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不同油藏类型开发效果的综合评价

——综合评价计算方法之一

李斌

摘要运用系统论的基本理论，结合油田地质、油藏工程、钻采工程、计算机工程及数学等多学科相关理论与技术，采用定量与定性结合、以定量为主；地下与地面结合，以地下为主；传统方法与现代方法相结合，以现代方法为主的辩证思维方式，从油田地质、油藏工程、钻采工程、开发管理、开发经济等不同侧面，提出了包含评价人员、评价对象、评价目的、评价指标、评价模型、评价环境（含上级要求、政策变化、设备支持系统等）有机组合即综合评价系统。

结合实例，说明了评价指标的优选与处理、权重的确定及计算方法的选定与应用。

关键词系统论综合评价评价指标权重计算方法

近几年来，油田开发工程有了很大的发展，油田开发的新理论、新技术、新工艺不断涌现，同时也出现了新的管理理念，提高了油田开发管理水平。

油田开发效果是油田开发各级管理层都十分关注的问题，它直接反映了油田最终采收率的高低、累计采油量的多少和经济效益的大小。

但现在评价油田开发效果的方法仍比较单一，基本上是一个具体方法解决一个实际问题，或者说针对某一问题构造一种新方法，然后用一个实际例子说明该方法的有效性。

其评价指标亦是单方面的，或侧重于技术，或侧重于经济。

然而，油田开发效果是从多方面体现的，因此，不能仅考虑油田开发效果的某一方面进行评价，必需从整体角度全面地考虑。

在调研的基础上，运用系统论的基本理论，结合油田地质、油藏工程、钻采工程、计算机工程及数学等多学科相关理论与技术，采用定量与定性结合、以定量为主；地下与地面结合，以地下为主；传统方法与现代方法相结合，以现代方法为主的辩证思维方式，从油田地质、油藏工程、钻采工程、开发管理、开发经济等方面，整体地、立体地、全面地筛选优化具有独立性、代表性的综合评价指标，建立组合综合评价方法集成与综合评价模型，即油田开发效果的综合评价方法。

1.综合评价体系

综合评价是日常生活中经常遇到的问题，它已渗透到政治、经济、军事、文化、体育、医学等各个领域，涉及到统计学、经济学、数学、工程学、信息学、计算机学等诸多学科，逐步形成一个多学科交叉的新领域。

评价方法也不断发展，愈来愈丰富。

由单指标向多指标、由定性向定量、由传统方法向多元统计、运筹学、模糊数学、信息论、灰色理论等方面发展。

所谓综合评价（Comprehensiveevaluation,CE）简单的说就是运用科学的方法从不同侧面对评价对象进行整体性评价，或者说是指通过一定数学模型或算法，将多个评价指标“合成”为一个整体性的综合评价数值。

CE方法大致分为九类：

定性评价法、技术经济分析法、多属性决策法、运筹学法、统计分析法、系统工程法、模糊数学法、对话式评价法、信息论评价法、智能化评价法等。

但这些方法仍存在着多方法评价结论的非一致性、评价方法的适应性限制、理论研究与实际应用脱节等问题[1]。

CE体系的基本要素应包含评价人员、评价对象、评价原则、评价目的、评价指标、评价模型、评价环境（含上级要求、政策变化、设备支持系统等），它们有机组合，构成了一个CE系统。

然而，这种有机组合当前仍有一定难度，因此，今后CE的研究方向应是多评价方法集成，并综合评价对象集、评价目标集、评价人员集、评价方法及与其他先进技术于一体[2]，形成“人—机—评价对象—评价方法”一体化评价模式。

至今，关于油田开发及水平井开发效果的综合评价的文章仍不多见，CE体系亦不健全不完善。

各种评价在石油工业的勘探、开发、运输、炼制等亦有广泛应用。

然而，这种“评价”并未体现系统的整体性。

油田开发效果是需要评价或评估的，但以往的评价往往是单项的，或侧重于油藏工程、或侧重于钻采工程、或侧重于经济评价、或侧重于油藏管理等，而且这些评价或寓于开发方案编制中，或寓于油藏动态分析中，或寓于规划计划中，等等，很少进行从整体性出发的油田开发效果综合评价。

有些研究虽然提到“综合评价”[3、4、5]，但从文中评价指标看仍是纯技术性指标。

2.水平分级与综合评价

中国石油天然气总公司开发生产局在1996年制定了《油田开发水平分级标准》（石油工业出版社，1997），并于1996年12月15日批准，1997年6月30日在各油气田实施。

该标准涵盖了中高渗透率层状砂岩油藏、低渗透率砂岩油藏、裂缝型碳酸岩油藏、砾岩油藏、复杂断块油藏、热采稠油油藏、和天然能量开发油藏。

制定了水驱储量控制程度、水驱储量动用程度、能量保持水平与能量利用程度、剩余可采储量采油速度、年产油量综合递减率、水驱状况、含水上升率、采收率、老井措施有效率、注水井分注率、配注合格率、油水井综合生产时率、注入水质达标状况、动态监测计划完成率、油水井免修期、操作费控制状况共计16项及结合不同油藏类型的量化、半量化标准体系。

该标准体系的实施在提高油田开发水平方面起到了积极作用。

它的优点主要表现在适应不同类型的油藏，有着相对量化指标，便于同类横向比较；缺点是指标过多且部分指标不宜量化，以及考虑经济指标少，在操作上也易带主观性。

在社会主义市场经济的条件下，油田开发水平不仅要有技术指标，而且要有管理指标和经济指标。

油田开发的根本目的在于获得最佳经济采收率与取得最大的经济效益，换句话说就是花最少的钱，产更多的油气，获得最大的利润。

一个油田、油藏、区块的开发水平是指针对开发对象的客观实际情况，采取人为措施所经历的开发过程与某一时间所达到的科技高度，但无论是开发过程还是科技高度都要体现开发的技术水平、管理水平与经济效益，而不是单一体现。

因而，开发水平的评价指标体系就应有技术、管理与经济方面的指标。

值得指出的是油气田开发水平并不能完全等同于油气田开发效果。

所谓“水平”是指在某一方面所达到的高度，如“开发水平”主要体现科学技术（含管理）在油田开发中所达到的高度，而“效果”是指由某种方法、措施或因素产生的结果（一般指好的结果）。

“效果”不仅体现科学技术（含管理）所达到的高度，而且更主要的是要体现油田开发效果和经济效益。

有时“水平”很高，但效果与效益并不一定很高。

显然，两者有密切联系但也存在着明显的差别。

3.综合评价体系的建立

油田开发及水平井开发效果综合评价程序是由评价者对油田或水平井及其系统（评价对象）的开发效果（评价目标）进行评价。

其步骤为：

首先，确立评价对象与评价目的；其次，确定评价指标体系；第三，确定各指标的权重系数；第四，选择或设计评价方法；第五，选择与建立评价模型；第六，分析评价结果；第七，修正与完善评价方法或评价模型；第八，应用与推广。

其中确立指标体系、确定各指标权重、建立评价数学模型是综合评价的关键环节[6]。

3.1确立评价对象与评价目的

CE对评价对象通常是自然、社会、经济等领域中的同类事物（横向）或同一事物在不同时期的表现（纵向）[7]。

一般表现为第一类问题是按事物相同或相近属性分类；第二类是分类后按优劣排序；第三类是按某一标准或参考系对事物进行整体评价。

3.1.1油田开发效果评价对象是;

1）油藏多方案的开发效果综合评价：

⑴老油田调整或同油藏二次开发多方案综合评价，⑵新油藏待投入开发多方案综合评价；

2）油藏已投入开发的开发效果综合评价；

3）油藏不同开发阶段开发效果综合评价；

4）同类型或相近或相似油藏类型的同期开发效果的综合评价：

⑴均为新投油藏，⑵均为已投产五年以上油田1）⑶同油田（油藏）不同区块混合投入开发；

5）同类型或相近或相似油藏类型的不同开发阶段开发效果的综合评价；

6）同油田（或油藏）不同年度开发效果的综合评价；

7）同油田（或油藏）全生命周期开发效果的综合评价；

8）不同油藏类型开发效果的综合评价；

9）各油田开发效果综合评价并排序；

10）作业区、油区开发效果综合评价。

3.1.2综合评价目的

评价目的主要是从油田经营管理角度，油田开发及水平井的开发效果即油田开发及水平井开采的有效性（含提高采收率）和经济性，或者说将油藏经营偏重的资产管理与油藏管理偏重的技术管理有机结合，即既要达到一定的经济效益，又要合理的开发油田[8]。

具体地说是多方案选优，或多油藏开发效果排序，或油田动态分析年度、阶段开发效果的综合评价，或查出油田开发效果变化的主因等。

3.1.3筛选与优化评价指标

进行综合评价，确定评价指标体系是基础，而筛选评价指标又是进行综合评价的前提。

指标筛选的正确与否，关系到评价结果的可靠与可信。

从系统论的整体性和油田开发的二重性出发，优选出储量动用程度、地质储量采油速度、含水上升率、最终采收率、自然递减率、综合递减率、地质储量采出程度、内部收益率、投资回收期等26个评价指标，并结合某一评价对象评价目的需要，依据具体情况在其余指标中有所取舍[9]。

在这些指标中有的具有相关性，如采油速度、递减率、最终采收率三个指标就具有相关性，都含有产量因素，然而其本质是有明显区别的，一个是年产油量，一个是标定产量，一个是最终累积采油量。

它们可体现不同阶段的开发特点，或反映同一开发阶段不同侧面，它们不具独立性，但具有代表性。

其他部分指标亦有类似现象。

3.1.4评价指标的处理

3.1.4.1评价指标类型一致化处理

不同指标有着不同的要求。

有的指标如储量控制程度、储量动用程度、地质储量采出程度、剩余可采储量采出程度、季平均产量、年累积产油量、最终采收率、净现值等，我们期望它们的取值越大越好，称之为极大型指标；有的指标如自然递减率、综合递减率、综合含水、含水上升率、采油成本、投资回收期等，我们期望它们的取值越小越好，称之为极小型指标；有的指标如地质储量采油速度、剩余可采储量采油速度、地层能量保持水平、注采比、井网密度、储采比等，我们既不期望其值越大，也不期望其值越小，而是期望它们的取值能在某一范围内，称之为区间型指标。

若评价指标中既有极大型指标，有又有极小型指标，还有区间型指标，那么，就必须在综合评价前对它们进行指标一致化处理，否则就无法进行综合评价。

以各指标均转换为极大型为例[10]：

对极小型指标

转换为极大型指标

的方法有上限法和倒数法，我们采用倒数法，即

（

＞0或

＜0）

（1）

或

（2）

其中，

可以是负值，k是选定的常数，且k＞0。

对区间型指标

转换为极大型指标

方法：

（3）

式中M，m分别为xi的允许上、下限，[a,b]为xi的最佳稳定区间。

若将各指标均转换为极小型，其方法类似。

3.1.4.2评价指标无因次化处理

评价指标无因次化处理亦称无量纲化处理或称标准化处理、规范化处理。

一般各项评价指标所代表的意义不同，其量纲与量级亦不同，存在着不可公度性，这就对进行综合评价带来不便性有时甚至会出现评价结果的不合理性。

因此，为了避免此类情况的发生，需要对评价指标进行无因次化处理。

无因次化处理方法很多，本文采用阀值法，其表达式为

（4）

3.1.5确定各指标的权重系数

在进行多指标的综合评价时，各指标对评价对象的作用是不同的。

为了体现各指标对评价体系的重要程度，应对各指标赋予相对应的权重系数。

权重系数越大的指标，其作用程度越强，反之则越弱。

设各指标的权重系数为

，则

（

1，2，3，……n）,且

（5）

确定权重系数的方法很多，常分为两类，即主观赋权法与客观赋权法，两类有各自优缺点。

常用的单一方法有统计平均法、变异系数法、层次分析法、相关分析法、灰色关联法、熵值法等。

为了集优补缺，本文采取层次分析法、统计平均法、灰色关联分析法、熵值法集成确定权重系数。

Ⅰ、层次分析法又称AHP构权法（Analytichierarchyprocess，简写为AHP），是定性与定量相结合的方法，基本上属于主观赋权法范畴。

它是将复杂的评价对象排列为一个有序的递阶层次结构的整体，然后在各个评价项目之间进行两两的比较、判断，计算各个评价项目的相对重要性系数，即权重。

以不同油藏类型水平井开发效果的综合评价为例：

评价指标为:

①综合递减率（DR）、②综合含水上升率（IW）、③储量动用程度（RCD）、④地质储量采油速度（Vo）⑤储采比（RRP）；⑥最终采收率（ERU）；⑦地质储量采出程度（RD）；⑧采油成本（Co）；⑨视产投比（FSCT）；⑩吨油利润（Mt）。

对油藏类型指标以油藏变异系数考虑。

对上述十个评价项指标进行两两的比较、判断，计算各个评价项目的相对重要性系数，即权重。

具体步骤为：

1）指标量化

对各个评价指标（或者项目）重要性等级差异的量化，即所谓标度。

确定指标重要性的量化标准用比例标度法。

比例标度法是以对事物质的差别的评判标准为基础，一般以3种或5种判别等级表示事物质的差别，本文采用5种判别等级（即同等重要、较为重要、更为重要、强烈重要、极端重要），分别赋值为1、2、3、4、5。

2）评价指标处理并确定初始权数

①建立指标判断矩阵

对DR等10项指标赋值构成指标判断矩阵A，见表1。

表1指标判断矩阵A

指标

RCD

RRP

ERU

FSCT

1.0

2/1

3/1

2/3

1.0

2/1

1.0

2/1

3/1

2/3

1.0

2/1

RCD

1/2

1.0

2/1

1.0

4/5

2/3

1.0

1/3

1/2

1.0

2/1

1/3

1/2

1.0

RRP

1/3

1.0

1/2

1.0

1/3

1/2

1.0

ERU

3/2

5/4

3/1

1.0

3/2

3/1

2/1

1.0

3/2

3/1

2/3

1.0

2/1

1.0

3/2

3/1

2/3

1.0

2/1

FSCT

1/2

1.0

2/1

1/3

1/2

1.0

1/2

1.0

1/2

1.0

②计算各行指标平均数

，表3

计算公式为：

（6）

或

（7）

表2指标平均数

指标

RCD

RRP

ERU

FSCT

1.4727

0.8414

0.5387

0.5026

1.7921

1.4310

0.7800

0.7071

③平均数求和

计算公式为：

（8）

计算结果为10.9693

④计算权重系数

计算公式为：

（9）

计算结果见表3

表3指标权重系数

指标

RCD

RRP

ERU

FSCT

0.1343

0.0767

0.0491

0.0458

0.1632

0.1305

0.0711

0.0645

Ⅱ、灰色关联分析法

灰色关联分析法是由邓聚龙教授1982年提出的，现已形成了较完整的理论体系。

用它确定权重是属于客观赋权法范畴。

实际生产数据如表4：

表4评价对象实际数据（2011年）

评价指标

评价对象

（%）

RCD

（%）

RRP

（无因次）

ERU

（%）

（元/吨）

FSCT

（无因次）

（元/吨）

高浅北区

15.78

-0.1

100

0.87

2.6

21.1

19.75

3122

1.34

583.97

柳南区块

15.94

0.55

100

0.55

2.5

24.9

24.09

3039

1.01

666.97

老爷庙浅层

14.23

-30.16

100

0.17

8.5

22.2

5.6

4970

0.36

-1264.23

虚拟区块

14.23

-30.16

100

0.87

8.5

24.9

24.09

3039

1.34

666.97

其步骤为：

①确立参考数列与原始数列

参考数列亦称指标数列或母序列

（10）

参考数列的各项元素是综合评价指标数列中选出最佳值组成的，或依据相关规定和技术要求确定，如表5中的虚拟区块数列。

原始数列亦称比较序列或条件数列或子序列，如表5中高浅北区、柳南区块、老爷庙浅层实际生产数据数列。

（11）

②对相应数列进行一致化、无因次化（本例采用最大值化法）处理，如表5。

评价指标

评价对象

RCD

RRP

ERU

FSCT

高浅北区

0.9983

0.7683

1.0000

-0.3478

0.8474

0.8198

0.9920

1.0000

0.8756

柳南区块

0.9871

0.7651

1.0000

0.8289

0.3846

1.0000

0.7537

1.0000

老爷庙浅层

1.0000

0.6257

1.0000

0.8916

0.2325

0.8080

0.2687

1.8955

虚拟区块

1.0000

表5处理后相关数据

③计算关联系数

表征子序列与母序列之间关系密切程度大小的量或变化态势相似程度的量称为关联度。

为了计算关联度，需先计算各子序列与母序列在各点（或各时刻）处的相对差值，称之为关联系数，记为

：

（12）

此相对差值为

与

在时刻k处的关联系数。

若经无量纲化处理，

，则：

（13）

式中

称为分辨系数，一般取值为0.1～0.5，通常取0.5。

计算结果见表6.

表6求关联系数

评价指标

评价对象

RCD

RRP

ERU

FSCT

高浅北区

0.9988

0.8620

1.0000

0.5179

0.9046

0.8893

0.9945

1.0000

0.9209

柳南区块

0.9912

0.8604

1.0000

0.8943

0.5112

1.0000

0.8546

1.0000

老爷庙浅层

1.0000

0.7946

1.0000

0.9303

0.6535

0.8829

0.6644

0.3333

列和

2.9900

2.7224

3.0000

2.6889

2.0291

2.8349

2.5428

2.8774

2.5190

2.2542

4求权重

（14）

结果见表7。

表7评价指标权重

评价指标

RCD

RRP

ERU

FSCT

0.1130

0.1029

0.1134

0.1016

0.0767

0.1071

0.0961

0.1088

0.0952

0.0852

Ⅲ、两种求权重方法比较

表8两种权重方法比较

评价指标

RCD

RRP

ERU

FSCT

层次

0.1343

0.0767

0.0491

0.0458

0.1632

0.1305

0.0711

0.0645

灰色

0.1130

0.1029

0.1134

0.1016

0.0767

0.1071

0.0961

0.1088

0.0952

0.0852

平均

0.1237

0.1186

0.0951

0.0754

0.0613

0.1347

0.1133

0.1197

0.0832

0.0749

从表8和图1列出的结果看出两者有一定的差别。

层次分析法是一种定性与定量相结合的方法，带有一定的主观性。

灰色关联分析法是依实际生产数据为根据进行计算的，但实际生产数据又受某一开发阶段的特殊情况影响，使个别指标可能具有非客观性，如老爷庙浅层油藏2011年的含水上升率为-30.16%，并不具有普遍的代表意义。

为了发挥两种方法的特长，减少其不足，采用了均值方法确定各评价指标的权重。

也可对两种方法赋予不同权重，再计算综合权重。

3.1.6选择综合评价方法

科学地选择评价方法是综合评价的关键，是正确地获得评价结果重要手段。

综合评价方法有数十种之多。

但“从当前国内外的文献看，多数学者在评价方法的研究上都遵循一种思路，即针对某个问题构造一种新方法，然后用一个例子来说明其方法的有效性，仅此而已，理论研究与实际应用距离甚远。

”[6]这是普遍存在的弊端。

各种方法均有各自的优缺点以及适用范围，而且分别使用几种评价方法对同一对象进行评价，可能得到不同的评价结果，增加了应用评价结果的难度，因而，选择多种方法的集成而取长补短，应是一种有效的途径。

评价方法的选择应与评价目的、评价对象相适应。

下面以具体实例，说明其使用方法：

实例冀东油田高浅北区、柳南区块、老爷庙浅层油藏分别为常规稠油、断块稀油、复杂断块稀油的高孔高渗砂岩油藏，现对它们的开发效果进行综合评价。

三个区块基本数据采用2011年实际生产数据，如表9所示。

表9综合评价指标数据表

评价指标评价对象

（%）

RCD

（%）

RRP

（无因次）

ERU

（%）

（元/吨）

FSCT

（无因次）

（元/吨）

高浅北区

15.78

-0.10

100.00

0.87

1.53

21.1

19.75

3122

1.34

583.97

柳南区块

15.94

0.55

100.00

0.55

1.48

24.9

24.09

3039

1.01

666.97

老爷庙浅层

14.23

-30.16

100.00

0.17

19.49

22.2

5.60

4970

0.36

-1264.23

虚拟区块

3.0

5.0

85.0

2.0

10.0

43.0

30.0

1200.0

1.5

800.0

（1）熵值法

熵（entropy）是热力学的一个物理概念，1850年由德国物理学家克劳修斯创造的一个术语，用来表示一种能量在空间中分布的均匀程度，是体系混乱度（或无序

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