油井措施有效期的自識別設計及其應用

張 震，李 權，趙云斌，張忠哲，陳 凱

[1.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，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量、加快開采速度、提高采收率而采取的工藝技術體系[1]。當油田處于含水快速增長的階段時，油井產量遞減加快，特別是在勘探開發儲量難有突破的情況下，為保證油田穩產增產，油田生產單位采用大量的油井增產性措施，繼而產生大量的措施評價需求[2]。油田增產措施評價通常是以自然年為單位，各類增產措施的評價指標常用年終累增油除以措施后的生產天數，即用日均增油量來評價。該方法雖然簡單易用，但是無法準確衡量跨年類措施的效果。因為以自然年為計算單位計算相關措施增油量[3]，在實際應用中存在3個問題：其一，部分措施在當年的尾部實施，而計算的終點為年底，則與年初實施的措施相比最終的累積增油量較小，評價不準確；其二，部分措施效果超長，跨越多個年終結算點，僅以其中一年的增油量計算，則最終的累積增油量較小，評價不準確；其三，若實施措施較多，或產量波動頻繁，則會造成統計標準不一致。

隨著數字化及智能技術在油田各個領域鋪開，越來越多的數據集成在數據中心，當油田在穩產增產階段有大量油井需要進行措施評價時，措施有效期的統計工作常需要采用人工統計的方法，費時費力且主觀性強，因此在油井增產措施評價時需要一套能夠自動計算措施有效期的方法。

1 油井增產措施評價及模型

1.1 增產措施評價的參數

增產措施評價屬于油田管理的重要內容。基于真實數據的措施統計資料與合理的統計方法是一套評價方法能夠施行的前提[4]。油井增產措施的經濟效益主要是以提高產量（如酸化、壓裂措施）或以降低成本（如控水、堵水類措施）而達成的[5]。產量增加凈收益有兩個關鍵參數需要確定：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的油井累計增油量。措施有效期是指工藝技術措施產生效果的持續時間，反映了油井實施某種措施的持續影響時間。措施有效期直接影響著實施某種措施所產生的經濟效益。

1.2 增產效果的計算模型

在實際計算過程中，統計人員首先要通過油井未上措施前的歷史數據，根據產量遞減公式對其產量變化做出預測，然后用措施后實際生產數據與預測數據之間差值的和計算措施增油量。目前，在國內外提出的一系列描述產量遞減規律的數學模型中，以阿普斯遞減模型應用最多、最廣。為計算簡便，文章假設該油井遞減規律為指數遞減，累積增油量等于措施后的實際日產數據與產量遞減模型預測的無措施產量的差值[6-7]，具體如下：

式中，i為措施開始后的天數，d；Qi為當天實際產量，m3/d；t為措施有效期天數，d；D為指數遞減率，%； Qo為措施前正常產能水平，m3/d。

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

2 措施有效期自識別設計

2.1 措施有效期的計算方法

措施的有效期為有措施日產油量大于無措施日產油量的生產天數[7]。通常措施有效期的計算方法有3種：當有措施的日產油量曲線與無措施的日產油量曲線相交，并且交點的時間小于油田經濟效益開發年限的終點時，措施有效期等于交點處時間與措施開始時間點的差值；當有措施的日產油量曲線與無措施的日產油量曲線相交并且交點的時間大于油田經濟效益開發年限的終點時，措施有效期等于開發年限的終點時間與措施開始時間點的差值；當有措施的日產油量曲線與無措施的日產油量曲線不相交時，措施有效期等于評價時間點與措施開始時間點的差值[8]。

由上述3種有效期的計算方法可知，措施有效期的計算與選定的統計節點有很大的關系。當以年累增油指標評價增產效果時，若措施實施在當年的第四季度，則在年底增產效果評價時，有措施的日產油量曲線可能會與無措施的日產油量曲線不相交，而由于措施仍然處于有效時間，交點會出現在評價時間點之后。若增產措施的類別為酸化壓裂、控水措施，則會出現措施的日產油量曲線與無措施的日產油量曲線永不相交的情況。因此，統計的時間點不同，計算的措施增油效果也不相同。

2.2 措施有效期的判斷標準

判定措施有效期的關鍵是找到有措施日產油曲線與無措施日產油曲線的交點。當前，曲線交點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，本研究設計了一套基于累產油曲線的局部最優算法，用于自動判定措施有效期，以實現在不同統計時間點，均能快速計算措施增油量，支撐油井措施效果評價，并幫助油田安排年度不同類型措施實施的優先級。措施有效期判斷標準如下[9]：

（1）連續7 d低于措施前的產量時，判斷該措施失效。

（2）實施新措施時，應根據遞減規律，建立措施后的產能預測曲線，根據兩條預測曲線的交匯點，判斷措施失效時間。

（3）在增產措施作業后，出現生產需求關停時，需要剔除關停時間。

（4）計算最終累產油時，應該設置歸一化時間，可以將終點設置為油田經濟效益開發年限的終點，也可以根據實際需求自定義時間點。

2.3 措施有效期的自識別設計

本研究設計的系統可依據以上4條規則對措施有效期進行自動判斷。考慮到油井有效期內有關停的情況，本研究采用對累積增油曲線進行局部最值搜索的方法鑒別交點。對于日產油時間序列T=[T1，T2，T3，…，Ti]，則在Ti時刻的判斷計算公式如下：

有措施曲線是指該井實施措施后實際的日產油量與生產時間的關系曲線，無措施曲線是指假設該井不進行增產措施作業，預測該井日產油量與生產時間的關系曲線。兩條曲線的交點為措施有效期的檢測點。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判斷Ti時刻是否屬于交點對應的時刻。累積增油曲線局部形態與措施有效期檢測點關系可分為6種情況（如圖1所示）。

圖1 累積增油曲線局部形態與措施有效期檢測點

若3個時間點的有措施生產曲線與無措施生產曲線不相交，并且處于無措施生產曲線上方，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sign處理后為1，1，再次差分為0，則Ti時間點不屬于措施有效期檢測點，不做檢出。

若3個時間點有措施生產曲線與無措施生產曲線相交且處于無措施生產曲線上方，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sign處理后為0，-1，再次差分為-1，則Ti時間點屬于措施有效期檢測點，為措施失效的時刻。

若3個時間點有措施生產曲線與無措施生產曲線相交，并且處于無措施生產曲線上方，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sign處理后為1，-1，再次差分為-2，則Ti時間點屬于措施有效期檢測點，為措施失效的時刻。圖1（b）的 3種情況與圖1（a）相對應，在此不再贅述。

通過程序設計[10]，計算措施后實際產油量與無措施時預測產油量的差值，繪制累積增油曲線。遍歷累積增油曲線的所有時間點，若某一時間點的實際增油效果高于無措施產油能力時，累積曲線表現凹形或上拐、算法返回正值，表示該時間點為措施見效點；若某一時間點的算法返回負值，則表示該時間點的實際增油效果低于無措施產油能力，局部累積增油曲線表現凸形或下拐。這一時間點與措施開始時間點或措施見效點的差值，再扣除關停時間，即為措施有效期。

3 應用實例

本文采用新方法快速統計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（365 d）與長期評價（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。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中有效期時間較長，有效期占整個評價周期的99%，在長期評價的統計中有效期中等，有效期占整個評價周期的53%，屬于高投入、低風險、投資回收期短的增產措施；防砂、上返補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中有效期較短，占整個評價周期的43%，但在長期評價中有效期中等，有效時間占整個評價周期的37%，該類措施實施后含水上升的風險較大，屬于高投入、中風險、投資回收期短的增產措施；換泵、酸化等措施作業時間在1周左右，措施成功率高，短期評價中有效期較短，占整個評價周期的12%，長期評價中有效期較長，占整個評價周期的91%，屬于低投入、中風險、投資回收期長的增產措施；開關層等措施在短期與長期評價中有效期都很長，有效期都為評價周期的99%，屬于投資小但效益高的措施，應在施工優選順序靠前；而堵水等措施在短期與長期評價中有效期都很短，有效期分別占短期與長期評價周期的9%、6%，屬于高投入、高風險、投資回收期短的增產措施，應在施工優選順序靠后。

相較于以往以年累產油進行措施效果評價，本研究的新方法對措施效果的評價更加真實客觀，并且可以節省大量人工統計時間。

4 結語

在數字時代的背景下，企業進行數字化轉型升級勢在必行。利用數字化及自動化的手段進行業務賦能，提升工作效率，優化資源配置，是構建企業核心競爭力關鍵路徑。本研究圍繞油田生產中的一項措施評價業務，詳細論述了以年底為統計節點進行措施評價帶來的片面性，系統地探討了增產措施評價的關鍵參數、計算模型，以及不同措施有限期計算方法及優缺點。針對以往措施有效期統計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計。該方法基于局部最優算法，識別累積產油量曲線形態的凹凸點和拐點，以及對應的措施有效情況，實現了措施有效期的自動判定，適用于當前油田密集數據時代的數字化要求，減輕了從業人員統計工作量。此外，本研究自擬多個統計節點對實際油田進行應用，通過分析多個統計節點計算結果，歸納了不同措施的措施有效期特征，不但保證了評價內容更加真實客觀，還可以指導年度內不同措施實施的優先級，為油田企業增產措施決策提供更加精細化的判斷依據。