提取相關的參數進行統計研究，確定相關灰數的指標標準。之后根據這些指標標準和參數將灰色系統進行白化，對油田注水開發效果進行綜合與全面的評價。

以上三種方法都是在油田開發效果評價中引入了數學思想。系統動態分析法的重點是提升油田整個系統的最終采收率，是從宏觀角度來考慮問題，就效果評價而言比較理想化，且由于評價參數較多時會影響數學模型的正確性，故較少應用于現場。模糊綜合評判法和灰色理論評價法都充分利用了數學思想的邏輯性，將定性分析與定量表達部分結合，能夠較為準確地實現開發效果的評價，但也存在一定的缺陷，在利用數學統計規律制定評價指標的標準時，評價開發效果指標的變化規律可能與數學方法研究得到的變化趨勢不一樣，從而使評價的結果不準確。

1.4 類比法

廣義的類比法是指通過比較相關對象來確定評價效果的好壞，前提是要在某種相同的情況下進行比較。這里的相關對象可以是進行效果評價的指標，也可以是整個開發系統。一般情況下，類比法應用在同類型的油田之間進行比較。例如，在油田相同的開采狀況下，以現場的生產數據為基礎，由數學規律擬合出存水率和自然對數油水黏度之間的函數關系曲線，并與油田的理想曲線進行比較，可以反映開發情況的好壞。

1.5 數值模擬評價

通過數值模擬對注水開采效果進行評價時，一方面可以根據油田注水開發中的具體實際問題設計數值模擬狀態，另一方面也可以對不同的儲層條件進行模擬。有文獻[13]用此方法對北科威特油田進行了評價，模擬了井網和井距發生變化時的開發效果。也有文獻[14]對油藏進行了評價，模擬的是參數在不同給定范圍內變化時的開發效果。數值模擬評價法也有一定的缺陷，他的評價過程比較復雜，會消耗大量的時間。

1.6 其他方法的應用

為了更好地對油田注水開發進行評價，流體勢原理[15]也應用到油田開發中來。該方法認為油田的注水開發遵循流體勢原理，即由高勢區向低勢區匯聚。在油田注水開采中，低勢區往往是閉合的，形成開采的潛力區，其有兩類控制因素：一是動態條件，即水動力及其變化形成的高勢隔離；二是靜態條件，即儲層狀態和地質條件變化的靜態遮擋因素。對注水開發油田，動態條件和靜態條件兩方面的相互作用導致生產油的滯留與移動。因為靜態遮擋因素只能在垂直方向上產生影響，動態條件只能在水平和側向產生影響。兩者共同作用，才能在儲層中形成三維作用區。

應用流體勢原理，總結了潛力區的控制原因、形成因素及特點，從根本上對油田注水開發的潛力區作了研究[16]。閉合的低勢區就是油田注水開發過程中的潛力區。潛力區的控制原因由動態水勢與靜態遮擋兩方面組成，根據開發實踐，主要控制原因分為動態型、靜態型和復合型。

2 結論

由以上分析可以看出，在油田注水開發效果評價過程中，應用多個指標進行綜合評價的方法正逐漸代替過去的單指標定性評價法。在進行多指標綜合評價時，加入了許多的數學思想，使評價結果更加準確合理。評價過程中，存在許多的不確定性因素，且各指標之間的關系比較復雜，存在一定的局限性，因而要全面準確地進行指標評價還存在一定的困難[17]。目前注水開發效果評價的方向主要有以下幾個方面：

1）就應用現狀而言，一段時間內單指標狀態對比法會繼續應用在現場；

2）就發展趨勢而言，充分利用數學思想的多指標綜合評價法會繼續發展，數值模擬法和系統分析法將長期并行發展；

3）就應用對象而言，不同的油藏所應用的評價方法不同，同一油藏在不同的開發方式或開發階段下所用的評價方法也可能不同；4）就評價范圍而言，小到1口井內的各個油層，大到整個油藏，對各個層次進行分析評價都需要進一步研究。

雖然國內外很多專家對油田注水開發效果的評價進行了研究，但目前仍沒有一套系統完善的評價標準，應用較為廣泛的還是單指標或幾項指標的定性評價。在油田注水開發過程中，根據開發特點，選擇既科學又全面的評價方法或評價技術對提升最終采收率，實現節能降耗具有十分重要的意義。

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10.3969/j.issn.2095-1493.2017.08.005

2016-11-13

（編輯 張興平）

雷田田，2015年畢業于中國石油大學（華東）（油氣儲運工程專業），現為中國石油大學（北京）油氣儲運工程專業碩士研究生，主要從事油氣田集輸相關技術研究，E-mail：18811156277@163.com，地址：北京市昌平區府學路18號中國石油大學，102249。