油田生產(chǎn)中大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的研究及應(yīng)用

周春燕

摘 要：自始以來(lái)，由于地理位置的影響我國(guó)的石油資源處于緊缺的狀態(tài)，傳統(tǒng)的人工技術(shù)已不能滿(mǎn)足我國(guó)石油需求的問(wèn)題，那么將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于油田的建設(shè)中是一項(xiàng)急不可待的工程。文章以新疆油田公司為例，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)發(fā)掘油田隱藏的數(shù)據(jù)價(jià)值，提高數(shù)據(jù)的使用效率，利用數(shù)據(jù)找到合適油田，指導(dǎo)生產(chǎn)工作，更好地節(jié)約成本，提高綜合效益。

關(guān)鍵詞：油田生產(chǎn)；大數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)挖掘

前言

新疆油田重油開(kāi)發(fā)公司是以稠油開(kāi)采為主的采油廠(chǎng)。有著將近10年的數(shù)字油田建設(shè)歷史。而且中心數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)做得很成熟，主要包括五大業(yè)務(wù)板塊數(shù)據(jù)。即勘探業(yè)務(wù)板塊、開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)板塊、生產(chǎn)業(yè)務(wù)板塊、經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)板塊的數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)包括的內(nèi)容主要有單井、區(qū)塊的日月報(bào)數(shù)據(jù)、試井與生產(chǎn)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)、分析化驗(yàn)數(shù)據(jù)、井下作業(yè)和地理信息數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)資源種類(lèi)齊全，質(zhì)量高。2010年新疆油田重油開(kāi)發(fā)公司正式開(kāi)始進(jìn)行智能化油田建設(shè)工作，利用物聯(lián)網(wǎng)診斷單井問(wèn)題，使用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)油田進(jìn)行全面感知、分析預(yù)測(cè)、優(yōu)化決策找到油水井的生產(chǎn)規(guī)律，從而有助于油田生產(chǎn)工作進(jìn)行。

1 油田大數(shù)據(jù)的概念及處理流程

大數(shù)據(jù)有四個(gè)特點(diǎn)即量大（Volume）、快速生產(chǎn)（Velocity）、類(lèi)型豐富（Variety）、真實(shí)性（Veracity），被稱(chēng)為4V[1]。由于數(shù)據(jù)的數(shù)量非常大，就將數(shù)據(jù)組成數(shù)據(jù)集，進(jìn)行管理、處理實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的價(jià)值。大數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的整理流程是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為信息，將信息轉(zhuǎn)化為知識(shí)，再將知識(shí)轉(zhuǎn)化為智慧。這個(gè)過(guò)程應(yīng)用于油田可以理解為是對(duì)油田的生產(chǎn)和管理工作。大數(shù)據(jù)的七個(gè)處理步驟包括：對(duì)數(shù)據(jù)的提取和收集、清洗數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)找到潛在的內(nèi)在價(jià)值規(guī)律、建立預(yù)測(cè)模型、對(duì)結(jié)果進(jìn)行可視化的估計(jì)、驗(yàn)證結(jié)果、評(píng)估模型。

2 大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)及體系架構(gòu)研究

新疆油田為了滿(mǎn)足生產(chǎn)應(yīng)用，構(gòu)建了一個(gè)有效的大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)及體系架構(gòu)。此平臺(tái)主要包括四個(gè)基礎(chǔ)架構(gòu)：數(shù)據(jù)抽取平臺(tái)、進(jìn)行分布式的存儲(chǔ)平臺(tái)、大數(shù)據(jù)的分析與展示平臺(tái)。最底層是數(shù)據(jù)抽取平臺(tái)主要是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的整合，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成適合進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘或者建模的形式，構(gòu)建可靠的樣本數(shù)據(jù)集。存儲(chǔ)平臺(tái)主要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、建模、分析，最后將處理好的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存。其功能與數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)相似。大數(shù)據(jù)分析層，是在大數(shù)據(jù)建模的工具和算法基礎(chǔ)上，挖掘隱藏的數(shù)據(jù)模式和關(guān)系，利用數(shù)據(jù)軟件進(jìn)行分類(lèi)、建模，生成預(yù)測(cè)的結(jié)果，結(jié)合專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)利用測(cè)試的樣本選定評(píng)價(jià)方案不斷提高模型的精度，更好的用于油田的決策。數(shù)據(jù)應(yīng)用層主要是把建立的模型設(shè)計(jì)為運(yùn)行軟件，運(yùn)用建模方法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化界面設(shè)計(jì)，更好的實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

3 大數(shù)據(jù)分析技術(shù)研究

進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析時(shí)我們經(jīng)常采用兩大技術(shù)即大數(shù)據(jù)預(yù)處理和抽取技術(shù)，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)。

3.1 大數(shù)據(jù)抽取及預(yù)處理技術(shù)

大數(shù)據(jù)預(yù)處理和抽取技術(shù)的原理是指將不同名稱(chēng)，不同時(shí)間，不同地點(diǎn)的多種不同結(jié)構(gòu)和類(lèi)別的數(shù)據(jù)抽取處理成一種所表達(dá)的算法和內(nèi)涵一致便于處理類(lèi)型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[2]。在檢查數(shù)據(jù)缺失、數(shù)據(jù)異常時(shí)可以使用數(shù)據(jù)清洗方法確定有用的數(shù)據(jù)，一般采用剔除法或估計(jì)值法、填補(bǔ)平均值替換錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。為了滿(mǎn)足建模所需的大量數(shù)據(jù)，創(chuàng)建新的字段時(shí)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建。將原始數(shù)據(jù)用一定的方法如歸一法轉(zhuǎn)換為可用于數(shù)據(jù)挖掘的數(shù)據(jù)，這個(gè)過(guò)程為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

3.2 大數(shù)據(jù)分析技術(shù)

應(yīng)用于油田的大數(shù)據(jù)分析技術(shù)為：因子分析技術(shù)、聚類(lèi)分析技術(shù)、回歸分析技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)。其中的因子分析技術(shù)是指，利用少數(shù)的因子對(duì)多個(gè)指標(biāo)和因素間的相關(guān)性進(jìn)行描述，一般將密切相關(guān)的多個(gè)變量歸納為一類(lèi)，這一類(lèi)數(shù)據(jù)就屬于一個(gè)影響因子，用較少的因子反應(yīng)大量數(shù)據(jù)的信息。聚類(lèi)分析技術(shù)是指把具有某種共同特性的事物或者物體歸屬于一個(gè)類(lèi)型，并按照這些特性劃分為幾個(gè)類(lèi)別，同種類(lèi)型的事物相似性較高。這樣更利于辨別預(yù)先未知的事物特征?；貧w分析是指在一組數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上，研究一個(gè)變量和其他變量間隱藏的關(guān)系。利用回歸方程，進(jìn)行回歸分析，從而有規(guī)律地把變量之間的不規(guī)則，不確定的復(fù)雜關(guān)系簡(jiǎn)單得表示出來(lái)。

在使用大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是最關(guān)鍵的一門(mén)技術(shù)。該技術(shù)將大量復(fù)雜的、隨機(jī)性的、模糊的、不完整的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，挖掘出對(duì)人類(lèi)未來(lái)有用的數(shù)據(jù)，即提前獲得未知信息的過(guò)程[3]。數(shù)據(jù)挖掘功能分為預(yù)測(cè)功能和描述功能。數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)是指對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理推算，完成預(yù)測(cè)的目的。數(shù)據(jù)描述是展現(xiàn)集體數(shù)據(jù)的特性。數(shù)據(jù)挖掘功能是與數(shù)據(jù)的目標(biāo)類(lèi)型有關(guān)，有的功能適用于不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)，有的功能則只適用于特定功能的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)挖掘的作用就是讓人們能夠提前得到未知的消息，提升數(shù)據(jù)的有效性，使其可以應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。

4 大數(shù)據(jù)分析在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

4.1 異常井自動(dòng)識(shí)別

油田生產(chǎn)過(guò)程中影響最大的一個(gè)因素是異常井的出現(xiàn)，因此生產(chǎn)管理人員加大了對(duì)異常井的重視。最初，異常井的識(shí)別主要是依靠生產(chǎn)部門(mén)的生產(chǎn)人員，必須經(jīng)過(guò)人工查閱許多關(guān)于油田生產(chǎn)的資料才能確定異常井，這種人工檢閱的方法存在很多缺陷。比如說(shuō)大量的檢索工作、耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)等，對(duì)異常井的診斷和措施制定造成很大的困難。異常井是指油井當(dāng)天的產(chǎn)油量和上個(gè)月相比波動(dòng)很大，并大于正常的波動(dòng)范圍。目前廣泛采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和聚類(lèi)分析技術(shù)對(duì)異常井進(jìn)行識(shí)別，提高效率。為了實(shí)現(xiàn)算法編譯使用ASP.NET技術(shù)，系統(tǒng)架構(gòu)B/S模式進(jìn)行發(fā)布，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常井的存在。

4.2 異常井智能診斷

異常井診斷是油田每天進(jìn)行生產(chǎn)必須要完成的工序。而大部分油田采用人工方法對(duì)其進(jìn)行異常診斷，工作量極大，影響因素較多，診斷結(jié)果的可靠性較低，對(duì)后期進(jìn)行計(jì)劃實(shí)施造成很大的影響。這時(shí)可以采用智能診斷方法，利用灰度圖像處理技術(shù)和人臉識(shí)別算法建立抽油井的特征功圖庫(kù)，對(duì)比油井當(dāng)前的功圖和所建立的特征功圖，實(shí)現(xiàn)異常井的診斷。若是相似則不屬于異常井，反之，則為異常井。但是有時(shí)一種工況可能會(huì)有許多中表現(xiàn)方式，致使功圖解釋存在很多種狀況，可以采取因子分析法，分析每個(gè)工況下關(guān)聯(lián)的因子間是如何變化，然后建立參數(shù)診斷數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)比相關(guān)因子的指標(biāo)項(xiàng)，找到異常的原因，采取適合的方案進(jìn)行修改，從而提高單井的生產(chǎn)效率。

4.3 間抽井開(kāi)關(guān)井計(jì)劃制訂

當(dāng)油田開(kāi)發(fā)進(jìn)入后期階段就會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題，過(guò)度開(kāi)發(fā)使得地層的能量越來(lái)越少，致使更多供液不足的井開(kāi)發(fā)出來(lái)。將這類(lèi)井稱(chēng)之為間歇出油井。新疆油田一般會(huì)使用人工方法制訂間歇出油井的開(kāi)關(guān)時(shí)間計(jì)劃，但是對(duì)于計(jì)劃的合理性沒(méi)有進(jìn)行檢驗(yàn)。若是能夠控制好間歇出油井的開(kāi)關(guān)時(shí)間，對(duì)油田實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排是至關(guān)重要的。這時(shí)可以采用因子分析方法和回歸分析法進(jìn)行研究，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)找出影響間歇出油井的開(kāi)關(guān)時(shí)間的因素，建立合適的分析模型，對(duì)模型進(jìn)行線(xiàn)性回歸，進(jìn)行歸一化處理。從而為業(yè)務(wù)人員提供制訂間歇出油井開(kāi)關(guān)時(shí)間的合理方案，達(dá)到節(jié)能減排的效果。

4.4 油井清防蠟預(yù)測(cè)

目前油田上對(duì)于油井清蠟采取平均每口井一個(gè)月清洗一次蠟的措施，按照人工計(jì)劃進(jìn)行，出現(xiàn)了許多問(wèn)題。比如，一些井還沒(méi)有結(jié)蠟就已被清洗，有些井已經(jīng)結(jié)蠟，卻沒(méi)有得到及時(shí)清洗。這樣既浪費(fèi)大量的人力物力，而且還對(duì)油田的生產(chǎn)效率產(chǎn)生不利影響。若是利用因子分析法，將收集的關(guān)于結(jié)蠟周期、清蠟方式、清蠟用量、油井狀況等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立油井結(jié)蠟?zāi)Ｐ?，再利用回歸分析法對(duì)建立的模型建立曲線(xiàn)方程，進(jìn)行預(yù)測(cè)，找到結(jié)蠟時(shí)間，推斷出結(jié)蠟周期，更好的指導(dǎo)油田清蠟工序的進(jìn)行，提高油田的精細(xì)化管理。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，對(duì)比以前利用人工進(jìn)行油田生產(chǎn)可以發(fā)現(xiàn)大數(shù)據(jù)對(duì)于油田生產(chǎn)是非常必要的，可以更快的挖掘油田的生產(chǎn)作業(yè)規(guī)律，解決油田生產(chǎn)的困難。而且，可以利用油田數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析，關(guān)注問(wèn)題的主要影響因素找到管理中存在的不足，預(yù)防未來(lái)問(wèn)題的出現(xiàn)。大數(shù)據(jù)的核心價(jià)值就是通過(guò)以往大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)出未來(lái)，從而更好地指導(dǎo)油田的生產(chǎn)工作。

參考文獻(xiàn)

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