用于筛选提高采收率技术的模糊数学模型.pdf
收稿日期:1998209226基金项目:国家重点科技攻关项目(96-121-07)作者简介:李艳辉(1972-),男(汉族),河北赞皇人,博士,现在中国寰球化学工程公司从事过程系统模拟方面的研究工作。文章编号:100025870(1999)0520042203用于筛选提高采收率技术的模糊数学模型李艳辉 陈光进 郭天民(石油大学化工学部,北京102200)摘要:针对各种提高采收率技术的优缺点和应用范围,开发出了模糊数学模型(EMC),以便于对提高采收率技术进行筛选。为验证模型的正确性,利用文献中的一些油藏数据和生产情况对模型的应用效果进行了检验。结果表明,该模型的输出结果和油藏工程专家的选择结果基本一致。该模型具有很强的可调性,在其程序中预先设置了接口,为加入新的提高采收率技术提供了方便。关键词:提高采收率技术;筛选;三次采油;模糊数学;数学模型;数据库中图分类号:TE 327 文献标识码:A引 言目前,模糊数学的应用范围已扩展到工程技术、经济、管理等多个方面,在石油工业中,模糊数学已被广泛应用到地震解释、钻井、录井及数据解释、经济评估、油藏描述等多个领域1。应用模糊数学来筛选提高原油采收率(EOR)技术,开发相应的技术软件,对油田开发有重要意义。1 提高采收率技术的发展通常,油田在经过一次和二次采油后,仍有占地质储量约2/3的原油留在地层中。目前每年探明的新增石油储量十分有限,发现大型油田的可能性正在逐年降低。因此,为了最大程度地开发和利用现有的资源,人们发展了各种提高采收率技术(或称强化采油技术2,3),以尽可能多地开发有限的石油资源。目前,世界原油总产量约有3%来自于EOR技术,可以预料这种产油量今后还会进一步上升4。常用的EOR技术可以分为3大类,即热力采油、化学驱和注气混相/非混相驱。另外,还有一些不太常用的方法,如微生物采油等24。当前,从重质高粘原油的蒸汽驱到高压轻质油藏的注氮混相驱,EOR技术的分布范围是相当宽的4。从近几年的发展趋势来看,蒸汽驱仍是目前最主要的提高采收率技术5,与此相比,化学驱的应用有所减少。但实践证明,聚合物驱对提高注水波及效率效果很好,今后仍会有一定的应用价值。唯一持续增长的EOR技术是注CO2。考虑到经济因素的限制,预计热采将继续处于主导地位,而化学驱技术的应用将受到限制,注气技术今后会有更广泛的应用。2 模糊数学模型的原理各种EOR技术都有一定的适用范围,但过去在筛选EOR技术时通常只给出一个确定的界限。例如,一般认为注氮气适用于较轻质的原油油藏,Taber等5给出的范围为API密度指数大于35,但这并不意味着对于API密度指数为34 的油藏就绝对不能采用注氮气。显然,这种传统的表示方法有一定的局限性。比较合理的表示方法应为:原油越轻、油藏压力越高,则越倾向于采用注氮气方法。从技术角度来看,大约80%的油藏可以某种方式注入CO25。但是,实际上并非所有满足条件的油藏都采用这种开发方式。这是因为在选择开发方案时还需要综合考虑该技术对这一油田在技术和经济上的可行性。此外,由于油藏流体的复杂性及油田地质条件的多样性,所选EOR技术的应用效果也会受一些不确定因素的影响,因此只能根据现有数据作简单的估计。由于存在上述这些不确定性,使得采用模糊数学来处理和研究这些问题更具有理论和实际意义,因为模糊数学的宗旨就是把握客观事物的模糊性和1999年 第23卷第5期石油大学学报(自然科学版)Journal of the University of Petroleum,ChinaVol.23No.5Oct.1999不确定性。从一些初步应用的例子来看,采用模糊数学模型得出的结论更切合实际6,7。为此,建立了一个模糊数学模型(EMC)来帮助选择合适的提高采收率技术,并估算出可能的收益。3EMC模型结构及输入参数描述EMC模型主要由数据输入、计算及判断、结果输出三大部分组成,其结构如下:用户提供的信息用户界面技术评估经济评估输出结果.在输入的参数中,地质、经济、操作参数都是单值的,而输出结果即所选择的EOR技术是个多变量的数值。EMC模型的主要输入参数包括油藏条件、原油特性及生产历史,另外还包括原油价格、注入剂价格等经济因素(模型中用权重因子表示)。具体输入参数见表1。表1EMC模型的主要输入参数油 藏 条 件原 油 特 性生 产 历 史油藏埋深、原始油藏压力、油藏温度、储层岩性、油藏倾斜角度、储层厚度、油藏原始储量(OOIP)、油藏孔隙度、油藏渗透率及非均质程度、原生水饱和度、地层水矿化度及酸碱性原油密度、原油粘度、原油组成及气油比、毛管数原先的采油机理(弹性驱、重力驱、水驱等)、一二次采油总采出率、残余油饱和度、最小混相压力(注CO2、干气、氮气等)、各种注入物的价格及其供应情况、原油价格 具体操作时,用户首先输入基本的油藏条件和原油性质参数。第一步筛选时,将输入的各种参数与知识库相比较,然后通过模糊聚类分析得到各种EOR技术的可行性信息。模型的知识库由40条推理规则构成,每条规则都用IF和THEN语句来表示。这些规则建立在对EOR项目广泛调查的基础上,并且与目前广泛应用的工业标准相结合,在这一步中剔除掉基本不可能采用的EOR技术(如对于裂缝发育的油藏可以不考虑注气,温度过高的油藏不考虑化学驱)。然后根据输入的具体数值,用模糊聚类方法计算出各种EOR技术的可行性。在模型中用置信度CF=99表示最适合的方法。置信度越小则表示越不适合,而当置信度小于0时则表示完全不适合。以碱水驱为例,模型中按照原油的酸值把油藏分为很适合、适合、一般、不太适合及完全不适合5个等级,对各等级的置信度分别赋值为99,80,55,25和0。同样,岩石类型被分为合适、一般及不合适3个类型,置信度分别为90,50和5。根据用户输入的原油酸值、岩石类型、储层非均质程度等数据,经过技术评估模块得到该EOR技术的总体可行性信息(用置信度高低表示)。从油田的实际应用来说,在筛选提高采收率技术时主要考虑的是经济因素,所以在评价一种EOR技术的实用性时,不仅要看其技术上的可行性,而且要综合考虑原油价格、各种注入剂的价格、现场维护及操作费用等多方面的因素。为此,在模型中加入了一个对经济效益进行评估的模块。其功能是对经技术评估部分筛选出的EOR技术进行比较,估算出可能获得的增产油量和需要的投资,筛选出在经济上收益最大的方法,即最后的输出结果。在这部分的计算中,最重要的参数是原油的价格,可选的EOR技术在很大程度上依赖于原油价格。模型中提供的EOR技术主要有注烃类气体、注CO2、注N2、蒸汽驱、火烧油层、聚合物驱、碱水驱和注聚合物/胶束驱等8种。在选择EOR技术时,不仅要考虑技术上的可行性,同时也要对经济因素进行考虑,两者结合得出最后的选择。模型的输出结果仅限于上面提到过的8种主要EOR技术,但是,为了给以后程序升级提供方便,程序中预留了接口,可以在需要时很方便地加入新的提高采收率技术。4 模型的应用与检验为了验证EMC模型的可靠性,用该模型对几个实例进行了计算,把计算结果与油藏工程专家的选择结果作对比,以判断其正确性。在检验中共采用了5个油田的数据,前4个分别来自美国和加拿大6,第5个则是我国江苏油田的一个区块。具体的油藏参数及模型计算结果(只列出可行性最大的两种方法)见表2。在这5个例子中,原油API密度指数从16 到46,原油饱和度从0.3到0.82,覆盖了一个较宽的范围。由表2可以看出,本模型所选取的提高采收率技术与油藏工程专家的选择方案基本一致,这说明该模型的选择结果是可靠的。34第23卷 第5期 李艳辉等:用于筛选提高采收率技术的模糊数学模型表2 油田数据及模型选择的EOR技术油田地理位置Permian盆地太平洋岸墨西哥湾太平洋岸中国江苏油藏条件油藏埋深D/m1 8001201 6804602 100原始油藏压力p/MPa16.81.216.36.122.0油藏温度T/8218492776油藏原始储量N/Mm343.347.75.7231.80.45储层岩性碳酸岩砂岩砂岩砂岩砂岩油藏倾斜角度/()58206储层厚度h/m1109.17.318.37油藏孔隙度(%)2832282425平均渗透率k/m21.201.800.200.601.50原油饱和度So0.420.820.300.650.60原生水饱和度Sw0.250.180.300.220.20地层水矿化度/(gL-1)6040654026粘土含量(%)114原油特性原油类型石蜡基沥青基石蜡基环烷基石蜡基原油密度/(kgm-3)0.7950.9620.8550.9000.813原油粘度/(mPas)1.520003.41802.1原油pH值6787毛管准数2.610-53.010-62.710-35.110-4生产历史及采油数据曾使用的采油方法溶解气驱无水驱溶解气驱水驱注液化气最小混相压力p1/MPa15.0注CO2最小混相压力p2/MPa19.020.413.621.8可供注气资源烃类气体、CO2CO2原油价格(/桶)2525252520专家选择方案 注烃类气体混相驱火烧油层聚合物/胶束驱蒸汽驱注CO2模糊数学模型选择结果(1)注烃类气 体混相驱(2)注CO2(1)火烧油层(2)蒸汽驱(1)聚合物/胶束驱(2)聚合物驱(1)蒸汽驱(2)火烧油层(1)注CO2(2)聚合物驱5 结 论(1)当前,经济效益是影响EOR技术选择的主要因素。从技术角度来看,不同EOR技术的适用范围有相互重叠的部分,选择哪种方案需要结合各油田的具体情况来决定。(2)利用模糊数学模型(EMC)来进行EOR技术筛选,根据用户输入的油藏参数和开发信息,综合考虑技术和经济可行性,选出可能收益最大的方法。(3)实例检验结果表明,该模型的输出结果和油藏工程专家的选择方案基本一致。该模型结构简单,更新升级方便,并且在程序中预先留有接口,为加入提高采收率新技术提供了便利条件。参考文献:1Lideniro A.Potential applicationsfor artificial intelligencein the petroleum industry J.JPT,1991,Nov:13061309.2Lake L W.Enhanced Oil Recovery M.USA Prentice-Hall,1989.3Poettmann,F H.Improved Oil Recovery M.USA In2terstate Oil Compact Commission,1983.4Mortis G.EOR dips in US but remains a significant fac2tor J.Oil&Gas Journal,1994,Sept.26th:5179.5Taber J J,Martin F D.EOR screening criteria revisit2edpart 1:Introduction to screening criteria and en2hanced recovery field projects J.SPERE,1997,Au2gust:189198.6Elemo R O,Elmtalab J.A practical artificial intelligenceapplication in EOR projects J.SPE 26248,SPEPetroleum Computer Conference,1993,New Orleans,USA:219228.7 Parkinson W J,et al.Screening EOR methods withfuzzy logic C.1991 International Reservoir Charac2terization Conference,Tulsa,O K,US.(责任编辑 孙燕华)44石油大学学报(自然科学版)1999年10月K ey words:enhanced oil recovery technique;selection;tertiary recovery;fuzzy mathematics;mathematical modelAbout the first author:Li Yanhui,male,obtained Ph.D degree f rom the University of Petroleum in1999.Now heworks on process simulation in Huanqiu Chemical Engineering Corporation,China(Beijing:100029).Wu Zenggui and Luan Zhian/FRACT AL DESCRIPTIONOF FORMATION BETWEENWELLS/1999,23(5):4548Fractal geostatistics and linear interpolation are used to generate highly detailedfractal distributionsof porosity and perme2ability for vertical cross sections.By adjusting the valueof random seed,the multiple realizationsof fractal models are per2formed.A black oil simulator is used to predict the performance of all models.Both spatial structure and intermittence ofproperty distributions can be taken into account infractal models.Thefractional Gaussian noise(fGn)method is more ef2fective than fractional Brownian motion(fBm)method for describing the formation with more uncertainty.Flow simula2tions in multiple realizationsof fractal modelsprovide three kindsof dynamic predictions:the best,the worst and the mostprobable ones.Intermittency exponent influences the performance of fGn models more than that of fGm models.K ey words:formation;fractal;interpolation;rescaled range analysis;fractional Gaussian noise;fractional Brownian mo2tion;section between wells;mathematical modelsAbout the first author:Wu Zenggui,male,gained MS degree f rom the University of Petroleum in1998.Now heworks on displacement mechanism and reservoir engineering at the Department of Petroleum Engineering in the Uni2versity of Petroleum,China(Dongying:257062).Wu Xiaodong,Chen Dechun,XueJianquan,et al/OPTIMIZINGDESIGNFORSURFACEDRIVED PROGRESS2INGCAVITY PUMPINGWELLS BY USING NODAL SYSTEM ANALYSIS/1999,23(5):4952Basedon the study of oil production system,a model for optimizing the production parameters of progressing cavitypumping wells is presented by using the nodal system analysis.The mathematical models for calculating stresses of rodstring are developed on the groundsof mechanical analysis.The resultsof field experiments show that the optimizing de2sign model is reasonable,and the calculationof the mechanical model is accurate.These models can become the theoreticalbasis and calculating methods for the design of production parameters and for the working condition analysis of surfacedrived progressing cavity pumping wells.K ey words:pumping well;progressing cavity pump;nodal system analysis;optimizing design;mathematical modelAbout the first author:Wu Xiaodong,male,professor,received MS degree f rom the University of Petroleum in1988.Now he is studying for the Ph.D degree in the Academia Sinica(Beijing:100871).Wang Kuisheng,Liu Laif u and Zhang Qingzhen/ANALYSIS AND COMPUT ATION OF AXIAL FORCE IN H Y2DRAU LIC TORQUE CONVERTEROF DRILLING RIG/1999,23(5):5356Formulas of axial forces in working cells of hydraulic torque converter are presented on the analysis of the distribution ofstatic pressure on working cellsof hydraulic torque converter.The resultsof computation show that the axial force on theimpeller of pump pushes the pump impeller towards turbine,that axial force on the turbine makes the turbine close to thepump impeller,and axial force on guide roller propelles guide roller towards the pump impeller.Axial forces in the threeworking rollers reaches maximum at startup.Not only axial force on pump impeller but also its fluctuation is the biggestamong the axial forces on the three working rollers.The axial forces are related to oil supply pressure,and also to thesquare of rotary speed and the fourth power of effective diameter of circular circle.K ey words:drilling rig;hydraulic torque converter;static pressure;axial force;force analysisAbout the first author:Wang Kuisheng,male,associate professor,gained Ph.D degree f rom the University ofPetroleum in1998.Now he is engaged in teaching and research on oilfield machinery and equipment in the Universityof Petroleum,China(Beijing:102200).Vol.23No.5Oct.1999Journal of the University of Petroleum,China(Edition of Natural Science)
