油田預(yù)警分析模型的研究與設(shè)計(jì)

魏軍

摘要：目前我國(guó)大部分的石油產(chǎn)區(qū)已經(jīng)進(jìn)入生產(chǎn)開采的中后期，此時(shí)為了能夠提高石油的采收率來(lái)滿足社會(huì)生產(chǎn)生活，必須及時(shí)有效地對(duì)油田的產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)警分析。本文提出一種油田預(yù)警分析模型，該模型采用支持向量機(jī)方法對(duì)油田開發(fā)過(guò)程中的油田區(qū)塊進(jìn)行預(yù)警，并且對(duì)抽油單井進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控與診斷，分析可能出現(xiàn)的各種問(wèn)題，進(jìn)而可以在異常事件初期及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的異常情況，以此來(lái)進(jìn)行預(yù)警，提前采取預(yù)防措施，從而實(shí)現(xiàn)油田產(chǎn)量的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該模型具有較高的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：預(yù)警分析模型；支持向量機(jī)；診斷

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）25-6011-04

Research and Design on Early Warning Analysis of Oilfield Model

WEI Jun

（Department of Information Engineering， Karamay Vocational and Technical College， Karamay 833600， China）

Abstract： At present， in our country most of the oil producing region has entered the mid-late production mining， at this time， in order to improve the recovery ratio of oil to meet the social production and living， must be early warning analysis for oilfield production in a timely and effective manner. This paper presents a oilfield early warning analysis model， the model uses support vector machine （SVM） method for early warning oil block in the process of oilfield development.And for single-well pumping real-time monitoring and diagnosis， analysis of the various problems that may arise， and thus can detect abnormalities in the production of abnormal events in the early stages， in order to be alert and take precautionary measures in advance， in order to achieve oil production the high-yield. Experimental results show that the model has high prediction accuracy.

Key words： early warning analysis model； SVM； diagnosis

1 概述

在油田生產(chǎn)開發(fā)過(guò)程中，產(chǎn)量預(yù)警是其中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，并且油田開發(fā)的首要任務(wù)之一就是對(duì)產(chǎn)量做出準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)。實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和準(zhǔn)確的產(chǎn)量預(yù)測(cè)是合理調(diào)整油田規(guī)劃和制定方案，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化開發(fā)和管理的重要依據(jù)[1]。國(guó)內(nèi)外在這方面的研究已經(jīng)取得了諸多成果，部分油田已經(jīng)運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建了自己的網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)[2]。但是，現(xiàn)有的產(chǎn)量預(yù)警系統(tǒng)是利用本地系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中從油田公司的數(shù)據(jù)庫(kù)中提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警，這樣就使得產(chǎn)量監(jiān)控具有一定的時(shí)滯性，雖然已經(jīng)達(dá)到了預(yù)警的效果，但在實(shí)時(shí)性上還有待提高。

為了提高油田油井、井區(qū)、作業(yè)區(qū)及采油廠的石油采收率，縮短發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)狀況異常狀態(tài)的時(shí)滯性，及時(shí)診斷與發(fā)現(xiàn)油田開發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題及影響程度，本文提出一種油田預(yù)警分析模型，該模型在油田異常事件的初期能夠給出預(yù)警信號(hào)，提前分析處理潛在隱患，以此來(lái)提高油田的采收效率。

2 預(yù)警指標(biāo)體系的建立

2.1 預(yù)警目標(biāo)的確定

本文的主要研究?jī)?nèi)容是對(duì)于單井和區(qū)塊的預(yù)警分析模型，不難看出其核心的部分就是利用預(yù)警算法模型從大量歷史數(shù)據(jù)之中挖掘出預(yù)警相關(guān)知識(shí)，獲取的預(yù)警知識(shí)存入專家知識(shí)庫(kù)中以便對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析監(jiān)測(cè)，然后根據(jù)設(shè)計(jì)的預(yù)警策略就可以對(duì)實(shí)際井況采取是否生成預(yù)警信息的決定?；陬A(yù)警知識(shí)挖掘的油田產(chǎn)量預(yù)警機(jī)制如圖1所示[3]。

2.2 油井產(chǎn)量影響因素分析

在油田生產(chǎn)過(guò)程中，影響油井單井產(chǎn)量的主要因素多種多樣，大體可以將其分為地質(zhì)因素、人為因素和外部因素等[4]。地質(zhì)因素主要包括井段長(zhǎng)度、組合厚度、組合層數(shù)等；人為因素主要包括注采井距、注采比、儲(chǔ)量動(dòng)用程度、水驅(qū)控制程度等；外部因?yàn)橹饕ㄌ鞖庖蛩?、機(jī)械故障、線路停電等。油田產(chǎn)量主要影響因素如下圖2所示。

2）選擇核參數(shù)

本文采用徑向基函數(shù)作為支持向量機(jī)的核函數(shù)，徑向基核函數(shù)的參數(shù)γ與c的選擇本文主要采用3-折交叉驗(yàn)證法[8]，通過(guò)訓(xùn)練樣本集訓(xùn)練支持向量機(jī)，得到支持向量機(jī)分類器，并通過(guò)測(cè)試樣本集對(duì)支持向量機(jī)分類器進(jìn)行測(cè)試，最終分類準(zhǔn)確率為3次測(cè)試結(jié)果的平均值，將測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確率高的參數(shù)組合作為最優(yōu)值。

3）經(jīng)過(guò)樣本數(shù)據(jù)測(cè)試后，建立基于支持向量機(jī)的區(qū)塊預(yù)警模型。

3.2 基于標(biāo)準(zhǔn)井的單井預(yù)警模型的建立

油田預(yù)警分析模型對(duì)單井的預(yù)警主要是采用對(duì)抽油機(jī)的預(yù)測(cè)診斷技術(shù)，其主要思路是對(duì)井下泵功圖進(jìn)行識(shí)別和分類，但是這種方法常常只能在異常情況已經(jīng)發(fā)生的時(shí)候，示功圖特征有較大改變的時(shí)候才能有較高的準(zhǔn)確率，但此時(shí)產(chǎn)量已經(jīng)大幅下降。本文希望在油井產(chǎn)量波動(dòng)初期給出異常預(yù)警，所以僅僅依靠示功圖的特征提取和判斷并不能達(dá)到預(yù)期效果，所以本文主要采取的預(yù)警思路是通過(guò)計(jì)算實(shí)際井和標(biāo)準(zhǔn)井的抽油機(jī)設(shè)備在當(dāng)前井況下各子系統(tǒng)的效率，然后對(duì)兩者進(jìn)行對(duì)比并結(jié)合示功圖進(jìn)行異常判斷。通過(guò)這種方法可以在抽油機(jī)效率產(chǎn)生較小波動(dòng)時(shí)就可以發(fā)現(xiàn)，比單一利用示功圖方法能達(dá)到更高的預(yù)警效果[9]。

基于標(biāo)準(zhǔn)井的單井預(yù)警模型的建立過(guò)程中，主要包括以下幾個(gè)步驟。

1）抽油機(jī)井各子系統(tǒng)效率計(jì)算

抽油機(jī)井各子系統(tǒng)效率包括地面各子系統(tǒng)效率和井下各子系統(tǒng)效率。地面各子系統(tǒng)效率分析包括帶傳動(dòng)效率計(jì)算模型、減速箱效率計(jì)算模型、四連桿效率計(jì)算模型、電機(jī)效率計(jì)算模型；井下各子系統(tǒng)效率分析包括抽油桿效率計(jì)算模型、抽油泵效率計(jì)算模型[10]。

2）標(biāo)準(zhǔn)井井上功圖計(jì)算

在獲得標(biāo)準(zhǔn)井井下功圖之后需要預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)井井上功圖，這時(shí)需要改變波動(dòng)方程的初始邊界條件，已知抽油桿完整的數(shù)學(xué)模型如下[11]：

由表2可知：仿真計(jì)算所得抽油機(jī)各子系統(tǒng)效率與測(cè)試所得各子系統(tǒng)效率較吻合。標(biāo)準(zhǔn)井計(jì)算公式準(zhǔn)確性較高，和實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)井誤差小，所以基于標(biāo)準(zhǔn)井的單井預(yù)警模型具有較高的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種油田預(yù)警分析模型，該模型包括區(qū)塊預(yù)警和單井預(yù)警兩個(gè)部分。有效的預(yù)警了油田生產(chǎn)過(guò)程中的產(chǎn)量變化，并且油田開發(fā)的首要任務(wù)之一就是對(duì)產(chǎn)量做出準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)。實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和準(zhǔn)確的產(chǎn)量預(yù)測(cè)為后期合理調(diào)整油田規(guī)劃和制定優(yōu)化方案給出了重要依據(jù)，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

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