油田开发指标预测方法综述

油田开发指标预测方法综述(转贴)
默认分类2007-09-29 21:53:39 阅读305 评论0 字号：大中小订阅
从渗流力学和控制论角度看，油层系统属于分布参数系统，描述其状态的最为根本的物理量是油层压力场和含水饱和度场(脱气或注气情况下还要有含气饱和度场，对于化学驱还要有注入化学剂浓度场)，但在通常情况下这些场描述起来繁杂，既不易获得，也不易使用。

因此，在工程上人们常用能够计量和测试到的这些状态的某种输出或导出指标，如油水井地层压力、产油量、产液量、含水与采收率等量值对油层开采状态进行表征，这些量值就是人们通常所说的开发指标。

一个油田开采状况的评价，油田开发规划，油田开发方案设计与调整等决策管理问题都是以油田开发指标变化特征作为重要依据的。

因此，油田开发指标预测在油田开发工作中具有极其重要地位，预测方法研究是石油科学重点课题。

可以说，从石油工业诞生那天起，油田开发指标预测工作就开始了，随着现代科学技术的发展和油田开发生产的实际需要，油田开发指标预测方法得到了长足的发展和完善，已成为油藏工程研究的一个重要内容
一、油田开发指标预测方法的发展历史及其多样性;
油田开发指标预测方法的发展过程与美、俄等主要产油国的石油工业历史、油田开发理论的发展与完善是密不可分的，大致可划分为如下4个阶段
(1)开始采油—1930年左右，主要研究产量与井网密度之间关系，此阶段预测方法缺乏理论依据，不成熟。

(2)1930—1940年前后，美国马斯盖特、前苏联巴利索夫发展油藏驱动能量学说，把地下流体力学理论用到油田开发指标研究上来，得到了一系列产油计算公式，薛尔绍斯建立了物质平衡方程式。

(3)1940—1950年前后，主要针对注水方式建立预测方法，如美国的贝克莱—列维莱特建立水驱油理论，前苏联的谢尔卡桥夫建立了多种布井条件下产量计算公式。

(4)1950年以后，美国学者道格拉斯和皮斯曼把计算数学和计算机技术引入到油田开发预测中来，建立了油藏数值模拟方法。

新中国成立以后，尤其是大庆油田投入开发以后，我国油田开发技术人员在积极引进国外方法的同时，也根据本国油田实际特点，建立了一系列油田开发指标预测方法，为丰富油田开发理论做出了贡献。

从已公开发表的结果看，油田开发指标预测方法不下百种，与其它预测问题相比，具有明显的多样性特点，这是由油田开发特点所决定的，其原因可以概括为：(1)油田开发预测问题的多样性。

油田开发可行性论证、油田开发规划编制和油田开发方案设计、开发试验区设计等一系列工作都需要对开发指标进行预测，这些问题的不同要求需要使用不同特征的开发指标预测方法。

(2)即使同类问题，在油田开发不同阶段，对油层认识不同，数据资料的多少与可信度不同，也可能选用不同类型的方法。

(3)油田或区块的规模、地质开发条件的复杂难易程度的不同，应该使用不同的方法。

(4)不同开发方法，如天然能量开采、注水开采和三次采油具有不同的驱替机理，也应该选用不同的方法。

(5)石油科学本身的发展，尤其是渗流力学的出现和不断完善，为研究油田开发指标预测方法提供了基础，现代科学技术，尤其是近年来系统科学、计算数学和
计算机技术的高速发展，为研究各种各样的开发指标预测方法提供了技术上的支持。

(6)不同类型油田开发研究人员，偏好不同类型的预测方法。

例如，矿场人员喜欢简单、方便的经验性的方法，而大专院校及研究院、所的科研人员则偏爱于理论上较强的方法，这也是油田开发指标预测方法多样性的一个原因。

二、油田开发指标预测方法分类及评述
对于种类繁多的开发指标预测方法，根据其基本原理可概括为5大类。

1，经验公式类
(1)采收率预测公式
根据大量油田实际参数进行统计回归，得到采收率与油层静态参数和井网密度等之间的经验统计关系用于预测最终采收率。

这类方法精度不高，主要用于开发前期的采收率(ER)或可采储量计算。

其中影响较大的有以下3种：
①美国Arps J.J.等人由312个油藏数据统计出的API公式
ER=54.898〔Φ(1-Sw)/Boi〕0.042 2(kμw/μo)0.077×(Sw)-0.190 3(Pi/Pa)-0.215 9(1)
式中k——渗透率，×10-3μm2；Pi，Pa——初始地层压力和废弃地层压力，psi.(1psi=0.007MPa)；μw,μo——水、油地下粘度，mPa . s；Φ——油层孔隙度，小数；
Sw——束缚水饱和度，小数；Boi——原油体积系数。

②Guthric和Greenberger等人给出的公式
ER=0.217 9 log(k)+0.255 69 Sw-0.135 5×log(μo)-1.538Φ-0.000 348 8 h+ 0.114 03(2)
式中h——油层厚度，ft(1ft=0.304 8m)。

公式(1)、(2)主要适用于边水驱动油田，对注水开发油田误差较大。

③谢尔卡桥夫公式
ER=EDexp(-b/f)(3)
式中ED——极限驱油效率，小数；f——井网密度，井数/km2；b——常数。

(2)水驱特征曲线
水驱特征曲线的基本原理是开发中后期累积产油、累积产水、累积产液和含水等指标经过处理后成直线相关形式，
利用回归分析方法确定出直线方程，并依此预测产油、含水之间相对变化，进而预测油田可采储量或其它开发指标变化。

目前水驱曲线已有数十种类型，但最为常用的有如下3种形式
log(Wp)=a+bNp (4) log(WOR)=a+bNp(5) Lp/Np=a+bLp(6)
式中Wp、Np、Lp——累积产油、累积产水和累积产液，104t；WOR——水油比；a,b——常数。

生产实际表明，水驱特征曲线方法对于大多数油田开发中后期的开发指标预测比较有效，简单易行，深受矿场人员欢迎。

大庆油田近年来建立的用于开发规划的开发指标预测方法实质上就是在水驱曲线的基础上发展起来的。

(3)产量递减(衰减)方程
产量递减方程通常是指美国学者Arps在递减率的概念上提出的以下3个方程-
指数递减方程qo(t)=qiexp(-Dit) (7)
调和递减方程qo(t)=qi/(1+Dit) (8)
双曲递减方程qo(t)=qi(1+nDit)-1/n (9)
式中qi——初期产油量；Di，n——初始递减率和递减指数，常数。

这些方程被认为是经验性的，后来笔者运用渗流理论证明了这些方程。

生产实际表明，在不考虑重大措施情况下，
产量递减方程仅使用产量变化历史数据，操作简单，是预测产油量的一种有效方法，在美国、加拿大等
西方国家论证油田开发可行性方面比较受到重视。

此外，前苏联学者还提出了累积产量与时间倒数(有时加修正项)成直线关系的所谓衰减方程
Np(t)=a-b/t
(10)
(4)经验模式方法
这类方法在美国得到一些应用，其基本思想是把产油量概括几个阶段，由多个油田实际生产数据统计各阶段
一些经验特征数(如阶段采出程度)，在此基础上建立产油量变化模式。

如Bush-Haland方法把产油量划分为初始响应、上升、递减3个阶段，在给定注水量基础上预测出每一阶段时间跨度及几个关键点处的产量(包括高峰期产量)，依此给出产量变化趋势。

类似的还有Guerrero & Earlougher方法。

该类方法使用数据较少，主要用于开发前期的开发指标预测。

由于这种方法经验性较强，是基于美国的开发模式、开发数据得到的，对我国不太适用，但其基本思想很值得借鉴。

2，水动力学公式类
这类方法较多，主要是建立渗流力学模型，从Stiles等人的活塞流、巴利索夫的等值渗流阻力法到以Buckley-Leverett方程为基础的Higgin & Leighton提出的非活塞流管法等都有较多的计算公式。

这类方法的特点是机理比较明确，但有时过于理想化，与实际差别较大。

这类方法主要用于开发前期的开发指标变化趋势与开发机理研究、初步开发方案的对比与优选。

由于水动力学公式比较繁杂，本文不再列出，可参考文献〔1，2〕。

3，物质平衡方程类
物质平衡方程由美国薛尔绍斯建立，主要用于描述罐模型，即零维模型(一般为代数方程，有时也用常微分方程描述)。

在忽略油层非均质性和压力分布差别的情况下可以使用，一般用于弹性驱动、溶解气驱动和水驱油田的宏观的开发指标变化趋势的预测或开发机理研究。

这类方法机理比较明确，计算简单，但不能给出非均质油层的精细预测。

4，油藏数值模拟类
油藏数值模拟方法的主要原理是运用偏微分方程组描述油藏开采状态，通过计算机数值求解得到开发指标变化。

这种方法的优点不仅机理明确，可以考虑油层非均质性和复杂的边界条件，能够考虑粘滞力、重力和毛管力的综合影响，能够给出油层各处的饱和度分布和压力
分布及各井的开采指标。

与其它方法相比，其局限性是需要很多的输入数据，计算工作量大，费用高。

由于节点数、计算速度和输入数据的限制，目前还不能用于较大规模的或区块的整体预测，这种方法主要用于油田开发方案设计与调整过程中的开发指标预测、各种措施的机理分析与效果预测。

水驱黑油模型、化学驱模型和热采模型等都有商品化软件。

尤其是黑油模型商品化程度较高，软件种类繁多。

目前，油藏数值模拟技术在油藏工程中具有极其重要地位。

5，通用预测方法类
这类方法是在研究一般的经济、控制问题与人工智能等问题建立起来的通用性较强的一类方法，一些油田开发技术人员已尝试把这些方法借用到油田开发指标预测上来，比较常用的有：
(1)时间序列分析方法
时间序列预测是经济、气象、水文和地震等领域经常使用的一种通用的随机类方法，也是统计数学的一个分支。

其基本思想可描述为“看看过去，观察现在，推测未来”。

油田开发指标，如产油量、产水量都可以看成是时间序列，并可用通用的辨识技术进行建模和预测。

这类方法不追求机理，建模要求数据量较大、准确，用于短期预测比较有效，这类方法在实际预测工作中使用较少，但一种发展趋势是一些时变预测模型中参数用时间序列分析方法计算。

(2)灰色预测方法
灰色预测方法是我国邓聚龙教授建立的，是处理数据不准确，即有一定灰度的一种通用预测方法。

具有代表性的有GM(1，1)模型，
适用于数据量较少，很难使用概率统计方法建模的情形。

同样，这种方法也不追求机理，目前在农业预测方面应用较多，在油田开发指标预测中虽有理论性文章，但还很少得到实际应用。

(3)神经网络方法
神经网络方法是近年来人工智能(AI)研究的一个重点问题，在预测方面主要使用前馈神经网络。

首先利用BP算法进行学习，确定出网络的连接权重等参数，然后进行预测。

神经网络模型可以模拟复杂的非线性函数，是通用性较强的一种方法。

在石油工业中，用于根据测井曲线资料进行储层静态参数如孔隙度、渗透率识别效果较好。

也有人用于开发动态指标预测，但这种方法也缺乏机理，还没有发现比其它方法更为独到的地方。

笔者认为，对于复杂的、规律性较差难以用水驱曲线等方法进行研究的问题，用神经网络方法学习专家经验或油藏数值模拟结果，建立预测模型，可能是一个值得探索的问题。

4)功能模拟方法
功能模拟方法基本原理主要是考虑不同系统之间功能方面的相似性，从而用一已知系统的功能或行为方程模拟、类比另一系统的功能或行为。

在油田开发指标预测方面，人们目前主要采用了Poisson旋回模拟产油量变化历程，用Logistic 方程(生长曲线)模拟含水上升规律。

功能模拟方法预测油田开发指标的适用范围及一些技术问题还需进一步解决。

三、对油田开发指标预测方法发展趋势的几点看法
随着油田开发过程的不断深入，驱替方式的不断转变，油田开发系统日趋复杂化，对油田开发指标预测提出了更高的要求，而现在科学技术的发展和人们对油田开发实践知识的积累，为不断地发展和完善油田开发指标预测方法以更好地满足油田生产实际需要提供了技术上的支持，因此，人们还应该进一步重视、完善
开发指标预测方法体系。

关于其发展趋势，笔者提出以下几种看法：
(1)油田开发过程的复杂化决定了油田开发指标预测不仅是一门科学，而且还是一门艺术，既依赖于科学的理论与方法和可靠的数据，还依赖于预测者的经验、学识和判断力。

因此，在进一步预测方法研究中，应充分注意预测数学模型和油田开发专家经验相结合，建立和发展智能预测技术。

(2)各种预测方法都存在一定的优点和局限性。

近年来预测科学中出现一种倾向，即将多种方法综合集成。

油田开发系统是一个复杂系统，因此，今后应该在解剖各种预测方法基础上，发展组合预测技术。

(3)油藏数值模拟在今后油田开发指标预测体系中仍然占有重要地位，对于水驱黑油模型，继续开展与完善并行算法研究，增加计算速度和扩大模拟节点数从而实现精细模拟和精细预测也将是油田开发指标预测技术的一个重要发展方面。

对化学驱、混相驱模型在建模、求解及软件研制方面进一步改进。

(4)除发展三次采油数值模拟外，进一步结合三次采油矿场实际、油藏数值模拟结果与机理分析，发展一套完善、简单、灵活、适用的三次采油开发指标预测方法也应是油田开发人员努力攻关的一个方向。

作者简介计秉玉，男，1963年生，1983年长春地质学院水文地质专业毕业，1991年大庆石油学院油藏工程专业硕士研究生毕业，高级工程师，现从事油藏工程研究工作。

地址：(163712)黑龙江省大庆市让胡路区。

作者单位：大庆石油管理局勘探开发研究院。