（油气田开发工程专业论文）采油工程中长期规划辅助决策研究.pdf

a s s i s t a n td e c i s i o n - m a l 【i n gr e s e a r c ho fm i d d l ea n d l o n g - t e r mo i lp r o d u c t i o ne n g i n e e r i n gp l a n n i n g y u a n x i a n y o n gf d e v e l o p m e n te n g i n e e r i n gi no i l & g a sf i e l d ) s u p e r v i s e db yv i c ep r o f e s s o rf a nl i n g a b s t r a c t b a s e do nf u n d a m e n t a lt h e o r i e so fo i lp r o d u c t i o ne n g i n e e r i n g ，i ts u m m a r i z e s t h ea s s i s t a n td e c i s i o n - m a k i n go f m i d d l ea n dl o n g t e r mo i lp r o d u c t i o n p l a n n i n g i nt h i sd i s s e r t a t i o n s t i m u l a t i o nt r e a t m e n t sa n da u g m e n t e di n j e c t i o n sh a v eb e e n c l a s s i f i e da n dd i s c u s s e d c a l c u l a t i o nm e t h o do fs t i m u l a t i o nt r e a t m e n t sh a sb e e n m o d i f i e d t h ep o t e n t i a l i t yo fo i la n dw a t e rw e l l sh a sb e e na n a l y z e dw i t ht h e p r a c t i c a lp r o d u c t i o nd a t ao fd a q i n go i l f i e l d b a s e do nf a yf o r e c a s ta l g o r i t h m a n df o r e c a s tm o d e l ，p r o d u c t i o nt r e n dh a sb e e nc a l c u l a t e da n df o r e c a s t e dw i t h m o d i f i e dg m ( i ，1 ) m o d e l i n v e s t m e n t - b e n e f i tm o d e la n ds t r u c t u r eo p t i m i z a t i o n m o d e lf o rv a r i o u ss t i m u l a t i o n sh a v eb e e np r e s e n t e d e c o n o m i ce s t i m a t eo fo i l p r o d u c t i o np l a n n i n ga n dc o m p o s i t i v ed e c i s i o n - m a k i n gm e t h o da n dm o d e lh a v e b e e nd i s c u s s e d e x p e n d i t u r eo fv a r i o u ss t i m u l a t i o n sa n de c o n o m i cb e n e f i th a v e b e e na n a l y z e d p r o g r a m m e dap l a n n i n ga n dd e c i s i o ns o f t w a r ef o rm i d d l ea n d l o n g - t e r mo i lp r o d u c t i o na n dp l a n n e dt h eo i lp r o d u c t i o ne n g i n e e r i n gb o t hf o ro i l w e l ls t i m u l a t i o n sa n dw a t e rw e l li n j e c t i o n s c o m p a r e dt h ep l a n n i n gr e s u l tw i t h p r a c t i c a lp r o d u c i n gd a t a ，t h er e s u l ti sr e l i a b l ea n ds a t i s f i e d k e y w o r d s ：o i lp r o d u c t i o ne n g i n e e r i n g ，m a k i n gd e c i s i o n ，f a yf o r e c a s tm o d e l ， s t i m u l a t i o n ，m i d d l ea n dl o n g - t e r mp l a n n i n g 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特；1 1 ；1 1 以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表 示了谢意。 签年 月日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅：学 校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签 导师签名： 掣其一 如7 年4 , e l ，日 ：，回年易月j i e l 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 1 1 研究的意义 第1 章前言 我国石油工业目前正处在转轨变型( 产量型向效益型) 阶段，在社会主 义市场经济下如何进行石油生产规划，以提高石油工业经济效益和石油开 采的决策水平，是需要迫切解决并尽快实施的大问题。 油田开发规划在油田开发进入递减期后，为了延缓产量递减、成本上升、 保持产量相对稳定而采取相应措施。近年来随着国内大多数油田进入开发 中后期，特别是东部油田，开发成本呈直线上升的趋势，开发形式越来越 严峻。石油可开采储量也逐渐减少，寻求新的可开采油田和合理地、充分 地、有效地开采老油田已显得越来越迫切。又由于石油的不可再生性及总 储量的有限性，给油田设计一个最有效的开发方案从而提高最终采收率就 显得尤为重要。 油田开发规划的目标就是实现利润的最大化，而要实现利润最大化就必 须尽可能提高油气的采收率和降低生产的作业成本，其实质就是尽可能多 产油气，增加经济效益。当前越来越多的油气田采用先进、高效的开发管 理方法，对开发、生产过程中产生的庞大数据运用最新的油藏理论、有效 的数学工具、先进的计算机及数据库技术进行优化处理，将这些数据转换 为决策信息，用于指导油田生产开发，从而降低生产投入，获得更大的经 济回报，创造更好的效益，与世界大油气田相竞争。为解决当今所面l 临的 诸多问题我们必须采取的措施： ( 1 ) 采用新技术新工艺改变传统的开发模式； ( 2 ) 掌握油田开发自身的动态变化规律，对其进行系统分析和科学规划， 实施最优控制，提高管理水平。 随着油田进入高含水后期开采，各大油田实现“稳油控水”的难度越来 越大，对采油工程系统的依靠程度和工作要求也越来越高，采油工程规划 是油田开发规划的重要组成部分，是采油工程系统发展的一个重要指导性 规划。采油工程规划涉及的内容很多，是一个包括诸多领域的系统工程规 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 划，以往编制规划中，由于缺乏支撑规划编制的各种预测、分析方法和软 件，定性的成分比较多，不同程度地存在着靠经验、靠推测、靠一些定性 的认识制订发展规划的问题，对远景预测的准确性有待提高，方案编制的 科学性有待加强，从确保规划的科学性和技术发展的角度看，在规划中引 入现代技术，把各种相关因素数学化、定量化、走计算机模拟辅助决策的 路子是发展的趋势。规划设计的关键是如何实现各措施效果的预测，即如 何利用计算机归纳所积累的数据，总结规律，对给定的新条件预测措施的 性能。在规划中措施效果的精细预测是其它一切规划内容的基础。 一般的采油工程规划是针对某井或者某区块一定时间段进行预测和规 划，预测时间较短，采油工程中长期规划立足于油田发展规划的高度上， 充分收集油田开发生产历史数据，详细分析生产数据和总结开发规律，根 据给定的新条件预测采油工程下多种指标的性能，时间多以数年为预测区 间。 1 2 国内外研究情况 1 2 1 采油工程规划研究的国内外现状 油田优化配产方法的研究可以追溯到上世纪5 0 年代，克雷洛夫1 1 1 提出 了开发总体设计思想，开始把地质分析、指标计划和经济评价相结合，并 开始按产量要求设计地面建设。 1 9 5 8a r o n o f s k y 和l e e 在j p t 杂志上发表的题为“al i n e a rp r o g r a m m i n g m o d e lf o rs c h e d u l i n gc r u d eo i lp r o d u c t i o n ”的文章。文中运用线形规 划方法研究了以生产效益最大为目标的有限多个均质油气藏的生产问题。 之后又有许多文章发表，如r o w a n 和w a r r e n 介绍了怎样以最优控制模型来 系统地阐述油气田的开发问题，d e l l 等人系统地提出了一个最优化模型来 确定多个油气田的最优化开发与生产规划。但在1 9 8 5 年以前，这些文章只 属于探索性的，优化方法在油气田配产决策中的应用还没有受到足够的重 视，因此在油气田生产领域中成功的应用仍然很少。1 9 8 5 年以后，由于油 气田开发的实际需要和优化方法以及计算机技术的迅速发展，情况有了很 大的变化。如何合理分配产量实现最佳经营是决策者经常遇到的一个问题， 2 中国石油大学( 华东) 硕士论文第l 章前言 而这个问题的核心是怎样建立优化模型。中国、美国和前苏联等国的一些 科研单位、大专院校及石油公司都积极地使用优化技术研究各种各样的油 气田开发优化配产问题，在建模、求解和应用等方面都有了较好的研究工 作。 建立优化模型主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 从经济效益的角度出发建立优化模型，其目标函数一般是投资资金、 利润、生产成本、措施费用和最大产量等，如我国石油大学葛家理教授建 立了一个成组油气田开发优化配产的非线性混合整数规划模型，以单位产 油气量成本最小为目标，用直接法求解；张在旭等在油田开发优化决策 的目标规划模型“1 中考虑资金投资、生产成本和措施量等因素，建立了 以措施增油费用为目标的线性规划模型；候风华等油田增产措施优化方 法”考虑了在措施有效期内的各种因素，建立了措施增产利润最大为目 标的优化模型；刘秀婷”产量优化模型的建立及应用探讨和尚明忠”1 产 量构成非线性优化模型的研究与应用中考虑以利润为最大的优化模型； 张在旭”“油田开发最优规划模型的求解和油田开发系统规划的策略 考虑以产量为约束条件，开发成本为目标的规划模型。 ( 2 ) 从系统功能的角度出发建立优化模型，主要依据油气藏开发系统的 特点，引入状态变量和决策变量，具体分析油气田开发系统的投入与产出， 建立了输入与输出关系的油气田开发优化模型。文献”应用控制论方法建 立了油气田开发产量规划状态模型。文献”1 们根据灰色理论的基本原理提出 了措施产量的多项式预测模型、组合预测模型与g m ( 1 ，1 ) 预测模型，建立的 年度措施产量优化模型。文献尝试将灰色理论的灰色关联分析方法和灰 色建模理论一多变量灰色模型m g m ( 1 。n ) 结合起来，对油气井的产量数据进 行分析研究，建模并预测了油气井的单井产量。 ( 3 ) 从油气产量与时间的关系出发建立优化模型，自2 0 世纪8 0 年代翁 文波院士创建生命旋回理论以来，这类模型在国内发展比较成熟，在油气 田中应用效果也较好。常用的模型有翁氏模型和l o g i s t i c 模型等，其它模 型如威布尔( w e i b u l l ) 模型、对数正态分布模型及文献”1 这类模型一般 比较复杂，计算过程较繁杂，比较适用于勘探开发程度较高的地区或油气 3 中国石油大学( 华东) 硕士论文第l 章前言 出。 实现油气田优化配产方面主要有如下几类方法： ( 1 ) 经验统计方法 油田动态指标经验判断的预测方法是一类基于渗流力学原理，采用数理 统计方法结合开发经验的预测方法。如：采油指数递减方法是根据m u s k a i 提出的采油指数概念来预测油井产能。方法应用的前提是油田动态系统是 稳定的、油水运动完全遵从达西定律、驱替特征曲线斜率b 保持不变，通 过经验判断给出预测期间地层压力的变化值，进而完成预测。实践表明， 如果预测人员的经验丰富、判断准确，用于短期预测也可以获得比较理想 的预测结果的。但就预测来说，靠这类方法是很难保证预测精度。水驱特 征曲线法用于油田动态预测主要是基于斜率b 恒定的假设。事实上，油田 开发过程中所具有的随机特征，决定了水驱特征曲线斜率b 值的时变性， 也就是说保持b 值的恒定要有严格的前提条件，但客观上往往离假设的条 件相差甚远，因此保持b 值的恒定几乎是不可能的。 ( 2 ) 概率统计方法 从系统观点看，注水开发油田“具有整体性、随机性、时变性、相互联 系性、统计规律性，是个非平稳的随机过程体系”“”。翁文波最先提出 对于油田这类资源有限体系，可采用p o i s s o n 概率分布函数来描述其产量 变化从开始、发展、高峰到衰减的全过程；对于油田含水可采用l o g i s t i c 概率分布函数来描述其变化的全过程。刘青年”副提出了整体信息预测模型 的概念，他以p o i s s o n 旋回、l o g i s t i c 旋回公式为模型基本结构，采用了 系统辨识推广的递推梯度算法确定模型中的参数，得到了油田产油量、综 合含水率预测的数学模型。 ( 3 ) 系统论方法 系统论的思想方法已被广泛地应用到油田规划设计。g r e n v i l lr o w a n “” 就指出，油田开发主要是控制问题，其次才是规划问题。因此，将油田开 发过程看成是人为干预控制下的一个动态过程，应用系统思想、黑箱理论、 灰箱理论、以及现代控制论来研究油田产能指标的控制预测，就能作出科 学合理的油田中后期开发规划设计。将油田开发过程各指标分为控制变量 4 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 和状态变量进行描述。所谓状态变量指油田开发过程中存在的一些变量， 如产油量、产水量、地层压力等；控制变量指开发过程中人为控制因素量， 如新增油井数、压裂井层数、注水量、水井作业井层数等。刘志斌等利用 灰色理论构造了最优控制模型”。”1 和齐与峰应用现代最优控制理论建立油 田动态控制模型”。 ( 4 ) 数值摸拟方法 d o u g h e r t y 是这样评述：“到1 9 9 7 年止，大部分研究工作都沿用摄动方 法，并将油藏流动系数在平面上的变化用人工分区方法表示，贮存系数亦 如此。所用的求解方法与最小二乘多元回归法有关，可用非线性目标函数 多次调整处理“。在以往这些工作中，所需要的敏感系数由多次模拟而 得，每改变个网格块参数，均需要重新模拟一次。在实施上述这些非线 性最小二乘调节过程中，经常遇到振动和其它收敛不好的困难，如求解矩 阵的奇异“。j a c q u a r d 在此领域内的工作是有首创性的，他提出对流动系 数或贮存系数在网格点上逐点求值以及在合理计算内能够完成敏感系数逐 节点计算的方法，消除参数人为分区的可能性从此基本上被打开了。然而， 因为涉及到运用广义最小二乘法，无法将问题简化，因此实质上还是行不 通。j a c q u a r d 引入系统论并抛弃了参数分区，不论对流动系数还是贮存系 数均延用网格块计算敏感系数这个做法，通过伴随态模拟得到参数辅助计 算。 ( 5 ) 神经网络方法 由于地下油藏机理的复杂性、影响因素的多样性、以及开采过程中的许 多不可预测性，给人们把握油田开采动态带来了许多的困难。虽然有许多 常规的动态预测方法，如水驱特征曲线法、以及动态辩识系统方法等，但 它们适用于不同的开采阶段、范围，要求不同的前提条件，因而各有其局 限性。神经网络方法则能克服这些缺点，依据油田生产资料历史数据，建 立起油田开发过程的各因素间动态过程，从而方便地为油田作出预测和控 制决策，制定出最佳的开发规划方案。文献 2 3 ，2 4 考虑了神经网络在油田 动态预测方面的应用，建立了油田各变量之间的动态模型。 5 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 1 2 2 优化算法的国内外研究趋势 优化理论与方法是- - f 3 应用性很强的年轻学科。它研究某些数学上定义 的问题的最优解，即对于给出的实际问题，从众多的方案中选出最优方案。 虽然它可以追溯到十分古老的极值问题，然而，它成为- - f 3 独立的学科是 在本世纪4 0 年到末，是在1 9 4 7 年d a n t z i g 提出求解一般线性规划问题的 单纯形法之后。如今已有上百种优化方法提出，并在电子计算机的推动下， 优化理论与方法在经济计划、工程设计、生产管理、交通运输等方面得到 了广泛的应用，成为一门十分活跃的学科。 根据其适用模型性态的不同，这些算法可以分为：线性优化方法和非线 性优化方法；连续变量优化方法和离散优化方法等，其中约束非线性优化 方法占重要的地位。约束非线性优化方法大体可分为可行方向( f d m ) 、线性 逼近法( s l p ) 、二次规划( s q p ) 、罚函数法和直接法等 2 5 , 2 6 1 。这些数值优 化方法，各有优缺点。近年来，演化算法、模拟退火等非数值进化类优化 方法及其广泛的适用性得到了人们的重视。从起源上来说，这些算法主要 是为了解决离散变量的组合问题而提出的，但目前已经逐渐向连续变量的 问题方面扩展，当常规数值算法不能求解复杂问题时，进化类非数值算法 开始被人们青睐。 遗传算法是一种模拟自然进化过程搜索晟优解的方法，它是演化算法虽 初发展的三大分支之一，亦是非数值算法中最优秀的算法之一。2 0 世纪6 0 年代，美国m i c h i g a n 大学的j o h nh o l l a n d 提出了位串编码技术。1 9 6 7 年， h o l a n 的学生b a g l e y 在其博士论文中首次提出了“遗传算法”一词，并发 展了复制、交叉、变异、显性、倒位等遗传算子。7 0 年代初，h o l l a n d 教 授提出了遗传算法的基本定理一模式定理，从理论上阐明了遗传算法是一 个可以用来寻求最优解的优化过程。1 9 7 5 年d ej o n g 在其博士论文中，推 荐在大多数优化问题中都较适用的遗传算法参数，还建立了著名d ej o n g 函数测试平台，定义了遗传算法性能的在线指标和离线指标。8 0 年代， h o l l a n d 教授实现了第一个基于遗传算法的机器学习系统分类器系统，开 创了基于遗传算法的机器学习的新概念。1 9 8 9 年，g o l d b e r g 出版了专著搜 索、优化和机器学习中的遗传算法( g e n e t i ca l g o r i t h m s i n 6 中国石油大学( 华东) 硕士论文第l 章前言 s e a r c h ，o p t i m i z a t i o na n dm a c h i n el e a r n i n g ) 。该书全面而完整地论述 了遗传算法的基本原理及应用，奠定了现代遗传算法的科学基础。1 9 9 1 年， d a v i s 出版了遗传算法手册( h a n d b o o ko fg e n e t i ca l g o t i t h m s ) ，书中 介绍了遗传算法在科学计算、工程技术和社会经济中的大量应用实例，为 推广和普及遗传算法的应用起到了重要的指导作用。 遗传算法是一类可用于复杂系统优化的鲁棒搜索算法。经过近四十年的 发展，已在各领域广泛应用，表现出了良好的发展前景f 2 8 】。已引起包括数 学、计算机科学及工程应用等领域科学家们的极大兴趣。自8 0 年代中期以 来，世界上许多国家都掀起了遗传算法的研究高潮。目前，有数种以遗传 算法为主体的国际会议在世界各地定期召开。 1 3 研究内容 ( 1 ) 采油工程措施潜力研究； ( 2 ) 灰色预测模型建立与措施产量研究： ( 3 ) 采油工程措施结构优化研究； ( 4 ) 采油工程中长期规划方案综合决策研究； ( 5 ) 采油工程中长期规划辅助决策支持软件编制 ( 6 ) 采油工程中长期规划辅助决策应用实例。 7 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章采油工程措施潜力研究 2 1 措施综述 第2 章采油工程措施潜力研究 油田开发过程中，特别是油田进入开发中后期，为了维护油井正常生产 和改善开发效果，提高油井产量和油田采收率，必须投入大量人力、物力、 财力来保证以下各种措施的实现”9 】： ( 1 ) 维护油水井正常生产所采取的措施，包括检泵、冲砂、防砂、打捞、 套管修复等。 ( 2 ) 改善平面的开发效果，使注入水沿平面均匀推进，包括打调整井、 加密井、水平井、改变注采井别等。 ( 3 ) 改善纵向上的开发效果，使注入水沿各小层或厚油层内各韵律层均 匀推进，包括调剖、堵水、补孔改层、转抽、换大泵、下电动潜油泵、周 期注水等。 ( 4 ) 提高单井产量，同时也改善了平面上和纵向上的开发效果，包括酸 化、压裂等。 2 2 措施内涵 2 2 ，1 维护油水井正常生产的措施 ( 1 ) 检泵 检泵就是将抽油杆和抽油泵从井内起到地面上来，检查抽油杆和抽油泵 的完好程度。 ( 2 ) 冲砂 冲砂就是用高速流动的液体将井底的砂粒冲开，并利用上返的液流将冲 开的砂粒带到地面上来。冲砂方式分为正冲砂、反冲砂和正反冲砂三种 ( 3 ) 防砂 为防止疏松砂岩油层出砂，特别是稠油油藏，在油井投入生产以前，均 要采取有效措施防止出砂，称为防砂。防砂方法包括机械防砂、化学防砂 8 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章采油工程措施潜力研究 和砾石预充填防砂等。 ( 4 ) 打捞 凡掉入井内的落物，包括管类、绳类、封隔器以及工具等，它们将会影 响油井生产，必须进行打捞作业。凡是不需要动用转盘倒扣、套铣、磨铣 等工艺的作业，称为简单打捞。否则称为复杂打捞。必须精心组织、精心 施工才能顺利完成打捞作业。 ( 5 ) 套管修复 对套管变形、套管错断和套管破裂进行修复，称为套管修复。 2 2 2 改善平面上开发效果的措施 油田开发调整与提高原油采收率是油田开发中后期改善开发效果的重 要措施油田开发调整的主要内容为井间、层系和注采系统调整提高原油采 收率包括改善二次采油和三次采油。通过一系列技术措施，增加水驱储量 的控制程度，水驱储量的动用程度，从而提高可采储量的采出程度和最终 采收率。其主要措施有： ( 1 ) 打调整井，根据完善注采井网、层系重组等调整方案需要打的井，称 为调整井。 ( 2 ) 打加密井，根据加大井网密度方案所需要打的井，称为加密井。 ( 3 ) 打水平井，水平井是新油田开发、老油田挖潜提高采收率的重要技 术。2 0 世纪9 0 年代以来，我国已形成了水平井筛选方法以及深层砂砾岩 和浅层稠油水平井开采技术、低渗透油藏和裂缝性油藏水平井开采技术。 ( 4 ) 改变注采井别，将注水井改为采油井，或者将采油井改为注水井，以 改变液流方向，提高采收率，称为改变注采井别。 2 2 3 改善纵向上开发效果的措施 ( 1 ) 调剖 调剖是指采用机械或化学方法，限制或降低注水井高渗透层( 段) 的吸 水能力，提高低渗透层( 段) 的吸水能力，以达到改善注水井吸水剖面， 提高水驱波及体积，达到改善水驱效果的目的。 9 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章采油工程措施潜力研究 随着科学技术进步，调剖技术有以下几方面的发展 从调剖区域来看，从单井、井组发展到区块，从层间发展到层内； 从调剖深度来看，从井底附近到近井地带，发展到远井地带； 从调剖剂来看，从单一调剖剂、多种调剖剂，发展到调驱剂； 从调剖决策来看，从定性发展到半定量，再发展到多种决策技术，决 策内容包括区块决策，调剖井决策，调l l l i 和施工参数决策等目前己形成 了调剖措施效果评价，调剖措施适应性分析，调剖效果预测和区块整体调 剖的一体化决策系统。 ( 2 ) 堵水 堵水是指采用机械或化学方法，限制或降低生产井出水层( 段) 的产水 能力，以发挥含油层( 段) 的产油能力，降低含水，提高原油产量。 ( 3 ) 补孔改层 为了提高水驱储量控制和动用程度，在水驱开发过程中需要进行层系和 井网重组，因此对尚未射开的油层进行射孔，称为补孔改层。 ( 4 ) 老井转抽 在水驱油田开发过程中，由于油层压力降低或含水增加，使得油井不能 自喷，必须及时转为人工举升，一般为有杆泵采油，以完成油田开发方案 所需的日产油量。 ( 5 ) 老井换大泵或下大泵 注水开发后期，在高含水期或特高含水期，为了保持一定的日产油量， 需要将小泵径的有杆泵换成大泵径或换为电潜泵。 ( 6 ) 周期注水 周期注水也称为不稳定注水，间歇注水和脉冲注水等，它周期性地改变 注入量或关井，在油层中造成不稳定压力场。当注入量减少或停注时，高 渗透层压力降低，而当中低渗透层压力高于高渗透层压力时，中低渗透层 出油从而提高了波及系数改善了产液剖面。 2 2 4 提高单井产量的措施 对于低渗油藏和碳酸盐岩油藏，为了使油流顺利入井，一般要采用压裂 或酸化投产。因此压裂或酸化不仅是一种增产措施，而且还是一种有效的 1 0 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章采油工程措施潜力研究 投产措施。 ( 1 ) 水力压裂 它是利用地面高压泵组，将高粘液体以超过地层吸收能力的排量注入井 中，在井底憋起高压，当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石的抗张 强度时，便在井底附军近地层产生裂缝，继续注入带有支撑剂的携砂液， 裂缝向前延伸并填以支撑剂，关井后在井底附近地层内形成具有一定几何 尺寸和高导流能力的填砂裂缝，达到提高产油量的目的。 ( 2 ) 酸化 它是利用酸液对岩石胶结物或地层孔隙、裂缝内堵塞物等的溶解和溶蚀 作用，恢复或提高地层孔隙和裂缝的渗透性。按照酸化工艺不同，可分为 酸洗、基质酸化和酸化压裂三种。 2 3 措施增油量的计算方法 任意时间段内某一油井措施增油量与措施是否有效、是否又实施多次措 施、每次措施增油量大小等有关。油井措施实施以及产量运行的关系可总 结为3 种基本模式m 1 ( 见图2 - 1 - - 图2 - 3 ) 。图中实心圆圈表示该井发生措 施作业，虚线数值对应某次措施的措施前产量。 产 油 量 窖 e 图2 - 1 某井措施发生和产量运行模式1 模式1 描述的情况是在分析时间段内该油井只实施一次措施作业，计算 措施增油量时，将有效期内的增油部分逐月累加。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章采油工程措施潜力研究 图2 - 2 某井措施发生和产量运行模式2 模式2 描述的情况是在分析时间段内该油井实施多次措施作业，但每次 措施实施的时间都是在上一次措施失效后进行的，计算每次措施的增油量 时，分别将各自有效期内的增油部分逐月累加。 毒 油 量 c e 图2 - 3 某井措施发生和产量运行模式3 模式3 描述的情况是在分析时间段内该油井实施多次措施作业，如实施 了2 次，且第2 次措施实施的时间是在上一次措施的有效期内进行的，在 这种情况下，第i 次措施的增油量不再是将有效期内的增油部分逐月累加， 而是要扣除第2 次措施的增油量部分，剩余部分( 图2 3 中斜线填充部分) 才是第1 次措施的真实增油量。 矿场生产中实际的措施发生和产量运行情况更为复杂，但可以看作是上 述3 种单一模式的组合情况，只要搞清了模式类别，就可对应地计算该井 1 2 产油量t，d) 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章采油工程措施潜力研究 每次措施相应的真实增油量。 新方法的计算过程比现行方法复杂，不再是简单的数据对比，而是考虑 了措施之间相互影响的动态计算，计算顺序采用在计算时间阶段( 不局限 在同年度) 中按措施实施日期从后至前逐次计算的顺序，实际计算某油井 措施真实增油量的计算过程分以下几步： 设定计算的时间区域( 可以在同一年度内，也可以跨年度) ，识别并 记录该井每次实施措施项、实施日期及措施前产量。 从该井的生产数据资料中提取并记录在设定计算的时间区域的原油 日产量数据序列g ( n ) 。，n 代表记录数，下标n 代表第n 次措施计算增产部 分所采用的原油日产量数据序列，g ( n ) 。为原始数据。 计算每一次措施的真实增油量，按措施实施总井次分为2 种情况： 如果措施实施总井次仅1 次，按模式a 计算真实增油量；如果措施实施总 井次大于l ，按措施实施日期从后至前逐次计算的顺序逐次计算每次措施 的真实增油量。 例如实施总井次为n ，编号依次为措施1 、措施i 、措施 1 3 ，其中1 f 胆。 措施n 真实增油量的计算。按模式l 计算，日产油产量数据序列用 g 伽) 措施n - 1 真实增油量的计算。如果措施n 实施时，措施n 一1 已失效， 措施n 一1 按模式2 进行计算，日产油产量数据序列用g ( n ) 。- 1 ，g ( n ) 。等于 g ( ”) 。如果措施n 实施时，措施n - 1 仍有效，措施n l 按模式3 进行计算。 计算时用到的日产油数据序列采用g ( n ) 。，g ( n ) 。为在数据序列g ( n ) 。基础 上扣除措施r l 在措施n - i 有效期内的增油量部分而形成的新的、不包含其 余措施项目影响的日产油数据序列。 措施i 真实增油量的计算。 依此类推，可得措施i 真实增油量的计算过程。如果措施i 实施时，措 施i - 1 已失效，措施i - 1 按模式2 进行计算，日产油产量数据序列用g ( h ) ， g ( 咒) 1 等于g ( n ) j 。 若措施i 实施时，措施i - 1 仍有效，措施i 一1 按模式3 计算。计算时用 1 3 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章采油工程措施潜力研究 到的日产油数据序列采用q ( h ) 。，g ( n ) ，。为在数据序列g ( n ) ，基础上扣除措 施i 在措施f 一1 有效期内的增油量部分而形成的新的、不包含其余措施项目 影响的日产油数据序列。 2 4 以大庆油田为例的措施潜力分析 2 4 1 大庆油田开发概述 大庆油田经过4 0 多年开发，形成了一套大型陆相多层砂岩油田注水开 发理论和技术，通过采取多次井网加密、稳油控水、结构调整、聚合物驱 油等各种技术措施和重大调整，油田采收率超过了5 0 ，比国内同类型油 田高了1 0 个百分点左右，产量递减率也比国内其他油田低得多；外围“三 低”油田初步形成了一套低渗透油田开发理论和技术，年产油量达到了4 0 0 万吨的生产规模：油田的驱替方式也由单一的水驱进入水驱和聚驱并存阶 段，聚合物驱年产油量达到了9 0 0 万吨以上，成为世界上最大的三次采油 基地。经过大庆几代石油人的共同努力，自1 9 7 6 年起，实现了年产5 0 0 0 万吨以上稳产2 7 年，为中国石油工业发展做出了巨大贡献。但是随着油田 开发工作的深入发展，开发中的矛盾、难题相继出现：长垣油田水驱含水 上升率和自然递减率控制难度较大；外围己开发的低渗透油田采收率低、 产量递减快，未动用的探明储量品位低、难以有效动用；工业化推广的聚 驱区块到了含水上升阶段，产量开始递减；油田进入了套损高发期，年套 损井数达7 0 0 口井左右；油田含水越来越高，储采失衡矛盾日益突出，按 照油田自身特有的开发规律和国内外同类型油田的开发经验，原油产量将 进入全面递减阶段。 表2 - 1 大庆油田近几年原油产量表 时间 2 0 0 0 2 0 0 12 0 0 2 2 0 0 32 0 0 42 0 0 52 0 0 6 产量( 万吨) 5 3 0 0 5 1 5 05 0 1 3 4 8 4 04 6 6 44 4 9 54 3 4 0 作为中国石油最大的油气生产企业，大庆油田肩负着重要的经济责任、 政治责任和社会责任。经过2 7 年50 0 0 1 0 4t 以上持续稳产和3 年的战略 调整，特别是大庆深气田勘探的重大发现，油气田开发已进入一个新的发 展时期。大庆油田经过反复论证，确定了十一五及今后一个时期油田开发 1 4 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章采油工程措施潜力研究 工作的总体目标一保持油气当量4 2 0 0 x 1 0 4 t 以上稳产到2 0 1 0 年， 4 0 0 0 x 1 0 4 t 以上稳产到2 0 2 0 年。 实现这一总体目标，确实面l 临许多困难和挑战。长垣水驱开发方面，喇、 萨、杏油田已进入特高含水期，这意味每采出1 t 原油将采出9 t 以上的水， 剩余油高度分散和无效循环不断加剧，使水驱挖潜更加艰难。三次采油方 面，一类油层已有7 4 5 的储量进行了聚合物驱，十一五期间三次采油的主 要对象是分布在南六区以南的一类油层和二类油层，油层性质和增油效果 明显变差。外围油田开发方面，已探明未动用储量主要分布在裂缝不发育 的特低渗透的扶杨油层、特低丰度的葡萄花油层和海拉尔复杂断块油藏， 这部分储量开发动用难度很大，需要进一步攻关。深层天然气开发方面， 深层火山岩和砂砾岩储层描述技术还不够完善，钻采工程配套技术还不能 满足深层天然气开发需要，要实现有效开发和跨越式发展，还需要进行更 深入的研究，做更精细的工作。产能建设方面，因开采对象变差，建百万 吨产能所需要的井数越来越多，根据十五产能建设情况，十一五期间每年 钻、建工作量都将在6 0 0 0 口左右，且必须当年钻井、当年基建、当年投产， 生产组织难度极大。 因此，在现有条件下，采取一切可行的手段来提高原油产量的稳产显得 十分的必要。 2 4 2 措施效果和措施潜力分析 “十五”期间，大庆油田以技术进步为支撑，以精细挖潜为手段，以强 化管理为保证，扎扎实实搞好老油田调整挖潜和新油田增储上产。开展了 1 8 项重大配套技术攻关和1 0 项重大现场试验。依靠技术进步，大庆油田 十五期间共生产原油2 4 1 3 8 x 1 0 4 t ，超产2 0 x 1 0 4 t ，钻井1 6 0 8 5 口，建成产 能1 3 6 4 x 1 0 4 t ，分别比计划多4 4 0 7 口和1 6 9 1 0 t ，累积生产天然气 1 0 7 x 1 0 4 t ，外供商品气6 0 1 0 8 m3 ，分别完成计划的1 0 0 和1 2 3 。新增动 用可采储量1 2 3 7 4 x 1 0 4 t ，喇、萨、杏油田采收率达到了5 1 1 8 ，比2 0 0 0 年 提高了1 8 6 个百分点。十五后三年，长垣水驱综合含水少上升1 3 个百分 点；2 0 0 5 年外围油田年产油量达到了5 1 0 x 1 0 4 t ，十五后两年产量增加了7 7 1 5 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章采油工程措施潜力研究 1 0 4 t ，两年跨了一大步，实现了历史性突破；长垣水驱自然递减率控制在 9 以下；聚驱年产油量连续4 年保持在1 0 0 0 x 1 0 4 t 以上，聚驱已累积增油 5 0 5 0 1 0 4 t 。 “十五”期间，采油工程系统紧紧围绕“1 1 5 9 9 ”工程目标，遵循“高 水平、高效益、可持续发展”的油田开发方针，面对“十五”以来水、聚 驱并举，在水驱上，以提高分层注水质量为目标，发展完善水驱注水、堵 水工艺技术；在加密井开发上，以提高加密井储层动用程度为目标，积极 发展提高固井质量、薄差层的改造工艺技术。在聚驱上，以适应聚驱分层 注入、提高注入能力需要为目标，发展完善聚驱分层注入、增注、封堵工 艺技术；在外围油田开发上，以提高储量动用和采气工艺配套程度为目标， 发展完善压裂改造、采气配套工艺技术。在修、完井上，以提高修复成功 率和提高油水井完善程度为目标，发展修井、射孔工艺技术。通过一系列 技术措施保证了“十五”期间原油产量的完成和油田开发指标的实现。 “十五”期间，大庆油田累计完成油水井井下作业总量1 6 0 5 5 9 井次， 累计完成油水井增产增注措施工作量3 0 7 4 9 井次，其中油井增产措施工作 量2 1 3 6 0 次，水井增产措施工作量9 3 8 9 次。增产措施累计增油 8 7 7 0 6 1 0 4 t ，平均单井年增油4 1 0 6 1 t ，油井措施有效率在8 7 0 4 左右： 注水井措施累计增加注水量2 6 0 3 4 6 1 0 4 m 3 ，平均单井年增注2 7 7 2 8 9 m 3 。 ( 1 ) 油井增产措施效果 表2 - 2 油井措施合计效果表 油井措施合计 年份 有效率增油投入 吨油成本 总井次有效井次 ( )( 1 0 4 t )( 1 0 元)( 元) 1 9 9 8 2 4 3 21 9 9 48 21 6 04 7 2 13 9 9 6 1 5 4 4 32 4 9 1 9 9 93 5 5 22 8 8 5 8 1 21 5 6 5 7 1 13 9 2 8 0 2 4 0 l 2 5 l 2 0 0 03 1 2 72 5 5 68 1 71 3 7 3 5 43 4 4 3 4 1 6 7 3 2 5 1 2 0 0 13 9 8 33 3 9 48 5 22 3 9 7 0 4 55 5 5 1 6 4 2 2 3 2 2 0 0 23 8 0 23 2 4 48 5 31 9 4 6 5 4 26 1 1 5 4 6 4 43 1 4 2 0 0 3 4 2 6 93 7 2 68 731 4 0 2 1 2 96 1 6 5 3 4 7 4 4 0 2 0 0 44 9 9 84 4 4 58 8 91 7 2 2 7 69 3 6 9 1 6 5 4 4 2 0 0 54 3 0 83 7 8 48 7 ，81 3 0 2 l6 2 5 1 8 4 8 0 油水井增产增注措施，包括压裂、酸化、堵水、换机泵、补孔改层以及 1 6 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章采油工程措施潜力研究 其他措施。 大庆油田油井主要增产措施是压裂、换机泵和补孔改层。本文就从1 9 9 8 年到2 0 0 5 年的生产数据进行列表分析，以对措施潜力进行研究。 “十五”平均措施增油吨油成本为3 8 1 4 1 元，从表2 2 的吨油成本分 析和图2 - 4 的变化来看，呈逐渐上升趋势。 6 0 0 5 0 0 食4 0 0 甚3 0 0 喜2 0 0 1 0 0 0：圈圈圈圈网 匿 熏 鬻麓 1 9 9 81 9 9 92 0 0 02 0 0 12 0 0 22 0 0 32 0 0 42 0 0 5 时间 图2 - 4 吨油成本变化柱状图 由于地下情况的复杂性，使得对油水井采取的措施并不一定每次都有 效，因此提高措施实施有效率是十分重要的，一方面通过对地层的精细描 述和解释不断加深对地层的认识，另一方面加深对单井的井况特殊性研究， 提高工艺技术和工艺水平，也是提高措施有效率的有效途径。“十五”期间， 单井次增油平均为4 1 0 6 1 t ，有效单井次增油平均为4 7 1 1 7 t ，从图2 5 可 以看出，“十五”头两年单井措施增油量产量较高，后三年产量递减较快， 总体呈逐年下降趋势，且下降趋势逐年趋缓。主要原因是随着措施目的井 层条件逐年变差，措施挖潜难度越来越大，尤其是聚合物驱老井改造难度 大，造成总体措施工作量上升和有效率下降，初期是对厚度较厚埋藏较浅 的油层进行措施，措施效果明显；后期随着含水率的上升和可改造油层厚 度的降低，措施效果降低，增油量随之下降，但是由于措施个性化设计以 及新工艺新技术的实施，产量降低减缓。计算公式定义如下： 单井次增油= 百泵甄篆薯善苗鑫i 酉戛 1 7 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章采油工程措施潜力研究 有效单井次增油= i 歪再再翥害警薯像措愚牛作业伺叙开次一日重 单井次增油和有效单井次增油之间的距离越大表示措施有效率越低，柱 状间距离越近措施有效率则越高，如图2 - 5 所示。 9 0 0 8 0 0 o7 0 0 蚕：器0 怒4 0 0 救3 0 0 廿2 0 0 1 0 0 0 圈庙们庙圈圈圈 1 9 9 81 9 9 92 0 0 02 0 0 l2 0 0 22 0 0 32 0 0 42 0 0 5 时间 。_ 。- 。一 l 囤单井次增油一有效单井次增油i 图2 5 单井次增油和有效单井次增油柱状图 针对几项主要的油井增产措施，这里作简要的分析。首先看油井压裂， 压裂是目前增产能力最强、增产效果最好的措施之一。压裂、换机泵和补 孔改层三项措施比例占总增产措施的8 0 9 6 左右，而增油比例占9 0 以上。 表2 - 3 油井压裂措施效果表 压裂 年份 有效率增油投入吨油成本 总井次有效井次 ( )( 1 0 t )( 1 0 4 元)( 元) 1 9 9 81 0 8 7 9 5 9 8 8 29 4 8 7 2 2 8 7 2 9 4 4 3 2 4 1 1 9 9 91 2 9 2 1 2 2 1 9 4 58 6 82 3 2 5 62 6 8 2 0 0 01 1 2 2 1 0 2 9 9 1 7 6 3 3