決策樹分析方法在BZ油田低產(chǎn)低效井治理決策中的應(yīng)用

趙云斌，張震，王彥鵬，陳凱 ，李瑞雪(.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300459；.中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

1 BZ油田概況

BZ油田是海上大型新近系常規(guī)稠油油田，生產(chǎn)明化鎮(zhèn)組下段，淺水三角洲沉積，油藏類型以構(gòu)造-巖性油藏為主，儲層高孔高滲。油田從2004年投產(chǎn)開采至今，已步入后期，在生產(chǎn)油井受自身地質(zhì)油藏條件、開發(fā)方式、工藝方法等因素影響，部分井產(chǎn)量呈逐漸下降趨勢，含水逐步上升，低產(chǎn)低效井?dāng)?shù)逐年增加，給油田生產(chǎn)帶來巨大的危害，影響到油田生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。

2 低產(chǎn)低效井定義

文章在現(xiàn)場調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合油田的實(shí)際情況，明確了在生產(chǎn)老井低產(chǎn)低效的界定，即采用經(jīng)濟(jì)極限含水(油井開發(fā)到一定階段，含水上升或產(chǎn)油下降到某一數(shù)值時(shí)，投入與產(chǎn)出平衡，此時(shí)的含水稱為經(jīng)濟(jì)極限含水)計(jì)算[1]。結(jié)合BZ油田油井地質(zhì)油藏特征和生產(chǎn)動態(tài)，初步將油井低產(chǎn)低效原因歸納兩方面，一是地層因素影響，主要包括儲層非均質(zhì)性、地層壓力低、高含水等；二是井筒影響，主要包括污染、出砂、管柱漏失等[2]。

3 低產(chǎn)低效井治理方法

目前國內(nèi)外從單井靜態(tài)特征到開發(fā)歷史綜合分析低產(chǎn)低效井的成因，運(yùn)用轉(zhuǎn)注、堵水、調(diào)剖等綜合技術(shù)措施對低產(chǎn)低效井進(jìn)行治理，并運(yùn)用經(jīng)濟(jì)評價(jià)手段進(jìn)行評價(jià)，初步形成了一套低產(chǎn)低效井治理辦法[3]。文章結(jié)合BZ油田措施類型，根據(jù)低產(chǎn)低效井實(shí)際情況，將治理方法概括兩方面：一是地層治理，包括側(cè)鉆、壓裂、補(bǔ)空、注水井調(diào)整、開關(guān)層、提液6項(xiàng)；二是井筒改造，包括重新防砂、打撈和解堵3項(xiàng)。

4 決策樹方法

決策樹方法是一種采用“分而治之”的思想對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納分類的方法，生成可讀的規(guī)則和決策樹模型，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，具有快速提煉分類規(guī)則且分類規(guī)則準(zhǔn)確性高和易于理解的特點(diǎn)。決策樹結(jié)構(gòu)包含根節(jié)點(diǎn)、非葉子節(jié)點(diǎn)、分支和葉節(jié)點(diǎn)，各個(gè)部分確定主要基于信息熵理論計(jì)算[4]。具體計(jì)算步驟如下：

(1)基于信息熵理論計(jì)算信息熵。若一個(gè)系統(tǒng)中存在多個(gè)事件a1，…，an，每個(gè)事件出現(xiàn)的概率p(a1)，…，p(an)，則系統(tǒng)的平均信息量(不確定程度)，即信息熵：

(2)計(jì)算信息增益。信息增益為以某特征劃分?jǐn)?shù)據(jù)集前后熵的差值，分前樣本集合a的熵是一定的I(前)，某個(gè)特征劃分?jǐn)?shù)據(jù)集a，劃分后的數(shù)據(jù)子集的熵I(后)，信息增益即：

(3)取最大信息增益作為節(jié)點(diǎn)。計(jì)算使用所有特征劃分?jǐn)?shù)據(jù)集a的信息增益，取信息增益最大特征作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)。

5 方法應(yīng)用

應(yīng)用該方法對BZ油田歷年低產(chǎn)低效井治理數(shù)據(jù)分析，構(gòu)建決策樹模型，尋找決策規(guī)律，指導(dǎo)后期低產(chǎn)低效井治理。具體操作如下。

(1)建立信息集。對油田近十多年30多井次低產(chǎn)低效井治理歷史數(shù)據(jù)整理，形成原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行整理：①去掉不相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)；②轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；③歸約信息，形成井號、成因類型，日產(chǎn)油、治理效果、有效度、決策等級指標(biāo)；④離散化處理，對有數(shù)值的屬性依據(jù)信息增益理論劃分成不同區(qū)間。關(guān)于決策優(yōu)先級劃分依據(jù)參考?xì)v史措施效果評估、低產(chǎn)低效時(shí)長和生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)綜合得到的，級別越高，代表決策越優(yōu)先。信息歸類示意圖如圖1所示。

圖1 信息歸類示意圖

(2)構(gòu)建決策樹。經(jīng)過上述整理后得到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信息集合，依據(jù)信息熵理論，首先確定根節(jié)點(diǎn)，分別計(jì)算治理效果、成因分類、日產(chǎn)油和有效度這幾類信息增益，得到治理效果信息增益最大，再依次計(jì)算得到非葉子節(jié)點(diǎn)1是成因分類，非葉子節(jié)點(diǎn)2是有效度，非葉子節(jié)點(diǎn)3是日產(chǎn)油，葉節(jié)點(diǎn)為決策等級。

(3)樹剪枝。去掉重復(fù)的節(jié)點(diǎn)，比如，在治理有效的情況下，成因分類屬油藏壓力低，有效度＞2.1的分支下面，不論日產(chǎn)油怎樣，均為決策優(yōu)先級的第三等級，對這一類非葉子節(jié)點(diǎn)下的分支進(jìn)行剪枝處理，提高分類的準(zhǔn)確度，形成完整的決策樹(如圖2所示)。

圖2 BZ油田決策樹分析圖

6 BZ油田應(yīng)用

以BZ油田B平臺為例，年初該平臺低產(chǎn)低效井治理計(jì)劃顯示，B22井和B24井這兩口都是因?yàn)橛筒貕毫Φ投彤a(chǎn)低效，其中B24井在后期生產(chǎn)過程中因?yàn)楣苤┦Ф謩油＞?，B22井低產(chǎn)低效維持生產(chǎn)。B22井計(jì)劃開關(guān)層措施治理，B24井計(jì)劃檢泵治理，兩口井指標(biāo)接近，按增油量指標(biāo)決策，應(yīng)該先實(shí)施B24井，但按決策樹分析結(jié)果顯示，B22井決策級是Ⅱ級，高于B24井Ⅲ級，于是優(yōu)先實(shí)施B22井作業(yè)。實(shí)施效果顯示，優(yōu)化決策順序后，得到的增產(chǎn)效果明顯較好，使相對高產(chǎn)井B22見效時(shí)間提前了193天，間接增產(chǎn)585 m3，提高了5×10-6的采油速度。

7 結(jié)語

(1)通過運(yùn)用決策樹方法對BZ油田低產(chǎn)低效井治理數(shù)據(jù)分析，構(gòu)建了低產(chǎn)低效井治理決策樹模型，挖掘影響低產(chǎn)低效井治理效果的重要因素為低產(chǎn)低效井成因、有效度、日產(chǎn)油。

(2)應(yīng)用所構(gòu)建決策樹模型，優(yōu)化BZ油田平臺低產(chǎn)低效井治理計(jì)劃，識別出產(chǎn)油量相對較高的單井，提前治理實(shí)施，將產(chǎn)量高的單井提前產(chǎn)量低的井見產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)間接增油的效果，同時(shí)驗(yàn)證了該方法的可靠性。

(3)由于數(shù)據(jù)量相對較少，導(dǎo)致樹的分支覆蓋存在盲區(qū)，影響預(yù)測效果。后期還需要進(jìn)行深入研究，便于更好的輔助油田低產(chǎn)低效井治理決策。