雷田田（中國石油大學(xué)（北京）城市油氣輸配集輸北京市重點實驗室）

油田注水開發(fā)效果評價方法

雷田田（中國石油大學(xué)（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(qū)動不明顯，天然的能量補給較差，增加了開發(fā)難度。隨著石油的不斷開采，國內(nèi)大多數(shù)油田需要采取注水開發(fā)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(fā)油藏，如何評價注水開發(fā)效果，到目前為止，還幾乎沒有系統(tǒng)完善的方法。在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)階段油田注水開發(fā)效果的評價方法進行了歸納分析。

注水開發(fā)；采收率；評價方法；節(jié)能降耗

作為工業(yè)的血液，石油在各國的能源結(jié)構(gòu)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(yīng)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(chǎn)油量保持穩(wěn)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(fā)都離不開開發(fā)效果的評價，這不僅關(guān)系到油田的產(chǎn)量和壽命，也是確定相關(guān)調(diào)整措施，實現(xiàn)節(jié)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(fā)效果的方法、模型和技術(shù)，找出提升油田采收率的關(guān)鍵點、發(fā)現(xiàn)油田開發(fā)的措施調(diào)整方向等就顯得特別重要。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

長期以來，人們一直致力于解決注水開發(fā)效果的評價問題。當前條件下，注水開發(fā)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(shù)學(xué)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(lián)相繼開始關(guān)注注水開發(fā)油田的實用性，結(jié)合本國的開采特點，分別提出了相適應(yīng)的變化指標。從五十年代起，我國也開始研究油田注水開發(fā)，并從多方面嘗試對注水開發(fā)效果進行有效評價。經(jīng)過多年發(fā)展，油田注水開發(fā)效果的評價方法大致分以下幾種：

1.1 狀態(tài)對比法

狀態(tài)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(guān)。但此種方法清楚明了，易于實施，因而廣泛應(yīng)用在現(xiàn)場。陳月明等人[1]為了客觀合理地調(diào)整注水開發(fā)方案，提升油田采收率，采用了管道流動法、井網(wǎng)密度合理布局法、水驅(qū)曲線及經(jīng)驗公式等，對注水油田的開發(fā)效果進行評價，得到較為適宜的井網(wǎng)密度，明確了油田開采的潛力。這種方法同時使用靜態(tài)資料和動態(tài)資料，與油田的實際情況密切結(jié)合，在永安油田得到了廣泛應(yīng)用。

許多人在此基礎(chǔ)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(dǎo)理論或者方法，馮其君[3]根據(jù)現(xiàn)場標定油藏采收率的經(jīng)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(guān)系曲線來評價水驅(qū)開發(fā)效果。

狀態(tài)對比法能夠充分使用相關(guān)資料，簡單實用，能夠在現(xiàn)場得到廣泛應(yīng)用，但該種方法也存在一定的弊端。首先其標準曲線推導(dǎo)或者擬合的準確性有待商榷，其次由于生產(chǎn)數(shù)據(jù)的不準確可能導(dǎo)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(tài)可采儲量和靜態(tài)可采儲量，標志著企業(yè)規(guī)模和油田的大小，在開發(fā)效果的評價過程中具有重要作用。動態(tài)可采儲量是變化的，與開發(fā)過程有關(guān)，某一階段的動態(tài)可采儲量是指開發(fā)結(jié)束時的最終采油量，而該采油量是通過開采趨勢預(yù)測得到的。靜態(tài)可采儲量是指某一給定油田的最大產(chǎn)油量，該產(chǎn)油量是在目前技術(shù)水平條件下達到的。從理論來看，靜態(tài)可采儲量應(yīng)該大于動態(tài)可采儲量，而且兩者越接近，偏差越小，開發(fā)效果越好。在實際情況中，由于預(yù)測公式存在一定偏差，可能會出現(xiàn)靜態(tài)可采儲量小于動態(tài)可采儲量的情況。

對于動態(tài)可采儲量和靜態(tài)可采儲量，有許多的經(jīng)驗預(yù)測公式。1955年，Greenberger和Gutuhie[4]采集了73個注水油田的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)進行多元回歸分析，得到了注水油田可采儲量的經(jīng)驗公式。Wright[5]在1958年根據(jù)注水油田的實際開采情況，首先建立了累積產(chǎn)油量與水油比半對數(shù)統(tǒng)計規(guī)律。之后Matthews[6]也建立了相關(guān)統(tǒng)計直線關(guān)系，并與Wright得到的注水特征曲線一起在預(yù)測注水可采儲量中起到了重要作用。美國石油學(xué)會在1956—1967年對中東地區(qū)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(yù)測可采儲量經(jīng)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(qū)替特征曲線研究注水開發(fā)的可采儲量，在這個過程中，甲型曲線得到了廣泛應(yīng)用。后來發(fā)現(xiàn)上述方法考慮不夠全面，只考慮了采出量之間的關(guān)系，不能準確反映注水開發(fā)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(fā)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(yù)測注水開發(fā)指標的方法。

目前大約有30多種水驅(qū)曲線法，經(jīng)過大量的實際應(yīng)用，預(yù)測可采儲量對注水開發(fā)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(qū)曲線。一般情況下，用動、靜態(tài)可采儲量的比值來進行評價，比值越大，注水開發(fā)效果就越好。但是該種方法也有缺陷，當計算的動態(tài)儲量較大或者靜態(tài)儲量較小時，就會出現(xiàn)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(guī)的綜合評價法與多科學(xué)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(jié)果。

1.3.1 系統(tǒng)動態(tài)分析法

系統(tǒng)動態(tài)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(tǒng)把油田看作一個復(fù)雜的體系，依據(jù)大系統(tǒng)理論和方法，研究各個生產(chǎn)井之間產(chǎn)水量與產(chǎn)液量、產(chǎn)油量與產(chǎn)液量、產(chǎn)液量與含水量之間的相互關(guān)系；研究各個生產(chǎn)井產(chǎn)水量之間、產(chǎn)油量之間的相互關(guān)系；研究注采井的注入量與產(chǎn)油量、產(chǎn)水量的相互關(guān)系。從而得到了油藏中儲層能量損失和能量補給的關(guān)系、儲層的非均勻性與儲層能量損失關(guān)系、油與水之間的運動關(guān)系。這種方法不限制在單個的因素，重點研究整個開發(fā)過程，突出系統(tǒng)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(diào)剖等，可以使整個系統(tǒng)的穩(wěn)定時間延長，提高總的產(chǎn)油量，進而使最終采收率提升。

油田是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，要研究產(chǎn)量與各個因素之間的相互關(guān)系特別困難。王鳳琴、薛中天等人根據(jù)結(jié)構(gòu)分析理論，將油田看作一個處理系統(tǒng)，這個處理系統(tǒng)中包含輸入部分、中央處理器、輸出部分。根據(jù)此模型，產(chǎn)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(guān)系，根據(jù)此作用機理，形成了黑油模型。另一種觀點認為，在實際生產(chǎn)中，由于油藏的各向異性的影響，儲層參數(shù)存在一定的不準確性，導(dǎo)致不能準確地建立中央處理模型，難以得到較好的處理結(jié)果，則必須對中央處理部分進行優(yōu)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(yōu)缺點的基礎(chǔ)上建立了油藏水驅(qū)開發(fā)潛力評價指標體系，提出了評價油藏注水開發(fā)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(fù)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(fā)效果的改善程度時，通過采取相應(yīng)措施后，用開發(fā)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(quán)重系數(shù)構(gòu)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(yīng)的集合也是“模糊”的，不能簡單地用“是”或“否”來回答。權(quán)重系數(shù)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(cè)重點。

1.3.3 灰色理論評價法

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

灰色系統(tǒng)理論是未知和已知同時存在的分析方法。進行注水開發(fā)效果評價時，就是把影響開發(fā)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(guān)的參數(shù)進行統(tǒng)計研究，確定相關(guān)灰數(shù)的指標標準。之后根據(jù)這些指標標準和參數(shù)將灰色系統(tǒng)進行白化，對油田注水開發(fā)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(fā)效果評價中引入了數(shù)學(xué)思想。系統(tǒng)動態(tài)分析法的重點是提升油田整個系統(tǒng)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(shù)較多時會影響數(shù)學(xué)模型的正確性，故較少應(yīng)用于現(xiàn)場。模糊綜合評判法和灰色理論評價法都充分利用了數(shù)學(xué)思想的邏輯性，將定性分析與定量表達部分結(jié)合，能夠較為準確地實現(xiàn)開發(fā)效果的評價，但也存在一定的缺陷，在利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計規(guī)律制定評價指標的標準時，評價開發(fā)效果指標的變化規(guī)律可能與數(shù)學(xué)方法研究得到的變化趨勢不一樣，從而使評價的結(jié)果不準確。

1.4 類比法

廣義的類比法是指通過比較相關(guān)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(guān)對象可以是進行效果評價的指標，也可以是整個開發(fā)系統(tǒng)。一般情況下，類比法應(yīng)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(xiàn)場的生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，由數(shù)學(xué)規(guī)律擬合出存水率和自然對數(shù)油水黏度之間的函數(shù)關(guān)系曲線，并與油田的理想曲線進行比較，可以反映開發(fā)情況的好壞。

1.5 數(shù)值模擬評價

通過數(shù)值模擬對注水開采效果進行評價時，一方面可以根據(jù)油田注水開發(fā)中的具體實際問題設(shè)計數(shù)值模擬狀態(tài)，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(wǎng)和井距發(fā)生變化時的開發(fā)效果。也有文獻[14]對油藏進行了評價，模擬的是參數(shù)在不同給定范圍內(nèi)變化時的開發(fā)效果。數(shù)值模擬評價法也有一定的缺陷，他的評價過程比較復(fù)雜，會消耗大量的時間。

1.6 其他方法的應(yīng)用

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

應(yīng)用流體勢原理，總結(jié)了潛力區(qū)的控制原因、形成因素及特點，從根本上對油田注水開發(fā)的潛力區(qū)作了研究[16]。閉合的低勢區(qū)就是油田注水開發(fā)過程中的潛力區(qū)。潛力區(qū)的控制原因由動態(tài)水勢與靜態(tài)遮擋兩方面組成，根據(jù)開發(fā)實踐，主要控制原因分為動態(tài)型、靜態(tài)型和復(fù)合型。

2 結(jié)論

由以上分析可以看出，在油田注水開發(fā)效果評價過程中，應(yīng)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(shù)學(xué)思想，使評價結(jié)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(guān)系比較復(fù)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(fā)效果評價的方向主要有以下幾個方面：

1）就應(yīng)用現(xiàn)狀而言，一段時間內(nèi)單指標狀態(tài)對比法會繼續(xù)應(yīng)用在現(xiàn)場；

2）就發(fā)展趨勢而言，充分利用數(shù)學(xué)思想的多指標綜合評價法會繼續(xù)發(fā)展，數(shù)值模擬法和系統(tǒng)分析法將長期并行發(fā)展；

3）就應(yīng)用對象而言，不同的油藏所應(yīng)用的評價方法不同，同一油藏在不同的開發(fā)方式或開發(fā)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(nèi)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(nèi)外很多專家對油田注水開發(fā)效果的評價進行了研究，但目前仍沒有一套系統(tǒng)完善的評價標準，應(yīng)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(fā)過程中，根據(jù)開發(fā)特點，選擇既科學(xué)又全面的評價方法或評價技術(shù)對提升最終采收率，實現(xiàn)節(jié)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(yè)于中國石油大學(xué)（華東）（油氣儲運工程專業(yè)），現(xiàn)為中國石油大學(xué)（北京）油氣儲運工程專業(yè)碩士研究生，主要從事油氣田集輸相關(guān)技術(shù)研究，E-mail：18811156277@163.com，地址：北京市昌平區(qū)府學(xué)路18號中國石油大學(xué)，102249。