劉金華，陳洪才，蔡新明，陳 剛，孫東升

（中國石化江蘇油田分公司勘探開發(fā)研究院，江蘇 揚(yáng)州225009）

前人針對油藏流場或者優(yōu)勢流場的研究已有數(shù)十年的歷史， 油氣存儲空間和存儲流體以及流體在油藏中滲流特征的總稱定義為油藏流場，油藏流場是石油、天然氣、地層水、注入水等流體在油氣存儲空間流動的過程， 油氣存儲空間主要包括巖石的孔隙、裂縫、溶洞等［1-6］。

陳永生于1998年系統(tǒng)總結(jié)了油藏流場的特性、影響因素及對剩余油的控制等研究［1］之后，大量學(xué)者對油藏優(yōu)勢流場進(jìn)行了研究， 采用動態(tài)關(guān)聯(lián)法、模糊綜合評判法、流線模擬法、試井法等多種方法對優(yōu)勢流場進(jìn)行識別及評價(jià)［2-5］。 現(xiàn)有國內(nèi)外研究成果多集中于油藏流場評價(jià)， 特別是優(yōu)勢流場評價(jià)研究成果較多，主要針對油藏流場存在的目前流場強(qiáng)度（瞬時(shí)量）和累積流場強(qiáng)度（累積量）等物理量開展的相關(guān)研究［1-6］。

江蘇油田經(jīng)過40年的開發(fā)，含水大于80%的高含水油田儲量占全油田動用儲量的一半以上，油田整體進(jìn)入高含水開發(fā)階段。 現(xiàn)階段主力油田已進(jìn)行過多輪次的細(xì)分調(diào)整和注采完善，繼續(xù)細(xì)分加密調(diào)整的潛力很小，有必要對油藏開展水動力調(diào)整，提高注水開發(fā)效果。 為滿足油藏水動力調(diào)整需要，本研究提出油藏初始流場，對油藏初始流場評價(jià)方法開展研究，將油藏開發(fā)后期形成的優(yōu)勢流場與初始流場進(jìn)行對比，為深入研究剩余油富集規(guī)律提供依據(jù)。

1 油藏初始流場的概念及研究思路

砂巖油藏初始流場定義為油藏在開發(fā)初期油藏未經(jīng)注水等后期改造狀態(tài)下的潛在流體滲流能力。 通過流場的構(gòu)造主控因素與儲層主控因素分析，以地質(zhì)主控因素為重點(diǎn)，優(yōu)選各類油藏主控因素，利用模糊綜合評判方法，形成一套油藏初始流場定量表征方法。

流場的強(qiáng)弱由多方面因素造成， 且各因素之間相互影響和制約。 注水開發(fā)油藏的儲層非均質(zhì)性會導(dǎo)致水線推進(jìn)不均勻，致使剩余油分布不均，或注入水突進(jìn)使油井暴性水淹，影響開發(fā)效果。 目前， 研究儲層非均質(zhì)性多采用評價(jià)單項(xiàng)參數(shù)的方法，如評價(jià)孔隙度、滲透率變異系數(shù)、突進(jìn)系數(shù)等，或者將多個(gè)儲層參數(shù)羅列進(jìn)行比較。 這些方法從不同角度反映了儲層非均質(zhì)性，但存在一些不足：有時(shí)多個(gè)參數(shù)表征不一；衡量多個(gè)參數(shù)時(shí)，加入了更多的人為主觀因素。 因此有必要對儲層非均質(zhì)性進(jìn)行深入分析和定量描述。 通過流場的構(gòu)造主控因素與儲層主控因素分析， 以地質(zhì)主控因素為重點(diǎn)，優(yōu)選各類油藏主控因素，形成一套油藏初始流場定量表征方法。

此外，各因素對油藏流場整體的影響和相互關(guān)系很難用精確的概念表述， 即整個(gè)評價(jià)過程是非線性的。 模糊綜合評判法是基于評價(jià)過程的非線性特點(diǎn)而提出， 是運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)中的模糊運(yùn)算法得到量化評價(jià)結(jié)果的過程［7-11］。 因此，優(yōu)選模擬綜合評判法來進(jìn)行初始流場的定量表征。

2 綜合評判方法原理

模糊綜合評判法是用模糊線性變化的數(shù)學(xué)方法來評價(jià)各指標(biāo)對評價(jià)對象的影響程度， 其本質(zhì)是通過模糊線性變化建立評判矩陣， 得到一個(gè)模糊集合的評價(jià)結(jié)果［11］。

首先選取影響油藏開發(fā)效果的因素組成因素集，根據(jù)專家意見確定評價(jià)其結(jié)果的評語集，然后確定各因素對評價(jià)結(jié)果的權(quán)重集。 通過試算選取合適的隸屬函數(shù)，計(jì)算評價(jià)對象的評判矩陣，通過模糊變換得到評判結(jié)果。

（1）確定研究區(qū)塊各井、各層的研究對象，記為：

（2）確定研究對象各屬性的集合。 如滲透率等參數(shù)的集合，記為：

（3）確定指標(biāo)矩陣，矩陣元素為屬性參數(shù)。

A也可表示為AT=［A1，A2，A3，……An］，其中

（4）歸一化指標(biāo)值，元素aij可按下式進(jìn)行歸一化處理為元素bij，給出各評價(jià)指標(biāo)之后，根據(jù)最大、最小值方法對各影響因素進(jìn)行無量綱化處理。

對于正相關(guān)的影響因素， 如滲透率等采用式（4）進(jìn)行歸一化；對于負(fù)相關(guān)的參數(shù)，采用式（5）進(jìn)行歸一化。 歸一化后的矩陣為：

（5）權(quán)重的確定。 給出每個(gè)指標(biāo)對應(yīng)的權(quán)值，得到權(quán)重向量：

（6）計(jì)算初始流場評價(jià)指數(shù)I。

求得初始流場評價(jià)指數(shù)向量I=（i1，i2，i3，…in），其中i∈（0，1），I越大，流場越強(qiáng)；I越小，流場越弱。

3 評判指標(biāo)權(quán)重的確定

確定評判指標(biāo)權(quán)重的方法有層次分析法、統(tǒng)計(jì)法、模糊關(guān)系方程求解法等幾種。 本次研究采用層次分析法，其具有簡單易操作、理論成熟、自適應(yīng)性好、計(jì)算精度高等優(yōu)點(diǎn)。

層次分析法（The Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP），是一種定量與定性相結(jié)合，將人的主觀判斷用數(shù)量形式表達(dá)和處理的方法［12］。 層次分析法由匹茲堡大學(xué)的A L Satty教授于1970年代初創(chuàng)立，是將復(fù)雜的問題劃分為多個(gè)層次，再基于客觀現(xiàn)實(shí)判斷，即構(gòu)造判斷矩陣，對每個(gè)元素在每個(gè)層次的相對重要性進(jìn)行定量表示。 通過求解矩陣的最大特征根和相應(yīng)的特征向量， 確定每一層次元素的相對重要性。

3.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

分析系統(tǒng)中各因素間的關(guān)系， 定義問題所需的總體目標(biāo)和影響總體目標(biāo)的因素， 并根據(jù)因素間的主導(dǎo)關(guān)系建立層次結(jié)構(gòu)模型。

3.2 構(gòu)造判斷矩陣

對每個(gè)因素所支配的下層因素進(jìn)行兩兩比較， 比較它們對上層因素的重要性， 并用數(shù)字表示，從而構(gòu)成一個(gè)兩兩判斷矩陣。 根據(jù)研究區(qū)塊的實(shí)際開發(fā)經(jīng)驗(yàn)和專家討論結(jié)果給出兩兩打分結(jié)果，構(gòu)造判斷矩陣。

3.3 計(jì)算權(quán)向量并做一致性校驗(yàn)

若一致性校驗(yàn)通過，特征向量即為權(quán)向量；若一致性校驗(yàn)不通過，需重新構(gòu)造對比矩陣。

3.3.1 判斷矩陣的一致性

3.3.1.1 判斷一致性

如果判斷矩陣的每個(gè)元素滿足aik×ajk=aij，則判斷矩陣具有一致性。 假設(shè)判斷矩陣A，如果每一列向量具有相同的排序結(jié)果，則稱A為判斷一致性矩陣。 當(dāng)判斷矩陣具有一致性時(shí)，可以認(rèn)為決策者的思路清晰，判斷矩陣合理。

3.3.1.2 局部序傳遞性矩陣

在正互反矩陣A=（aij）n×n中，如果對任意k，有aik≥ajk或aik≤ajk，則稱i、 j行元素間存在局部序傳遞性。 由于單一準(zhǔn)則決策主要用于選擇最優(yōu)解，因此如果求得右主特征向量的最大分量為wt， 且t行與其余各行元素存在局部序傳遞性， 則仍接受該判斷矩陣。

3.3.2 判斷矩陣一致性校驗(yàn)方法

3.3.2.1 列向量歸一化

選擇最大、 最小值方法對各參數(shù)進(jìn)行無量綱處理。

3.3.2.2 求最大特征根（λmax）

式中：Ai為A的第i個(gè)元素。

計(jì)算一致性指標(biāo)和相對一致性指標(biāo)：

RIA為平均 隨機(jī)一致性指標(biāo)（見表1）［12］，取決于判斷矩陣的階數(shù)［5］，n為矩陣階數(shù)。

表1 1～10階矩陣RIA取值

CRA為隨機(jī)一致性比率，CRA=CIA/RIA，與0.1比較來判斷一致性，若CRA<0.1，則為一致性。

3.4 由判斷矩陣計(jì)算相對權(quán)重

由判斷矩陣計(jì)算權(quán)重的方法有多種， 本次研究用求和法計(jì)算。 對判斷矩陣的列向量歸一化，然后將歸一化的矩陣的各行求和并歸一化列向量。

4 初始流場綜合定量評價(jià)

4.1 評價(jià)指標(biāo)的選取

根據(jù)重要性、 獨(dú)立性、 實(shí)用性和全面性的原則［13-14］，選取了對初始流場影響明顯的儲層非均質(zhì)性、滲透率、沉積相、裂縫、黏土含量、原油黏度和地層傾角為評價(jià)指標(biāo)。

（1）儲層非均質(zhì)性（H）：儲層非均質(zhì)性反映砂體的滲透性變化，會導(dǎo)致水線推進(jìn)不均勻，致使剩余油分布不均，或注入水突進(jìn)使油井暴性水淹影響開發(fā)效果，直接影響著注水油田的水驅(qū)開發(fā)效果。

（2）滲透率（K）：滲透率是油水平面運(yùn)動的主要因素，也是控制流場分布的主要因素。 注水井儲層滲透率與注入水流量成正比，滲透率越高注入水流量越大，對儲層巖石的沖刷越嚴(yán)重，優(yōu)勢流場也越容易形成。 中高滲開發(fā)單元不同井點(diǎn)處的滲透率差異較大，容易在滲透率高的井組間形成優(yōu)勢流場。

（3）沉積相（S）：沉積環(huán)境是儲層儲集性能的主要影響因素之一，也是最基礎(chǔ)的影響因素。 如三角洲相中的水下分流河道沉積微相屬于有利儲層，該類砂體形成于水動力強(qiáng)的地方，受水流改造好，砂巖成熟度高，泥質(zhì)灰質(zhì)含量低，儲層物性好。而水道側(cè)緣相等沉積相帶則屬于不利儲量， 該類砂體形成于水動力條件差的地方，水流作用弱，尤其在淺水平靜處，沉積顆粒細(xì)，泥質(zhì)含量高，儲層物性差。

（4）微裂縫/壓裂縫（F）：由于實(shí)驗(yàn)樣品要求，裂縫在孔滲等物性試驗(yàn)中無法體現(xiàn)， 但其可以改善儲層的連通性和滲透性， 控制油井初期產(chǎn)能和油井含水上升規(guī)律，在滲流方向上起決定作用。 壓裂縫在地層中的出現(xiàn)相當(dāng)于均質(zhì)地層中出現(xiàn)了一條超高滲透性條帶，裂縫導(dǎo)流能力越高，油層非均質(zhì)性越強(qiáng)。 根據(jù)裂縫發(fā)育程度，分別取值0.8，0.6，0.4，0.2，0。 壓裂井的壓裂層位取值1.0，數(shù)值越大，裂縫對初始流場的影響越大。

（5）黏土礦物（C）：黏土礦物變化對注水開發(fā)的影響主要是由于黏土礦物變化對儲層物性產(chǎn)生影響，間接影響油氣的采出和注水效率，黏土礦物受注水沖刷易遇水膨脹或者運(yùn)移， 從而改變儲層的滲透率及注入水方向。

（6）原油黏度（V）：原油黏度與油水黏度比成正比，原油黏度大，油水黏度比也高，油水在高、低滲透層的滲流能力差異越明顯。 隨著注水量增加，注入水更容易在滲透性高的儲層中流動， 剩余油在低滲透性儲層中難以被波及， 從而加劇了油藏流場分布的非均質(zhì)性。 反之，若原油黏度小，油水黏度比也低，儲層中注入水驅(qū)油效果變好，油藏流場的非均質(zhì)性也隨之變?nèi)酢?/p>

（7）地層傾角（D）：江蘇油田油藏地層傾角從2.6°到30°均有發(fā)育。在地層傾角較大的油藏，重力作用隨地層傾角變大逐漸變大， 如位于注水井上方的油井比下方的油井見水晚， 且見水后含水上升速度慢。

4.2 權(quán)重確定

確定不同因素對評價(jià)目標(biāo)參數(shù)影響的相對重要程度。 對于初始流場評價(jià)，7大類地質(zhì)因素重要性確定結(jié)果見表2。

表2 初始流場因素重要性比較定量數(shù)據(jù)

通過優(yōu)選因素與評價(jià)目標(biāo)的相關(guān)性分析，利用各種因素的相對重要程度， 可求得不同因素的歸一化權(quán)重系數(shù)（見表3）。 儲層非均質(zhì)性及滲透率占主要因素，其余參數(shù)影響相對較小。

表3 影響因素指標(biāo)及其權(quán)重

4.3 計(jì)算初始流場強(qiáng)度指數(shù)（I）

通過上述研究選定的7個(gè)定量參數(shù)的歸一化和各個(gè)參數(shù)的權(quán)重研究，得出初始流場強(qiáng)度指數(shù)I的計(jì)算公式：

通過對初始流場強(qiáng)度指數(shù)I的計(jì)算，可以制作各油藏各小層的初始流場平面分布圖，得出初始流場強(qiáng)度大小，并與開發(fā)后期形成的優(yōu)勢流場分布進(jìn)行對比，從而預(yù)測剩余油分布的有利區(qū)帶。

根據(jù)隨機(jī)一致性計(jì)算方法及其檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) （隨機(jī)一致性比率CRA<0.1）， 本次研究確定的初始流場強(qiáng)度權(quán)重系數(shù)隨機(jī)一致性比率為0.023 （CRA=0.023），說明初始流場強(qiáng)度權(quán)重系數(shù)值在合理范圍。

根據(jù)綜合權(quán)重可求得各井點(diǎn)層系的初始流場值I，例如G6斷塊某小層為非主力層，初始流場低（見圖1），剩余油飽和度高（見圖2），初始流場低值區(qū)剩余油較富集， 初始流場能較好地反映注水的流動和剩余油的分布。

圖1 G6斷塊某小層初始流場分布

圖2 G6斷塊某小層剩余油飽和度

通過指標(biāo)體系綜合評價(jià)結(jié)果， 結(jié)合研究區(qū)水淹規(guī)律，將初始流場強(qiáng)度指數(shù)I劃分為三類：

I類：I≥0.8

Ⅱ類：0.5≤I<0.8

Ⅲ類：I<0.5

Ⅰ類物性好，水淹程度高，剩余油飽和度低，調(diào)剖堵水的潛力相對較大；Ⅱ類次之，層系細(xì)分重組，完善井網(wǎng)的潛力相對較大；Ⅲ類物性差，含油飽和度高，儲層改造的潛力相對較大。

G6-80井19號層位于I類區(qū)域，水淹嚴(yán)重，2019年11月重新卡封后日產(chǎn)油從0.2 t上升至4.1 t，含水從99.3%下降至85.6%。

5 結(jié)論

（1）砂巖油藏初始流場定義為油藏在開發(fā)初期油藏未經(jīng)注水等后期改造狀態(tài)下的潛在流體滲流能力，為滿足油藏水動力調(diào)整的需要，開展了油藏初始流場定量評價(jià)研究。

（2）影響油藏初始流場的因素眾多，且各因素間相互影響， 采用模糊綜合評判法開展定量綜合評價(jià)，并運(yùn)用層次分析法評判指標(biāo)權(quán)重。

（3）針對江蘇油田具體工區(qū)，根據(jù)重要性、獨(dú)立性、實(shí)用性和全面性等評價(jià)指標(biāo)篩選原則，選擇儲層非均質(zhì)性、滲透率、沉積相、裂縫、黏土含量、原油黏度和地層傾角為評價(jià)指標(biāo)， 通過指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算及初始流場強(qiáng)度指數(shù)（I）計(jì)算，獲得G6斷塊初始流場強(qiáng)度場。