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        大慶油田二類油層三次采油開發(fā)次序研究

        2019-11-07 07:25:42張雪玲馮程程孫洪國
        特種油氣藏 2019年5期
        關鍵詞:層系含水潛力

        張雪玲,馮程程,孫洪國

        (中國石油大慶油田有限責任公司,黑龍江 大慶 163712)

        0 引 言

        三次采油技術為大慶油田的持續(xù)穩(wěn)產提供了有力支撐,隨著開發(fā)的深入,二類油層三次采油首套層系逐步進入后續(xù)水驅階段。截至2018年年底,處于后續(xù)水驅階段二類油層的石油地質儲量、年產液量和年產油量分別占三次采油總量的60%、40%和22%,產量平穩(wěn)接替面臨巨大挑戰(zhàn),急需新儲量投入。在目前低油價條件下,無法實現全新三次采油井網,需要選擇合適時機進行層系井網返層開發(fā),提高儲量動用程度。目前,潛力層系接替主要依靠對油層的定性認識,并設計多套方案,綜合各方案的優(yōu)缺點進行人為選擇。而接替層系投產時間的確定主要根據完成產量任務的安排,在區(qū)塊含水達到98%左右考慮停產轉層,但往往造成剩余可采儲量過大。因此,有必要制訂科學、系統(tǒng)的潛力層系綜合評價體系和投產時間確定方法。

        1 潛力層系縱向接替次序

        潛力層系的縱向接替次序應遵循油層性質由好到差的開發(fā)原則,因此,需要從油層發(fā)育狀況、儲量規(guī)模、開發(fā)效果及經濟效益等多方面綜合評價其開發(fā)技術經濟適宜性,給出定量化的評價結果。該評價過程包括建立評價指標體系、評價指標歸一化、確定指標權重和建立綜合評價模型4個步驟。

        1.1 建立評價指標體系

        根據三次采油開發(fā)規(guī)律和開發(fā)技術界限的相關研究[1-9],按照全面、獨立、易于獲取的原則,篩選了油層發(fā)育狀況、儲量規(guī)模、開發(fā)效果及效益三大類12項相關參數作為層系綜合評價的指標體系,包括有效厚度、有效滲透率、河道砂鉆遇率、石油地質儲量、河道砂儲量、不小于1 m非河道鉆遇率、不小于1 m非河道砂儲量、小于1 m非河道砂儲量、單井控制儲量、剩余儲量豐度、層間級差和低滲層比例。

        1.2 評價指標歸一化

        為了去除量綱的影響,對篩選的12項指標進行歸一化處理[10]。對于正相關指標(包括有效厚度、滲透率、河道砂鉆遇率、不小于1 m非河道鉆遇率、石油地質儲量、河道砂儲量、不小于1 m非河道砂儲量、單井控制儲量、剩余儲量豐度),利用下式進行轉換。

        (1)

        式中:Zij為無量綱評價指標;Xij為評價指標實際值;max(Xij)為評價指標實際值的最大值;min(Xij)為評價指標實際值的最小值;i為中間層中的項;j為第i項中間層的參數。

        對于負相關指標(包括小于1 m非河道砂儲量、層間級差和低滲層比例),利用下式轉換。

        (2)

        1.3 確定評價指標權重

        利用層次分析法確定各級指標的權重[11]。按照因素之間的相互影響和隸屬關系,將評價層系劃分為不同層次的要素組合,形成有序的層次結構模型。該方法簡化了系統(tǒng)分析和計算,將一些定性的因素定量化,而且還能使評價者和決策者保持其思維過程的一致性。

        (1) 確定評價指標體系的層次。評價指標體系分為目標層、中間層和基礎層,目標層為潛力層系技術經濟開發(fā)適宜性,中間層為油層發(fā)育、儲量規(guī)模、開發(fā)效果及效益,基礎層為各項指標(圖1)。

        圖1 評價指標體系層次

        (2)構造比較矩陣。以ui表示某一層次的指標,uij表示ui相對于uj的重要性數值, 取值采用(0,1,2)三標度法[12],對中間層和每個基礎層的指標逐一進行兩兩比較后賦值,構造比較矩陣。

        (3) 轉換判斷矩陣。為了使比較矩陣的特征值和特征向量計算量大幅度減小,并且能夠滿足一致性檢驗,利用極差法將構造的比較矩陣轉化為判斷矩陣。

        (3)

        (4)

        R=rmax-rmin

        (5)

        rmax=max(r1,r2,…,rn)

        (6)

        rmin=min(r1,r2,…,rn)

        (7)

        式中:ri為比較矩陣i行的和;R為比較矩陣的極差;f(μi,μj)為極差轉換函數;cb為按某種標準預先給定的表示極差元素相對重要程度的常量,一般取值為9。

        (4)求解特征向量,確定指標權重。將比較矩陣轉化為判斷矩陣后,計算判斷矩陣每行元素的乘積為:

        (8)

        式中:Mi為第i行元素的乘積。

        (9)

        (10)

        則ωi=(ω1,ω2,…,ωn)T即為所求指標權值的特征向量。

        1.4 建立綜合評價模型

        根據中間層和基礎層的指標權重和歸一化的指標體系,建立目標層的綜合評價模型,則潛力層系的綜合評價分值為:

        (11)

        式中:K為潛力層系綜合評價分值;α1、α2、α3為中間層指標的權重;β1j、β2j、β3j為基礎層指標的權重。

        2 潛力層系的投產時機

        由于目前采取一套井網多次返層的開發(fā)模式,考慮最大限度地利用資源,在首套層系開采到盈虧平衡點后進行返層[13]。根據盈虧平衡原理,建立首套層系不同油價、液量規(guī)模條件下的含水界限模型:

        QL(1-fw)γPo(1-α)=QL(C1+C2)+
        (C3+C4+C5+C6)+2(C7+C8+C9)

        (12)

        式中:QL為年產液量,104t/a;fw為極限含水率,%;Po為油價,元/t;γ為商品率,%;α為綜合稅率,%;C1為注入介質注入費,元/t;C2為油氣處理費,元/t;C3為采出作業(yè)費,104元/口;C4為井下作業(yè)費,104元/口;C5為測井試井費,104元/口;C6為維護保養(yǎng)費,104元/口;C7為運輸費,104元;C8其他輔助作業(yè)費,104元;C9為廠礦管理費,104元。

        當收入等于操作成本時,對應的含水率作為層系開發(fā)的含水界限。根據三次采油開發(fā)指標變化規(guī)律的研究結果[14-24],處于后續(xù)水驅階段的區(qū)塊產量變化符合Arps遞減規(guī)律。在給定液量條件下,可以預測出區(qū)塊到達含水界限的時間。將區(qū)塊到達含水界限的時間作為首套層系開發(fā)結束時間,即接替層系的投產時機。對所有潛力區(qū)塊進行投產時機預測,則接替層系的投產時間順序即為區(qū)塊間銜接次序。

        3 應用實例

        以大慶油田A區(qū)塊為例。A區(qū)塊二類油層共有3套潛力層系,分別為薩Ⅱ1-9、薩Ⅱ10-薩Ⅲ10和葡Ⅰ5-葡Ⅱ10油層。首套層系為主力油層葡Ⅱ-4,石油地質儲量為1 370×104t,后續(xù)水驅階段含水率為96.4%,單井年產液量為1.50×104t/a。根據油層評價指標體系,統(tǒng)計了區(qū)塊潛力層系的原始評價參數(表1)。利用層次分析法確定了中間層和基礎層參數的權重(表2)。根據表2得到的各指標體系參數權重,利用綜合評價模型,分別計算出薩Ⅱ1-9、薩Ⅱ10-薩Ⅲ10和葡Ⅰ5-葡Ⅱ10 層系的綜合評價分值為0.527、0.603和0.811。由此可知, A區(qū)塊縱向上層系投入開發(fā)的先后次序為葡Ⅰ5-葡Ⅱ10、薩Ⅱ10-薩Ⅲ10、薩Ⅱ1-9。

        根據A區(qū)塊首套開采層系的各項成本費用,繪制了不同油價條件下單井年產液量對應的含水界限圖版(圖2)。由圖2可知,在油價分別為2 768、3 271和3 774元/t條件下,單井年產液量1.50×104t/a對應的含水界限分別為98.25%、98.44%和98.58%。利用A區(qū)塊后續(xù)水驅階段產油量符合雙曲遞減的規(guī)律,預測單井產油變化,得到今后每月的含水變化趨勢(圖3)。由圖3可知,在油價為3 271元/t條件下,首套層系在2017年10月達到含水界限98.45%。因此,A區(qū)塊應在2018年下返葡Ⅰ5-葡Ⅱ10層系開發(fā)。

        表1 A區(qū)塊二類油層層系評價參數

        表2 評價指標體系的參數權重

        圖2 大慶油田A區(qū)塊不同油價下的極限含水

        圖3 大慶油田A區(qū)塊后續(xù)水驅階段含水變化趨勢

        A區(qū)塊首套層系于2017年12月份停產,2018年1月下返開發(fā)葡Ⅰ5-葡Ⅱ10層系。由實際生產數據(圖4)可知,接替層系下返后,A區(qū)塊產量保持平穩(wěn),未出現大幅度遞減。同時,如果以原來含水98%的標準停產轉層,則少采出9×104t原油。

        圖4 大慶油田A區(qū)塊接替層系生產數據

        按照A區(qū)塊開發(fā)次序的確定步驟,分別確定了大慶油田二類油層剩余潛力層系的接替次序和投產時機。“十三五”期間共有31套層系投入開發(fā),增加可采儲量180×104t。二類油層開發(fā)次序研究為編制中、長期開發(fā)規(guī)劃方案和現場產量接替運行方案提供了技術支撐。

        4 結 論

        (1) 利用層次分析法和綜合評價模型從油層發(fā)育狀況、儲量規(guī)模、開發(fā)效果等多方面綜合評價潛力層系開發(fā)技術經濟適宜性,給出定量化的評價結果,精準確定潛力層系縱向開發(fā)次序。

        (2) 考慮最大限度地利用資源,將首套層系開采到達盈虧平衡點后返層。根據不同油價下的含水界限圖版,結合后續(xù)水驅階段的開發(fā)規(guī)律,可以確定接替層系的投產時機。

        (3) 利用潛力層系開發(fā)次序研究結果,篩選出“十三五”期間二類油層三次采油接替層系31套,增加可采儲量180×104t,為編制中、長期開發(fā)規(guī)劃方案和現場產量接替運行方案提供了技術支持。

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