面向油田高质量开发的评价方法体系探讨

王 滨

（中国石油化工股份有限公司胜利油田勘探开发研究院，山东东营 257015）

随着我国经济进入高质量发展阶段，油田开发的导向也从单纯追求产量、资源最大化利用，转变为注重油田开发质量，但当前我国大多数油田进入特高含水开发期，存在开发条件日益复杂、开发技术比较落后和管理工作不够充足等情况，控含水换递减难度大，这使得保持油气增储上产的形势异常严峻[1]。破除油田开发实际困局，必须走油田高质量发展道路，不仅保证油田开发高效益，而且兼顾储量可持续、开发技术高水平等。油田开发质量评价是顺应并促进油田高质量发展进程的必要手段。

针对油田开发质量评价尚未有相应的评价方法。关于油田开发评价目前已有多种评价方法，主要是开发潜力评价方法、开发效果评价方法，运用各种数学方法，如模糊数学、运筹学、多元统计分析、系统分析等对各种指标或参数进行综合评价[2]，评价维度和评价方法比较单一，并且评价结果已经形成了相应的行业标准。但由于油田开发质量评价应包含更多维度，且要求针对目前的开发对象和不同的评价层级更具有精准性和目标性，评价难度增加。

基于已有高质量发展和油田开发评价方法研究，文章总结了油田高质量开发内涵和目标，完善评价指标体系的结构、指标权重，基于中国东部某油田中1 116个开发单元，对3种单一评价方法进行检验及组合，形成完整的油田开发质量评价、分析方法体系。

1 油田开发质量评价方法

1.1 评价指标体系构建

1.1.1 油田高质量开发的内涵及目标

基于国家宏观政策、石油行业及油田开发企业层面高质量发展内涵总结，结合我国油田目前进入高含水开发期等开发阶段特征，对油田高质量开发提出明确的需求和方向，提炼出油田高质量开发的内涵为：在新发展理念指导下，油田开发企业持续强化技术创新、管理创新驱动，补齐短板与弱项，不断提高各要素的生产效率、提升开发效能和开发效益；持续提供产量稳定、绿色低碳的原油产品；确保高水平、高层次、高效率的经济价值和深远的社会价值。油田高质量开发目标涵盖4个方面：①储量资源可持续，有后续可利用开发的规模储量资源，提供持续开发所必须的储量接替；②资产运行高效率，保持资产配置与运行的高效率，地下储量资产是油田开发企业最大的资产，资产配置主要体现在利用油水井对储量的有效控制开发；③原油开采高效益，通过不断的管理创新和技术创新降低开发成本，或者扩大高成本高产出的规模，实现开发效益的提高；④开发技术高水平，将现有开发技术发挥极致，并具有持续提供开发技术接替的空间。

1.1.2 确定油田高质量开发评价指标及其权重

基于油田高质量开发内涵和目标，汇集中外石油公司、资源类企业和装备制造企业的高质量发展指标，分类进行词频分析并根据结果进行指标筛选，结合指标的聚合与关联情况，运用德尔菲法的3次校验对指标体系进行完善；最后结合层次分析法[3-4]及德尔菲法[5]对指标体系进行赋权。本研究确定的指标体系及赋权结果如表1所示。

表1 油田高质量开发指标体系及其权重

1.1.3 评价指标无因次化方法

在对油田开发质量进行评价时，需要注意以下几点：首先，不同单位数值的指标之间不好直接比较，可以通过一般的无量纲化方法进行单位统一；其次，各个指标的评价标准不统一，需要考虑某一油田类型下具体指标的实际开发因素，由专家给出绝对的划分区间，而不是按样本相对位置或比例进行划分；最后，不同类型的油田，其开发质量等级划分的依据各不相同，但实际往往需要综合对比不同类型油田的各个指标，从整体上了解各类型油田的相对开发质量。结合油田开发质量评价的以上特点，本研究结合绝对的指标划分区间，使用功效系数法进行无量纲化[6]，最终得到可以进行评价的指标数值，并支持跨油藏类型的评价。其中功效系数法基本原理见式（1）：

式中，M和m分别表示指标x的满意值和不容许值，c和d均为已知正常数（根据实际情况直接给定），c的作用是对变换后的值进行“平移”，d的作用是对变换后的值进“放大”或“缩小”。类似极值处理方法，取值范围确定，最大值为c＋d，最小值为c，一般取c＝0.6，d＝0.4。

1.2 评价方法

1.2.1 单一评价方法筛选

依据充分性、系统性、适应性、针对性等原则，结合油田开发的背景，最终确定了模糊综合[7]、灰色关联[8]以及TOPSIS[9]等3种经典评价方法。3种方法均能有效支持多层级指标体系。此外，在保证客观公正评价的基础上，3种方法针对油田开发的特殊性，在不同程度上均支持参数的调整，适应不同的开发背景。

1）模糊综合评价法

该方法根据模糊数学的隶属度理论，通过划分多个评价区间，针对每个区间设计隶属度函数，将定性的评价区间转化为定量的评价数值。由于影响油田开发质量的因素较为复杂，采用此方法，开发管理人员可以根据油田开发背景进行评价区间及隶属度函数的设计，有效避免指标数值本身带来的评价误差。

2）灰色关联评价法

该方法是一种几何评价方法，通过比较各评价对象指标与最优指标的关联度，对每一个评价对象进行赋分。该方法中唯一可调参数（分辨系数）的取值代表着对同一指标、不同评价对象的分辨能力，可以根据油田开发背景进行调整。

3）TOPSIS评价法

TOPSIS评价法与灰色关联评价法的机理类似，该方法虚拟出正、负两个理想点，分别计算每个评价对象距离正、负理想点的欧式距离，再求评价对象到正理想点的相对接近度。不同油田的开发质量有时差异较大，此方法的赋分标准参考不同油田与理想油田的相对位置。实际评价中，开发管理人员可以根据开发背景设计理想油田指标数值。

1.2.2 组合评价方法

任何评价方法存在其应用场景与短板，运用不同的单一方法，得到的评价结论会有所不同。在应用单一方法评价时发现，尽管根据开发背景对方法参数进行适配，仍出现部分油田在一种评价方法结论中排名靠前，但在另一种评价方法结论中排名靠后的情况。油田开发质量的评价结果对该油田的管理决策、优化方案及资源分配至关重要。因此，如何选择客观且合理的评价方法也是油田企业关注的重点[10-12]。根据相关文献[13]，采用简单平均、熵权法、偏差平方最小法等3种组合方法，并结合偏移度思想得到6种组合评价结果。根据斯皮尔曼等级相关系数法进行检验，确保评价结果的客观性。表2（第2、3、4列）为1 116个开发单元评价中，不同组合评价方法对单一评价结果的组合权重。

表2 单一总体评价结果的组和权重

1.2.3 评价流程

本文构建的评价方法体系以3种单一评价方法为起点，得到各自评价结果。对单一评价方法的结论进行事前检验[14-15]，即检验评价方法的排序结果之间是否满足一致性。若不一致，需要重新选取单一方法。应用不同组合方法对多个单一评价方法结果进行组合，对组合后的评价结论进行事后一致性检验[16]（见表2，第6列）。通过检验，则选择最优组合评价方法并输出该方法的评价结果。

事前检验用于验证m种评价方法对n个评价对象的排序评价结果是否一致，本文采用Kendall一致性系数及其卡方统计量来衡量。在1 116个典型矿场单元应用中，对3种单一方法计算得到的卡方统计量为3 045.68，大于临界值1 193.80[（x2（1 116）]，说明单一评价结果通过一致性检验，可以进行组合。

事后一致性检验采用斯皮尔曼等级相关系数及其T统计量（见表2）。6种组合评价方法的T统计量取值均远大于1.962[t1116（0.025）]，说明组合评价方法均通过一致性检验。最终确立偏差平方最小法（斯皮尔曼等级相关系数最大值）进行组合评价。

1.3 油田开发质量的评价及结果分析方法

1.3.1 油田开发质量评价的特殊性

当前我国主力生产油田多数已经步入开发中后期，油田含水量增加，地下剩余可动油趋于总体分散而复杂化，稳产难度越来越大；而资源接替程度、成本上升等对增油措施的有效性又提出了越来越高的要求。油田开发质量评价作为一项油藏管理的基础性和经常性技术工作，通过对不同油田类型的横向对比以及对不同油藏类型的等级评价，获取提升油田开发质量的关键性指标，在提高措施有效率和改善油田开发效果方面发挥着越来越重要的作用。油田质量评价是以齐全准确的静态、动态及监测数据为依据，从开发技术、资产运行、油田开发效益和储量资源等评价指标入手，进而提出下一步开发调整方向与措施建议，实现油田开发的高质量。取全取准第一手数据是做好质量评价分析的前提，但质量评价指标数据采集难易程度不一，部分指标可直接获得，如采收率、含水上升率；部分指标须通过技术手段获得，如吨油能耗下降、现有资源利用率；部分指标需要主观结合客观的方式获取，如智慧油气指数上升率、体制机制改革深化程度。针对一个具体的采油生产单位来说，如智慧油气指数上升率、体制机制改革深化程度等指标是一致的。

1.3.2 评价结果分析方法

油田开发质量评价的最终目的是把握各油藏单元的开发情况，以便有的放矢采取针对性的提升措施。为了寻找油田高质量开发的关键性影响指标，首先对样本集评价结果进行等级划分，再对评价结果的等级与二级指标的等级进行关联，挖掘不同等级区间油藏单元的关键指标。通过模拟关键指标开发效果，深入剖析关键性指标存在的问题和潜力。

1.3.3 油田开发质量等级划分

聚类有助于宏观地、通过群聚的方式得到不同油田所在等级，为分等级制定提升措施提供同质化参考。聚类方法主要包括划分方法、层次方法、密度方法等，典型的方法如K-means、K-medoids、Agglomerative等。本研究首先对典型的样本集进行评价，基于表1的开发指标体系，采用K-means聚类[17]方法对评价结果进行分级，分级结果为油田开发管理人员提供参考，最终确定将评价结果划分为3个等级（K＝3）。在无量纲化过程中，通过设计2个界限单元（指标临界值为0.6和0.8），将各指标的无量纲化数据由大到小划分为“好-中-差”3个区间。将2个界限单元与评价样本一起进行评价，界限单元的评价结果取值可以作为为划分开发质量的界限（临界值为0.001 044 0和0.000 617 5），将评价结果划分为“高-中-低”3个区间。

1.3.4 关键指标挖掘

为了把握指标体系中的指标对总体评价结果的影响，为各油田努力提升开发质量提供方向，开发人员需要对评价结果进行分析，从而定位出关键性指标，及时施策优化。在一般评价指标体系中，指标的权重可以反映其对开发质量的重要性。但油田的评价结果还与数据的分布、无量纲化的程度以及评价方法本身的逻辑有关。对于较为复杂的评价过程来说，很难从评价方法的机理上对关键指标与评价结果进行直接的关联。因此，从评价结果出发，将整个评价过程当作“黑盒”，分析评价结果等级（高-中-低）与油田各个指标等级（好-中-差）的关联关系，对指标关键性给出科学的结论。

对于小规模样本集，可以通过统计每一种等级分布的样本个数，并结合可视化工具对关键指标进行定位；对于大规模样本集，还可以通过频繁模式挖掘寻找上述关系[18-19]。参考相关研究工作[12]，本研究提出并实现以下过程：首先将评价结果的等级数据、原始指标等级数据合并代入Rosetta软件，输出分类规则，再对分类规则中所有指标的等级组合，通过Apriori算法[20]得到所有的频繁模式，最后设定不同的阈值对关键指标及关键指标集进行确定。由于典型矿场单元中各类型样本个数有限，对该部分采用条形图进行分析。

2 典型矿场单元应用

在构建油田开发质量评价方法体系基础上，依据各油田类别特征，选取中国东部某油田中1 116个开发单元，进行开发质量评价方法的应用。首先确定评价对象（即5类油藏：整装构造油藏、复杂断块油藏、低渗透油藏、稠油热采油藏、岩性油藏），构建评价指标体系并赋权；其次对所有开发单元按油藏类型、按指标、按等级无量纲化；再对无量纲化后的数据进行开发质量评价，分析评价结果并得出影响不同类型油藏单元开发质量的关键指标；最后通过对关键指标的灵敏度分析，验证评价方法体系的合理性，并对关键指标进行模拟，验证评价过程的有效性。

2.1 评价结果可视化

针对典型矿场单元，选取斯皮尔曼等级相关系数最小的组合方法（偏差平方最小组合法），对3种单一评价方法的结果进行组合，最终得到的评价结果如表3及图1所示。

表3 1 116个开发单元中编号前5的开发单元最终评价结果示例

图1 各类型油藏单元开发质量的评价等级统计结果

由表3可知，评价结果的得分排名与地质储量及年产油无直接关系。由图1可知，尽管复杂断块油藏与低渗透油藏的样本单元个数较多，其高质量油藏单元在该类型单元内部所占比例较低。结合表中地质储量及年产油等信息，开发人员可以直观分析每个油藏单元的开发质量，并通过对比不同类型油藏单元的评价结果等级，管理人员可以清晰了解不同油藏类型的开发质量。

2.2 关键指标定位

选取复杂断块油藏油藏的类型单元为分析目标举例，对评价结果等级为“高”的油藏单元进行可视化分析，得到部分指标等级（好-中-差）与开发质量评价等级（高-中-低）的关系。通过统计满足条件的油藏单元个数及对应储量信息，可以对该等级的关键指标进行挖掘，如图2、图3所示。

图2 复杂断决油藏中评价结果等级“高”的单元指标个数占比

图3 复杂断决油藏中评价结果等级“高”的单元指标储量占比

评价结果为“高”质量的油藏单元，其含水上升率、吨储资产、吨油操作成本、储量替代率等指标相对较好。结果表明，复杂断块油藏的高质量开发单元的关键指标有：含水上升率、吨储资产、吨油操作成本、储量替代率等。

2.3 灵敏度分析

指标权重的变动和指标数值的变化可能会使评价前后存在较大的差异，因此验证整个评价方法体系的稳定性是有必要的。以采收率为例，当该指标数值变化时，若所有油藏单元的排名变化绝对值不大，则说明评价方法在一定程度内对采收率的变化是稳定的。

假设采收率指标数值可以调整一定百分比，按照2%为调整间隔，对8次调整后的数据分别进行评价，得到评价排名的变化情况，如表4所示。

表4 采收率指标数值对1 116个油藏单元评价结果排名的灵敏度分析 名

在表4中，排名总变化为调整采收率前后所有油藏排名变化的绝对值之和；平均排名变化为油藏单元排名总变化取平均值（除以1 116）；最大排名变化为各油藏单元排名变化的最大值。由表4可知，①采收率指标数值变化幅度越大，评价结果的排名变化也越大；②采收率指标数值在-8%～8%内波动时，排名结果的变化不大：1 116个油藏单元的平均排名变化小于6名，最大的排名变化仅为36名，远小于样本量。对其余指标均进行灵敏度分析，结果表明，单一指标数值的改变，对最终评价结果影响不大。以上结果进一步说明，针对典型矿场单元构建的评价方法体系有较好的稳定性。

2.4 油田高质量开发动态施策模拟

本研究提出的方法体系基于Linux/Windows环境并使用Python开发为自动化程序，因此在指标体系不改变的前提下，开发人员可以对关键指标进行施策模拟。通过修改指标数值、指标权重、样本集个数、指标等级划分区间以及选取适当地评价结果组合方法，油田开发人员可以根据真实评价任务进行适配，动态调整开发质量的评价环境，以满足油田企业的不同需求，促进油田高质量开发。

3 结语

面向油田高质量开发，本研究设计并实现的评价方法体系稳定、有效地评估了典型矿场油藏单元。可基于该评价方法体系及实现进行开发质量的动态评价，提高油田开发质量。