基于模糊评价的烃类气驱候选油藏优选方法

李光帅，黄 鹏，杨照君，胡 伟

(1.中国石油冀东油田南堡作业区，河北 唐山 063200;2.中国石油青海油田勘探开发研究院，甘肃 敦煌 736202;3.中国石油大港油田采油五厂，天津 300283;4.中国石油大学石油工程学院，北京 102249)

气驱是继水驱、聚合物驱之后提高原油采收率的又一重要途径，气驱技术已在世界范围内得到广泛的应用［1］。在实施注烃气提高采收率项目之前，需要对候选油藏进行注烃气适宜度评价，可提高注烃气的成功率和经济效益。1996年Daniel Diaz提出了用参数权重向量乘以参数适度矩阵来对油藏进行综合评价。Daniel Diaz提出的方法存在不足，就是没用较强理论依据的数学方法去确定评价参数的权重［2］。李士伦针对3种不同注入气(烃类气、CO2、N2)，对原油性质、油藏性质给定了具体的建议值范围［3］。熊钰［4］首次提出用模糊层次分析法对注CO2混相驱油藏进行综合评价。由于影响注烃气开发效果的因素多且很复杂，目前尚未形成统一的评价标准，有些目标油藏往往不具备注烃气开发的条件，实施结果不尽人意。通过对影响注烃气开发效果的原油特性、油藏特性及岩石特性的综合分析，结合国内外成功注烃气案例，提出利用多层次模糊综合评价法优选最适宜注烃气的候选油藏。

1 多层次模糊综合评价模型的建立

1.1 模糊综合评价原理

模糊综合评价是以模糊数学为基础，应用模糊关系合成的原理，从多个因素对被评价的事物隶属等级状况进行的综合性评价。设式中，U 为因素集(n=1，2，…，n);V 为评语集(m=1，2，…，m)

单独从一个因素ui出发进行评价，以确定因素集U对评价集V的隶属程度，称为单因素模糊评价，即

式中，Ri为对单因素ui的单因素评价集;rij为第i因素对第j评语的隶属度。在构造了等级模糊子集后，就要逐个对被评价对象每个因素ui进行量化，确定各因素的隶属度，进而得到模糊关系矩阵R:

为了反映各因素ui的重要程度，对各个因素ui分配给一个相应的权数ai(i=1，2，…，i)，再由各权重组成的一个模糊集合A就是权重集。

最终，将权重集A与模糊关系矩阵R合成得到各被评价对象的模糊综合评价结果向量B。

1.2 评价指标体系的建立

影响烃气驱开发效果的因素是多方面的，通过调研分析可以看出，主要因素包括原油特性、油藏特性以及岩石特性。其中，原油特性主要包括原油密度、原油黏度、剩余油饱和度;油藏特性主要包括油藏温度、油藏深度、地层压力、储层厚度、地层倾角;岩石特性主要包括渗透率、有效孔隙度、润湿性。

定义:原油特性U1={地面原油密度，地层原油粘度，剩余油饱和度};油藏特性U2={油藏温度，油藏深度，地层压力，储层倾角};岩石特性U3={渗透度，有效孔隙度，润湿性}。它们作为一级模糊评价因素。并根据各因素之间的相互关系及一级模糊评价结果，将原油特性、油藏特性和岩石特性三组作为二级模糊评价因素，U={原油特性，油藏特性，岩石特性}。

式中，ni为评价参数区间中所含有的成功注烃气油田个数;Δki为评价参数的区间;ki为各区间对应的评价参数中值;f(ki)为各ki值对应的项目分布密度函数值。

运用式(8)计算出各个评价指标的分布区间［5］，建立注烃气筛选参数等级划分，并将评价指标分为5个等级。以原油特性中的原油黏度为例，计算出不同原油黏度区间内的分布密度值见表1。绘制原油黏度分布图，见图1。

表1 烃类气驱原油黏度分布表

图1 原油黏度分布密度

由图1可知，原油黏度在小于1.0 mPa·s的范围内成功实施注烃气开发的油藏数最多，随着原油黏度的增加，成功进行注烃气的油藏数越来越少。因而得出原油黏度的评价标准表，见表2。同理，可以确定其他10个评价指标的等级划分，见表3。

表2 原油黏度评价标准

表3 注烃气参数筛选等级划分

1.3 评价指标隶属度及权重的确定

隶属度表征的是每个因素在评语集上的单因素评价值。隶属度函数的计算方法有多种，但各有优缺点［6］，通过对多种方法的综合分析，最终选用模糊统计法，即在大量调研的基础上，对国内外100多个成功实施注烃气开发的油藏［7］进行统计和归纳，计算出各评价指标中不同区间内成功项目的比例，即为各指标不同区间下的隶属度值。该方法能准确直观地反映各指标不同区间内的隶属程度，相比其他方法具有很高的可信度。

评价矩阵是油藏单一参数对注气适宜度的评价，对油藏注烃气适宜度的综合评价需要确定不同参数的相对重要性，即权重集。计算权重值的方法主要有3种:层次分析法、加权平均法和专家估计法。现拟在层次分析法的基础上，采用专家评估法进行二次修正。

1)层次分析法。将某个问题的顺序分解为不同的层次结构，再用求解判断矩阵特征向量法，求得每一层次的各因素对上一层次某因素的优先权重。层次分析得到原油特性的权重集:

2)专家估计法。专家评价的准确程度取决于专家的阅历经验及知识丰富的广度和深度。通过相关文献调研以及注烃气提高采收率影响因素的研究，项目组专家结合该区油藏实际地质与开发情况，对比分析评价指标中各因素，确定了各因素的权重系数。

1.4 多层次模糊评价结果

将原油特性的权重集A1与原油特性中各因素的隶属度构成的模糊矩阵R1合成，即可得到原油特性的一级模糊综合评价结果B1=A1·R1。同理，油藏特性的一级模糊评价结果B2=A2·R2，岩石特性的一级模糊评价结果B3=A3·R3。从而计算出二级模糊综合评价结果B=A·R。

2 实例应用

2.1 多层次模糊评价应用

根据上述原理，对J油田3个候选油藏进行优选，确定3个油藏注气可行性并验证该方法的正确性。3个候选油藏的静态参数见表4。

表4 候选油藏的静态评价参数

以J13断块为例，由统计而得的原油特性中各指标的隶属度值，确定一级模糊评价矩阵:

将原油特性的权重集A1与原油特性中各参数的隶属度构成的模糊矩阵R1合成，即可得到原油特性的一级模糊综合评价结果B1=A1·R1={0.222，0.511，0.247，0.018，0.002}。同理，可以得到油藏特性的一级模糊综合评价B2=A2·R2={0.182，0.165，0.345，0.17，0.138}，岩石特性的一级模糊综合评价 B3=A3·R3={0.196，0.335，0.358，0.102，0.01}。由一级模糊综合评价结果计算出二级模糊综合评价结果B=A·R={0.198，0.32，0.319，0.104，0.059}。根据最大隶属度原则［14］，从计算结果可以看出J13的评语隶属度值主要集中于“较好”，即适合注烃气开发。

同理，可以得出候选油藏的评价结果见表5。J17断块评语主要集中于“中等”，即可以进行注烃气开发，但开发的效果不如J13断块。J5断块评语“较差”占主导地位，即不适合注烃气开发，注烃气开发效果较差。

表5 候选油藏注烃气适宜度评价结果

2.2 数值模拟结果

对3个候选油藏进行注烃气适宜度评价后，再对J13断块、J17断块和J5断块油藏进行数值模拟研究及开发效果评价，以验证所建立的多层次模糊综合评价法的可靠性及实用性。开发效果评价见图2～图4。

图2 J13断块采收率与含水率的关系曲线

图3 J17断块采收率与含水率的关系曲线

图4 J5断块采收率与含水率的关系曲线

由图2～图4可以看出，对比水驱开发的采收率和气水交替驱采收率，气水交替驱能够有效降低3个候选油藏的含水率，同时气水交替驱采收率较水驱采收率均有不同程度的提高。J13断块实施注烃气开发后，含水上升速度比水驱缓慢，最终采收率比水驱最终采收率高13.69%。J17断块在气水交替驱初期，含水率迅速降低，比水驱含水率降低39.11%，当采收率超过5%后，含水率快速上升，最终采收率比水驱最终采收率高7.65%。J5断块注烃气开发效果相对较差，当采出程度达到30%时，含水率快速上升至82%，采出程度开始降低，最终采收率比水驱最终采收率高 4.33%。

综上所述，J13断块最终采收率的提高幅度在3个候选油藏中最高，开发效果最为明显。J17断块最终采收率提高了7%左右，并且减缓了含水上升速度。J5断块与J13和J17断块相比，注烃气开发效果并不明显。因此，J13断块油藏采用注烃气开发效果更好，这与前面的模糊综合评价结果一致。

3 结论

1)通过对候选油藏的注烃气适宜度多层次模糊综合评价，给出候选油藏是否适合注烃气的可靠程度，能够比较真实地反映候选油藏注烃气的潜力大小。

2)模糊综合评价法的准确性与评价指标的隶属度和权重值的选取有关，模糊统计法、层次分析法及专家评估修正法3种方法的引用，能够准确描述各参数之间的相互影响程度和隶属度。

3)运用模糊综合评价法优选油藏注烃气可以有效降低油藏选择的风险和盲目性，提高成功率和经济效益。通过实例计算验证了多层次模糊综合评价法，其具有很强的实用性和可靠性。

［1］白振瑞.注气开发油藏筛选标准［J］.石油勘探与开发，2000，2(1):51 －58.

［2］Daniel D.Screening criteria for application of carbon dioxide miscible displacement in water flooded reservoirs containing light oil［C］.SPE 35431，1996:21 －24.

［3］李士伦.发展注气提高采收率技术［J］.西南石油学院学报，2000，8(3):41 －46.

［4］熊钰.基于模糊层次分析法的注CO2混相驱油藏综合评价方法［J］.石油学报，2002，23(6):22 －25.

［5］郑云川，熊钰，候天江，等.注气候选油藏筛选的模糊优选方法［J］.西南石油大学学报，2005，27(1):44 －47.

［6］高海红，程林松，赵梅，等.稠油油藏蒸汽驱筛选的模糊综合评判［J］.西南石油学院学报，2007，29(3):53 －55.

［7］李士伦，张正卿，冉新权.注气提高石油采收率技术［M］.四川:科学技术出版社，2001:253－263.