張雪玲，馮程程，孫洪國(guó)

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

0 引 言

三次采油技術(shù)為大慶油田的持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)提供了有力支撐，隨著開(kāi)發(fā)的深入，二類油層三次采油首套層系逐步進(jìn)入后續(xù)水驅(qū)階段。截至2018年年底，處于后續(xù)水驅(qū)階段二類油層的石油地質(zhì)儲(chǔ)量、年產(chǎn)液量和年產(chǎn)油量分別占三次采油總量的60%、40%和22%，產(chǎn)量平穩(wěn)接替面臨巨大挑戰(zhàn)，急需新儲(chǔ)量投入。在目前低油價(jià)條件下，無(wú)法實(shí)現(xiàn)全新三次采油井網(wǎng)，需要選擇合適時(shí)機(jī)進(jìn)行層系井網(wǎng)返層開(kāi)發(fā)，提高儲(chǔ)量動(dòng)用程度。目前，潛力層系接替主要依靠對(duì)油層的定性認(rèn)識(shí)，并設(shè)計(jì)多套方案，綜合各方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行人為選擇。而接替層系投產(chǎn)時(shí)間的確定主要根據(jù)完成產(chǎn)量任務(wù)的安排，在區(qū)塊含水達(dá)到98%左右考慮停產(chǎn)轉(zhuǎn)層，但往往造成剩余可采儲(chǔ)量過(guò)大。因此，有必要制訂科學(xué)、系統(tǒng)的潛力層系綜合評(píng)價(jià)體系和投產(chǎn)時(shí)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(yīng)遵循油層性質(zhì)由好到差的開(kāi)發(fā)原則，因此，需要從油層發(fā)育狀況、儲(chǔ)量規(guī)模、開(kāi)發(fā)效果及經(jīng)濟(jì)效益等多方面綜合評(píng)價(jià)其開(kāi)發(fā)技術(shù)經(jīng)濟(jì)適宜性，給出定量化的評(píng)價(jià)結(jié)果。該評(píng)價(jià)過(guò)程包括建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、評(píng)價(jià)指標(biāo)歸一化、確定指標(biāo)權(quán)重和建立綜合評(píng)價(jià)模型4個(gè)步驟。

1.1 建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)三次采油開(kāi)發(fā)規(guī)律和開(kāi)發(fā)技術(shù)界限的相關(guān)研究[1-9]，按照全面、獨(dú)立、易于獲取的原則，篩選了油層發(fā)育狀況、儲(chǔ)量規(guī)模、開(kāi)發(fā)效果及效益三大類12項(xiàng)相關(guān)參數(shù)作為層系綜合評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，包括有效厚度、有效滲透率、河道砂鉆遇率、石油地質(zhì)儲(chǔ)量、河道砂儲(chǔ)量、不小于1 m非河道鉆遇率、不小于1 m非河道砂儲(chǔ)量、小于1 m非河道砂儲(chǔ)量、單井控制儲(chǔ)量、剩余儲(chǔ)量豐度、層間級(jí)差和低滲層比例。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)歸一化

為了去除量綱的影響，對(duì)篩選的12項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理[10]。對(duì)于正相關(guān)指標(biāo)(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(zhì)儲(chǔ)量、河道砂儲(chǔ)量、不小于1 m非河道砂儲(chǔ)量、單井控制儲(chǔ)量、剩余儲(chǔ)量豐度)，利用下式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

(1)

式中：Zij為無(wú)量綱評(píng)價(jià)指標(biāo)；Xij為評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)際值；max(Xij)為評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)際值的最大值；min(Xij)為評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)際值的最小值；i為中間層中的項(xiàng)；j為第i項(xiàng)中間層的參數(shù)。

對(duì)于負(fù)相關(guān)指標(biāo)(包括小于1 m非河道砂儲(chǔ)量、層間級(jí)差和低滲層比例)，利用下式轉(zhuǎn)換。

(2)

1.3 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

利用層次分析法確定各級(jí)指標(biāo)的權(quán)重[11]。按照因素之間的相互影響和隸屬關(guān)系，將評(píng)價(jià)層系劃分為不同層次的要素組合，形成有序的層次結(jié)構(gòu)模型。該方法簡(jiǎn)化了系統(tǒng)分析和計(jì)算，將一些定性的因素定量化，而且還能使評(píng)價(jià)者和決策者保持其思維過(guò)程的一致性。

(1) 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的層次。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系分為目標(biāo)層、中間層和基礎(chǔ)層，目標(biāo)層為潛力層系技術(shù)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)適宜性，中間層為油層發(fā)育、儲(chǔ)量規(guī)模、開(kāi)發(fā)效果及效益，基礎(chǔ)層為各項(xiàng)指標(biāo)(圖1)。

圖1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系層次

(2)構(gòu)造比較矩陣。以u(píng)i表示某一層次的指標(biāo)，uij表示ui相對(duì)于uj的重要性數(shù)值， 取值采用(0,1,2)三標(biāo)度法[12]，對(duì)中間層和每個(gè)基礎(chǔ)層的指標(biāo)逐一進(jìn)行兩兩比較后賦值，構(gòu)造比較矩陣。

(3) 轉(zhuǎn)換判斷矩陣。為了使比較矩陣的特征值和特征向量計(jì)算量大幅度減小，并且能夠滿足一致性檢驗(yàn)，利用極差法將構(gòu)造的比較矩陣轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換函數(shù)；cb為按某種標(biāo)準(zhǔn)預(yù)先給定的表示極差元素相對(duì)重要程度的常量，一般取值為9。

(4)求解特征向量，確定指標(biāo)權(quán)重。將比較矩陣轉(zhuǎn)化為判斷矩陣后，計(jì)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(biāo)權(quán)值的特征向量。

1.4 建立綜合評(píng)價(jià)模型

根據(jù)中間層和基礎(chǔ)層的指標(biāo)權(quán)重和歸一化的指標(biāo)體系，建立目標(biāo)層的綜合評(píng)價(jià)模型，則潛力層系的綜合評(píng)價(jià)分值為：

(11)

式中：K為潛力層系綜合評(píng)價(jià)分值；α1、α2、α3為中間層指標(biāo)的權(quán)重；β1j、β2j、β3j為基礎(chǔ)層指標(biāo)的權(quán)重。

2 潛力層系的投產(chǎn)時(shí)機(jī)

由于目前采取一套井網(wǎng)多次返層的開(kāi)發(fā)模式，考慮最大限度地利用資源，在首套層系開(kāi)采到盈虧平衡點(diǎn)后進(jìn)行返層[13]。根據(jù)盈虧平衡原理，建立首套層系不同油價(jià)、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(chǎn)液量，104t/a；fw為極限含水率，%；Po為油價(jià)，元/t；γ為商品率，%；α為綜合稅率，%；C1為注入介質(zhì)注入費(fèi)，元/t；C2為油氣處理費(fèi)，元/t；C3為采出作業(yè)費(fèi)，104元/口；C4為井下作業(yè)費(fèi)，104元/口；C5為測(cè)井試井費(fèi)，104元/口；C6為維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)，104元/口；C7為運(yùn)輸費(fèi)，104元；C8其他輔助作業(yè)費(fèi)，104元；C9為廠礦管理費(fèi)，104元。

當(dāng)收入等于操作成本時(shí)，對(duì)應(yīng)的含水率作為層系開(kāi)發(fā)的含水界限。根據(jù)三次采油開(kāi)發(fā)指標(biāo)變化規(guī)律的研究結(jié)果[14-24]，處于后續(xù)水驅(qū)階段的區(qū)塊產(chǎn)量變化符合Arps遞減規(guī)律。在給定液量條件下，可以預(yù)測(cè)出區(qū)塊到達(dá)含水界限的時(shí)間。將區(qū)塊到達(dá)含水界限的時(shí)間作為首套層系開(kāi)發(fā)結(jié)束時(shí)間，即接替層系的投產(chǎn)時(shí)機(jī)。對(duì)所有潛力區(qū)塊進(jìn)行投產(chǎn)時(shí)機(jī)預(yù)測(cè)，則接替層系的投產(chǎn)時(shí)間順序即為區(qū)塊間銜接次序。

3 應(yīng)用實(shí)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(zhì)儲(chǔ)量為1 370×104t，后續(xù)水驅(qū)階段含水率為96.4%，單井年產(chǎn)液量為1.50×104t/a。根據(jù)油層評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，統(tǒng)計(jì)了區(qū)塊潛力層系的原始評(píng)價(jià)參數(shù)(表1)。利用層次分析法確定了中間層和基礎(chǔ)層參數(shù)的權(quán)重(表2)。根據(jù)表2得到的各指標(biāo)體系參數(shù)權(quán)重，利用綜合評(píng)價(jià)模型，分別計(jì)算出薩Ⅱ1-9、薩Ⅱ10-薩Ⅲ10和葡Ⅰ5-葡Ⅱ10 層系的綜合評(píng)價(jià)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(kāi)發(fā)的先后次序?yàn)槠息?-葡Ⅱ10、薩Ⅱ10-薩Ⅲ10、薩Ⅱ1-9。

根據(jù)A區(qū)塊首套開(kāi)采層系的各項(xiàng)成本費(fèi)用，繪制了不同油價(jià)條件下單井年產(chǎn)液量對(duì)應(yīng)的含水界限圖版(圖2)。由圖2可知，在油價(jià)分別為2 768、3 271和3 774元/t條件下，單井年產(chǎn)液量1.50×104t/a對(duì)應(yīng)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(qū)階段產(chǎn)油量符合雙曲遞減的規(guī)律，預(yù)測(cè)單井產(chǎn)油變化，得到今后每月的含水變化趨勢(shì)(圖3)。由圖3可知，在油價(jià)為3 271元/t條件下，首套層系在2017年10月達(dá)到含水界限98.45%。因此，A區(qū)塊應(yīng)在2018年下返葡Ⅰ5-葡Ⅱ10層系開(kāi)發(fā)。

表1 A區(qū)塊二類油層層系評(píng)價(jià)參數(shù)

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的參數(shù)權(quán)重

圖2 大慶油田A區(qū)塊不同油價(jià)下的極限含水

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

A區(qū)塊首套層系于2017年12月份停產(chǎn)，2018年1月下返開(kāi)發(fā)葡Ⅰ5-葡Ⅱ10層系。由實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)(圖4)可知，接替層系下返后，A區(qū)塊產(chǎn)量保持平穩(wěn)，未出現(xiàn)大幅度遞減。同時(shí)，如果以原來(lái)含水98%的標(biāo)準(zhǔn)停產(chǎn)轉(zhuǎn)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(chǎn)數(shù)據(jù)

按照A區(qū)塊開(kāi)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(chǎn)時(shí)機(jī)?！笆濉逼陂g共有31套層系投入開(kāi)發(fā)，增加可采儲(chǔ)量180×104t。二類油層開(kāi)發(fā)次序研究為編制中、長(zhǎng)期開(kāi)發(fā)規(guī)劃方案和現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)量接替運(yùn)行方案提供了技術(shù)支撐。

4 結(jié) 論

(1) 利用層次分析法和綜合評(píng)價(jià)模型從油層發(fā)育狀況、儲(chǔ)量規(guī)模、開(kāi)發(fā)效果等多方面綜合評(píng)價(jià)潛力層系開(kāi)發(fā)技術(shù)經(jīng)濟(jì)適宜性，給出定量化的評(píng)價(jià)結(jié)果，精準(zhǔn)確定潛力層系縱向開(kāi)發(fā)次序。

(2) 考慮最大限度地利用資源，將首套層系開(kāi)采到達(dá)盈虧平衡點(diǎn)后返層。根據(jù)不同油價(jià)下的含水界限圖版，結(jié)合后續(xù)水驅(qū)階段的開(kāi)發(fā)規(guī)律，可以確定接替層系的投產(chǎn)時(shí)機(jī)。

(3) 利用潛力層系開(kāi)發(fā)次序研究結(jié)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(chǔ)量180×104t，為編制中、長(zhǎng)期開(kāi)發(fā)規(guī)劃方案和現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)量接替運(yùn)行方案提供了技術(shù)支持。