基于數(shù)據(jù)挖掘的單層產(chǎn)量劈分方法

羅剛，蔣志斌，徐后偉

劉文濤，羅治形，馮利娟 （中石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依834000）

油水井產(chǎn)量劈分是多層油藏精細(xì)開發(fā)的重要前提，產(chǎn)量劈分正確與否將在很大程度上決定油藏精細(xì)開發(fā)的成敗。目前廣泛應(yīng)用的地層因數(shù)法劈分方案參數(shù)比較單一，而且忽略了多層油藏各儲集層之間的相互影響，強(qiáng)調(diào)劈分結(jié)果對所有儲集層有效。這與產(chǎn)液和吸水剖面等監(jiān)測資料反映的實際情況有矛盾［1］。顯然，這種傳統(tǒng)的油水井產(chǎn)量劈分方案僅僅適用于那些儲集層相對比較均勻、生產(chǎn)井段短、射孔層數(shù)少的油藏［2］?；谠摤F(xiàn)象，王喬等［3］對地層因數(shù)劈分方法進(jìn)行了修正，加入了油藏壓力對劈分系數(shù)的影響，在劈分公式中并未體現(xiàn)生產(chǎn)壓差，而是通過在同一地層因數(shù)級差內(nèi)，考慮高、中、低滲層不同滲透率組合，隱含的是滲流阻力的變化，但公式較復(fù)雜，不易推廣。郭文英等［4］提出利用水電相似原理，通過求取注水井平面、剖面注水量劈分系數(shù)，間接求取縱向分層產(chǎn)液量。

筆者從實際產(chǎn)液剖面資料出發(fā)，利用測井解釋有效厚度、孔、滲、飽等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立同井點產(chǎn)液資料數(shù)據(jù)庫，利用數(shù)據(jù)挖掘原理，找出與產(chǎn)油量最敏感的地質(zhì)參數(shù)，以回歸產(chǎn)量劈分方程，求取綜合劈分參數(shù)，較準(zhǔn)確地確定單層產(chǎn)量。

1 數(shù)據(jù)挖掘原理

數(shù)據(jù)挖掘 （data mining）實際是從海量的、不完全的、有噪聲的數(shù)據(jù)中獲取新穎、正確、有潛在價值的知識與信息的過程［5，6］。數(shù)據(jù)挖掘任務(wù)分為描述和預(yù)測兩大類，前者導(dǎo)出數(shù)據(jù)中潛在關(guān)系的概括模式，后者對當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行推斷以作出預(yù)測。數(shù)據(jù)挖掘能高度自動化地分析各種數(shù)據(jù)，做出歸納性的推理，從中挖掘出潛在的規(guī)律與模式，指導(dǎo)后期決策。

2 數(shù)據(jù)挖掘方法與步驟

數(shù)據(jù)挖掘的主要方法有分析方法、決策樹、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、相關(guān)規(guī)則和數(shù)據(jù)可視化等。分析方法指采用描述統(tǒng)計、概率論、回歸分析、時間序列分析、多元分析等統(tǒng)計分析方法，了解自變量和因變量之間的關(guān)系，并用這些關(guān)系來進(jìn)行分析和預(yù)測。

數(shù)據(jù)挖掘主要有數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、規(guī)律尋找和規(guī)律表示3個步驟。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備是從相關(guān)的數(shù)據(jù)源中選取所需的數(shù)據(jù)并整合成用于數(shù)據(jù)挖掘的數(shù)據(jù)集；規(guī)律尋找是用某種方法將數(shù)據(jù)集所含的規(guī)律找出來；規(guī)律表示是盡可能以用戶可理解的方式將找出的規(guī)律表示出來。

3 應(yīng)用實例

準(zhǔn)噶爾盆地石南21井區(qū)侏羅系頭屯河組 （J2t）油藏是三角洲前緣沉積的塊狀、低孔低滲砂巖油藏，具有巖性變化快、非均質(zhì)性強(qiáng)的特點。該油藏注水開發(fā)近10年，剖面動用程度約60%～80%，平面、剖面已經(jīng)不同程度水淹，油藏下步調(diào)整的關(guān)鍵是評價單層采出程度，找準(zhǔn)剩余油。

3.1 建立數(shù)據(jù)庫

全油藏范圍內(nèi)的產(chǎn)液剖面測試井點是該次數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)，為了盡可能規(guī)避偶然性與不確定性，選取單井產(chǎn)液剖面測試次數(shù)5次以上的14口井作為 “樁子井”，井點在平面上均勻分布，這些井的產(chǎn)液剖面數(shù)據(jù)、測井解釋數(shù)據(jù)分布在J2t12、J2t22、J2t32共3個小層，25條數(shù)據(jù)，挑選了13個參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘 （表1）。

表1 數(shù)據(jù)挖掘收集參數(shù)統(tǒng)計

3.2 數(shù)據(jù)挖掘

采用分析方法進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘。挖掘的產(chǎn)量按不同需求分為單層日產(chǎn)油量、日產(chǎn)液量、采油強(qiáng)度、采液強(qiáng)度等4項，挖掘字段選擇油層厚度、油層物性、油層含油性、砂層物性、砂層含油性5大類參數(shù)，通過分析方法中的回歸分析進(jìn)行挖掘，回歸分析是用于了解自變量和因變量之間的關(guān)系，并用這些關(guān)系來進(jìn)行分析和預(yù)測［7］。

通過設(shè)定4項產(chǎn)量數(shù)據(jù)為因變量，5大類挖掘字段為自變量，結(jié)果提取出與單層日產(chǎn)油量最敏感的4個參數(shù)，分別為單層射孔厚度、單層油層孔隙度、單層油層滲透率、單層油層含油飽和度。通過關(guān)系曲線顯示，單層日產(chǎn)油量與4項參數(shù)之間均存在一定的正相關(guān)關(guān)系，其中與單層射孔厚度、單層油層孔隙度相關(guān)性最好，與單層油層含油飽和度、單層油層滲透率關(guān)系稍差 （圖1～4），由此確定影響日產(chǎn)油量關(guān)系的主要決定因子為單層射孔厚度與單層油層孔隙度。此處需要解釋的是，日產(chǎn)油量與滲透率相關(guān)性不及孔隙度，可能的原因是測井解釋的滲透率準(zhǔn)確性不高，這也正是數(shù)據(jù)挖掘方法在油田實際研究中的方便之處，即可以不必拘泥于理論的數(shù)據(jù)模型，一味追求數(shù)據(jù)解釋的精確度，只要找出現(xiàn)有數(shù)據(jù)中互相影響最關(guān)鍵的因素即可。

3.3 試湊法構(gòu)建劈分方程

數(shù)據(jù)挖掘得到的單層日產(chǎn)油量主要決定因子單層射孔厚度與單層油層孔隙度，可綜合兩項因子，通過試湊法構(gòu)建二元一次方程，提高單因子與單層日產(chǎn)油量之間的相關(guān)性，以提高劈分精度。試湊法指假設(shè)某個未知變量的變化趨勢，用一個已知條件來擬合另一個已知條件，從而得到這個未知變量的函數(shù)式的方法［8，9］。試湊法在該文的體現(xiàn)為：首先假設(shè)單層射孔厚度與單層油層孔隙度組成的二元一次方程與單層日產(chǎn)油量間的相關(guān)性，要比單項決定因子與單層日產(chǎn)油量間相關(guān)性高，方程組成可通過改變決定因子系數(shù)的方式來確定。

構(gòu)建形如式 （1）的二元一次方程：

圖1 單層射孔厚度與單層日產(chǎn)油量關(guān)系曲線

圖2 單層油層孔隙度與單層日產(chǎn)油量關(guān)系曲線

圖3 單層油層滲透率與單層日產(chǎn)油量關(guān)系曲線

圖4 單層油層含油飽和度與單層日產(chǎn)油量關(guān)系曲線

式中：Ao為綜合劈分參數(shù)，1；a為方程系數(shù)，取值范圍0～1；X1與X2為方程的2個自變量。

式 （1）的應(yīng)用基礎(chǔ)為 X1與X2數(shù)值大小接近，方能體現(xiàn)不同系數(shù)a或1－a對自變量X1或X2的影響。令X1＝hs，X2＝f （?），目的油藏單層射孔厚度約5m，單層油層孔隙度?約15%，故令f （?）＝100×?／3，即X2取值也在5左右，此時可滿足試湊法構(gòu)建函數(shù)要求。

通過試湊法，a取值步長0．1，得到方程與相關(guān)系數(shù)R2，結(jié)果見表2?？梢钥闯?，當(dāng)a＝0．3時，油量劈分方程R2最高，達(dá)0．67（圖5），高于單項參數(shù)方程中的R2。

確定最終劈分方程：

以此作為采油井單層的劈分參數(shù)計算式，3單層的劈分參數(shù)可表示為：

表2 試湊法確定劈分方程

式中：Ao1、Ao2、Ao3分別為、、J2t32單層的綜合劈分參數(shù)，由此得到單層的劈分系數(shù)：

式中：Aow為單井的綜合劈分參數(shù)之和；go1、go2、go3分別為、、單層的產(chǎn)油量劈分系數(shù)，劈分系數(shù)之和為1。

劈分單層產(chǎn)油量則可用下式計算：

式中：No1、No2、No3分別為、、單層劈分的產(chǎn)油量，t。

3.4 應(yīng)用效果

利用綜合劈分參數(shù)，首先對14口 “樁子井”進(jìn)行檢驗，將綜合參數(shù)劈分結(jié)果與實際產(chǎn)液剖面［10］對比，單層產(chǎn)油誤差均控制在1%以內(nèi) （圖6），精度較高。再將劈分方程推廣到更多產(chǎn)液剖面井 （同井點測試次數(shù)大于3次的井），對比綜合參數(shù)、地層因數(shù)與實際產(chǎn)液數(shù)據(jù)，可以看出綜合參數(shù)法劈分結(jié)果更接近產(chǎn)液剖面數(shù)據(jù)，在主要產(chǎn)層與劈分結(jié)果較地層因數(shù)法均提高了5個百分點，故認(rèn)為以此建立的綜合劈分參數(shù)可以推廣到全區(qū)油井 （圖7）。

圖6 綜合參數(shù)劈分與產(chǎn)液剖面對比圖

圖7 綜合參數(shù)、地層因數(shù)劈分與產(chǎn)液剖面對比圖

圖5 綜合劈分參數(shù)與單層日產(chǎn)油量關(guān)系曲線

截止到2011年底，石南21井區(qū)J2t2油藏累計產(chǎn)油841．72×104t，按上述模型劈分結(jié)果分析，為主要采出層，其次是，動用最差的為，＋是油藏調(diào)整目的層 （表3）。由此指導(dǎo)該區(qū)分層系加密，2012年15口調(diào)整新井射開動用較差、剩余油富集的＋，平均日產(chǎn)油10．5t，含水率30．8%，投產(chǎn)效果較好。

4 結(jié)論

表3 石南21井區(qū)J2t油藏產(chǎn)量劈分統(tǒng)計

1）單層產(chǎn)液產(chǎn)油量與儲集層厚度、物性、含油性均存在一定正相關(guān)，但就石南21井區(qū)J2t低孔低滲的塊狀砂巖油藏來說，孔隙度與射孔厚度是最主要的影響因素。

2）試湊法建立的多參數(shù)劈分方程兼顧了主要決定因子——射孔厚度與孔隙度，提高了劈分精度。

3）基于數(shù)據(jù)挖掘的產(chǎn)量劈分方法，嚴(yán)格忠于實際產(chǎn)液剖面數(shù)據(jù)，使劈分結(jié)果更可靠，剩余油研究更準(zhǔn)確。

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