周玉輝 向祖平 夏承莉

(1. 中石油新疆油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院， 新疆 克拉瑪依 834000；2. 重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院， 重慶 401331；3. 淮南市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所， 安徽 淮南 232001)

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CO2混相驅(qū)模糊綜合篩選評(píng)價(jià)方法研究

周玉輝1,3向祖平2夏承莉3

(1. 中石油新疆油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院， 新疆 克拉瑪依 834000；2. 重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院， 重慶 401331；3. 淮南市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所， 安徽 淮南 232001)

從CO2驅(qū)替機(jī)理入手，選取對(duì)注氣效果影響顯著的油藏參數(shù)作為綜合篩選評(píng)價(jià)指標(biāo)，結(jié)合近年來(lái)國(guó)內(nèi)外油藏CO2混相驅(qū)篩選標(biāo)準(zhǔn)，引入模糊集合隸屬度和權(quán)重，建立模糊綜合評(píng)價(jià)方法。利用該方法對(duì)目前國(guó)內(nèi)外9個(gè)典型油藏進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)，確定其注CO2混相驅(qū)的潛力，并基于該方法建立油藏注CO2混相驅(qū)適宜度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)例證明該方法具有科學(xué)性和系統(tǒng)性，對(duì)油藏實(shí)際生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。

CO2混相驅(qū)； 篩選標(biāo)準(zhǔn)； 權(quán)重； 隸屬度； 綜合評(píng)價(jià)

CO2混相驅(qū)技術(shù)作為三次采油的重要方法之一，在提高低滲透、高含水以及深層油藏原油采收率方面具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)及廣闊的應(yīng)用前景。隨著油田注氣開(kāi)發(fā)的發(fā)展，注氣油藏的篩選和評(píng)價(jià)日益受到關(guān)注。在20世紀(jì)90年代以前，注氣油藏的篩選常采用參數(shù)對(duì)比法，根據(jù)參數(shù)的大小給出所謂的“好”、“較好”、“一般”、“差”等評(píng)語(yǔ)，容易出現(xiàn)一票否決的問(wèn)題。隨后發(fā)展起來(lái)的優(yōu)選方法有效用函數(shù)法、逼近理想解的排序法、最優(yōu)線性排序法以及模糊積分綜合排序法等，目前應(yīng)用最廣泛的是CO2混相驅(qū)模糊篩選方法。許多學(xué)者應(yīng)用該方法時(shí)多采用單一的篩選標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)范圍，若篩選標(biāo)準(zhǔn)選擇不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致個(gè)別參數(shù)不理想而否決有實(shí)施注CO2混相驅(qū)開(kāi)發(fā)潛力的油藏[1-2]。因此，為了綜合考慮油藏多種因素對(duì)CO2混相驅(qū)的影響，結(jié)合近年來(lái)國(guó)內(nèi)外專家提出的適合CO2驅(qū)的多種篩選標(biāo)準(zhǔn)，在評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度、權(quán)重以及篩選標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重確定的基礎(chǔ)上建立了油藏CO2混相驅(qū)模糊綜合篩選評(píng)價(jià)方法，并提出了相應(yīng)的適宜度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

1 CO2混相驅(qū)模糊綜合篩選評(píng)價(jià)法

模糊綜合篩選評(píng)價(jià)法，作為工程模糊系統(tǒng)的基本方法之一，其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛[3]。本次研究利用模糊綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)典型油藏進(jìn)行篩選，主要步驟包括指標(biāo)評(píng)價(jià)和篩選標(biāo)準(zhǔn)的確定、隸屬度和權(quán)重的確定以及模糊綜合篩選評(píng)價(jià)，詳細(xì)流程見(jiàn)圖1。

圖1 模糊綜合篩選評(píng)價(jià)法運(yùn)行步驟

1.1 油藏評(píng)價(jià)指標(biāo)和篩選標(biāo)準(zhǔn)的確定

CO2驅(qū)油機(jī)理主要是降低原油黏度和界面張力、膨脹原油體積、抽提中間組分及溶解氣驅(qū)。為了使CO2溶解于原油時(shí)達(dá)到較好的驅(qū)油效果，獲得較高的采收率，一般要求油藏具備與CO2混相或近混相的地質(zhì)條件，具備較大的埋藏深度、較高的地層壓力及溫度，并具有一定的孔隙度、滲透能力和較小的原油黏度。

近年來(lái)學(xué)者們提出了不同的適合CO2混相驅(qū)的油藏篩選標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)價(jià)指標(biāo)參數(shù)的確定方法[4-10]，見(jiàn)表1。本次研究擬根據(jù)目前確定的7個(gè)主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)候選油藏進(jìn)行多標(biāo)準(zhǔn)綜合評(píng)價(jià)，以全面、客觀地反映CO2混相驅(qū)的潛力，減少因篩選標(biāo)準(zhǔn)選擇不當(dāng)而出現(xiàn)的由于個(gè)別參數(shù)不理想而被一票否決的問(wèn)題。

表1 目前國(guó)內(nèi)外適合CO2混相驅(qū)的油藏綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)

隸屬度表示個(gè)體元素對(duì)模糊集合的隸屬程度。引入隸屬度表示CO2混相驅(qū)提高采收率過(guò)程中評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)篩選標(biāo)準(zhǔn)的適宜度。當(dāng)評(píng)價(jià)指標(biāo)參數(shù)存在一定范圍時(shí)，函數(shù)分段法對(duì)其具有良好的適用性。根據(jù)油藏評(píng)價(jià)指標(biāo)的參數(shù)范圍將適應(yīng)條件分為以下4種情況：

(1) 適應(yīng)條件范圍形如(Bx，+∞)的情形：

(1)

(2) 適應(yīng)條件范圍形如(-∞，Bd)的情形：

(2)

(3) 適應(yīng)條件范圍形如(Bx，Bd)的情形：

(3)

(4) 適應(yīng)條件范圍形如(-∞，+∞)的情形：

β(μ)=1

(4)

對(duì)于非量化因素，對(duì)應(yīng)模糊集合的隸屬函數(shù)為一間斷函數(shù)：

(5)

各式中：Bd—— 表示范圍的上限；

Bx—— 表示范圍的下限；

β(μ) —— 隸屬函數(shù)；

μ—— 個(gè)體元素；

U—— 非量化的模糊集合。

根據(jù)模糊隸屬函數(shù)，計(jì)算各油藏評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)不同篩選標(biāo)準(zhǔn)的隸屬度。計(jì)算結(jié)束后得到9個(gè)篩選標(biāo)準(zhǔn)的隸屬度矩陣R1～R9，矩陣形式如下：

(6)

式中： m —— 油藏的數(shù)量；

n—— 油藏評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)量。

針對(duì)候選油藏較多時(shí)，該方法計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單且具有一定的客觀性。

1.3 權(quán)重的計(jì)算方法

不同參數(shù)對(duì)CO2混相驅(qū)替效果的影響程度不同?？紤]到該特征，引入權(quán)重調(diào)節(jié)不同參數(shù)在CO2混相驅(qū)過(guò)程中的重要性[11]。本次研究采用模糊一致判斷矩陣權(quán)重的新方法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，并進(jìn)一步考慮了不同篩選標(biāo)準(zhǔn)的影響，綜合考慮了多種因素對(duì)CO2混相驅(qū)的影響。根據(jù)模糊數(shù)量標(biāo)度表，建立模糊判斷矩陣P，進(jìn)而求矩陣P的權(quán)重。

設(shè)模糊互補(bǔ)判斷矩陣P=[Pij]，則P是模糊一致判斷矩陣的充分必要條件是存在n維正的歸一化向量w=(w1,w2,…，wn)T，?i，j使得rij=logβwi-logβwj+0.5(β>1)成立。

P=[Pij]的權(quán)重向量w=(w1,w2,…，wn)T由式(7)約束規(guī)劃問(wèn)題的解確定：

(7)

其中

(8)

根據(jù)式(7)、(8)求出不同評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重W=[W1,W2，…，Wn]T，n=1,2,…,7及不同篩選標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)重Q=[Q1,Q2，…，Ql]T，l=1,2,…,9。在該方法中，方案的優(yōu)劣排序與底數(shù)β(β>1)無(wú)關(guān)，只與方案對(duì)應(yīng)模糊判斷矩陣行的所有元素和有關(guān)。通過(guò)增大β值，可提高方案優(yōu)劣的分辨率。

1.4 模糊綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定

利用不同篩選標(biāo)準(zhǔn)的隸屬度矩陣Ri與指標(biāo)權(quán)重W，計(jì)算綜合評(píng)價(jià)矩陣Hl，見(jiàn)式(9)。

Hl=Rl×W

(9)

根據(jù)綜合評(píng)價(jià)矩陣Hl與篩選標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重Q計(jì)算綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)集V，見(jiàn)式(10)。其中Vm代表油藏注CO2混相驅(qū)效果。

V =Hl×Q

(10)

式中：Hl—— 油藏對(duì)第l種篩選標(biāo)準(zhǔn)的適宜度；

Wn—— 第n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重；

hml—— 第m個(gè)油藏對(duì)第l種篩選標(biāo)準(zhǔn)的隸屬度；

Ql—— 第l種篩選標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)重；

Vm—— 第m個(gè)油藏的綜合篩選評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2 實(shí)例計(jì)算及分析

2.1 實(shí)例計(jì)算

為了驗(yàn)證所建立篩選方法的可靠性，選擇9個(gè)典型油藏區(qū)塊進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證。油藏的指標(biāo)參數(shù)如表2所示。

表2 油藏基本參數(shù)表

根據(jù)式(1)—(5)，計(jì)算出相應(yīng)的隸屬度矩陣R1～R9。在確定評(píng)價(jià)指標(biāo)和篩選標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重時(shí)，針對(duì)油藏區(qū)塊的7個(gè)參數(shù)指標(biāo)，令1代表原油黏度，2代表油藏壓力，3代表原油密度，4代表油藏深度，5代表油藏溫度，6代表原油飽和度，7代表滲透率，利用模糊層次分析法建立評(píng)價(jià)指標(biāo)的模糊互補(bǔ)判斷矩陣P1。同理，對(duì)于8個(gè)篩選標(biāo)準(zhǔn)，令1代表Carcoana，2代表Klins，3代表Mecree，4代表國(guó)家石油協(xié)會(huì)SPE，5代表S.Bachu，6代表Taber，7代表趙福麟，8代表任韶然，利用模糊層次分析法建立篩選標(biāo)準(zhǔn)的模糊互補(bǔ)判斷矩陣P2。設(shè)β=e和β=e10，根據(jù)公式(7)、(8)計(jì)算P1、P2的權(quán)重，并比較結(jié)果。

當(dāng)β=e時(shí),將P1、P2代入式(7)、(8)得到評(píng)價(jià)指標(biāo)以及篩選標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)重：

W1=[0.171 4, 0.171 4, 0.140 4, 0.151 1, 0.127 9, 0.120 3, 0.117 4]T,

Q1=[0.139 6, 0.139 6, 0.123 1, 0.108 4, 0.104 1, 0.098 0, 0.098 0, 0.095 6, 0.093 7]T。

當(dāng)β=e10時(shí)，將P1、P2代入式(7)、(8)得到評(píng)價(jià)指標(biāo)以及篩選標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)重：W2=[0.396 4, 0.396 4, 0.053 6, 0.111 9,0.021 2, 0.011 5, 0.009 0]T，

Q2=[0.397 5, 0.397 5, 0.112 8, 0.031 6, 0.021 2, 0.011 5, 0.011 5, 0.009 0, 0.007 3]T。

相比之下，當(dāng)β=e10時(shí)評(píng)價(jià)指標(biāo)以及篩選標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重的分辨率較高，能夠較好的體現(xiàn)不同因素對(duì)CO2混相驅(qū)替效果的影響程度，因此選β=e10。

根據(jù)式(9)、(10)，計(jì)算出所有候選油藏注CO2整體潛力的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)集：V=(0.365 5,0.425 7,0.565 4,0.768 9,0.774 5,0.899 1,0.999 2,0.995 4,0.998 2)。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果：PB油田、德克薩斯州油田以及美國(guó)小溪油田CO2混相驅(qū)效果最好；其次是CS油田泰州組、GS油田高246區(qū)塊和XJ油田石炭系；而XJ油田克拉瑪依組、八道灣組、齊古組注CO2混相驅(qū)效果最差。

2.2 評(píng)判結(jié)果分析

在所有的評(píng)價(jià)指標(biāo)中，油藏壓力、原油密度及黏度所占的權(quán)重相對(duì)較大。對(duì)于XJ油田克拉瑪依組、八道灣組、齊古組，上述參數(shù)均不在CO2混相驅(qū)的適應(yīng)范圍，且黏度值相差甚遠(yuǎn)，則評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度較低，導(dǎo)致綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)較小，因此該類油藏不適合CO2混相驅(qū)。對(duì)于XJ油田石炭系、GS油田高246區(qū)塊，其油藏壓力達(dá)不到CO2混相驅(qū)要求。CS油田泰州組各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)CO2混相驅(qū)的適宜度均較好，影響其綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)值的主要因素是黏度，則該類油藏適合CO2混相驅(qū)。對(duì)于PB油田、德克薩斯州油田以及美國(guó)小溪油田，各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)均在篩選標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，因此該類油藏注CO2混相驅(qū)效果最好。

對(duì)比油藏實(shí)際增產(chǎn)措施：XJ油田克拉瑪依組、八道灣組、齊古組采用熱水驅(qū)；XJ油田石炭系、GS油田高246區(qū)塊采用非混相驅(qū)；而CS油田泰州組、PB油田、德克薩斯州油田以及美國(guó)小溪油田采用CO2混相驅(qū)，且采收率均提高了15%～20%。實(shí)例表明油藏模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際結(jié)果相吻合，從而驗(yàn)證了本次建立的篩選評(píng)價(jià)方法的準(zhǔn)確性和合理性。

按本次研究提出的模糊綜合篩選評(píng)價(jià)方法，建立了油藏注CO2混相驅(qū)適宜度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)表3)。

表3 油藏CO2混相驅(qū)綜合篩選評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié) 語(yǔ)

(1) 采用權(quán)重計(jì)算方法提高了油藏注CO2混相驅(qū)適宜度的分辨率，解決了因評(píng)價(jià)指標(biāo)過(guò)多造成的權(quán)重偏差小、油藏綜合評(píng)價(jià)排序難分辨等問(wèn)題。

(2) 在對(duì)油藏進(jìn)行綜合篩選評(píng)價(jià)時(shí)引入隸屬度和權(quán)重，在考慮各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)CO2混相驅(qū)效果影響程度的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮不同篩選標(biāo)準(zhǔn)的影響，降低了油藏篩選的盲目性，提高了油藏注CO2混相驅(qū)的成功率。

(3) 建立了油藏注CO2混相驅(qū)適宜度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)綜合篩選評(píng)價(jià)指標(biāo)在(0，0.7]時(shí)，CO2混相驅(qū)效果差；在(0.7，0.9]時(shí)，CO2混相驅(qū)效果一般；在(0.9，1]時(shí)，CO2混相驅(qū)效果好。

(4) 用該方法對(duì)候選油藏區(qū)塊進(jìn)行篩選和評(píng)價(jià)時(shí)，可選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)參數(shù)可以進(jìn)一步擴(kuò)展完善。實(shí)例分析表明，該方法合理、簡(jiǎn)單、有效，具有一定的推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。

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Study on the Comprehensive Assessment of CO2Miscible Flooding

ZHOUYuhui1,3XIANGZuping2XIAChengli3

(1. Research Institute of Exploration and Development, Xinjiang Oilfield Company of PetroChina, Karamay Xinjiang 834000, China; 2. School of Petroleum Engineering, Chongqing University of Science and Technology, Chongqing 401331, China; 3. Supervision and Examination Station of Product Quality of Huainan City, Huainan Anhui 232001, China)

This paper formulated a fuzzy comprehensive evaluation method combined with membership function of fuzzy set and weight. We began our research from the displacement mechanism, selected the synthetic evaluation indexes of the reservoir parameter that has significant influences on CO2flooding and refered the screening criteria of the CO2miscible flooding of reservoirs at home and abroad. Nine typical reservoirs were evaluated with this method to detect the potential of the oil productivity by using the CO2miscible flooding; meanwhile, an evaluation criteria of the suitability of the CO2miscible flooding was established in this paper based on this method. Examples have proved that the method is scientific and systematic, so it has a profound guiding significance to the actual production of the oil reservoir.

CO2miscible flooding; screening criteria; weight; membership degree; comprehensive assessment

2016-02-10

國(guó)家油氣重大專項(xiàng)“新疆低滲透礫巖油藏CO2驅(qū)油與埋存先導(dǎo)試驗(yàn)”(2016ZX05056-004)；重慶市教委科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目“頁(yè)巖氣藏體積壓裂水平井流 — 固耦合流動(dòng)規(guī)律及數(shù)值試井方法研究”(KJ1501315)

周玉輝(1985 — )，男，湖北黃岡人，工程師，博士后，研究方向?yàn)橛蜌馓镩_(kāi)發(fā)工程。

TE357.4

A

1673-1980(2016)05-0043-05