油井措施有效期的自识别设计及其应用

张 震，李 权，赵云斌，张忠哲，陈 凯

[1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300459；2.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300459]

0 引言

油水井措施是为了提高油气井产量、加快开采速度、提高采收率而采取的工艺技术体系[1]。当油田处于含水快速增长的阶段时，油井产量递减加快，特别是在勘探开发储量难有突破的情况下，为保证油田稳产增产，油田生产单位采用大量的油井增产性措施，继而产生大量的措施评价需求[2]。油田增产措施评价通常是以自然年为单位，各类增产措施的评价指标常用年终累增油除以措施后的生产天数，即用日均增油量来评价。该方法虽然简单易用，但是无法准确衡量跨年类措施的效果。因为以自然年为计算单位计算相关措施增油量[3]，在实际应用中存在3个问题：其一，部分措施在当年的尾部实施，而计算的终点为年底，则与年初实施的措施相比最终的累积增油量较小，评价不准确；其二，部分措施效果超长，跨越多个年终结算点，仅以其中一年的增油量计算，则最终的累积增油量较小，评价不准确；其三，若实施措施较多，或产量波动频繁，则会造成统计标准不一致。

随着数字化及智能技术在油田各个领域铺开，越来越多的数据集成在数据中心，当油田在稳产增产阶段有大量油井需要进行措施评价时，措施有效期的统计工作常需要采用人工统计的方法，费时费力且主观性强，因此在油井增产措施评价时需要一套能够自动计算措施有效期的方法。

1 油井增产措施评价及模型

1.1 增产措施评价的参数

增产措施评价属于油田管理的重要内容。基于真实数据的措施统计资料与合理的统计方法是一套评价方法能够施行的前提[4]。油井增产措施的经济效益主要是以提高产量（如酸化、压裂措施）或以降低成本（如控水、堵水类措施）而达成的[5]。产量增加净收益有两个关键参数需要确定：油井措施的增油量与措施有效期。措施增油量是在措施有效期内的油井累计增油量。措施有效期是指工艺技术措施产生效果的持续时间，反映了油井实施某种措施的持续影响时间。措施有效期直接影响着实施某种措施所产生的经济效益。

1.2 增产效果的计算模型

在实际计算过程中，统计人员首先要通过油井未上措施前的历史数据，根据产量递减公式对其产量变化做出预测，然后用措施后实际生产数据与预测数据之间差值的和计算措施增油量。目前，在国内外提出的一系列描述产量递减规律的数学模型中，以阿普斯递减模型应用最多、最广。为计算简便，文章假设该油井递减规律为指数递减，累积增油量等于措施后的实际日产数据与产量递减模型预测的无措施产量的差值[6-7]，具体如下：

式中，i为措施开始后的天数，d；Qi为当天实际产量，m3/d；t为措施有效期天数，d；D为指数递减率，%； Qo为措施前正常产能水平，m3/d。

可以看出，递减率需要根据油田实际生产情况回归得出，可以采用图解法进行求取。具体做法为画出lgQ～t的关系，找到图中出现的直线段关系，求取直线段的斜率，该斜率即为公式（1）中的D值。累积增油量的计算还需要明确措施有效期的值。

2 措施有效期自识别设计

2.1 措施有效期的计算方法

措施的有效期为有措施日产油量大于无措施日产油量的生产天数[7]。通常措施有效期的计算方法有3种：当有措施的日产油量曲线与无措施的日产油量曲线相交，并且交点的时间小于油田经济效益开发年限的终点时，措施有效期等于交点处时间与措施开始时间点的差值；当有措施的日产油量曲线与无措施的日产油量曲线相交并且交点的时间大于油田经济效益开发年限的终点时，措施有效期等于开发年限的终点时间与措施开始时间点的差值；当有措施的日产油量曲线与无措施的日产油量曲线不相交时，措施有效期等于评价时间点与措施开始时间点的差值[8]。

由上述3种有效期的计算方法可知，措施有效期的计算与选定的统计节点有很大的关系。当以年累增油指标评价增产效果时，若措施实施在当年的第四季度，则在年底增产效果评价时，有措施的日产油量曲线可能会与无措施的日产油量曲线不相交，而由于措施仍然处于有效时间，交点会出现在评价时间点之后。若增产措施的类别为酸化压裂、控水措施，则会出现措施的日产油量曲线与无措施的日产油量曲线永不相交的情况。因此，统计的时间点不同，计算的措施增油效果也不相同。

2.2 措施有效期的判断标准

判定措施有效期的关键是找到有措施日产油曲线与无措施日产油曲线的交点。当前，曲线交点的判定需要人为核定，存在一定的人为误差。为解决这一问题，本研究设计了一套基于累产油曲线的局部最优算法，用于自动判定措施有效期，以实现在不同统计时间点，均能快速计算措施增油量，支撑油井措施效果评价，并帮助油田安排年度不同类型措施实施的优先级。措施有效期判断标准如下[9]：

（1）连续7 d低于措施前的产量时，判断该措施失效。

（2）实施新措施时，应根据递减规律，建立措施后的产能预测曲线，根据两条预测曲线的交汇点，判断措施失效时间。

（3）在增产措施作业后，出现生产需求关停时，需要剔除关停时间。

（4）计算最终累产油时，应该设置归一化时间，可以将终点设置为油田经济效益开发年限的终点，也可以根据实际需求自定义时间点。

2.3 措施有效期的自识别设计

本研究设计的系统可依据以上4条规则对措施有效期进行自动判断。考虑到油井有效期内有关停的情况，本研究采用对累积增油曲线进行局部最值搜索的方法鉴别交点。对于日产油时间序列T=[T1，T2，T3，…，Ti]，则在Ti时刻的判断计算公式如下：

有措施曲线是指该井实施措施后实际的日产油量与生产时间的关系曲线，无措施曲线是指假设该井不进行增产措施作业，预测该井日产油量与生产时间的关系曲线。两条曲线的交点为措施有效期的检测点。依次选取累积增油曲线上Ti时刻与其相邻的Ti+1和Ti-1两个时刻组成的局部曲线，通过对局部曲线的形态判断Ti时刻是否属于交点对应的时刻。累积增油曲线局部形态与措施有效期检测点关系可分为6种情况（如图1所示）。

图1 累积增油曲线局部形态与措施有效期检测点

若3个时间点的有措施生产曲线与无措施生产曲线不相交，并且处于无措施生产曲线上方，此时累积增油曲线是一条斜率为正的折线，如图1（a）所示。对求差分并用符号函数sign处理后为1，1，再次差分为0，则Ti时间点不属于措施有效期检测点，不做检出。

若3个时间点有措施生产曲线与无措施生产曲线相交且处于无措施生产曲线上方，累积增油曲线为一条折线，如图1（a）所示。对累积增油曲线求差分并用符号函数sign处理后为0，-1，再次差分为-1，则Ti时间点属于措施有效期检测点，为措施失效的时刻。

若3个时间点有措施生产曲线与无措施生产曲线相交，并且处于无措施生产曲线上方，累积增油曲线为凸齿形曲线，如图1（a）所示。对其求差分并用符号函数sign处理后为1，-1，再次差分为-2，则Ti时间点属于措施有效期检测点，为措施失效的时刻。图1（b）的 3种情况与图1（a）相对应，在此不再赘述。

通过程序设计[10]，计算措施后实际产油量与无措施时预测产油量的差值，绘制累积增油曲线。遍历累积增油曲线的所有时间点，若某一时间点的实际增油效果高于无措施产油能力时，累积曲线表现凹形或上拐、算法返回正值，表示该时间点为措施见效点；若某一时间点的算法返回负值，则表示该时间点的实际增油效果低于无措施产油能力，局部累积增油曲线表现凸形或下拐。这一时间点与措施开始时间点或措施见效点的差值，再扣除关停时间，即为措施有效期。

3 应用实例

本文采用新方法快速统计了某一油田不同类型的措施在不同时间跨度下的有效期。在短期评价（365 d）与长期评价（1 095 d）的两种情况下，不同措施类型的措施有效期有不同的特点。大修类措施施工时间多在2个月以上，投资大，但日增油量高，措施的成功率高，该类措施在短期评价中有效期时间较长，有效期占整个评价周期的99%，在长期评价的统计中有效期中等，有效期占整个评价周期的53%，属于高投入、低风险、投资回收期短的增产措施；防砂、上返补孔类措施施工时间在1个月左右，投资较大、措施成功率较高，该类措施在短期评价中有效期较短，占整个评价周期的43%，但在长期评价中有效期中等，有效时间占整个评价周期的37%，该类措施实施后含水上升的风险较大，属于高投入、中风险、投资回收期短的增产措施；换泵、酸化等措施作业时间在1周左右，措施成功率高，短期评价中有效期较短，占整个评价周期的12%，长期评价中有效期较长，占整个评价周期的91%，属于低投入、中风险、投资回收期长的增产措施；开关层等措施在短期与长期评价中有效期都很长，有效期都为评价周期的99%，属于投资小但效益高的措施，应在施工优选顺序靠前；而堵水等措施在短期与长期评价中有效期都很短，有效期分别占短期与长期评价周期的9%、6%，属于高投入、高风险、投资回收期短的增产措施，应在施工优选顺序靠后。

相较于以往以年累产油进行措施效果评价，本研究的新方法对措施效果的评价更加真实客观，并且可以节省大量人工统计时间。

4 结语

在数字时代的背景下，企业进行数字化转型升级势在必行。利用数字化及自动化的手段进行业务赋能，提升工作效率，优化资源配置，是构建企业核心竞争力关键路径。本研究围绕油田生产中的一项措施评价业务，详细论述了以年底为统计节点进行措施评价带来的片面性，系统地探讨了增产措施评价的关键参数、计算模型，以及不同措施有限期计算方法及优缺点。针对以往措施有效期统计需要消耗大量人力的问题，提出了措施有效期的自识别算法设计。该方法基于局部最优算法，识别累积产油量曲线形态的凹凸点和拐点，以及对应的措施有效情况，实现了措施有效期的自动判定，适用于当前油田密集数据时代的数字化要求，减轻了从业人员统计工作量。此外，本研究自拟多个统计节点对实际油田进行应用，通过分析多个统计节点计算结果，归纳了不同措施的措施有效期特征，不但保证了评价内容更加真实客观，还可以指导年度内不同措施实施的优先级，为油田企业增产措施决策提供更加精细化的判断依据。