周軍，彭井宏，孫建華，肖瑤，梁光川*

1 西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，成都 610500

2 國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)中原儲(chǔ)氣庫(kù)有限責(zé)任公司，濮陽(yáng) 457000

0 引言

1915年加拿大建成第一座地下儲(chǔ)氣庫(kù)，到目前為止世界地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)與運(yùn)營(yíng)已歷經(jīng)百年[1]。隨著全球天然氣消費(fèi)量的不斷增長(zhǎng)，地下儲(chǔ)氣庫(kù)作為目前世界上最主要的天然氣儲(chǔ)存和調(diào)峰方式，已在全球各國(guó)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。目前世界地下儲(chǔ)氣庫(kù)的數(shù)量約有715座，工作氣量高達(dá)3.93×1011m3，占全球天然氣消費(fèi)量的11%[2]。隨著中國(guó)天然氣消費(fèi)量的持續(xù)增長(zhǎng)，地下儲(chǔ)氣庫(kù)在我國(guó)也得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用[3-4]。

儲(chǔ)氣庫(kù)的運(yùn)行方式主要包括注氣和采氣兩個(gè)工藝流程，它們是儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。因此，在確保安全平穩(wěn)儲(chǔ)氣和供氣的基礎(chǔ)上，對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)注采方案進(jìn)行合理的優(yōu)化，提高儲(chǔ)氣庫(kù)注采運(yùn)行水平，己成為儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行的關(guān)鍵。目前，有不少學(xué)者在該方面開(kāi)展了研究工作。譚羽飛等人[5]以單井注采量為優(yōu)化變量，分別以夏季壓縮機(jī)能耗最小化和冬季調(diào)峰采氣量最大化為目標(biāo)，對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)注采方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。崔國(guó)強(qiáng)等人[6]對(duì)呼圖壁儲(chǔ)氣庫(kù)注氣方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)最佳運(yùn)行方案進(jìn)行了優(yōu)選。劉佳寧等人[7]基于地下儲(chǔ)氣庫(kù)地上地下壓力系統(tǒng)一體化仿真模型，應(yīng)用NSGA-II算法優(yōu)化了儲(chǔ)氣庫(kù)注氣配產(chǎn)方案。楊穎等人[8]建立了儲(chǔ)氣庫(kù)注氣期壓縮機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的優(yōu)化模型，形成了利用電價(jià)峰谷差錯(cuò)峰運(yùn)行壓縮機(jī)組的優(yōu)化方案。然而，儲(chǔ)氣庫(kù)注采方案的優(yōu)劣受多方面因素的影響，優(yōu)化方法所能優(yōu)化的運(yùn)行參數(shù)往往比較有限，且在工程實(shí)際中的運(yùn)用具有一定難度。因此，必須提出一個(gè)更加全面且方便的解決方法?；诖?，本文提出采用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)注采方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，并篩選出最優(yōu)的注采方案。在注氣方案評(píng)價(jià)優(yōu)選過(guò)程中，分別對(duì)注氣井?dāng)?shù)量、注氣井層位、電機(jī)負(fù)載率、壓縮機(jī)效率、系統(tǒng)單位電耗、潤(rùn)滑油用量等指標(biāo)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。在采氣方案評(píng)價(jià)優(yōu)選過(guò)程中，又分別對(duì)采氣井?dāng)?shù)量、采氣井層位、重沸器效率、循環(huán)泵效率、三甘醇損耗等指標(biāo)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。

1 國(guó)內(nèi)某氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)概況

本文研究的國(guó)內(nèi)某氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)設(shè)計(jì)庫(kù)容5.88×108m3， 其 中 墊 底 氣 2.93×108m3， 工 作 氣2.95×108m3。儲(chǔ)氣庫(kù)地面工程包括1座注采站、5座井場(chǎng)、主區(qū)塊13口注采井。儲(chǔ)氣庫(kù)建成投產(chǎn)后，在注氣階段，經(jīng)聯(lián)絡(luò)線管道，輸氣干線中富余的天然氣從分輸站輸送到儲(chǔ)氣庫(kù)的集注站，通過(guò)注氣壓縮機(jī)增壓及空冷器空冷之后，富余的天然氣經(jīng)集輸管線輸送到注采井口，再注入地下儲(chǔ)存。采氣期，根據(jù)調(diào)峰氣量的要求注采井產(chǎn)出的天然氣經(jīng)井口管線輸至儲(chǔ)氣庫(kù)集注站進(jìn)行分離、計(jì)量及處理，處理后的天然氣輸送至分輸站，進(jìn)入輸氣干線管道。主區(qū)塊13口注采井中2#、3#、5#、6#、8#、9#井屬于高部位井，1#、4#、7#、10#、11#、12#、13#井屬于低部位井。在注氣過(guò)程中，構(gòu)造高部位優(yōu)先注氣，構(gòu)造低部位緩注；采氣過(guò)程中，構(gòu)造中低部位優(yōu)先采氣，以確保氣庫(kù)庫(kù)容逐步達(dá)到設(shè)計(jì)。

2 儲(chǔ)氣庫(kù)注采方案模糊綜合評(píng)價(jià)模型

2.1 概述

模糊綜合評(píng)價(jià)法是一種應(yīng)用廣泛的評(píng)價(jià)方法，該方法基于模糊數(shù)學(xué)相關(guān)理論發(fā)展而來(lái)。根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論，模糊綜合評(píng)價(jià)法將定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)[9]。模糊綜合評(píng)價(jià)法有2個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，分別是尋找合適的方法確定各指標(biāo)的權(quán)重向量以及選擇合適的模糊隸屬度函數(shù)[10]。儲(chǔ)氣庫(kù)注采方案的優(yōu)劣水平往往是由多個(gè)運(yùn)行技術(shù)指標(biāo)來(lái)展現(xiàn)的，因此需要綜合考慮這些運(yùn)行指標(biāo)，進(jìn)行綜合評(píng)估。本文采用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)注采方案進(jìn)行評(píng)價(jià)的流程如圖1所示。

圖1 儲(chǔ)氣庫(kù)注采方案模糊綜合評(píng)價(jià)流程Fig.1 Fuzzy comprehensive evaluation process of gas storage injection and production plan

2.2 模糊綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

儲(chǔ)氣庫(kù)注采方案涉及到注采井的開(kāi)井計(jì)劃、注采氣能力、設(shè)備運(yùn)行效率和設(shè)備運(yùn)行能耗等，注采方案的優(yōu)劣將直接影響儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中地面和地下系統(tǒng)的運(yùn)行效果。對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)注采方案的綜合評(píng)價(jià)需要考慮眾多的因素，因而建立儲(chǔ)氣庫(kù)注采方案模糊綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是進(jìn)行儲(chǔ)氣庫(kù)注采方案模糊綜合評(píng)價(jià)的前提和基礎(chǔ)。根據(jù)地下儲(chǔ)氣庫(kù)注采原則和要求，并結(jié)合儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行管理相關(guān)要求，建立了儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中注氣方案模糊綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(圖2)和采氣方案模糊綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(圖3)。

從圖2可以看出，儲(chǔ)氣庫(kù)注氣方案模糊綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系分為3個(gè)層次，分別是目標(biāo)層、一級(jí)指標(biāo)層和二級(jí)指標(biāo)層。目標(biāo)層為儲(chǔ)氣庫(kù)注氣方案優(yōu)劣，一級(jí)指標(biāo)層為3個(gè)對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)注氣方案優(yōu)劣影響較大的因素，即U={注氣井，注氣效率，注氣能耗}。在一級(jí)指標(biāo)層之下，又含有相應(yīng)的二級(jí)指標(biāo)層中的指標(biāo)。此外，從圖3可以看出，儲(chǔ)氣庫(kù)采氣方案模糊綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系也分為目標(biāo)層、一級(jí)指標(biāo)層和二級(jí)指標(biāo)層3個(gè)層次。此評(píng)價(jià)體系的目標(biāo)層為儲(chǔ)氣庫(kù)采氣方案優(yōu)劣，其中一級(jí)指標(biāo)層選擇的3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)都是對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)采氣方案的優(yōu)劣具有較大影響的因素。即U={采氣井，采氣效率，采氣能耗}。

圖2 儲(chǔ)氣庫(kù)注氣方案模糊綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.2 Fuzzy comprehensive evaluation index system of gas injection scheme of gas storage

圖3 儲(chǔ)氣庫(kù)采氣方案模糊綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.3 Fuzzy comprehensive evaluation index system of gas recovery scheme of gas storage

2.3 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

為了體現(xiàn)各個(gè)指標(biāo)在儲(chǔ)氣庫(kù)注采方案模糊綜合評(píng)價(jià)體系中的作用地位及影響程度，在建立好綜合評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系之后，需要確定出每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重大小。由于評(píng)價(jià)指標(biāo)兼具主觀性和客觀性，為了使評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重分配符合真實(shí)情況，本文運(yùn)用主觀賦權(quán)法確定一級(jí)指標(biāo)主觀權(quán)重，運(yùn)用客觀賦權(quán)法確定二級(jí)指標(biāo)客觀權(quán)重。主觀賦權(quán)法是依據(jù)決策者的喜好與經(jīng)驗(yàn)對(duì)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)的賦權(quán)方法，主要依據(jù)決策者的學(xué)識(shí)與經(jīng)驗(yàn)。常用的主觀賦權(quán)法有：層次分析法、二項(xiàng)系數(shù)法、最小平方法等，其中使用最廣泛的主觀賦權(quán)法是層次分析法(AHP)。客觀賦權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重主要是根據(jù)各個(gè)指標(biāo)的客觀信息，客觀賦權(quán)法計(jì)算出的權(quán)重具有較強(qiáng)的客觀性。常用的客觀賦權(quán)法有：熵權(quán)法、標(biāo)準(zhǔn)離差法等。

2.3.1 層次分析法計(jì)算一級(jí)指標(biāo)權(quán)重

層次分析法是Saaty在20世紀(jì)70年代提出的一種權(quán)重計(jì)算方法，該方法簡(jiǎn)捷清晰，便于分析計(jì)算[11]。應(yīng)用層次分析法確定儲(chǔ)氣庫(kù)注采方案指標(biāo)體系中某一級(jí)指標(biāo)對(duì)上一級(jí)指標(biāo)的相對(duì)重要程度(即權(quán)重)的思路如下。

(1)構(gòu)造判斷矩陣

首先，根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)際值大小和評(píng)價(jià)者的主觀考察經(jīng)驗(yàn)，將評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較判斷，確定不同評(píng)價(jià)指標(biāo)間的相對(duì)重要程度，構(gòu)成比較判斷矩陣。

其中：aij表示指標(biāo)i對(duì)指標(biāo)j的相對(duì)重要程度，aij的取值按照九級(jí)標(biāo)度原則(表1)進(jìn)行確定；n表示該級(jí)指標(biāo)的數(shù)量。

表1 判斷矩陣九級(jí)標(biāo)度Table 1 Nine scales of judgment matrix

(2)計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

在構(gòu)建判斷矩陣后，便可根據(jù)相對(duì)重要程度值aij計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重ωi。本文選用方根法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下：

由該式便可計(jì)算出該級(jí)全部指標(biāo)的權(quán)重集合ω′=[ω1,… ,ωi, … ,ωn]。

(3)一致性檢驗(yàn)

由于儲(chǔ)氣庫(kù)注采方案評(píng)價(jià)各級(jí)指標(biāo)的相對(duì)重要程度是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)確定的，存在較大主觀性。為保證指標(biāo)權(quán)重分配的合理性，需對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。分別計(jì)算偏離一致性指標(biāo)IC和平均隨機(jī)一致性指標(biāo)IR，再根據(jù)兩者比值獲得隨機(jī)一致性比率RC，即RC=IC/IR。

其中，偏離一致性指標(biāo)IC計(jì)算公式如下：

式中λmax表示判斷矩陣的最大特征根。

而對(duì)于1～9階判斷矩陣，平均隨機(jī)一致性指標(biāo)IR根據(jù)表2進(jìn)行取值。

最后，當(dāng)RC≤0.10時(shí)，考慮判斷矩陣A具有滿(mǎn)意一致性，否則就需要調(diào)整A，直到其具有滿(mǎn)意一致性。

2.3.2 熵權(quán)法計(jì)算二級(jí)指標(biāo)權(quán)重

熵權(quán)法是一種客觀賦權(quán)方法，其計(jì)算原理是通過(guò)考量評(píng)價(jià)指標(biāo)所含信息量的大小來(lái)計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重[12]。儲(chǔ)氣庫(kù)注采系統(tǒng)具有較高的開(kāi)放性，并將隨著位置和時(shí)間的改變而變化。因此采用傳統(tǒng)的客觀賦權(quán)方法來(lái)表示評(píng)價(jià)指標(biāo)波動(dòng)規(guī)律往往難度較大，而熵權(quán)法可以較好地彌補(bǔ)這一不足。利用熵權(quán)法來(lái)構(gòu)建判斷矩陣和計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，可有效避免計(jì)算過(guò)程中主觀因素的影響，使得計(jì)算結(jié)果更加貼近實(shí)際情況。

(1)構(gòu)造初始指標(biāo)矩陣

假設(shè)有m個(gè)待評(píng)價(jià)注采方案，n個(gè)待評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)各注采方案的指標(biāo)值xij構(gòu)成初始指標(biāo)矩陣：

式中：xij表示第i個(gè)注采方案的第j個(gè)指標(biāo)值。

(2)標(biāo)準(zhǔn)化處理

由于儲(chǔ)氣庫(kù)注采方案綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中各指標(biāo)的量綱或數(shù)量級(jí)差異較大，為了保證各指標(biāo)具有可比性，需進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，本文采用最大最小值法將各指標(biāo)歸一化到[0,1]范圍內(nèi)的數(shù)值z(mì)ij，并構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)化處理后的矩陣Z=(zij)m×n。標(biāo)準(zhǔn)化處理公式如下：

(3)計(jì)算指標(biāo)比重

式中：pij表示第i個(gè)注采方案的第j個(gè)指標(biāo)的比重。

(4)計(jì)算指標(biāo)熵值和熵權(quán)

根據(jù)信息論的基本原理，信息是系統(tǒng)有序程度的一個(gè)度量，而熵是系統(tǒng)無(wú)序程度的一個(gè)度量。對(duì)于儲(chǔ)氣庫(kù)注采方案評(píng)價(jià)體系中的某個(gè)指標(biāo)，其熵值ej越小，說(shuō)明其變異程度越大，提供的信息量越多，在綜合評(píng)價(jià)中起的作用越大，熵權(quán)ωj越大。指標(biāo)熵值ej和熵權(quán)ωj的計(jì)算公式如下：

式中：pij表示第i個(gè)注采方案的第j個(gè)指標(biāo)的比重；k與待評(píng)價(jià)的注采方案數(shù)量m有關(guān)，k=1/lnm；ej表示第j個(gè)指標(biāo)的熵值；ωj表示第j個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)。

2.4 指標(biāo)模糊隸屬度計(jì)算

模糊隸屬函數(shù)法就是利用隸屬函數(shù)進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)。由于各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的度量單位存在差異，因此需要對(duì)指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱化處理使各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)具有可比性[13]。無(wú)量綱化處理方法如下：

(1)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)上下限值

確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的下限值xmin和上限值xmax。根據(jù)各指標(biāo)變化趨勢(shì)的不同，其最優(yōu)值的選取原則不同。對(duì)于逆向指標(biāo)，最優(yōu)值為xmin，對(duì)于正向指標(biāo)，最優(yōu)值為xmax。

(2)劃分評(píng)價(jià)指標(biāo)模糊隸屬函數(shù)類(lèi)型

本文分別選用梯形模糊隸屬函數(shù)和嶺形模糊隸屬函數(shù)對(duì)指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱化處理，無(wú)量綱化處理是為了表示各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)于某模糊子集的隸屬程度[14]。各函數(shù)的表達(dá)式和適用指標(biāo)如表3所示。

表3 儲(chǔ)氣庫(kù)注采方案指標(biāo)模糊隸屬函數(shù)分類(lèi)Table 3 Fuzzy membership function classification of injection and production plan indicators of gas storage

(3)評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)量化處理

在確定每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的上下限和模糊隸屬函數(shù)類(lèi)型之后，便可根據(jù)各指標(biāo)的實(shí)際值xi，計(jì)算指標(biāo)的模糊隸屬度值f(xi)。經(jīng)計(jì)算得到的評(píng)價(jià)指標(biāo)模糊隸屬度值f(xi)是一個(gè)0～1范圍內(nèi)的實(shí)數(shù)，通過(guò)該值進(jìn)行指標(biāo)體系內(nèi)所有評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)計(jì)算，便可消除不同指標(biāo)量綱的影響。在綜合評(píng)價(jià)計(jì)算中，常常將模糊隸屬度值f(xi)乘以100，得到指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)量化值F(xi)，即：

2.5 綜合評(píng)價(jià)結(jié)果計(jì)算

在計(jì)算出各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重和標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)值之后，便可利用線性加權(quán)法逐級(jí)計(jì)算一級(jí)指標(biāo)層和目標(biāo)層的最終得分[15]。并根據(jù)目標(biāo)層的最終得分對(duì)所評(píng)價(jià)方案的優(yōu)劣進(jìn)行判斷。釆用線性加權(quán)法計(jì)算儲(chǔ)氣庫(kù)注采方案的最終得分，具體計(jì)算公式如下：

(1)一級(jí)指標(biāo)的最終得分

式中：Fj——第j個(gè)一級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)值；

Fji——第j個(gè)一級(jí)指標(biāo)中第i個(gè)二級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)值；

ωji——第j個(gè)一級(jí)指標(biāo)中第i個(gè)二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重。

(2)被評(píng)價(jià)目標(biāo)的最終得分

式中：F——目標(biāo)層指標(biāo)的綜合得分值；

Fj——目標(biāo)層指標(biāo)中第j個(gè)一級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)值；

ωj——目標(biāo)層指標(biāo)中第j個(gè)一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重。

3 儲(chǔ)氣庫(kù)注采方案模糊綜合評(píng)價(jià)

3.1 實(shí)例介紹

3.1.1 儲(chǔ)氣庫(kù)注氣方案介紹

儲(chǔ)氣庫(kù)注氣時(shí)間安排為4月1日—10月31日，共計(jì)214天，注氣前庫(kù)存氣量為3.3×108m3，平均地層壓力為13.8 MPa，設(shè)計(jì)年注氣量為2.0×108m3?，F(xiàn)選擇3套不同注氣方案進(jìn)行評(píng)價(jià)優(yōu)選，3套方案的開(kāi)井計(jì)劃和運(yùn)行參數(shù)如表4和表5所示。從表4中可以看出，方案一分別對(duì)1號(hào)、4號(hào)、6號(hào)、8號(hào)、10號(hào)、11號(hào)和12號(hào)井進(jìn)行注氣。方案二分別打開(kāi)2號(hào)、3號(hào)、5號(hào)、6號(hào)、8號(hào)和9號(hào)井進(jìn)行注氣。方案三的開(kāi)井計(jì)劃涉及5號(hào)、6號(hào)、8號(hào)、9號(hào)、10號(hào)、11號(hào)和12號(hào)井。3個(gè)注氣方案中，都對(duì)6號(hào)和8號(hào)高部位井進(jìn)行了注氣。此外，表5展示了3個(gè)注氣方案的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，包括注氣井?dāng)?shù)量、注氣井平均層位、注氣井注氣能力、電機(jī)功率因素、電機(jī)負(fù)載率、壓縮機(jī)組效率、系統(tǒng)單位電耗、潤(rùn)滑油單位用量和天然氣泄漏量。

表4 儲(chǔ)氣庫(kù)3套注氣方案開(kāi)井計(jì)劃Table 4 Well opening plan for three sets of gas injection schemes in gas storage

表5 儲(chǔ)氣庫(kù)3套注氣方案運(yùn)行參數(shù)Table 5 Operating parameters of three sets of gas injection schemes for gas storage

3.1.2 儲(chǔ)氣庫(kù)采氣方案介紹

儲(chǔ)氣庫(kù)采氣時(shí)間安排為11月15日—次年3月15日，共計(jì)120天，采氣前庫(kù)存氣量為4.8×108m3，平均地層壓力為24.25 MPa，設(shè)計(jì)年采氣量為1.5×108m3?，F(xiàn)選擇3套不同采氣方案進(jìn)行評(píng)價(jià)優(yōu)選，3套方案的開(kāi)井計(jì)劃和運(yùn)行參數(shù)如表6和表7所示。從表6中可以看出，方案一分別從1號(hào)至10號(hào)井中進(jìn)行采氣。方案二分別打開(kāi)3號(hào)、4號(hào)、6號(hào)、8號(hào)、9號(hào)、10號(hào)、11號(hào)、12號(hào)和13號(hào)井進(jìn)行采氣。方案三的開(kāi)井計(jì)劃涉及3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)、8號(hào)、9號(hào)、12號(hào)和13號(hào)井。此外，表7展示了3個(gè)注氣方案的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，包括采氣井?dāng)?shù)量、注氣井平均層位、注氣井采氣能力、重沸器熱效率、重沸器排煙溫度、重沸器外表面溫度、循環(huán)泵電機(jī)負(fù)載率、循環(huán)泵效率、重沸器單位氣耗、系統(tǒng)單位電耗和三甘醇單位損耗。與注氣方案相比，采氣方案的開(kāi)井?dāng)?shù)量和采氣井采氣能力明顯要略高一些。

表6 儲(chǔ)氣庫(kù)3套采氣方案開(kāi)井計(jì)劃Table 6 Well opening plan for three sets of gas production scheme in gas storage

表7 儲(chǔ)氣庫(kù)3套采氣方案運(yùn)行參數(shù)Table 7 Operation parameters of three sets of gas production schemes in gas storage

3.2 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果

3.2.1 應(yīng)用層次分析法計(jì)算一級(jí)指標(biāo)權(quán)重

由前文可知，儲(chǔ)氣庫(kù)注氣和采氣方案模糊綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系均分為3個(gè)層次，分別為目標(biāo)層、一級(jí)指標(biāo)層、二級(jí)指標(biāo)層。首先利用層次分析法計(jì)算注氣和采氣方案中一級(jí)指標(biāo)層對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重。

根據(jù)儲(chǔ)氣庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)專(zhuān)家的工作經(jīng)驗(yàn)和評(píng)估考察，構(gòu)造目標(biāo)層與一級(jí)指標(biāo)層的判斷矩陣，分別確定注氣井U1、注氣效率U2和注氣能耗U3對(duì)注氣方案目標(biāo)層U注的重要性，確定采氣井U1、采氣效率U2和采氣能耗U3對(duì)采氣方案目標(biāo)層U采的重要性。儲(chǔ)氣庫(kù)注氣過(guò)程中，壓縮機(jī)耗能較大，對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性影響較大，因此注氣井指標(biāo)和注氣能耗指標(biāo)同等重要。而儲(chǔ)氣庫(kù)采氣過(guò)程中，采氣井的選擇對(duì)區(qū)塊地層壓力和庫(kù)存氣量的影響較大，并且會(huì)直接影響儲(chǔ)氣庫(kù)的運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性，因此采氣井指標(biāo)比其他指標(biāo)更加重要。所構(gòu)建的指標(biāo)間相對(duì)重要性比較矩陣如下：

經(jīng)計(jì)算得到注氣方案一級(jí)指標(biāo)層3個(gè)指標(biāo)U1、U2、U3對(duì)于目標(biāo)層U注的相對(duì)權(quán)重為W注=(0.429，0.143，0.429)T，采氣方案一級(jí)指標(biāo)層3個(gè)指標(biāo)U1、U2、U3對(duì)于目標(biāo)層U采的相對(duì)權(quán)重為W采=(0.637，0.105，0.258)T。經(jīng)檢驗(yàn)，判斷矩陣U注和U采具有滿(mǎn)意一致性。

3.2.2 應(yīng)用熵權(quán)法計(jì)算二級(jí)指標(biāo)權(quán)重

前文中的表和表分別介紹了3套注采方案的評(píng)價(jià)指標(biāo)值，通過(guò)構(gòu)建初始指標(biāo)矩陣、標(biāo)準(zhǔn)化處理、指標(biāo)比重計(jì)算、指標(biāo)熵值計(jì)算等流程，計(jì)算得到各二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重。儲(chǔ)氣庫(kù)注氣方案中，9個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)U11～U33對(duì)3個(gè)一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)U1、U2、U3的相對(duì)權(quán)重 分 別 為(0.471，0.293，0.236)T，(0.401，0.272，0.327)T，(0.296，0.358，0.346)T。儲(chǔ)氣庫(kù)采氣方案中，12個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)U11～U33對(duì)3個(gè)一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)U1、U2、U3的相對(duì)權(quán)重分別為(0.328，0.324，0.348)T，(0.205，0.123，0.180，0.146，0.170，0.176)T，(0.302，0.334，0.364)T。

3.3 儲(chǔ)氣庫(kù)注采方案優(yōu)選

3.3.1 儲(chǔ)氣庫(kù)注氣方案優(yōu)選

根據(jù)對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)注氣工況下現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)變化范圍和變化規(guī)律的分析，確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的下限值a、上限值b和模糊隸屬函數(shù)類(lèi)型，如表8所示。隨后，便可利用模糊隸屬函數(shù)計(jì)算出各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)值。在獲得各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重和標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)值之后，便可利用線性加權(quán)法逐級(jí)計(jì)算儲(chǔ)氣庫(kù)注氣方案的最終得分。

表8 儲(chǔ)氣庫(kù)注氣方案指標(biāo)評(píng)分方法Table 8 Scoring method of gas injection program index of gas storage

根據(jù)所研究的氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)13口注釆井所屬地層部位和注氣過(guò)程高部位井優(yōu)先注氣原則，注氣期以滿(mǎn)足生產(chǎn)要求兼顧氣庫(kù)達(dá)容為目標(biāo)，保障儲(chǔ)氣庫(kù)采氣期具有最大采氣能力。利用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)3套注氣方案進(jìn)行評(píng)價(jià)和優(yōu)選。最終，注氣方案各指標(biāo)得分結(jié)果如表9所示。從該表可以看出，各注氣方案的得分差異不大。其中方案二得分最高，為75.45分；方案三得分為74.43分；而方案一的得分最低，為71.68分。因此，推薦采用方案二進(jìn)行儲(chǔ)氣庫(kù)注氣作業(yè)。

表9 儲(chǔ)氣庫(kù)注氣方案評(píng)價(jià)指標(biāo)得分結(jié)果Table 9 Evaluation index result of gas injection scheme in gas storage

3.3.2 儲(chǔ)氣庫(kù)采氣方案優(yōu)選

根據(jù)對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)采氣工況下現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)變化范圍和變化規(guī)律的分析，確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的下限值a、上限值b和模糊隸屬函數(shù)類(lèi)型，如表10所示。

表10 儲(chǔ)氣庫(kù)采氣方案指標(biāo)評(píng)分方法Table 10 Index scoring method of gas production plan of gas storage

根據(jù)所研究的氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)13口注釆井所屬地層部位和采氣過(guò)程低部位井優(yōu)先采氣原則，采氣期在保障調(diào)峰與應(yīng)急能力的前提下，合理制定開(kāi)井方案，避免邊水快速推進(jìn)。利用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)三套采氣方案進(jìn)行評(píng)價(jià)和優(yōu)選。最終，采氣方案各指標(biāo)得分結(jié)果如表11所示。從該表可以看出，方案三得分最高，為78.06分；方案二得分為75.17分；而方案一的得分最低，為72.41分。因此，推薦采用方案三進(jìn)行儲(chǔ)氣庫(kù)采氣作業(yè)。

表11 儲(chǔ)氣庫(kù)采氣方案評(píng)價(jià)指標(biāo)得分結(jié)果Table 11 Evaluation index result of gas production scheme of gas storage

4 結(jié)論

在儲(chǔ)氣庫(kù)注采方案的制定過(guò)程中，往往需要考慮多方面的影響因素，僅憑決策者的工作經(jīng)驗(yàn)難以制定兼顧多個(gè)技術(shù)指標(biāo)的運(yùn)行方案。因此，本文以國(guó)內(nèi)某氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)為研究對(duì)象，利用模糊綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)該儲(chǔ)氣庫(kù)的注氣方案和采氣方案進(jìn)行評(píng)價(jià)和優(yōu)選。模糊綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立過(guò)程中，考慮了對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)注采方案優(yōu)劣影響較大的各個(gè)因素。為了兼顧評(píng)價(jià)指標(biāo)的主觀性和客觀性，提高評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重分配的合理性，分別采用熵權(quán)法和層次分析法求解指標(biāo)權(quán)重。此外，利用梯形模糊隸屬函數(shù)和嶺形模糊隸屬函數(shù)對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱處理，再采用線性加權(quán)法計(jì)算綜合評(píng)價(jià)結(jié)果?；谒⒌膬?chǔ)氣庫(kù)注采方案模糊綜合評(píng)價(jià)方法，分別對(duì)所研究的氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)三套注氣方案和三套采氣方案進(jìn)行了評(píng)價(jià)和優(yōu)選。最后，本文所建立的儲(chǔ)氣庫(kù)注采方案模糊綜合評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)結(jié)果可為儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)營(yíng)部門(mén)的注采方案規(guī)劃和日常操作提供一定的指導(dǎo)，從而使得儲(chǔ)氣庫(kù)注采運(yùn)行更加高效和全面。