大數(shù)據(jù)分析方法在機(jī)采井評價(jià)中的應(yīng)用

劉洋 宋彥生

摘要：由于影響機(jī)采井系統(tǒng)效率的因素很多，主要因素并不十分明確，在評價(jià)油井的生產(chǎn)和工作過程中，大部分石油公司沒有一個(gè)系統(tǒng)、全面的評價(jià)體系。論文基于塔河油田機(jī)采井生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫的海量數(shù)據(jù)，開發(fā)了大數(shù)據(jù)分析軟件，通過灰色關(guān)聯(lián)分析理論，確定了影響塔河油田機(jī)采井系統(tǒng)效率的關(guān)聯(lián)指標(biāo)，并給出了沉沒度、泵效、回壓等指標(biāo)的控制范圍，在指標(biāo)控制范圍內(nèi)可提高機(jī)采井的系統(tǒng)效率，對機(jī)采井的生產(chǎn)控制有著重要意義，也可為石油其它領(lǐng)域數(shù)據(jù)分析提供借鑒。

Abstract： Because there are many factors that affect the efficiency of a mechanical recovery well system， the main factors are not very clear. In the process of evaluating the production and work of oil wells， most oil companies do not have a systematic and comprehensive evaluation system. Based on the massive data of the mechanical recovery well production database in Tahe Oilfield， this paper develops big data analysis software. Through the grey correlation analysis theory， the relevant indicators affecting the efficiency of the mechanical recovery well system in Tahe Oilfield are determined， and gives the control range of the index of submergence depth， pump efficiency， back pressure， etc. Within the control range of this index， the system efficiency of the mechanical recovery well can be improved， which is of great significance to the production control of the mechanical recovery well， and can also provide reference for data analysis in other fields of petroleum.

關(guān)鍵詞：機(jī)采井;效率;評價(jià)指標(biāo);大數(shù)據(jù)

Key words： mechanical recovery well;efficiency;evaluation index;big data

中圖分類號：TE355? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）23-0246-03

0? 引言

石油工程行業(yè)技術(shù)復(fù)雜、數(shù)據(jù)量呈指數(shù)增長，隨著信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對采集到的大量結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、分析和研究十分必要。

崔海福等[1]分析了大數(shù)據(jù)在地質(zhì)研究、地震勘測、油氣運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的應(yīng)用。李金諾[2]分析了石油行業(yè)大數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢，大數(shù)據(jù)分析可用于油氣生產(chǎn)的勘探、開發(fā)，鉆探和生產(chǎn)作業(yè)、維護(hù)等方面。袁澤波等[3]分析了試油工程對大數(shù)據(jù)的需求，介紹了大數(shù)據(jù)在試油設(shè)計(jì)一體化平臺中的應(yīng)用，優(yōu)化并完善了試油工程，使設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率有了很大的提升。李鑫等[4]在介紹大數(shù)據(jù)挖掘分析系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將噸液百米舉升耗電量作為分析目標(biāo)，根據(jù)油田數(shù)據(jù)庫的大量數(shù)據(jù)，分析影響噸液百米舉升耗電量的主要因素。曲寶龍等[5]分析了沉沒度對桿柱壽命、產(chǎn)液量和井下效率的影響，采用加權(quán)平均法建立目標(biāo)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對機(jī)采性能的評價(jià)，優(yōu)化了沉沒度。施婧[6]確定了影響機(jī)采井泵效的主要因素，并給出了適合薩北地區(qū)的下泵深度和沉沒度的范圍。付聰[7]分析了影響機(jī)采系統(tǒng)效率的因素，并從加強(qiáng)采油管理和更新節(jié)能設(shè)備等方面探討了提高機(jī)采系統(tǒng)效率的方法。周子利[8]現(xiàn)場展開油井回壓測試試驗(yàn)，定量的分析了交變載荷、扭矩、油井產(chǎn)液和能耗對回壓的影響，并總結(jié)了降低回壓的方法。曲寶龍等[9]把抽油泵泵徑、沖程、沖次、沉沒度作為影響因子，以抽油桿應(yīng)力幅、產(chǎn)液量和井下效率為目標(biāo)函數(shù)，設(shè)計(jì)了水平正交試驗(yàn)，綜合分析了這些影響因子對目標(biāo)函數(shù)的影響規(guī)律。

目前大數(shù)據(jù)分析在機(jī)采井評價(jià)方面涉及較少，只有科學(xué)地選擇抽油機(jī)的工作參數(shù)，調(diào)整生產(chǎn)系統(tǒng)的工作狀況，才能有效提升抽油井的系統(tǒng)效率，實(shí)現(xiàn)油井供采的最佳匹配，并降低能耗。本文通過對塔河油田機(jī)采井大數(shù)據(jù)的分析，對生產(chǎn)指標(biāo)作出評價(jià)優(yōu)化。

1? 大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)簡介

大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)主要包含獲取數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)組織、應(yīng)用層和展現(xiàn)層四部分。其實(shí)現(xiàn)過程為：①在數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù);②對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行抽樣和清洗加工，處理異常的數(shù)據(jù)、剔除重復(fù)的數(shù)據(jù)和無關(guān)緊要的數(shù)據(jù);③運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析算法形成數(shù)據(jù)處理平臺，對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，并以圖表、曲線等方式展現(xiàn)結(jié)果。

本文在獲取塔河油田機(jī)采井?dāng)?shù)據(jù)后，分析了影響塔河油田健康生產(chǎn)的主要因素，預(yù)測了塔河油田機(jī)采井的生產(chǎn)狀況，針對性的開展優(yōu)化工作，實(shí)現(xiàn)機(jī)采井的高效生產(chǎn)。

灰色關(guān)分析方法的原理[10-11]是在系統(tǒng)中的各因素中尋找影響目標(biāo)值的主要因素，從而了解事物發(fā)展的特征。

灰色關(guān)聯(lián)分析步驟如下：

②對數(shù)據(jù)做初始值處理，使其無量綱化。

在系統(tǒng)中各因素的物理意義各不相同，從而導(dǎo)致其單位不相同，為了便于比較，一般在關(guān)聯(lián)分析時(shí)將其進(jìn)行無量綱化處理。

關(guān)聯(lián)系數(shù)ri（k）表示了在同一點(diǎn)上比較序列和參考序列間的相關(guān)程度。？籽∈（0，1）為分辨系數(shù)，通常取0.5。

⑥求得關(guān)聯(lián)度R（i）。

⑦排出關(guān)聯(lián)序。

為了準(zhǔn)確評估每個(gè)子序列和母序列之間的關(guān)聯(lián)程度，需要根據(jù)關(guān)聯(lián)度大小進(jìn)行順序排列，即為關(guān)聯(lián)序。

2? 機(jī)采井大數(shù)據(jù)分析

2.1 塔河油田機(jī)采井基本概況

對塔河油田目前機(jī)采井生產(chǎn)參數(shù)及各種工藝情況進(jìn)行摸底排查，共排查機(jī)采井1363口，其中采油一廠484口，采油二廠558口，采油三廠321口，總計(jì)開井734口，總體日產(chǎn)液19594m3/d，總體日產(chǎn)油9043m3/d。生產(chǎn)井平均泵徑66.3mm，平均泵掛2345m，平均產(chǎn)液量26.7m3/d，平均產(chǎn)油量12.3m3/d，平均含水44%，平均動(dòng)液面656m，平均沉沒度1811m，平均連續(xù)生產(chǎn)天數(shù)610d，平均交變載荷30.4kN。

為進(jìn)一步確定塔河油田機(jī)采井生產(chǎn)的具體情況，利用大數(shù)據(jù)分析了塔河油田近十年的機(jī)采井生產(chǎn)情況，如表1所示。

塔河油田近十年泵效保持較高水平，但檢泵周期持續(xù)延長，沉沒度高，所以其優(yōu)化空間大，系統(tǒng)效率有待提高。

2.2 機(jī)采井評價(jià)指標(biāo)

抽油井系統(tǒng)效率是把液體舉升到地面的有效作功能量與系統(tǒng)輸入能量之比，即抽油機(jī)的有效功率與輸入功率的比值。

在油田生產(chǎn)中涉及抽油機(jī)井系統(tǒng)效率指標(biāo)的因素很多，以石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《抽油機(jī)和電潛泵井生產(chǎn)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)方法》為基礎(chǔ)，結(jié)合塔河油田相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，梳理了抽油機(jī)井主要指標(biāo)，如泵徑、沖程、沖次、泵深、沉沒度、泵效、采油時(shí)率、平衡率、回壓、額定載荷、交變載荷、最大載荷、最小載荷、載荷利用率等，利用灰色關(guān)聯(lián)分析方法，分別對有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算各數(shù)列之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)，以確定關(guān)鍵的評價(jià)指標(biāo)。

2.3 機(jī)采井指標(biāo)灰色關(guān)聯(lián)分析

下面以塔河油田機(jī)采井相關(guān)數(shù)據(jù)為例進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析：

2.3.1 抽油泵參數(shù)和載荷參數(shù)的選取

根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)理論，以泵徑為參考序列，沖程、沖次、泵深、沉沒度作為比較序列，計(jì)算其關(guān)聯(lián)度，如表2所示。以載荷利用率為參考序列，額定載荷、交變載荷、最大載荷、最小載荷作為比較序列，如表3所示。

由表2可知，泵徑與沖程、沖次、泵深、沉沒度的關(guān)聯(lián)序?yàn)椋撼翛]度>泵深>沖次>沖程。

由表3結(jié)果可知，載荷利用率與額定載荷、交變載荷、最大載荷、最小載荷的關(guān)聯(lián)序?yàn)椋航蛔冚d荷>額定載荷>最大載荷>最小載荷。

在灰色關(guān)聯(lián)分析中，分辨系數(shù)？籽應(yīng)該在實(shí)際應(yīng)用中確定其大小，本文分辨系數(shù)取0.5，即：計(jì)算出的關(guān)聯(lián)度大于0.5時(shí)，認(rèn)為其相關(guān)程度較大。

泵徑與沖次、泵深、沉沒度的關(guān)聯(lián)度均大于0.5，其中泵徑與沉沒度有很大的相關(guān)性，優(yōu)選沉沒度作為關(guān)聯(lián)指標(biāo)。

載荷利用率與額定載荷、交變載荷、最大載荷、最小載荷的關(guān)聯(lián)度均大于0.5，其中載荷利用率與交變載荷的關(guān)聯(lián)度最大，交變載荷更能反映出機(jī)采井的實(shí)際載荷變化，因此，選擇交變載荷作為評價(jià)指標(biāo)。

2.3.2 總體指標(biāo)的確定

在完成泵參數(shù)和載荷參數(shù)的選取后，進(jìn)一步結(jié)合泵效、生產(chǎn)成本和連續(xù)生產(chǎn)時(shí)間對泵效、交變載荷、采油時(shí)率、平衡率、回壓等進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。

上述結(jié)果表明，泵效、交變載荷、采油時(shí)率、平衡率、回壓等參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)度均小于0.5，表明這些指標(biāo)是相互獨(dú)立的，因此可用于指標(biāo)評價(jià)，具有較好的代表性。通過運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)法篩選并綜合考慮機(jī)采井現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)情況，可確定機(jī)采井主要生產(chǎn)影響因素為以上五個(gè)具體指標(biāo)。

結(jié)合集團(tuán)公司相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，將百米噸液耗電量和連續(xù)安全生產(chǎn)天數(shù)也作為機(jī)采井評價(jià)指標(biāo)。

2.4 主要生產(chǎn)指標(biāo)的確定

在利用灰色關(guān)聯(lián)分析出影響機(jī)采井系統(tǒng)效率關(guān)鍵指標(biāo)的基礎(chǔ)上，將百米噸液耗電量、沉沒度、泵效、回壓為研究對象，數(shù)據(jù)分析處理后得到關(guān)系曲線如圖1-圖4。

從圖1和圖2可知，百米噸液耗電量隨著沉沒度的增加，在一定范圍內(nèi)先逐漸減少然后增加，隨著沉沒度的增加，系統(tǒng)效率則先增大后減少，從而可以確定塔河油田合理沉沒度區(qū)間應(yīng)控制在400-900m;圖3可得隨著回壓的增大系統(tǒng)效率逐漸的減小，可確定回壓取值范圍≤1.5MPa;圖4可得隨著泵效的增加，系統(tǒng)效率先增大先增大后減少，可確定泵效的取值范圍為45-82%。

3? 結(jié)論

①通過對塔河油田機(jī)采井生產(chǎn)情況的數(shù)據(jù)分析，結(jié)合大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法與灰色關(guān)聯(lián)分析確定了機(jī)采井關(guān)鍵評價(jià)指標(biāo)：即沉沒度、泵效、回壓、交變載荷、平衡率、百米噸液耗電量、采油時(shí)率、連續(xù)安全生產(chǎn)天數(shù)。

②利用大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對機(jī)采井關(guān)鍵評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了分析，確定了塔河油田關(guān)鍵生產(chǎn)指標(biāo)的合理控制范圍，從而提高機(jī)采井的系統(tǒng)效率，實(shí)現(xiàn)降本增效，提高經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)。

③塔河油田機(jī)采井大數(shù)據(jù)的分析應(yīng)用可為其它工程提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔海福，何貞銘，王寧.大數(shù)據(jù)在石油行業(yè)中的應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化，2016，52（2）：43-45.

[2]李金諾.淺談石油行業(yè)大數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢[J].價(jià)值工程， 2013，32（29）：172-174.

[3]袁澤波，錢浩東，劉舉，等.“大數(shù)據(jù)”在塔里木試油一體化設(shè)計(jì)平臺的應(yīng)用與實(shí)踐[J].鉆采工藝，2017，40（6）：108-110.

[4]李鑫耿，玉廣，楊小平，等.以噸液百米舉升耗電量為目標(biāo)的大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用[J].石油鉆采工藝，2015，37（4）：76-79.

[5]曲寶龍，徐華靜，馬衛(wèi)國，等.沉沒度對有桿泵抽油系統(tǒng)綜合性能的影響[J].石油機(jī)械，2015，43（4）：89-93.

[6]施婧.影響機(jī)采井泵效的原因分析[J].化學(xué)工程與裝備，2019（6）：115-116，27.

[7]付聰.影響機(jī)采井系統(tǒng)效率的因素及對策分析[J].化學(xué)工程與裝備，2017（4）：46-47.

[8]周子利.油田回壓對油井生產(chǎn)影響綜合分析[J].化學(xué)工程與裝備，2015（7）：75-78.

[9]曲寶龍，馬衛(wèi)國.有桿泵抽油系統(tǒng)綜合性能影響因素及評價(jià)[J].石油機(jī)械，2019，47（11）：81-86.

[10]易德生，郭萍.灰色理論與方法[M].北京：石油工業(yè)出版社，1992：25-30.

[11]鄧聚龍.灰理論基礎(chǔ)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002：158-161.