張 震，李 權(quán)，趙云斌，張忠哲，陳 凱

[1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300459；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459]

0 引言

油水井措施是為了提高油氣井產(chǎn)量、加快開采速度、提高采收率而采取的工藝技術(shù)體系[1]。當(dāng)油田處于含水快速增長的階段時，油井產(chǎn)量遞減加快，特別是在勘探開發(fā)儲量難有突破的情況下，為保證油田穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)，油田生產(chǎn)單位采用大量的油井增產(chǎn)性措施，繼而產(chǎn)生大量的措施評價(jià)需求[2]。油田增產(chǎn)措施評價(jià)通常是以自然年為單位，各類增產(chǎn)措施的評價(jià)指標(biāo)常用年終累增油除以措施后的生產(chǎn)天數(shù)，即用日均增油量來評價(jià)。該方法雖然簡單易用，但是無法準(zhǔn)確衡量跨年類措施的效果。因?yàn)橐宰匀荒隇橛?jì)算單位計(jì)算相關(guān)措施增油量[3]，在實(shí)際應(yīng)用中存在3個問題：其一，部分措施在當(dāng)年的尾部實(shí)施，而計(jì)算的終點(diǎn)為年底，則與年初實(shí)施的措施相比最終的累積增油量較小，評價(jià)不準(zhǔn)確；其二，部分措施效果超長，跨越多個年終結(jié)算點(diǎn)，僅以其中一年的增油量計(jì)算，則最終的累積增油量較小，評價(jià)不準(zhǔn)確；其三，若實(shí)施措施較多，或產(chǎn)量波動頻繁，則會造成統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不一致。

隨著數(shù)字化及智能技術(shù)在油田各個領(lǐng)域鋪開，越來越多的數(shù)據(jù)集成在數(shù)據(jù)中心，當(dāng)油田在穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)階段有大量油井需要進(jìn)行措施評價(jià)時，措施有效期的統(tǒng)計(jì)工作常需要采用人工統(tǒng)計(jì)的方法，費(fèi)時費(fèi)力且主觀性強(qiáng)，因此在油井增產(chǎn)措施評價(jià)時需要一套能夠自動計(jì)算措施有效期的方法。

1 油井增產(chǎn)措施評價(jià)及模型

1.1 增產(chǎn)措施評價(jià)的參數(shù)

增產(chǎn)措施評價(jià)屬于油田管理的重要內(nèi)容?；谡鎸?shí)數(shù)據(jù)的措施統(tǒng)計(jì)資料與合理的統(tǒng)計(jì)方法是一套評價(jià)方法能夠施行的前提[4]。油井增產(chǎn)措施的經(jīng)濟(jì)效益主要是以提高產(chǎn)量（如酸化、壓裂措施）或以降低成本（如控水、堵水類措施）而達(dá)成的[5]。產(chǎn)量增加凈收益有兩個關(guān)鍵參數(shù)需要確定：油井措施的增油量與措施有效期。措施增油量是在措施有效期內(nèi)的油井累計(jì)增油量。措施有效期是指工藝技術(shù)措施產(chǎn)生效果的持續(xù)時間，反映了油井實(shí)施某種措施的持續(xù)影響時間。措施有效期直接影響著實(shí)施某種措施所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 增產(chǎn)效果的計(jì)算模型

在實(shí)際計(jì)算過程中，統(tǒng)計(jì)人員首先要通過油井未上措施前的歷史數(shù)據(jù)，根據(jù)產(chǎn)量遞減公式對其產(chǎn)量變化做出預(yù)測，然后用措施后實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)與預(yù)測數(shù)據(jù)之間差值的和計(jì)算措施增油量。目前，在國內(nèi)外提出的一系列描述產(chǎn)量遞減規(guī)律的數(shù)學(xué)模型中，以阿普斯遞減模型應(yīng)用最多、最廣。為計(jì)算簡便，文章假設(shè)該油井遞減規(guī)律為指數(shù)遞減，累積增油量等于措施后的實(shí)際日產(chǎn)數(shù)據(jù)與產(chǎn)量遞減模型預(yù)測的無措施產(chǎn)量的差值[6-7]，具體如下：

式中，i為措施開始后的天數(shù)，d；Qi為當(dāng)天實(shí)際產(chǎn)量，m3/d；t為措施有效期天數(shù)，d；D為指數(shù)遞減率，%； Qo為措施前正常產(chǎn)能水平，m3/d。

可以看出，遞減率需要根據(jù)油田實(shí)際生產(chǎn)情況回歸得出，可以采用圖解法進(jìn)行求取。具體做法為畫出lgQ～t的關(guān)系，找到圖中出現(xiàn)的直線段關(guān)系，求取直線段的斜率，該斜率即為公式（1）中的D值。累積增油量的計(jì)算還需要明確措施有效期的值。

2 措施有效期自識別設(shè)計(jì)

2.1 措施有效期的計(jì)算方法

措施的有效期為有措施日產(chǎn)油量大于無措施日產(chǎn)油量的生產(chǎn)天數(shù)[7]。通常措施有效期的計(jì)算方法有3種：當(dāng)有措施的日產(chǎn)油量曲線與無措施的日產(chǎn)油量曲線相交，并且交點(diǎn)的時間小于油田經(jīng)濟(jì)效益開發(fā)年限的終點(diǎn)時，措施有效期等于交點(diǎn)處時間與措施開始時間點(diǎn)的差值；當(dāng)有措施的日產(chǎn)油量曲線與無措施的日產(chǎn)油量曲線相交并且交點(diǎn)的時間大于油田經(jīng)濟(jì)效益開發(fā)年限的終點(diǎn)時，措施有效期等于開發(fā)年限的終點(diǎn)時間與措施開始時間點(diǎn)的差值；當(dāng)有措施的日產(chǎn)油量曲線與無措施的日產(chǎn)油量曲線不相交時，措施有效期等于評價(jià)時間點(diǎn)與措施開始時間點(diǎn)的差值[8]。

由上述3種有效期的計(jì)算方法可知，措施有效期的計(jì)算與選定的統(tǒng)計(jì)節(jié)點(diǎn)有很大的關(guān)系。當(dāng)以年累增油指標(biāo)評價(jià)增產(chǎn)效果時，若措施實(shí)施在當(dāng)年的第四季度，則在年底增產(chǎn)效果評價(jià)時，有措施的日產(chǎn)油量曲線可能會與無措施的日產(chǎn)油量曲線不相交，而由于措施仍然處于有效時間，交點(diǎn)會出現(xiàn)在評價(jià)時間點(diǎn)之后。若增產(chǎn)措施的類別為酸化壓裂、控水措施，則會出現(xiàn)措施的日產(chǎn)油量曲線與無措施的日產(chǎn)油量曲線永不相交的情況。因此，統(tǒng)計(jì)的時間點(diǎn)不同，計(jì)算的措施增油效果也不相同。

2.2 措施有效期的判斷標(biāo)準(zhǔn)

判定措施有效期的關(guān)鍵是找到有措施日產(chǎn)油曲線與無措施日產(chǎn)油曲線的交點(diǎn)。當(dāng)前，曲線交點(diǎn)的判定需要人為核定，存在一定的人為誤差。為解決這一問題，本研究設(shè)計(jì)了一套基于累產(chǎn)油曲線的局部最優(yōu)算法，用于自動判定措施有效期，以實(shí)現(xiàn)在不同統(tǒng)計(jì)時間點(diǎn)，均能快速計(jì)算措施增油量，支撐油井措施效果評價(jià)，并幫助油田安排年度不同類型措施實(shí)施的優(yōu)先級。措施有效期判斷標(biāo)準(zhǔn)如下[9]：

（1）連續(xù)7 d低于措施前的產(chǎn)量時，判斷該措施失效。

（2）實(shí)施新措施時，應(yīng)根據(jù)遞減規(guī)律，建立措施后的產(chǎn)能預(yù)測曲線，根據(jù)兩條預(yù)測曲線的交匯點(diǎn)，判斷措施失效時間。

（3）在增產(chǎn)措施作業(yè)后，出現(xiàn)生產(chǎn)需求關(guān)停時，需要剔除關(guān)停時間。

（4）計(jì)算最終累產(chǎn)油時，應(yīng)該設(shè)置歸一化時間，可以將終點(diǎn)設(shè)置為油田經(jīng)濟(jì)效益開發(fā)年限的終點(diǎn)，也可以根據(jù)實(shí)際需求自定義時間點(diǎn)。

2.3 措施有效期的自識別設(shè)計(jì)

本研究設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可依據(jù)以上4條規(guī)則對措施有效期進(jìn)行自動判斷?？紤]到油井有效期內(nèi)有關(guān)停的情況，本研究采用對累積增油曲線進(jìn)行局部最值搜索的方法鑒別交點(diǎn)。對于日產(chǎn)油時間序列T=[T1，T2，T3，…，Ti]，則在Ti時刻的判斷計(jì)算公式如下：

有措施曲線是指該井實(shí)施措施后實(shí)際的日產(chǎn)油量與生產(chǎn)時間的關(guān)系曲線，無措施曲線是指假設(shè)該井不進(jìn)行增產(chǎn)措施作業(yè)，預(yù)測該井日產(chǎn)油量與生產(chǎn)時間的關(guān)系曲線。兩條曲線的交點(diǎn)為措施有效期的檢測點(diǎn)。依次選取累積增油曲線上Ti時刻與其相鄰的Ti+1和Ti-1兩個時刻組成的局部曲線，通過對局部曲線的形態(tài)判斷Ti時刻是否屬于交點(diǎn)對應(yīng)的時刻。累積增油曲線局部形態(tài)與措施有效期檢測點(diǎn)關(guān)系可分為6種情況（如圖1所示）。

圖1 累積增油曲線局部形態(tài)與措施有效期檢測點(diǎn)

若3個時間點(diǎn)的有措施生產(chǎn)曲線與無措施生產(chǎn)曲線不相交，并且處于無措施生產(chǎn)曲線上方，此時累積增油曲線是一條斜率為正的折線，如圖1（a）所示。對求差分并用符號函數(shù)sign處理后為1，1，再次差分為0，則Ti時間點(diǎn)不屬于措施有效期檢測點(diǎn)，不做檢出。

若3個時間點(diǎn)有措施生產(chǎn)曲線與無措施生產(chǎn)曲線相交且處于無措施生產(chǎn)曲線上方，累積增油曲線為一條折線，如圖1（a）所示。對累積增油曲線求差分并用符號函數(shù)sign處理后為0，-1，再次差分為-1，則Ti時間點(diǎn)屬于措施有效期檢測點(diǎn)，為措施失效的時刻。

若3個時間點(diǎn)有措施生產(chǎn)曲線與無措施生產(chǎn)曲線相交，并且處于無措施生產(chǎn)曲線上方，累積增油曲線為凸齒形曲線，如圖1（a）所示。對其求差分并用符號函數(shù)sign處理后為1，-1，再次差分為-2，則Ti時間點(diǎn)屬于措施有效期檢測點(diǎn)，為措施失效的時刻。圖1（b）的 3種情況與圖1（a）相對應(yīng)，在此不再贅述。

通過程序設(shè)計(jì)[10]，計(jì)算措施后實(shí)際產(chǎn)油量與無措施時預(yù)測產(chǎn)油量的差值，繪制累積增油曲線。遍歷累積增油曲線的所有時間點(diǎn)，若某一時間點(diǎn)的實(shí)際增油效果高于無措施產(chǎn)油能力時，累積曲線表現(xiàn)凹形或上拐、算法返回正值，表示該時間點(diǎn)為措施見效點(diǎn)；若某一時間點(diǎn)的算法返回負(fù)值，則表示該時間點(diǎn)的實(shí)際增油效果低于無措施產(chǎn)油能力，局部累積增油曲線表現(xiàn)凸形或下拐。這一時間點(diǎn)與措施開始時間點(diǎn)或措施見效點(diǎn)的差值，再扣除關(guān)停時間，即為措施有效期。

3 應(yīng)用實(shí)例

本文采用新方法快速統(tǒng)計(jì)了某一油田不同類型的措施在不同時間跨度下的有效期。在短期評價(jià)（365 d）與長期評價(jià)（1 095 d）的兩種情況下，不同措施類型的措施有效期有不同的特點(diǎn)。大修類措施施工時間多在2個月以上，投資大，但日增油量高，措施的成功率高，該類措施在短期評價(jià)中有效期時間較長，有效期占整個評價(jià)周期的99%，在長期評價(jià)的統(tǒng)計(jì)中有效期中等，有效期占整個評價(jià)周期的53%，屬于高投入、低風(fēng)險(xiǎn)、投資回收期短的增產(chǎn)措施；防砂、上返補(bǔ)孔類措施施工時間在1個月左右，投資較大、措施成功率較高，該類措施在短期評價(jià)中有效期較短，占整個評價(jià)周期的43%，但在長期評價(jià)中有效期中等，有效時間占整個評價(jià)周期的37%，該類措施實(shí)施后含水上升的風(fēng)險(xiǎn)較大，屬于高投入、中風(fēng)險(xiǎn)、投資回收期短的增產(chǎn)措施；換泵、酸化等措施作業(yè)時間在1周左右，措施成功率高，短期評價(jià)中有效期較短，占整個評價(jià)周期的12%，長期評價(jià)中有效期較長，占整個評價(jià)周期的91%，屬于低投入、中風(fēng)險(xiǎn)、投資回收期長的增產(chǎn)措施；開關(guān)層等措施在短期與長期評價(jià)中有效期都很長，有效期都為評價(jià)周期的99%，屬于投資小但效益高的措施，應(yīng)在施工優(yōu)選順序靠前；而堵水等措施在短期與長期評價(jià)中有效期都很短，有效期分別占短期與長期評價(jià)周期的9%、6%，屬于高投入、高風(fēng)險(xiǎn)、投資回收期短的增產(chǎn)措施，應(yīng)在施工優(yōu)選順序靠后。

相較于以往以年累產(chǎn)油進(jìn)行措施效果評價(jià)，本研究的新方法對措施效果的評價(jià)更加真實(shí)客觀，并且可以節(jié)省大量人工統(tǒng)計(jì)時間。

4 結(jié)語

在數(shù)字時代的背景下，企業(yè)進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級勢在必行。利用數(shù)字化及自動化的手段進(jìn)行業(yè)務(wù)賦能，提升工作效率，優(yōu)化資源配置，是構(gòu)建企業(yè)核心競爭力關(guān)鍵路徑。本研究圍繞油田生產(chǎn)中的一項(xiàng)措施評價(jià)業(yè)務(wù)，詳細(xì)論述了以年底為統(tǒng)計(jì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行措施評價(jià)帶來的片面性，系統(tǒng)地探討了增產(chǎn)措施評價(jià)的關(guān)鍵參數(shù)、計(jì)算模型，以及不同措施有限期計(jì)算方法及優(yōu)缺點(diǎn)。針對以往措施有效期統(tǒng)計(jì)需要消耗大量人力的問題，提出了措施有效期的自識別算法設(shè)計(jì)。該方法基于局部最優(yōu)算法，識別累積產(chǎn)油量曲線形態(tài)的凹凸點(diǎn)和拐點(diǎn)，以及對應(yīng)的措施有效情況，實(shí)現(xiàn)了措施有效期的自動判定，適用于當(dāng)前油田密集數(shù)據(jù)時代的數(shù)字化要求，減輕了從業(yè)人員統(tǒng)計(jì)工作量。此外，本研究自擬多個統(tǒng)計(jì)節(jié)點(diǎn)對實(shí)際油田進(jìn)行應(yīng)用，通過分析多個統(tǒng)計(jì)節(jié)點(diǎn)計(jì)算結(jié)果，歸納了不同措施的措施有效期特征，不但保證了評價(jià)內(nèi)容更加真實(shí)客觀，還可以指導(dǎo)年度內(nèi)不同措施實(shí)施的優(yōu)先級，為油田企業(yè)增產(chǎn)措施決策提供更加精細(xì)化的判斷依據(jù)。