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。