王 濱

（中國石油化工股份有限公司勝利油田勘探開發(fā)研究院，山東東營 257015）

隨著我國經(jīng)濟進入高質(zhì)量發(fā)展階段，油田開發(fā)的導(dǎo)向也從單純追求產(chǎn)量、資源最大化利用，轉(zhuǎn)變?yōu)樽⒅赜吞镩_發(fā)質(zhì)量，但當前我國大多數(shù)油田進入特高含水開發(fā)期，存在開發(fā)條件日益復(fù)雜、開發(fā)技術(shù)比較落后和管理工作不夠充足等情況，控含水換遞減難度大，這使得保持油氣增儲上產(chǎn)的形勢異常嚴峻[1]。破除油田開發(fā)實際困局，必須走油田高質(zhì)量發(fā)展道路，不僅保證油田開發(fā)高效益，而且兼顧儲量可持續(xù)、開發(fā)技術(shù)高水平等。油田開發(fā)質(zhì)量評價是順應(yīng)并促進油田高質(zhì)量發(fā)展進程的必要手段。

針對油田開發(fā)質(zhì)量評價尚未有相應(yīng)的評價方法。關(guān)于油田開發(fā)評價目前已有多種評價方法，主要是開發(fā)潛力評價方法、開發(fā)效果評價方法，運用各種數(shù)學(xué)方法，如模糊數(shù)學(xué)、運籌學(xué)、多元統(tǒng)計分析、系統(tǒng)分析等對各種指標或參數(shù)進行綜合評價[2]，評價維度和評價方法比較單一，并且評價結(jié)果已經(jīng)形成了相應(yīng)的行業(yè)標準。但由于油田開發(fā)質(zhì)量評價應(yīng)包含更多維度，且要求針對目前的開發(fā)對象和不同的評價層級更具有精準性和目標性，評價難度增加。

基于已有高質(zhì)量發(fā)展和油田開發(fā)評價方法研究，文章總結(jié)了油田高質(zhì)量開發(fā)內(nèi)涵和目標，完善評價指標體系的結(jié)構(gòu)、指標權(quán)重，基于中國東部某油田中1 116個開發(fā)單元，對3種單一評價方法進行檢驗及組合，形成完整的油田開發(fā)質(zhì)量評價、分析方法體系。

1 油田開發(fā)質(zhì)量評價方法

1.1 評價指標體系構(gòu)建

1.1.1 油田高質(zhì)量開發(fā)的內(nèi)涵及目標

基于國家宏觀政策、石油行業(yè)及油田開發(fā)企業(yè)層面高質(zhì)量發(fā)展內(nèi)涵總結(jié)，結(jié)合我國油田目前進入高含水開發(fā)期等開發(fā)階段特征，對油田高質(zhì)量開發(fā)提出明確的需求和方向，提煉出油田高質(zhì)量開發(fā)的內(nèi)涵為：在新發(fā)展理念指導(dǎo)下，油田開發(fā)企業(yè)持續(xù)強化技術(shù)創(chuàng)新、管理創(chuàng)新驅(qū)動，補齊短板與弱項，不斷提高各要素的生產(chǎn)效率、提升開發(fā)效能和開發(fā)效益；持續(xù)提供產(chǎn)量穩(wěn)定、綠色低碳的原油產(chǎn)品；確保高水平、高層次、高效率的經(jīng)濟價值和深遠的社會價值。油田高質(zhì)量開發(fā)目標涵蓋4個方面：①儲量資源可持續(xù)，有后續(xù)可利用開發(fā)的規(guī)模儲量資源，提供持續(xù)開發(fā)所必須的儲量接替；②資產(chǎn)運行高效率，保持資產(chǎn)配置與運行的高效率，地下儲量資產(chǎn)是油田開發(fā)企業(yè)最大的資產(chǎn)，資產(chǎn)配置主要體現(xiàn)在利用油水井對儲量的有效控制開發(fā)；③原油開采高效益，通過不斷的管理創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新降低開發(fā)成本，或者擴大高成本高產(chǎn)出的規(guī)模，實現(xiàn)開發(fā)效益的提高；④開發(fā)技術(shù)高水平，將現(xiàn)有開發(fā)技術(shù)發(fā)揮極致，并具有持續(xù)提供開發(fā)技術(shù)接替的空間。

1.1.2 確定油田高質(zhì)量開發(fā)評價指標及其權(quán)重

基于油田高質(zhì)量開發(fā)內(nèi)涵和目標，匯集中外石油公司、資源類企業(yè)和裝備制造企業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展指標，分類進行詞頻分析并根據(jù)結(jié)果進行指標篩選，結(jié)合指標的聚合與關(guān)聯(lián)情況，運用德爾菲法的3次校驗對指標體系進行完善；最后結(jié)合層次分析法[3-4]及德爾菲法[5]對指標體系進行賦權(quán)。本研究確定的指標體系及賦權(quán)結(jié)果如表1所示。

表1 油田高質(zhì)量開發(fā)指標體系及其權(quán)重

1.1.3 評價指標無因次化方法

在對油田開發(fā)質(zhì)量進行評價時，需要注意以下幾點：首先，不同單位數(shù)值的指標之間不好直接比較，可以通過一般的無量綱化方法進行單位統(tǒng)一；其次，各個指標的評價標準不統(tǒng)一，需要考慮某一油田類型下具體指標的實際開發(fā)因素，由專家給出絕對的劃分區(qū)間，而不是按樣本相對位置或比例進行劃分；最后，不同類型的油田，其開發(fā)質(zhì)量等級劃分的依據(jù)各不相同，但實際往往需要綜合對比不同類型油田的各個指標，從整體上了解各類型油田的相對開發(fā)質(zhì)量。結(jié)合油田開發(fā)質(zhì)量評價的以上特點，本研究結(jié)合絕對的指標劃分區(qū)間，使用功效系數(shù)法進行無量綱化[6]，最終得到可以進行評價的指標數(shù)值，并支持跨油藏類型的評價。其中功效系數(shù)法基本原理見式（1）：

式中，M和m分別表示指標x的滿意值和不容許值，c和d均為已知正常數(shù)（根據(jù)實際情況直接給定），c的作用是對變換后的值進行“平移”，d的作用是對變換后的值進“放大”或“縮小”。類似極值處理方法，取值范圍確定，最大值為c＋d，最小值為c，一般取c＝0.6，d＝0.4。

1.2 評價方法

1.2.1 單一評價方法篩選

依據(jù)充分性、系統(tǒng)性、適應(yīng)性、針對性等原則，結(jié)合油田開發(fā)的背景，最終確定了模糊綜合[7]、灰色關(guān)聯(lián)[8]以及TOPSIS[9]等3種經(jīng)典評價方法。3種方法均能有效支持多層級指標體系。此外，在保證客觀公正評價的基礎(chǔ)上，3種方法針對油田開發(fā)的特殊性，在不同程度上均支持參數(shù)的調(diào)整，適應(yīng)不同的開發(fā)背景。

1）模糊綜合評價法

該方法根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論，通過劃分多個評價區(qū)間，針對每個區(qū)間設(shè)計隸屬度函數(shù)，將定性的評價區(qū)間轉(zhuǎn)化為定量的評價數(shù)值。由于影響油田開發(fā)質(zhì)量的因素較為復(fù)雜，采用此方法，開發(fā)管理人員可以根據(jù)油田開發(fā)背景進行評價區(qū)間及隸屬度函數(shù)的設(shè)計，有效避免指標數(shù)值本身帶來的評價誤差。

2）灰色關(guān)聯(lián)評價法

該方法是一種幾何評價方法，通過比較各評價對象指標與最優(yōu)指標的關(guān)聯(lián)度，對每一個評價對象進行賦分。該方法中唯一可調(diào)參數(shù)（分辨系數(shù)）的取值代表著對同一指標、不同評價對象的分辨能力，可以根據(jù)油田開發(fā)背景進行調(diào)整。

3）TOPSIS評價法

TOPSIS評價法與灰色關(guān)聯(lián)評價法的機理類似，該方法虛擬出正、負兩個理想點，分別計算每個評價對象距離正、負理想點的歐式距離，再求評價對象到正理想點的相對接近度。不同油田的開發(fā)質(zhì)量有時差異較大，此方法的賦分標準參考不同油田與理想油田的相對位置。實際評價中，開發(fā)管理人員可以根據(jù)開發(fā)背景設(shè)計理想油田指標數(shù)值。

1.2.2 組合評價方法

任何評價方法存在其應(yīng)用場景與短板，運用不同的單一方法，得到的評價結(jié)論會有所不同。在應(yīng)用單一方法評價時發(fā)現(xiàn)，盡管根據(jù)開發(fā)背景對方法參數(shù)進行適配，仍出現(xiàn)部分油田在一種評價方法結(jié)論中排名靠前，但在另一種評價方法結(jié)論中排名靠后的情況。油田開發(fā)質(zhì)量的評價結(jié)果對該油田的管理決策、優(yōu)化方案及資源分配至關(guān)重要。因此，如何選擇客觀且合理的評價方法也是油田企業(yè)關(guān)注的重點[10-12]。根據(jù)相關(guān)文獻[13]，采用簡單平均、熵權(quán)法、偏差平方最小法等3種組合方法，并結(jié)合偏移度思想得到6種組合評價結(jié)果。根據(jù)斯皮爾曼等級相關(guān)系數(shù)法進行檢驗，確保評價結(jié)果的客觀性。表2（第2、3、4列）為1 116個開發(fā)單元評價中，不同組合評價方法對單一評價結(jié)果的組合權(quán)重。

表2 單一總體評價結(jié)果的組和權(quán)重

1.2.3 評價流程

本文構(gòu)建的評價方法體系以3種單一評價方法為起點，得到各自評價結(jié)果。對單一評價方法的結(jié)論進行事前檢驗[14-15]，即檢驗評價方法的排序結(jié)果之間是否滿足一致性。若不一致，需要重新選取單一方法。應(yīng)用不同組合方法對多個單一評價方法結(jié)果進行組合，對組合后的評價結(jié)論進行事后一致性檢驗[16]（見表2，第6列）。通過檢驗，則選擇最優(yōu)組合評價方法并輸出該方法的評價結(jié)果。

事前檢驗用于驗證m種評價方法對n個評價對象的排序評價結(jié)果是否一致，本文采用Kendall一致性系數(shù)及其卡方統(tǒng)計量來衡量。在1 116個典型礦場單元應(yīng)用中，對3種單一方法計算得到的卡方統(tǒng)計量為3 045.68，大于臨界值1 193.80[（x2（1 116）]，說明單一評價結(jié)果通過一致性檢驗，可以進行組合。

事后一致性檢驗采用斯皮爾曼等級相關(guān)系數(shù)及其T統(tǒng)計量（見表2）。6種組合評價方法的T統(tǒng)計量取值均遠大于1.962[t1116（0.025）]，說明組合評價方法均通過一致性檢驗。最終確立偏差平方最小法（斯皮爾曼等級相關(guān)系數(shù)最大值）進行組合評價。

1.3 油田開發(fā)質(zhì)量的評價及結(jié)果分析方法

1.3.1 油田開發(fā)質(zhì)量評價的特殊性

當前我國主力生產(chǎn)油田多數(shù)已經(jīng)步入開發(fā)中后期，油田含水量增加，地下剩余可動油趨于總體分散而復(fù)雜化，穩(wěn)產(chǎn)難度越來越大；而資源接替程度、成本上升等對增油措施的有效性又提出了越來越高的要求。油田開發(fā)質(zhì)量評價作為一項油藏管理的基礎(chǔ)性和經(jīng)常性技術(shù)工作，通過對不同油田類型的橫向?qū)Ρ纫约皩Σ煌筒仡愋偷牡燃壴u價，獲取提升油田開發(fā)質(zhì)量的關(guān)鍵性指標，在提高措施有效率和改善油田開發(fā)效果方面發(fā)揮著越來越重要的作用。油田質(zhì)量評價是以齊全準確的靜態(tài)、動態(tài)及監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，從開發(fā)技術(shù)、資產(chǎn)運行、油田開發(fā)效益和儲量資源等評價指標入手，進而提出下一步開發(fā)調(diào)整方向與措施建議，實現(xiàn)油田開發(fā)的高質(zhì)量。取全取準第一手數(shù)據(jù)是做好質(zhì)量評價分析的前提，但質(zhì)量評價指標數(shù)據(jù)采集難易程度不一，部分指標可直接獲得，如采收率、含水上升率；部分指標須通過技術(shù)手段獲得，如噸油能耗下降、現(xiàn)有資源利用率；部分指標需要主觀結(jié)合客觀的方式獲取，如智慧油氣指數(shù)上升率、體制機制改革深化程度。針對一個具體的采油生產(chǎn)單位來說，如智慧油氣指數(shù)上升率、體制機制改革深化程度等指標是一致的。

1.3.2 評價結(jié)果分析方法

油田開發(fā)質(zhì)量評價的最終目的是把握各油藏單元的開發(fā)情況，以便有的放矢采取針對性的提升措施。為了尋找油田高質(zhì)量開發(fā)的關(guān)鍵性影響指標，首先對樣本集評價結(jié)果進行等級劃分，再對評價結(jié)果的等級與二級指標的等級進行關(guān)聯(lián)，挖掘不同等級區(qū)間油藏單元的關(guān)鍵指標。通過模擬關(guān)鍵指標開發(fā)效果，深入剖析關(guān)鍵性指標存在的問題和潛力。

1.3.3 油田開發(fā)質(zhì)量等級劃分

聚類有助于宏觀地、通過群聚的方式得到不同油田所在等級，為分等級制定提升措施提供同質(zhì)化參考。聚類方法主要包括劃分方法、層次方法、密度方法等，典型的方法如K-means、K-medoids、Agglomerative等。本研究首先對典型的樣本集進行評價，基于表1的開發(fā)指標體系，采用K-means聚類[17]方法對評價結(jié)果進行分級，分級結(jié)果為油田開發(fā)管理人員提供參考，最終確定將評價結(jié)果劃分為3個等級（K＝3）。在無量綱化過程中，通過設(shè)計2個界限單元（指標臨界值為0.6和0.8），將各指標的無量綱化數(shù)據(jù)由大到小劃分為“好-中-差”3個區(qū)間。將2個界限單元與評價樣本一起進行評價，界限單元的評價結(jié)果取值可以作為為劃分開發(fā)質(zhì)量的界限（臨界值為0.001 044 0和0.000 617 5），將評價結(jié)果劃分為“高-中-低”3個區(qū)間。

1.3.4 關(guān)鍵指標挖掘

為了把握指標體系中的指標對總體評價結(jié)果的影響，為各油田努力提升開發(fā)質(zhì)量提供方向，開發(fā)人員需要對評價結(jié)果進行分析，從而定位出關(guān)鍵性指標，及時施策優(yōu)化。在一般評價指標體系中，指標的權(quán)重可以反映其對開發(fā)質(zhì)量的重要性。但油田的評價結(jié)果還與數(shù)據(jù)的分布、無量綱化的程度以及評價方法本身的邏輯有關(guān)。對于較為復(fù)雜的評價過程來說，很難從評價方法的機理上對關(guān)鍵指標與評價結(jié)果進行直接的關(guān)聯(lián)。因此，從評價結(jié)果出發(fā)，將整個評價過程當作“黑盒”，分析評價結(jié)果等級（高-中-低）與油田各個指標等級（好-中-差）的關(guān)聯(lián)關(guān)系，對指標關(guān)鍵性給出科學(xué)的結(jié)論。

對于小規(guī)模樣本集，可以通過統(tǒng)計每一種等級分布的樣本個數(shù)，并結(jié)合可視化工具對關(guān)鍵指標進行定位；對于大規(guī)模樣本集，還可以通過頻繁模式挖掘?qū)ふ疑鲜鲫P(guān)系[18-19]。參考相關(guān)研究工作[12]，本研究提出并實現(xiàn)以下過程：首先將評價結(jié)果的等級數(shù)據(jù)、原始指標等級數(shù)據(jù)合并代入Rosetta軟件，輸出分類規(guī)則，再對分類規(guī)則中所有指標的等級組合，通過Apriori算法[20]得到所有的頻繁模式，最后設(shè)定不同的閾值對關(guān)鍵指標及關(guān)鍵指標集進行確定。由于典型礦場單元中各類型樣本個數(shù)有限，對該部分采用條形圖進行分析。

2 典型礦場單元應(yīng)用

在構(gòu)建油田開發(fā)質(zhì)量評價方法體系基礎(chǔ)上，依據(jù)各油田類別特征，選取中國東部某油田中1 116個開發(fā)單元，進行開發(fā)質(zhì)量評價方法的應(yīng)用。首先確定評價對象（即5類油藏：整裝構(gòu)造油藏、復(fù)雜斷塊油藏、低滲透油藏、稠油熱采油藏、巖性油藏），構(gòu)建評價指標體系并賦權(quán)；其次對所有開發(fā)單元按油藏類型、按指標、按等級無量綱化；再對無量綱化后的數(shù)據(jù)進行開發(fā)質(zhì)量評價，分析評價結(jié)果并得出影響不同類型油藏單元開發(fā)質(zhì)量的關(guān)鍵指標；最后通過對關(guān)鍵指標的靈敏度分析，驗證評價方法體系的合理性，并對關(guān)鍵指標進行模擬，驗證評價過程的有效性。

2.1 評價結(jié)果可視化

針對典型礦場單元，選取斯皮爾曼等級相關(guān)系數(shù)最小的組合方法（偏差平方最小組合法），對3種單一評價方法的結(jié)果進行組合，最終得到的評價結(jié)果如表3及圖1所示。

表3 1 116個開發(fā)單元中編號前5的開發(fā)單元最終評價結(jié)果示例

圖1 各類型油藏單元開發(fā)質(zhì)量的評價等級統(tǒng)計結(jié)果

由表3可知，評價結(jié)果的得分排名與地質(zhì)儲量及年產(chǎn)油無直接關(guān)系。由圖1可知，盡管復(fù)雜斷塊油藏與低滲透油藏的樣本單元個數(shù)較多，其高質(zhì)量油藏單元在該類型單元內(nèi)部所占比例較低。結(jié)合表中地質(zhì)儲量及年產(chǎn)油等信息，開發(fā)人員可以直觀分析每個油藏單元的開發(fā)質(zhì)量，并通過對比不同類型油藏單元的評價結(jié)果等級，管理人員可以清晰了解不同油藏類型的開發(fā)質(zhì)量。

2.2 關(guān)鍵指標定位

選取復(fù)雜斷塊油藏油藏的類型單元為分析目標舉例，對評價結(jié)果等級為“高”的油藏單元進行可視化分析，得到部分指標等級（好-中-差）與開發(fā)質(zhì)量評價等級（高-中-低）的關(guān)系。通過統(tǒng)計滿足條件的油藏單元個數(shù)及對應(yīng)儲量信息，可以對該等級的關(guān)鍵指標進行挖掘，如圖2、圖3所示。

圖2 復(fù)雜斷決油藏中評價結(jié)果等級“高”的單元指標個數(shù)占比

圖3 復(fù)雜斷決油藏中評價結(jié)果等級“高”的單元指標儲量占比

評價結(jié)果為“高”質(zhì)量的油藏單元，其含水上升率、噸儲資產(chǎn)、噸油操作成本、儲量替代率等指標相對較好。結(jié)果表明，復(fù)雜斷塊油藏的高質(zhì)量開發(fā)單元的關(guān)鍵指標有：含水上升率、噸儲資產(chǎn)、噸油操作成本、儲量替代率等。

2.3 靈敏度分析

指標權(quán)重的變動和指標數(shù)值的變化可能會使評價前后存在較大的差異，因此驗證整個評價方法體系的穩(wěn)定性是有必要的。以采收率為例，當該指標數(shù)值變化時，若所有油藏單元的排名變化絕對值不大，則說明評價方法在一定程度內(nèi)對采收率的變化是穩(wěn)定的。

假設(shè)采收率指標數(shù)值可以調(diào)整一定百分比，按照2%為調(diào)整間隔，對8次調(diào)整后的數(shù)據(jù)分別進行評價，得到評價排名的變化情況，如表4所示。

表4 采收率指標數(shù)值對1 116個油藏單元評價結(jié)果排名的靈敏度分析 名

在表4中，排名總變化為調(diào)整采收率前后所有油藏排名變化的絕對值之和；平均排名變化為油藏單元排名總變化取平均值（除以1 116）；最大排名變化為各油藏單元排名變化的最大值。由表4可知，①采收率指標數(shù)值變化幅度越大，評價結(jié)果的排名變化也越大；②采收率指標數(shù)值在-8%～8%內(nèi)波動時，排名結(jié)果的變化不大：1 116個油藏單元的平均排名變化小于6名，最大的排名變化僅為36名，遠小于樣本量。對其余指標均進行靈敏度分析，結(jié)果表明，單一指標數(shù)值的改變，對最終評價結(jié)果影響不大。以上結(jié)果進一步說明，針對典型礦場單元構(gòu)建的評價方法體系有較好的穩(wěn)定性。

2.4 油田高質(zhì)量開發(fā)動態(tài)施策模擬

本研究提出的方法體系基于Linux/Windows環(huán)境并使用Python開發(fā)為自動化程序，因此在指標體系不改變的前提下，開發(fā)人員可以對關(guān)鍵指標進行施策模擬。通過修改指標數(shù)值、指標權(quán)重、樣本集個數(shù)、指標等級劃分區(qū)間以及選取適當?shù)卦u價結(jié)果組合方法，油田開發(fā)人員可以根據(jù)真實評價任務(wù)進行適配，動態(tài)調(diào)整開發(fā)質(zhì)量的評價環(huán)境，以滿足油田企業(yè)的不同需求，促進油田高質(zhì)量開發(fā)。

3 結(jié)語

面向油田高質(zhì)量開發(fā)，本研究設(shè)計并實現(xiàn)的評價方法體系穩(wěn)定、有效地評估了典型礦場油藏單元?？苫谠撛u價方法體系及實現(xiàn)進行開發(fā)質(zhì)量的動態(tài)評價，提高油田開發(fā)質(zhì)量。