模糊综合评判法快速识别低效无效循环井层——以扶余油田西10-2区块为例

何增军，宋成立，鲁　宁，鞠君举，李鸿飞

(1.中国石油吉林油田分公司扶余采油厂，吉林松原138000；

2.中国石油吉林油田分公司乾安采油厂采油十一队，吉林松原138000)



模糊综合评判法快速识别低效无效循环井层
——以扶余油田西10-2区块为例

何增军1，宋成立1，鲁宁1，鞠君举1，李鸿飞2

(1.中国石油吉林油田分公司扶余采油厂，吉林松原138000；

2.中国石油吉林油田分公司乾安采油厂采油十一队，吉林松原138000)

摘要：扶余油田西10-2区块长期注水开发，注入水沿高渗透层突进，形成严重的无效循环和低效循环，造成含水高、采出程度低。针对此问题，根据低效无效循环形成的影响因素，统计区块生产数据，结合油田开发实际情况和专家意见，建立了无效低效循环井层的评判指标体系及标准，应用多级模糊评判技术建立了低效无效循环井层评判的方法，并对判定过程进行详细描述。利用Delphi、Visual Foxpro等计算机语言，开发了该方法的应用程序，建立低效循环井层软件平台。实例应用表明，该平台判定低效、无效循环井层比人工方法在速度上提高了10倍以上，识别精度达到91.3%。该技术方法操作简便，在很大程度上提高了低效无效循环井层的识别速度和精度。

关键词：扶余油田；低效无效注水循环；模糊理论；西10-2区块

1 区块地质特征

西10-2区块位于扶余油田西区扶余Ⅲ号构造八家子高点,主要开发目的层为下白垩统泉四段的扶余油层，含油面积为0.89km2，平均砂岩厚度为57.1m，油层平均有效厚度为24.5m。平均孔隙度为23%，平均渗透率为200mD[1-4]。

2 区块开发特征

2.1 含水上升快，开发效果不佳

西10-2区块于1983—1994年转为全面综合调整阶段，开采对象由主力油层向中低渗透层转变，但该区块含水上升较快，产量下降；1995—2004年为二次调整再稳产阶段，该阶段主要问题为井况、井网、注水、地面系统等问题日益突出，导致含水上升加快，产量递减加大；2005年至今为3次调整阶段，2005—2007年产量上升，2008年产量又开始下降，综合含水率高达94.2%，采出程度为18.2%，已进入高含水开发阶段，控油稳水形势严峻[5-6]。

2.2 沉积韵律影响纵向水淹

西10-2区块沉积特征为正韵律。2005年统计了24口开发井的钻遇情况，钻遇油层以强水淹、特强水淹层及干层为主。强水淹、特强水淹层厚度为735.7m，占总厚度的40.36%；干层钻遇厚度756.9m，占总厚度的41.53%，说明该区块的水淹程度比较大。纵向上各层水淹、水洗规律基本一致，厚层顶部由于物性较差，水洗相对较弱，上部水洗弱于下部。

2.3 平面矛盾突出，水驱波及不均衡

生产井数据统计显示，产液量为6～18t的井占66.4%，产出了61.6%的液量；而产液量大于18t的井占17.7%，产出了29.6%的液量；产液量小于6t的井占15.9.%，产出了8.8%的液量。受层间、层内、平面三大矛盾制约，注入水沿着高渗透部位突进，形成了无效低效循环。造成部分井高产液、高含水、低采出的现状。

3 低效无效循环影响因素分析

统计几年调整井资料，有92.6%的层已经水洗，水淹层中存在层内水洗不均特征，由于油层正韵律的特点，层内渗透率差异较大，导致水淹以底部水洗为主，占82.1%，剩余油主要集中在厚油层的中上部。

根据上述调整井资料及动态响应分析，导致低效无效循环的因素主要包括静态因素和动态因素。

3.1 静态影响因素

静态因素包括砂岩渗透率、有效厚度和突进系数。这3种因素为评判低效循环的静态参数。

西10-2区块油水井单井平均渗透率最小值为0.05D，最大值为0.73 D，差异较大，导致在渗透率高的井组、层段之间形成水流优势通道；该区块各井的单砂体有效厚度为0.4～5.8m，岩心观察可见，厚砂体的底部更发育大孔道，造成注入水突进；该区块各井突进系数分布范围为1.3～6.2，非均质性较高的井中易形成高渗透条带。

3.2 动态影响因素

调整前，研究区共有油水井37口，其中正常采油井17口，正常注水井6口，套变采油井10口，套变注水井4口。区块投产初期，平均单井日产液7.8t，日产油2.9t，综合含水率为62.5%。2012年井网调整前平均单井日产液10.1t，日产油0.6t，综合含水率为94.2%，平均单井日注水40m3，采出程度为18.2%。调整初期增油效果好，老井受效明显，后期随注水时间延长，井况恶化、水流新优势通道形成，注水效果变差，主要表现为含水率由调整前的95.1%上升至97.8%，日产油由20.8t下降到2015年7月的11.8t。

综合动态资料，确定西10-2区块注水低效无效循环的动态影响因素为注水井的日注水量、油压、视吸水指数和单位厚度累计，以及采油井的日产液量、综合含水率、井底流压、单位厚度累计产液量，上述8项指标可用作低效循环油水井的判定。

4 低效无效循环判定方法的建立

4.1 低效无效循环模糊综合评判方法

模糊综合评判是一种重要的评价方法，可指导油田开发的整个过程，如水力压裂、油田注水开发等[7-8]。

在判定低效无效循环油水井及层段时，要充分考虑多方面的影响因素，应综合所有因素对油水井无效循环作出合理判定。模糊综合评判法是基于评价过程的非线性特点而提出的，利用模糊数学中的模糊运算法则，对非线性的评价因素进行量化综合，从而得到可比的量化评价结果。

根据低效无效循环形成的地质因素、注采条件及开发过程中体现出的动态响应，结合区块开发数据，选取低效无效循环评判参数，确定各参数权重及隶属度，建立模糊综合评判模型，进行对低效无效循环油水井及层段的判定[9-11]。

4.2 注水井及采油井低效无效循环井评判指标体系及标准

4.2.1 分级区间

通过西10-2区块数据统计，按照数据分布及标准进行指标提取，得到注水井及采油井低效无效循环分级区间(表1)。

表1　西10-2区块注水井和采油井低效无效循环分级区间数据表

4.2.2 影响因素权重

权重是各个因素(指标)在评判指标体系中所起的作用和相对重要程度的度量。常用的权重确定方法有德尔菲、专家调查、层次分析3种。前两种由专家操作，以专家意见为主，给出权重。本文采取专家调查法，通过咨询经验丰富的地质专家，对各因素建立表格进行平均，得到权重值。

依据油水井各项动态、静态因素在水流优势通道形成及判别方面的贡献，结合专家建议，得到注水井及采油井各项影响因素的权重 (表2)。

低效无效循环层各参数贡献程度及权重取值采取专家经验法(表3)。

表2　低效无效循环注水井和采油井动静态因素权重表

注：静态因素所占比例为0.3；动态因素所占比例为0.7。

表3　低效无效循环层评判指标权重表

5 模糊综合评判步骤

5.1 低效无效循环井

根据低效无效循环井影响因素分析，可将影响因素为两大类，共7项指标。模糊综合评判具体操作步骤如下。

(1) 确定评判集和指标集。建立模糊评判集为V={v1，v2,v3}，评语：v1为无效循环；v2为低效循环；v3为正常生产。

建立指标集(因素集)，若待评判井为注水井，则注水井模糊评判指标集为：U注水井={u1，u2，u3，u4，u5，u6，u7}，其中，u1为有效厚度；u2为渗透率；u3为突进系数；u4为日注水量；u5为注入油压；u6为视吸水指数；u7为单位厚度累计注水量。以上各指标分别代表影响无效低效循环注水井的7项指标。

若待评判井为采油井，则建立采油井模糊评判指标集为U采油井={u1,u2,u3,u4,u5,u6,u7}，各指标分别代表影响采油井无效低效循环的7项指标。

(2)对于任一评价对象，通过隶属度模糊分布函数求取模糊关系矩阵R=[rij]n×m，rij表示ui隶属于vi的程度。

隶属函数uy(x)为：

uy(x)=e-[(x-a)/b]2

(1)

式中x——评判因素；

y——评语等级；

a、b——指标参数。

运用上述选定的函数，针对同一个评语等级内实际参数值比较离散，影响因素又很多的情况，确定同一评语等级的隶属函数：

(2)

式中μvj(ui)——因素ui在评语等级vj的隶属度；

ui——第i个评判因素；

aij、bij——指标参数。

应用正态分布的隶属函数曲线将指标aij、bij及区块指标区间值带入式(1)中，可求得模糊关系矩阵中的元素rij，即：

(3)

由c、b参数值及式(3)可建立此评判结果的模糊关系矩阵，为：

无效循环低效循环正常生产

无效循环低效循环正常生产

无效循环低效循环正常生产

(4)

式中R1——静态指标评判矩阵；

R2——注水井开发动态指标评判矩阵；

R3——采油井开发动态指标评判矩阵。

(3) 利用采油井、注水井专家权重建议建立评价因子权重向量A=(a1,a2,…，am)，aj为因素vi的权重。

权重计算引用专家权重分配意见(表2)。

(4)综合评判结果由权重向量和模糊关系矩阵R按照模糊变换求得。由二级评判构成模糊相似矩阵Ri及油水井静态和动态因素对应的权重Ai，根据公式Bi=Ai·Ri进行一级模糊综合评判，得到评判结果B=(b1,b2,b3)。

(5)评判结果转化。在评判结果B=(b1,b2,b3)中，若b1为最大值，则该井存在无效循环；如b2为最大值，则该井存在低效循环，如b3为最大值，则该井为正常生产井。

5.2 低效无效循环层

(1)确定层段各级指标权重。低效无效循环层各级指标权重采用专家经验法(表3)。

(2)各指标隶属度的确定。单层砂岩有效厚度、渗透率、注入孔隙度体积倍数及驱油效率的隶属度用升半梯形分布来表示，其隶属度函数为：

(5)

如果x为砂岩单层有效厚度，则a1=1m，a2=3m；若x是单层渗透率，则a1=100mD，a2=600mD；若为注水井单层累计注入倍数，则a1=0.4，a2=2；若为采油井单层驱油效率，则a1=20%，a2=60%。

油水井井距的隶属度采用降半梯形分布表示，其隶属度求解方程为：

(6)

利用前文给出的指标权重(表3)和计算得到的隶属度，进行模糊变换确定评判结果，方法与无效循环井类似。根据低效无效循环层现场数据及统计分析对比，将评判结果值大于0.6的层定为低效循环层。

6 软件编制及实例

根据模糊理论和计算方法，利用Delphi、Visual Foxpro等语言开发软件，建立了低效无效循环井层分析系统。应用该系统对西10-2区块的矿场数据进行计算，判定了一批低效无效循环井层。

6.1 软件开发思路

6.1.1 系统功能简介

根据模糊理论该软件系统建立了4个模块：数据库模块、低效无效循环井判定模块、低效无效循环层判定模块、系统帮助模块。

6.1.2 低效、无效循环井的判定

从数据库模块提出计算低效无效循环井的数据(指标信息)，按照无效、低效、正常生产3种模式，根据实际数据提取油水井各项指标区间。系统已为用户提供了各项指标权重默认，并允许用户随着生产时间及注水政策的改变对权重进行修订。按照提取的权重进行模糊运算，根据结果可判定低效无效循环井。

6.1.3 低效无效循环层的判定

根据低效无效油水井的井号，从数据库模块分类提出对应的井位坐标、射开有效厚度、渗透率等评判指标，从沉积相带数据库中提取各井射开层所处的沉积微相，根据上述数据及油水井连通数据综合评判低效无效循环层。

6.2 实例分析

西10-2区块选用89口井(其中，注水井22口，采油井67口)，目前平均含水率已高达94%以上。应用该程序对无效、低效循环井层进行评判，系统运算时间为1天，比人工评判速度提高10倍以上。判定西10-2区块低效无效循环油水井共17口(其中，注水井9口，采油井8口)。

根据选出的无效、低效循环油水井，经低效循环层评判模块计算，选出11个低效循环层。与现场资料进行对比分析，计算结果符合率在90%以上。

评判结果与沉积微相对比分析发现，大部分低效循环层都位于河道砂体中，均有较高的渗透率和有效厚度。由于这些井层之间连通性较好，注入水易沿着高渗透层突进，使得层中含水饱和度逐渐增大，渗流阻力减小，形成严重的无效、低效循环，造成区块高含水、低采出。

7 结论及认识

(1)针对低效无效循环形成的影响因素，统计区块生产数据，根据油田开发实际情况和专家意见，建立了无效、低效循环井层的评判指标体系及标准。

(2)结合低效无效循环评判指标体系和标准，采用多级模糊评判技术建立了低效无效循环井层的评判方法。

(3)应采用多级模糊评判逐级判定油水井的静态指标和动态指标，再利用各项指标的权重给出最终低效无效循环油水井层判定结果。采用Delphi、Visual Foxpro等语言编制计算机应用程序，实现了低效无效循环井层的快速评判。

(4)应用效果表明，本技术很大程度上提高了低效无效循环井层识别的速度和精度。

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Fuzzy Integration Evaluation for Rapid Identification of Low and Non-effective Circulation Well Layers——A Case Study of Block Xi10-2 in Fuyu Oilfield

He Zengjun1, Song Chengli1, Lu Ning2, Ju Junju1, Li Hongfei2

(1.FuyuOilProductionPlantofPetroChinaJilinOilfieldCompany,Songyuan,Jilin138000,China;2.Qian’anOilProductionPlantofPetroChinaJilinOilfieldCompany,Songyuan,Jilin138000,China)

Abstract:Long-term water flooding in Block Xi10-2 of Fuyu Oilfield leads to water breakthrough along high-permeability reservoir and results in inefficient and low-efficient circulation. As a result, it is characterized by high water cut and low recovery. For this, we counted up the production data of the block according to low and non-efficient circulation causes, established the judging index system and criteria for low and non-efficient circulation well layers according to real conditions and experts’ suggestions for oilfield development, applied multi-level fuzzy evaluation technology to develop the judging method for low and non-efficient circulation well layers, and elaborated the evaluation process in details. Using computer language like Delphi and Visual Foxpro, we developed the applying procedure of the new method and established low-efficiency circulation well layers software platform. Case application indicated that the decision speed with the platform was increased by more than 10 times as compared to artificial methods, and the identification accuracy reached 91.3%. The method is simple to operate and enhances the identification speed and accuracy of low and non-efficient circulation well layers.

Key words:Fuyu Oilfield; low and non-effective injection circulation; muzzy theory; Block Xi10-2

中图分类号：TE341

文献标识码:A

作者简介：第一何增军(1980年生)，男，硕士，高级工程师，主要从事石油开发生产研究工作。邮箱hezengjun@sohu.com。

基金项目：吉林油田公司“提高采收率技术”子专题 (JY09B(2)-820140302)。