大數(shù)據(jù)技術(shù)在油田套損井防治中的應(yīng)用研究

阮杰 徐甜

[摘 要] 隨著信息化技術(shù)的進(jìn)步，各行業(yè)愈發(fā)重視數(shù)據(jù)開發(fā)利用，大數(shù)據(jù)技術(shù)作為數(shù)據(jù)價值發(fā)現(xiàn)的重要方法已經(jīng)在社會各方面得到了廣泛的認(rèn)識和應(yīng)用。當(dāng)前低油價環(huán)境下，通過信息技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)石油企業(yè)提質(zhì)增效已成為石油行業(yè)的一致共識。本文將利用大數(shù)據(jù)技術(shù)針對油田套損井的防治開展相關(guān)的研究工作，以明確套損井主控因素，提升套損井防治的針對性和有效性，以更好地保證油田生產(chǎn)的平穩(wěn)開展。

[關(guān)鍵詞] 大數(shù)據(jù)；套損井；防治

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2018. 13. 033

[中圖分類號] F273；TP393 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2018）13- 0069- 03＼

0 引 言

大港油田作為復(fù)雜斷塊的老油田，隨著二次開發(fā)的不斷深入，套損井問題日益嚴(yán)重，極大的影響了油田的正常高效生產(chǎn)，不僅影響油田的穩(wěn)產(chǎn)基礎(chǔ)，還造成注采井網(wǎng)的不完善，給油田區(qū)塊的整體開發(fā)帶造成了不利影響。大港油田一直致力于該項工作的研究，并取得了較好的成績，隨著精細(xì)化管理及研究技術(shù)的發(fā)展，如何更加深入對套損井進(jìn)行研究，挖掘套損井發(fā)生的規(guī)律和知識，有針對性地去預(yù)防和解決此類問題對油田區(qū)塊的穩(wěn)定開發(fā)意義重大。

本文基于大港油田公司積累的大量井筒專業(yè)數(shù)據(jù)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)，在正常和套損井構(gòu)成的大量數(shù)據(jù)樣本中，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)從數(shù)據(jù)角度尋找大港油田套損井分布、套損井發(fā)生規(guī)律、套損井主控因素，進(jìn)而預(yù)測套損井發(fā)生概率，為油田公司套損井的防治工作提供建議和指導(dǎo)，以更好地實(shí)現(xiàn)對套損井的防治。

1 大數(shù)據(jù)技術(shù)基本概述

數(shù)據(jù)挖掘是大數(shù)據(jù)技術(shù)數(shù)據(jù)分析、處理的核心，是規(guī)律發(fā)現(xiàn)及預(yù)測的主要技術(shù)，隨著科技的發(fā)展，數(shù)據(jù)挖掘不再僅僅依賴在線分析等傳統(tǒng)的分析方法。它結(jié)合了多種學(xué)科知識，并把這些復(fù)雜的技術(shù)封裝起來，使人們不用自己掌握這些技術(shù)也能完成同樣的功能，從而更專注于自己所要解決的問題。通過數(shù)據(jù)挖掘分析軟件，可以高度自動化地分析數(shù)據(jù)，做出歸納性的推理，從海量數(shù)據(jù)中挖掘出潛在的、有價值的知識、模型或規(guī)則，并對未來情況進(jìn)行預(yù)測，以輔助決策者評估風(fēng)險、做出正確的決策。

大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)相比于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘分析，具有數(shù)據(jù)量大、查詢分析復(fù)雜等特點(diǎn)，大數(shù)據(jù)與云計算密不可分。大數(shù)據(jù)需要結(jié)合新的處理模式才能產(chǎn)生具有更強(qiáng)的決策力、流程優(yōu)化能力等多樣化的信息資產(chǎn)。大數(shù)據(jù)技術(shù)的戰(zhàn)略意義不在于掌握龐大的數(shù)據(jù)信息，而在于掌握對這些含有意義的數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)化處理的技術(shù)。

大數(shù)據(jù)的特色在于對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式數(shù)據(jù)挖掘，它必須依托互聯(lián)網(wǎng)的云服務(wù)進(jìn)行分布式處理、分布式數(shù)據(jù)庫和云存儲等。如果把大數(shù)據(jù)比作一種產(chǎn)業(yè)，那么這種產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)盈利的關(guān)鍵是提高對海量數(shù)據(jù)的“加工能力”。簡單地說，大數(shù)據(jù)技術(shù)就是從各種各樣類型的數(shù)據(jù)海洋中，快速獲得有價值信息的能力。

2 常規(guī)套損井研究過程

當(dāng)前大港油田套損井的常規(guī)研究主要以套損形態(tài)研究為基礎(chǔ)，開展套損名義壽命、套損程度、套損在空間的分布等統(tǒng)計研究，確定套損分布規(guī)律；以套損綜合圖為技術(shù)手段，開展地質(zhì)因素對套損的控制研究，分析斷層、地質(zhì)層位、巖性等控制套損的地質(zhì)因素，建立套損地質(zhì)模型，確定影響套管損壞的內(nèi)因；以開發(fā)動態(tài)資料為基礎(chǔ)，分析注水壓力、含水、開發(fā)方式等開發(fā)因素對套損的影響，篩選影響套損的開發(fā)因素，確定套管損壞的外因；以地應(yīng)力測量為基礎(chǔ)，建立了三維地應(yīng)力分布模型，分析了套損與地應(yīng)力分布的關(guān)系；分析“鉆井狗腿”、套管鋼級和壁厚、固井質(zhì)量等影響套損的工程因素，確定影響套損的工程缺陷。

在以上地質(zhì)、開發(fā)、工程等因素的基礎(chǔ)上，建立套管損壞力學(xué)模型，分析套損發(fā)生的定量條件，提出套損預(yù)防措施及修復(fù)技術(shù)。

常規(guī)套損井的分析提升了套損井防治工作的針對性和有效性，但常規(guī)分析主要依靠數(shù)據(jù)的常規(guī)統(tǒng)計、分析來發(fā)現(xiàn)規(guī)律，常規(guī)的統(tǒng)計分析無法有效應(yīng)對大量數(shù)據(jù)的處理，研究人員無法有效獲得對套損井的全面認(rèn)識和成因的全面了解，因此有待進(jìn)一步提升和完善。

3 大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)套損井防治研究

針對大港油田套損井的整體分布情況，由于不同區(qū)塊間存在較大差異，根據(jù)當(dāng)前套損發(fā)生最集中的情況，我們重點(diǎn)對大港油田港西油田套損井開展了相關(guān)研究，主要思路和過程如下：

通過各個環(huán)節(jié)的遞進(jìn)，明確多因素情況下，港西油田套損井發(fā)生的主要因素，實(shí)現(xiàn)對套損井發(fā)生情況的預(yù)測，明確主控，有針對地開展相關(guān)防護(hù)工作，實(shí)現(xiàn)對套損井的防治。

根據(jù)分析的主題，我們對港西油田各類單井的砂巖段小層數(shù)據(jù)、射孔數(shù)據(jù)、套管數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理，實(shí)現(xiàn)了近千口井、五千余條數(shù)據(jù)的整理。

3.1 港西油田套損井規(guī)律發(fā)現(xiàn)

利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法，對港西油田明化鎮(zhèn)組的生產(chǎn)井和套損井進(jìn)行套損原因分析和預(yù)測。對相同地質(zhì)條件和工程條件下開發(fā)因素對套損套變的影響進(jìn)行特征分析，結(jié)合港西油田的相關(guān)地質(zhì)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)，我們開展了基于巖性、井筒名義壽命、鋼級、套損位置深度等單因素的關(guān)聯(lián)分析，以明確港西油田套損井發(fā)生的規(guī)律

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了無論在泥巖、砂巖等巖性情況下，名義壽命的峰值都在2 500天左右，在沙泥界面情況下，套損位置深度明顯集中在2 000米左右等，將所有因素進(jìn)行整體關(guān)聯(lián)分析，可以發(fā)現(xiàn)套損位置巖性為砂巖和其他類型的情況，樣本的套損發(fā)生位置深度隨名義壽命的增加而遞減；對于套損位置巖性為泥巖和泥沙界面的情況，在名義壽命隨深度增加過程中總體遞減，但在遞減過程中，均出現(xiàn)先增后減的情況，根據(jù)發(fā)現(xiàn)的規(guī)律，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的相關(guān)算法，開展了套損井預(yù)測模型的構(gòu)建。

3.2 港西油田套損井預(yù)測模型構(gòu)建及應(yīng)用

在規(guī)律分析的基礎(chǔ)上，我們對各類相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了全面的歸一化處理，其主要目的是去除缺失的觀測（沒有進(jìn)行插補(bǔ)，因?yàn)閿?shù)據(jù)量夠用），把因變量進(jìn)行因子化，在清理完成之后，通過分層隨機(jī)抽樣對樣本進(jìn)行了分類和分組。

通過反復(fù)比較數(shù)據(jù)的抽樣及分類特征，采用“隨機(jī)森林”的方法進(jìn)行模型的構(gòu)建和特征提取，同時為增強(qiáng)結(jié)果的可靠性，在基于隨機(jī)森林算法進(jìn)行特征提取的過程中，引入十折交叉驗(yàn)證方式算法進(jìn)一步確保模型的準(zhǔn)確性。

通過模型的構(gòu)建，利用分層隨機(jī)抽樣的方式，分別隨機(jī)選取25%的樣本構(gòu)成測試集，75%的樣本構(gòu)成訓(xùn)練集。通過10次十折交叉驗(yàn)證，其精度都在98%以上，說明模型的預(yù)測精度較高。

模型針對之前輸入的各種特征變量給出了影響港西油田套損井發(fā)生的4個重要特征，即為鋼級、砂層厚度、水泥返深、滲透率。

基于該算法構(gòu)建的模型，我們隨機(jī)抽取了大港油田港西油田21組數(shù)據(jù)進(jìn)行了相關(guān)的驗(yàn)證，通過模型的運(yùn)算得到結(jié)果與實(shí)際情況基本吻合，進(jìn)而驗(yàn)證了模型的基本可用性，也為該模型的正式應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

通過該模型的研究，可以快速地發(fā)現(xiàn)特定區(qū)塊套損井的主控因素，為專業(yè)研究人員提供了基礎(chǔ)的套損井發(fā)生因素的說明，針對相應(yīng)的主控因素可以快速地開展有針對性的措施應(yīng)對，以防止或延緩套損井情況的發(fā)生，確保生產(chǎn)的平穩(wěn)、有序開展。

4 結(jié) 語

本文基于油田生產(chǎn)過程中套損井防治的場景，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行相關(guān)機(jī)理的研究，對大數(shù)據(jù)技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)的探索，實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)技術(shù)在油田套損井防治中的應(yīng)用，為后續(xù)的深入應(yīng)用奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

石油行業(yè)具有數(shù)據(jù)積累量大、數(shù)據(jù)價值還有待進(jìn)一步發(fā)展和挖掘，借大數(shù)據(jù)的東風(fēng)，利用大數(shù)據(jù)思想實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的價值的深度挖掘，進(jìn)一步指導(dǎo)實(shí)際的生產(chǎn)。當(dāng)前低油價環(huán)境下，我們相信大數(shù)據(jù)技術(shù)將發(fā)揮更大的作用，助推企業(yè)提質(zhì)增效、節(jié)本降耗，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的高效、可持續(xù)發(fā)展。

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