油田单井生产指标预警的研究与实现

王瑞军，陈汶滨*



油田单井生产指标预警的研究与实现

王瑞军，陈汶滨*

(西南石油大学计算机科学学院，四川成都610500）

目前油田开发生产管理及研究工作面临诸多问题，如井数过多，工作量巨大和人手不足等。这些问题直接导致了油井生产在出现异常情况时，油田工作人员由于经验不足等原因，无法及时和准确的找到异常源，严重影响了油田的生产效益。本文从油田生产指标及其影响因素入手，通过对石油专业理论和国内外油田单井生产指标预测预警方法的调研和分析，首先构建一套油田单井生产指标的预警体系，之后设计一个单井波动的预警算法，对单井生产管理中的存在的问题和偏差进行提前预警。该预警算法可以缩短发现问题以及解决问题的时间，以确保油井平稳高效的生产。

生产指标；预警；指标体系

引言

随着传感器技术、数据库技术的高速发展，油田信息化技术也在不断地提高。油田生产和运维产生的数据发生了爆炸式的增长[1-3]。在这庞大的油田数据中，蕴含着巨大的潜在价值。同时，油井在出现异常情况时，由于井个体存在差异性，业务经验不足的管理人员往往无法及时、准确的找出异常源，严重影响生产效益[4]。

生产指标预警是为了防止指标超预警范围给出的警示，缩短发现问题的时滞性。但目前没有相对成熟的预警软件[5]。开展油田生产指标预警体系研究可以很好的将石油大数据与现代预警技术相结合，充分利用历史数据的价值，建立一套合理的油田生产指标预警体系，构建一个系统化、综合化的生产指标预警系统，对生产理中的存在的问题和偏差提前预警，超前或及时的做出各项应对措施，缩短发现问题、解决问题的时间，确保油井的平稳高效的生产，对实现油田生产智能化和信息化具有重大意义[6-8]。同时，一套合理的油田生产指标预警体系能够为油田开发及运维提供辅助决策，保障油田生产平稳高效，提高生产效益。

1 预警理论

预警是指事物在发展或运行的过程中，如果预测到其发展趋势有可能偏离正常的运行轨道或者发生异常时，及时发出警示信号，以便做出相对应的措施，减少经济、人力、物力等方面的损失。

预警依据不同的划分标准，有着诸多的概念。按照预警的应用领域来划分，有军事预警、经济预警、气象预警、能源预警、粮食预警、企业管理预警等等。按照预警的时间长短来划分，有长期、中期、短期预警三种；但是预警时间的长短需要根据预警的研究对象来定义，是一种相对概念。按照预警对数据和主观意识的依赖程度来划分，有定量预警、定性预警等等。

预警方法作为预警系统核心组成部分，对预警系统的性能有着深远影响。预警的方法依据其机制可以分为：黑色、黄色、红色、绿色、白色预警方法[9-10]。常用的预警模型主要有以下几种：景气指数法；人工神经网络预警；基于模式识别的预警；支持向量机（SVM）预警。

一个完整的预警流程如图1所示。从图1我们可知，预警分析的步骤主要有几个：首先需要从各种资料中（如生产动态资料、地质静态资料和监测资料）寻找预警源，然后分析预警数据，明确目标，从指标体系中选取指标，最后通过神经网络[11]、支持向量机[12]等模型进综合评价并发出警报。

图1 预警系统流程图

2 单井生产指标体系的构建

在整个预警流程中，指标体系的建立是其中非常重要的一步。指标体系的质量，直接决定了预警系统的优劣。在油田单井的日常分析中，我们首先就是要在众多的井中找到产量等预警指标发生变化的井，通过进一步分析找出变化的原因，将监测值与预设的平均值、合理界限对比，判断是否超出预设的界限，若超出则提示报警，完成预警。由此可见，生产指标的选取是预警系统的基础和前提条件。

指标预警体系的建立主要有以下几个原则：预警指标应客观的反映油田单井生产的各种影响因素，保证其科学性；预警指标应具有完整性和全面性，把单井生产作为一个整体考虑不遗漏任何环节，保证其系统性与全面性。预警指标体系构建的过程中，应以实际的油田数据资料为支撑。这些油田数据资料应该来源于于已有的开发数据库，保证指标的可操作性。

通过对单井生产的分析可知，影响单井生产的因素主要有以下几种：油井的日产液量、日产油量、含水率等，水井的日注水量、注入压力等等这几大方面。遵循预警指标体系构建的原则，最终确定油田单井生产指标预警的指标体系如图2所示。

图 2 单井生产预警指标体系

3 单井波动预警算法设计

构建了单井生产指标预警体系后，我们需要设计预警算法，对异常数据进行分析并给出预警警告。因此，预警算法在整个预警系统中，同样也起着非常重要的作用。本文的单井波动预警算法如算法1所示。

如算法1所示，首先算法会从数据库中提取最近一个月的日产液、日产油、含水率、汽油比、日注水量、注入压力等相关参数数据作为输入。这些输入数据均是在已构建的预警指标体系中选取的。第二步，系统通过计算单井各个指标的最近月平均值、变化率、波动区间、期望、方差等。第三步，通过上述数据计算并确定各个指标预警阈值推荐值或预警区间。第四步，在结合最近一天的数据，根据预设的预警对比方式，对比上述的各个指标预警阈值推荐值和预警区间，判断该数据是否符合预警条件。第五步，系统将给出单井推荐预警指标，即确定需要预警的单井生产指标。第六步，将需要预警的指标展示和通知给管理人员。展示方式可以是短信和邮件。

算法1: 单井波动预警算法 输入: 单井生产动态数据。 输出: 预警展示与通知。 (1) 从数据库中提取最近一个月单井数据; (2) 计算单井各个指标最近月平均值、变化率、波动区间、期望、方法等信息; (3) 计算各个指标的预警阀值或者预警区间; (4) 提取最近一天的数据，根据警报对比方式，查验是否符合预警条件； (5) 给出单井推荐预警指标； (6) 预警展示和通知。

4 实验结果

本文实现了4种预警方式：与前N天的平均值变化率对比；与前N天的平均值绝对值相比；与某一固定值相比；与前N天平均值相比波动区间相比。详细的预警阀值设定如图3、图4和图5所示。图6显示了预警分级的管理菜单。

图 3 油井波动预警阀值设定

图 4 水井波动预警阀值设定

图 5 气井波动预警阀值设定

图 6 预警分级管理菜单

单井波动预警以表格形式的形式展示，如图7所示。表格形式可以从全局的角度展示所有单井的波动情况，清晰、全面地展示了每一口单井在某一时间的波动情况。

图 7 单井波动预警-表格形式

5 结语

本文首先分析油田生产的影响因素，然后以此构建一个油田单井生产指标预警体系，通过对石油专业理论以及油田单井生产指标预警方法的调研和分析，最后设计了一个单井波动预警算法，该算法可以对单井生产管理中的存在的问题和偏差进行提前预警，可缩短发现问题、解决问题的时间，最终确保油井的平稳高效的生产。

[1] 范秋芳. 中国石油安全预警及对策研究对策[D]. 中国科学技术大学, 2007.

[2] 杨敏英. IEA各国的石油安全应急对策体系[J]. 中国能源, 2002, (3):15-17.

[3] 吴文盛. 我国石油资源安全评价与预警研究[J]. 当代经济管理, 2002, 24(5):13-18.

[4] 李凌释, 张斌, 杜志教. 中国石油安全危机预警研究[J]. 石油天然气学报(江汉石油学院学报), 2005, 27(1):308-310.

[5] 范秋芳, 顾光彩, 马扬. 石油企业生产经营系统监测预警指标体系和预警方法研究[J]. 运筹与管理, 2006, 15(1):105-110.

[6] 李智超, 刘志斌, 赵正文. 油田产量监控预测预警系统[J]. 中国科技成果, 2008, 10(4):18-18.

[7] 常彦荣, 李允, 彭炎, 等. 油田生产产量监控体系及预警系统西南石油学院学报, 2006, 28(3):24-37.

[8] 牛琦彬, 陈大恩, 油气企业经济预警系统研究天然气工业, 2007, 27(6):136-138.

[9] 潘洁珠. 基于数据挖掘的预警技术研究[D]. 合肥: 合肥工业大学, 2007.

[10] 张春曙. 大城市社会发展预警研究及应用初探[J]. 预测, 1995, (01): 47-50.

[11] Y. Bansal, T. Ertekin, Z. Karpyn. Forecasting Well Performance in a Discontinuous Tight Oil eservoir Using Artificial Neural Networks[C]. SPE 164542, 2013.

[12] 卢汉体, 李傅冬, 林君芬, 等. 基于支持向量机的浙江省流感样病例预警模型研究[J]. 浙江大学学报医学版, 2015, 44(6):653-658.

The Research and Implementation on Production Indicators Early Warning of Single Well

WANG Ruijun, CHEN Wenbin*

(School of Computer Science, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China)

The development and production management of oilfield face some issues, such as a great number of oil wells, heavy workload, understaffed and simplified management. When some abnormal situations occur in oil well production, it is very hard to find the abnormal source timely and accurately. This situation influences the production efficiency seriously. This paper starts from the investigation and analysis for the methods of forecast and early warning of oil field’s development indicators from abroad and at home, and the research of relationship between oil field’s development indicators and their influencing factors. Base on this, the oil field’s development indicators is established, and a fluctuation early warning algorithm is designed. It can give the early warning to the problems and deviations of single well production management, and shorten the time to find and solve problems, finally ensure the smooth and efficient production of oil wells.

production indicators; early warning; indicator system

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.02.07

TP181

A

1672-9129(2017)02-0037-04

2016-11-25；

2017-01-06。

王瑞军（1969-），男，硕士，研究方向为计算机技术；陈汶滨(1965-)，男，四川隆昌，教授，主要研究方向：油田信息化、数据库技术与应用、计算机模拟与仿真。

E-mail:cwb650501@sina.com

引用：王瑞军, 陈汶滨. 油田单井生产指标预警的研究与实现[J]. 数码设计, 2017, 6(2): 37-40.

Cite：Wang Ruijun, Chen Wenbin.The Research and Implementation on Production Indicators Early Warning of Single Well [J]. Peak Data Science, 2017, 6(2): 37-40.