基于可拓理论的深水油田储量分级评价方法研究

陈民锋，时建虎，乔聪颖，吴 丽，李晨辰

(1.中国石油大学(北京)石油工程学院，北京 102249；2.中国石化集团新星石油有限责任公司，北京 100083)

基于可拓理论的深水油田储量分级评价方法研究

陈民锋1，时建虎2，乔聪颖1，吴 丽1，李晨辰1

(1.中国石油大学(北京)石油工程学院，北京 102249；2.中国石化集团新星石油有限责任公司，北京 100083)

在综合分析深水油田地质特点和开发要求的基础上，从影响深水油田开发投资、生产效果、开发效益等方面出发，筛选出深水油田分类特征参数，并确定相应指标分级标准，进而构建出多级评价指标体系；针对深水油田特点，基于可拓理论方法，提出深水油田储量分级评价的基本步骤，并建立相应的深水油田储量评价的多级可拓综合评价方法。实例分析表明，本文方法能够较好地确定出深水油田储量级别，为深水油田的高效开发奠定了基础。

深水油田 分级标准 可拓理论 综合评价

深水区油气资源储量丰富，近年来深水油气勘探开发不断升温。与陆上油气田开发相比，深水油气田开发具有技术要求高、作业难度大、投资风险大、开采年限短等问题。在合同期内获得最大效益是深水油田开发的基本原则，因此采取高速开采的模式已成为深水油田有效开发的共识，而在开发模式选择上要综合考虑深水油田地质特点和开发需求。深水油田储量分级评价适应深水油田开发需要，可确保油田储量评价更为准确、油田开发更具效益、油田管理更为高效，而目前针对深水油田特点的储量分级研究较少，没有针对性的储量评价指标、分级标准和相应的综合评价方法。因而，如何建立科学、合理的深水油田储量分级综合评价方法，有针对性的筛选开采技术，对于深水油田合理选择适应的开发模式、确保油田开发经济效益至关重要[1～5]。

1 多级可拓综合评价方法建立

1.1 综合评价基本程序

深水油气田蕴藏着丰富的油气资源，在全球6大洲18个深水盆地中，已发现约580亿桶油当量的油气资源。巴西近海、美国墨西哥湾和西非沿海是当前世界三大深水勘探热点地区，这里集中了世界80%以上的深水勘探、开发活动。

通过对三大深水区油田地质特点和开发需求基本认识，以及对目前已开发深水油田的开发效果、地质-开发的相应关系的分析总结，建立一套适用于深水油田储量分级的综合评价程序，其基本流程如图1所示。

图1 深水油田储量分级综合评价流程

1.1.1 确定评价指标和评价标准

当前，深水油气勘探已成为国际石油公司竞相投资的热门领域，全球18个深水盆地(水深大于500 m)均已进行了勘探。但大部分深水油气勘探开发活动集中在大西洋两岸的美国墨西哥湾、西非沿海(主要是安哥拉和尼日利亚)以及南美的巴西沿海。深水油气田采用以效益为中心的开发评价模式，其开发策略一般体现在：为最大限度地降低初始资本、成本，深水油田发现后一般都是快速投产，勘探与开发并行发展，并采用分阶段的方法来开发油田；深水油田多采用能量补充的开采方式，包括天然能量(边底水+溶解气)和注水开发；深水油田开发井型不局限于水平井，当储层有效厚度较薄时，一般会考虑采用水平井井型开采，当储层有效厚度较厚时，一般会考虑采用直井或多种井型联合进行开采[1～6]。

基于这些区域深水油田的大量调研资料，从资料完整的32个已开发深水油田的储层特性及开发效果，建立深水油田储量评价样本库，并从油田地质、主要油藏特征、应用的主要开发技术等，对比分析深水油田特点。投资、生产效果、开发效益等方面进行考量和筛选。影响深水油田开发技术上关键指标，主要有水深和油藏深度；而影响开发效果上指标主要是油藏地质和原油参数，包括储量规模、储量丰度、孔隙度、渗透率、原油粘度和地饱压差等。

①水深和油藏深度是影响深水油田开发效果重要因素。水深和油藏深度的增加加深了油藏流体复杂性及海洋作业环境的恶劣性，同时对新技术和装备提出了更高的要求。深水是个动态的概念，随着科技发展，其内涵不断变化。1998年以前一般认为水深达200 m即可称为深水，1998年后的一段时间深水的概念一般认为是300 m，目前大部分人将500 m作为“深水”的界限，而1 500 m以上为超深水。当然，也有观点认为只要利用了不同于常规技术开采的水域都可称为是深水区，如美国墨西哥湾地区，只要水深大于304.8 m都认为是深水。

②储量规模是深水油气田开发的物质基础，储量规模的大小确定了油田产量的高低，影响油气田开发经济效益。储量评价仅以储量规模进行评价还远不够，因规模大的油田中有相当大的一部分是薄层，单位面积储量变化大，对开发效果影响极大，故在储量评价中，还应加入储量丰度作为评价指标。

③原油粘度是地层油的主要物性之一，它决定着油井产能的大小、油田开发的难易程度及油藏的最终采收率；地饱压差是衡量油层生产状况合理的条件，当地层压力低于原油饱合压力时，油层里的原油就会脱气，原油粘度增高，从而降低油藏采收率。

④孔隙度和渗透率是反映岩石存储流体和渗滤流体能力的重要参数，岩石孔隙性的好坏直接决定岩层储存油气的数量；渗透性的好坏则控制了储集层内所含油气的产能，孔隙度越大，渗透率越高，储层的储集和渗流的能力便越好，最终采收率也越高。

以选取的32个深水油田的地质参数作为样本库进行综合分析，选择以上评价指标能够有效、较全面反映深水油田特点和开发要求，可作为深水油田储量评价的基本指标集。

1.1.2 确定各评价指标分级标准

评价标准的建立是深水油田储量分级评价的前提与基础，依照以下分级原则和步骤，建立合理的深水油田评价指标分级标准[1～8]：

①对已开发深水油田进行统计分析，建立储量分类评价的数据样本库。

②参考常用油田各评价指标分级标准，作为深水油田评价指标初始分级的相对参照依据。

③根据深水油田各评价指标的分布特点，基于数学统计方法分析结果，初步建立各评价指标分级标准。

④通过实际已开发深水油田地质条件和开发效果的关联性分析，以及目前行业中已有的相对划分界限，来修正各评价指标的分级标准。

⑤利用建立的各指标分级标准进行储量分级评价，并与实际深水油田开发效果对比分析，最终验证该标准的适用性。

依照以上步骤来确定深水油田储量分级各评价指标分级标准，并建立深水油田储量分级评价多级指标体系，结果见表1所示。

表1 深水油田储量分级评价指标体系

表1从油田位置、储量性质、储层性质和原油性质四个方面反映影响深水油田储量分级的因素，提出定量化指标，确定优先开发深水油田储量；其中水深和油藏深度越小对深水油田的开发越有利，储量丰度越大原油富集情况越好，储层渗透率、原油粘度、地饱压差指出储量能够有效动用的潜力单元，保证油田投产后，能够在天然能量下以较高采油速度进行开采。

1.1.3 综合评价主要流程

目前常用的油田储量分级评价方法主要有模糊综合评价方法和灰色关联分析法。这两种方法都是根据多个指标对油田储量本身存在的特征，从数量上对其所属程度给予刻画和描述，但当多个指标之间出现严重相关性时，评价结果则容易出现较大的误差，并不能全面反映油田储量的整体状况。因此，将可拓理论运用在深水油田储量分级评价上，建立深水油田储量分级可拓综合评价方法，从定性和定量的角度反映油田储量本身存在状态的所属程度，刻画各指标性态的变化，很好的消除了各指标间的相关性问题[9～13]。

图2 多级可拓综合评价基本流程

考虑到深水油田储量分级评价指标的多级特点，在可拓综合评价方法的基础上，建立多级可拓综合评价方法。该方法首先对评价指标进行分级，再分别对各级指标赋予权重，最终实现对评价对象进行综合评价。[14～18]

深水油田储量分级多级可拓综合评价方法基本思路如图2所示。

1.2 具体综合评价方法和步骤

1.2.1 确定评价对象的经典域和节域

物元是可拓学认识世界的基本逻辑细胞，以有序的三元组R=(N，c,v)作为描述深水油田储量分级评价的基本物元。

在这里，令

Rj=(Nj，c,vj)=

(1)

其中，Nj为深水油田划分的第j类别，ci为深水油田分类第i个评价指标(i=1,2,…,n)，vji为Nj关于ci规定的量值范围，即每个类别关于对应的评价指标下所取的数值范围，此为经典域。

在这里，令

Rp=(Np，c,vp)=

(2)

其中Np为深水油田所划分的所有类别，vpi为Np关于ci所取的量值范围，即为Np的节域。

1.2.2 计算关联度

在深水油田储量分级二级指标中，对各个级别的关联度计算公式如下：

(3)

其中，xik为第i个一级指标下的第k个二级指标的数值，X0kj为第k个二级指标的第j类别的经典域；x0kj为X0kj区间最优点，Xik为第k个二级指标的节域，kikj(xik)为xik的关联函数。

在式(3)中，不同类型的指标ρ(x,x0,X0)计算方法不同，其具体计算公式如下：

(Ⅰ)指标越大越好型，如储量规模、储量丰度、渗透率等；

(4)

(Ⅱ)指标越小越好型，如水深、油田埋深等；

(5)

1.2.3 确定权系数

在深水油田储量分级评价时，各级评价指标对油田类别影响程度并不相同，确立指标体系后，必须对这些评价指标赋予不同的权系数。

本文利用层次分析法(也可以采用其它成熟方法)，确定深水油田储量分级评价各级指标之间的相对重要性次序，从而获一级指标权系数Wi，其对应的二级指标SIi-k的权系数为Wik。

1.2.4 综合评价

由二级指标权系数和关联度，对深水油田储量分级一级指标SIi进行一级评价，一级指标SIi对应各类别的综合关联度为Kij。

(6)

2 实例分析

利用建立的深水油田储量分级评价多级指标体系和方法，对实际深水油田进行储量分级评价。实际油田基本数据如表2所示。

以储量开发潜力为最终评价指标，从各样本数据变化的态势(方向、大小、速度等)分析，数据变化的态势与评价指标变化趋势一致，则它们之间的关联度较好、权重系数大；反之，关联度较差、权重系数小。针对各评价指标，基于层次分析法分配各级指标相应权系数。具体各指标权系数结果见表3。

表2 目标深水油田基本数据

表3 深水油田储量分级评价指标权重

由表3可知：油田位置权重系数较大为0.423 6，油田位置又分为水深和油田埋深两个二级指标。油田水深起着关键性作用，权重占0.7。

应用本文构建的深水油田综合评价方法，按照上述步骤来分析确定各深水油田储量级别，并与实际深水油田开发效果对比，以验证方面在适应性和准确性。

在合同期内获得最大效益是深水油田开发的基本原则，其评价指标主要包括：采油速度、稳产时间、合同期内采出程度以及开采投入等。深水油田储量分级结果、相应开发效果评价对比结果如表4所示。

表4 目标深水油田储量分级评价结果

由表4可以看出，从储量分级(综合关联度越大越好，综合关联度最大值的级别对应储量级别)评价结果来说，一类油田最好，二类油田较好，三类油田中等。经与实际深水油田开发效果对比，评价结果为一类、二类油田在实际开发效果中，各方面的指标均表现很好，二者基本吻合，而三类油田开发效果表现一般。在评价结果中，WA-G水深1 325 m，在评价指标中属于三类，在储量分级中，储量综合关联度三类值最大；PO-L&C水深350 m，在评价指标中属于一类，在储量分级中，储量综合关联度一类值最大；由此可见，在深水油田储量分级中油田水深是一个关键性指标。仅BR-Ml油田评价结果与实际开发效果有所不同，主要是BR-Ml油田储量大，丰度高，储层性质好，但由于天然能量不充足，早期开发方式不当影响了最终的开发效果。总之，本文建立的多级可拓评价方法，可以对深水油田储量进行有效的分级评价，评价结果具有较强科学性和合理性。

3 主要认识

(1)通过样本综合分析，确定了符合深水油田开发特点的评价指标和评价分级标准，可以为深水油田储量分级评价及相关研究奠定基础。

(2)基于可拓理论建立了深水油田储量分级评价的多级可拓综合评价方法，该方法计算简捷、直观、且容易实现，评价参数和评价结果可以较好地反映深水油田特点。

(3)实例分析表明，应用多级可拓综合方法可以综合多方面因素，较好地划分深水油田的储量等级，为深水油田制定合理的开发次序和开发政策提供科学依据。

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(编辑 王建年)

Evaluation method of reserve classification basedon extension theory for deepwater oilfield

Chen Minfeng1，Shi Jianhu2，Qiao Congying1，Wu Li1，Li Chenchen1

(1.PetroleumEngineeringFaculty，ChinaUniversityofPetroleum，Beijing102249，China；2.SINOPECStarPetroleum，Ltd.，Beijing102249，China)

According to the comprehensive analysis on the geological characteristics and development requirements of deepwater reservoir，the indexes of deepwater oilfield classification were screened and the corresponding standards of classification indexes were determined and then a multilevel evaluation index system was built from many aspects，such as development investment，production effect and development effectiveness，etc.Based on the extension theory，the basic steps of reserve classification evaluation for deepwater oilfield were proposed and then the corresponding multilevel extension synthetic evaluation method was established.The example analysis shows that the method can well identify the reserve level of oil reservoir and lay a foundation for the efficient development of deepwater oilfield.

deepwater oilfield；standard of classification index；extension theory；synthetic evaluation

2015-08-14；改回日期：2015-10-10。

陈民锋(1971—)，博士，副研究员，现主要从事油田开发系统理论方法和提高采收率技术研究工作。电话：010-89733096，E-mail：cmfllp96@126.com。

国家科技重大专项课题子课题“油气资产价值评估体系研究”(编号2016ZX05033005-007)。

10.16181/j.cnki.fzyqc.2016.01.011

TE349

A