基于数据驱动的替套井筛选方法与流程

本发明涉及油气田开发，特别是涉及到一种基于数据驱动的替套井筛选方法。

背景技术：

1、目前国内的各油田对于边远零散井、特低渗透供液不足井、长停井的管理过程中，由于常规采油系统运行成本过高，在目前的低油价时代，提捞采油法反而是一种可行的生产方式，该种生产方式也可以称为替套采油。替套采油方式不需要三抽设备，不用建地面工艺流程，不用架设电路及变电装置，不需要运行抽油维护措施，大大降低了采油成本，并且能很好的解决边远井、零散井、低渗透井井内液体回收困难的问题。

2、我国陆上长期水驱油田目前许多油井已经到特高含水开发阶段，在采用电泵抽采时产液量高、含水特高、产油量却很低，给地面集输系统和污水回注带来很大压力，同时经济效益很差。在这种情况下，部分油区也探索了间歇开井替套采油方式，虽然产油量可能低于抽采产油量，但是这种方式产液量低，采油成本低，经济效益反而是明显的，因此研究特高含水油田替套井开发方式具有重要意义。尤其是在当前油价低迷的形势下，针对进入特高含水期的油田采用合理的替套采油技术就成为目前稳产增效的突破口之一。

3、但限于对油藏地下情况认识不足，难以对常规机械采油井转为替套井给出一个合理的标准和依据，只能通过现场经验加以判断。由于缺乏有效的理论指导，部分替套井效果不佳，又转为抽油生产，这也进一步限制了该项技术的完善和推广。

4、在申请号：cn202011431138.9的中国专利申请中，涉及到一种油气成藏有利区的筛选评价方法，包括以下步骤：s1)开展区域资料调研；s2)根据区域资料调研结果，开展各项研究，包括：烃源岩评价及其生排烃史研究，储集层及圈闭特征、生储盖组合研究，油气运聚输导体系研究，油气冲注期次研究，重质油与轻质油差异聚集模式研究；s3)在各项研究的基础上，指明油气富集成藏的主控因素；s4)在油气富集成藏主控因素分析的基础上，研究油气分布规律，建立油气成藏模式；s5)指出有利的油气聚集区带，落实成藏有利区，对有利目标开展评价。该发明可以明确油田油气成藏条件，开展有利目标评价，提高钻探成功率，加快产能建设，从而提高油藏勘探开发的效率以及经济效益。

5、在申请号：cn201310752321.2的中国专利申请中，涉及到一种特高含水期油田的开发方法，穷举所有可能的小层重新组合方案，一级筛选优化，统计拟渗流阻力级差在设定的范围之内的重新组合方案；二级筛选优化，进行单控储量界限的筛选，使得一套层系内的剩余储量具有经济效益；三级筛选优化，对二级筛选优化得到的方案进行数值模拟预测，根据技术指标，采出程度的增幅进行方案筛选；四步筛选优化，根据经济指标进行方案筛选，确定最终小层重新组合方案。该发明的方法简单，操作方便，较好的解决了常规的层系组合存在的适应性在特高含水期则显著降低的问题，为生产带来了可观的经济效益。

6、在申请号：cn201810646440.2的中国专利申请中，涉及到一种分层采油选井的技术方法，该技术方法包括：1)划分油气藏类型；2)判断油气藏潜力目标层位及分层采油类型λ；3)利用评价参数与分层采油类型进行量化评分；4)实施井位的优选；5)动态跟踪评价。该技术方法充分利用前期油田所有动静态资料，在油藏地质、测井、油藏工程方法的基础上，对单井纵向上钻遇的不同油气藏类型进行评价，落实不同类型油藏的潜力，确定分层采油评价参数及量化评分，优选实施井位与分层采油层位，进而提高油田原油产量及经济效益。

7、以上现有技术均与本发明有较大区别，未能解决我们想要解决的技术问题，为此我们发明了一种新的基于数据驱动的替套井筛选方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种正确合理地指导机械采油井转为替套井的基于数据驱动的替套井筛选方法。

2、本发明的目的可通过如下技术措施来实现：基于数据驱动的替套井筛选方法，该基于数据驱动的替套井筛选方法包括：

3、步骤1：收集目标区块替套井及其周围油水井的多源数据资料；

4、步骤2：通过分析替套井的生产特征，确定替套井生产效果的表征指标；

5、步骤3：分析替套井生产效果的影响因素；

6、步骤4：确定替套井生产效果的敏感性影响因素，形成替套井筛选模型样本库；

7、步骤5：确定出相应的替套井生产效果极限综合评价值；

8、步骤6：建立最佳的替套井筛选模型；

9、步骤7：利用建立的替套井筛选模型，从目标区块低产低效井和已关井的油井中筛选出适合替套生产的潜在替套井。

10、本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

11、在步骤1中，收集目标区块替套井及其周围油水井的多源数据资料，包括地质特征资料、历史生产资料、井身结构资料、流体物性资料。

12、在步骤1中，收集的数据包括：替套井和周围油水井替套层位的有效厚度、有效孔隙度、有效渗透率、套压、泵挂深度、动液面深度、替套层位中部深度、周围水井月注水量、周围油井月产油量和月产水量、中心替套井月产油量和月产水量、井位坐标、油管下深和外径、油层套管外径和壁厚。

13、在步骤2中，根据步骤1收集到的相关数据，通过分析替套井的生产特征，确定替套井生产效果的表征指标为替套生产第一年阶段替套累积产油量、日液水平和平均替套周期。

14、在步骤2中，替套井生产效果表征指标替套生产第一年阶段替套累积产油量、日液水平和平均替套周期的计算公式如下：

15、

16、式中，np_year为替套生产第一年阶段替套累积产油量，t；lp_year为替套生产第一年阶段替套累积产液量，t；ql_perday为替套生产第一年日液水平，将替套生产第一年阶段替套累积产液量除以一年内实际替套月份所包含的天数，t·d-1；为替套生产第一年平均替套周期，d；qoi为替套生产第一年中第i次替套的产油量，t；qwi为替套生产第一年中第i次替套的产水量，t；n为替套生产第一年中替套总次数，整数；m为替套生产第一年中实际替套总月数，由于替套井替套生产第一年内，存在部分月份关井或者井口设备损坏不替套的情况，因此实际替套月数有可能小于12，所以采用实际替套月数进行计算，整数；ti为替套生产第一年中第i次替套与第i+1次替套间隔时间，d。

17、在步骤3中，将替套井及其周围油水井视为一个替套井生产单元，以油藏工程理论为基础，将多源数据资料进行整合，从替套井生产单元物性参数特征、压力流场特征、构造对应特征、剩余潜力特征、渗流环境特征、注采连通特征六个方面分析替套井生产效果的影响因素。

18、在步骤3中，从替套井生产单元物性参数特征分析替套效果的影响因素，利用替套层位平均有效厚度、有效孔隙度、有效渗透率来表征替套井生产单元的物性特征，计算公式如下：

19、

20、式中，hj为第j口井的替套层位有效厚度和，m；hji为第j口井第i个替套层位有效厚度，m；l为替套生产小层数总和，整数；为替套层位平均有效厚度，m；φj为第j口井替套层位有效孔隙度，小数；φji为第j口井第i个替套层位有效孔隙度，小数；为替套层位平均有效孔隙度，小数；kj为第j口井替套层位有效渗透率，10-3μm2；kji为第j口井第i个替套层位有效渗透率，10-3μm2；为替套层位平均有效渗透率，10-3μm2；m为替套井替套前周围油井数量，整数；n为替套井替套前周围水井数量，整数。

21、在步骤3中，从替套井生产单元压力流场特征分析替套井生产效果的影响因素，利用中心替套井与周围油水井替套层位压差平均值、累积注采比表征替套井生产单元的压力流场特征。

22、在步骤3中，中心替套井与周围油水井替套层位压差平均值计算公式如下：

23、

24、式中，δpi为中心替套井与周围第i口井替套层位压差，mpa；p为中心替套井替套层位压力，mpa；pi为周围第i口井替套层位压力，mpa；为中心替套井与周围油水井替套层位压差平均值，mpa。

25、累积注采比计算公式如下：

26、

27、式中，ipr为替套前累积注采比，小数；wij为替套前中心替套井周围第j口水井替套层位累积注水量，104m3；npoi为替套前周围第i口油井替套层位累积产油量，104t；wpoi为替套前周围第i口油井替套层位的累积产水量，104m3；np为替套前中心替套井替套层位的累积产油量，104t；wp为替套前中心替套井替套层位的累积产水量，104m3；θoi为中心替套井周围第i口油井与其他油水井所围多边形的内角，度；θwj中心替套井周围第j口水井与其他油水井所围多边形的内角，度；bo为地层原油体积系数，小数；ρo为地面原油密度，g·cm-3。

28、在步骤3中，从替套井生产单元剩余潜力特征分析替套井生产效果的影响因素，利用中心替套井无因次累产油和累产水、中心替套井周围油井无因次累产油和累产水、中心替套井周围水井无因次累注水表征替套井生产单元的剩余潜力特征。

29、在步骤3中，中心替套井无因次累产油、累产水计算公式如下：

30、

31、式中，np′为替套前中心替套井无因次累产油，小数；wp′为替套前中心替套井无因次累产水，小数；a为中心替套井周围油水井围成的多边形面积，km2；为替套层位平均有效厚度，m；np为替套前中心替套井替套层位的累积产油量，104t；为替套层位平均有效孔隙度，小数；bo为地层原油体积系数，小数；ρo为地面原油密度，g·cm-3。

32、中心替套井周围油井无因次累产油和累产水计算公式如下：

33、

34、式中，npo′为替套前中心替套井周围油井无因次累产油，小数；wpo′为替套前中心替套井周围油井无因次累产水，小数；θoi为中心替套井周围第i口油井与其他油水井所围多边形的内角，度；npoi为替套前周围第i口油井替套层位累积产油量，104t；

35、中心替套井周围水井无因次累注水计算公式如下：

36、

37、式中，wik′为替套前中心替套井周围水井无因次累注水，小数；wij为替套前中心替套井周围第j口水井替套层位累积注水量，104m3；θwj中心替套井周围第j口水井与其他油水井所围多边形的内角，度。

38、在步骤3中，从替套井生产单元构造对应特征分析替套井生产效果的影响因素，利用中心替套井与周围油水井替套层位中部平均海拔深度差、替套层位平均地层倾角表征替套井生产单元的构造对应特征。

39、在步骤3中，中心替套井与周围油水井替套层位平均海拔深度差计算公式如下：

40、

41、式中，δzij为替套井与周围第i口井第j个替套层位中部海拔深度的差值，m；zj为替套井第j个替套层位中部海拔深度，m；zij为周围第i口井第j个替套层位中部海拔深度，m；δzj为替套井与周围油水井第j个替套层位中部海拔深度差平均值，m；为替套井与周围油水井替套层位中部平均海拔深度差，m。

42、替套层位平均地层倾角计算公式如下：

43、

44、式中，dij为替套井与周围第i口井第j个替套层位的井距，m；θij为替套井与周围第i口井第j个替套层位的地层倾角，δzij存在正负值，当δzij为正时，反正切计算出的θij在0-90度之间，当δzij为负时，反正切计算出的θij在90-180度之间，度；θj为替套井与周围油水井第j个替套层位地层倾角的平均值，度；为替套层位平均地层倾角，度。

45、在步骤3中，从替套井井底渗流环境特征分析替套井生产效果的影响因素，利用替套井环套空间体积、替套层位有效渗流面积、隔夹层密度表征替套井井底渗流环境特征。

46、在步骤3中，替套井环套空间体积计算公式如下：

47、

48、式中，v为替套井环套空间体积，m3；ho为油管下深，m；dt为油层套管外径，mm；bt油层套管壁厚，mm；do为油管外径，mm；hb为最深替套层位的底深，m。

49、替套层位有效渗流面积计算公式如下：

50、

51、式中，s为替套层位有效渗流面积，m2；hi为替套井第i个替套层位有效厚度，m。

52、替套层位隔夹层密度计算公式如下：

53、

54、式中，ρ为替套层位隔夹层密度，个·m-1；c为替套层位中的隔夹层个数，整数；ht为最浅替套层位的顶深，m。

55、在步骤3中，从替套井生产单元注采连通特征分析替套井生产效果的影响因素，利用油水井注采液量时间序列数据，运用动态时间规整算法计算替套井产液量与周围水井注水量变化曲线的相似度，评价注采井间动态连通性；曲线相似度越大，连通性越好。

56、在步骤3中，采用替套井生产单元综合注采连通系数表征替套井生产单元注采连通特征，计算公式如下：

57、

58、式中，为替套井生产单元综合注采连通系数，小数；dtwj为替套井与其周围第j口水井的液量曲线dtw距离值，小数。

59、在步骤4中，利用熵值法和综合评分法根据步骤2的替套井生产效果表征指标计算出替套井生产效果综合评价值，并进行pearson相关性分析，确定替套井生产效果的敏感性影响因素，形成替套井筛选模型样本库。

60、在步骤4中，利用客观赋权法——熵值法计算出替套井3个生产效果表征指标的权重c，然后采用综合评分法计算替套井生产效果综合评价值，计算公式如下：

61、

62、式中，z为替套井生产效果综合评价值，小数；wi为替套井第i个生产效果表征指标的权重，小数；ci为替套井第i个生产效果表征指标值，小数；

63、然后采用pearson相关性分析法计算替套井生产效果的可能影响因素与生产效果综合评价值z之间的相关系数，确定替套井生产效果的敏感性影响因素；pearson相关系数计算公式为：

64、

65、式中，r为x和y的pearson相关系数，小数；xi和yi分别为x和y的观测值，小数；和分别为x和y的观测值的平均值，小数；n为样本数，整数；

66、得到替套井生产效果综合评价值敏感影响因素包括：中心替套井与周围油水井替套层位压差平均值替套层位有效渗流面积s、替套层位平均有效厚度替套层位平均地层倾角替套前中心替套井周围油井无因次累产油npo′、替套前累积注采比ipr、替套前中心替套井周围油井无因次累产水wpo′，最终形成的替套井筛选模型样本库包括以下参数：s、npo′、ipr、wpo′和生产效果综合评价值z。

67、在步骤5中，根据替套井经济极限日油水平，结合步骤2中替套生产第一年日液水平、阶段替套累积产油量与平均替套周期的关系，确定出相应的替套井生产效果极限综合评价值。

68、在步骤5中，设定替套井经济极限日油水平，根据替套井含水率基本保持在30％，计算出经济极限日液水平，再根据替套生产第一年日液水平、阶段替套累积产油量与平均替套周期的关系式，具体关系式如下：

69、

70、式中，a，b是回归系数，无因次；m,n是回归的指数；np_year为替套生产第一年阶段替套累积产油量，t；ql_perday为替套生产第一年日液水平，将替套生产第一年阶段替套累积产液量除以一年内实际替套月份所包含的天数，t·d-1；为替套生产第一年平均替套周期，d；

71、即可计算出经济极限日液水平对应的阶段替套累积产油量与平均替套周期，进而根据公式(14)计算出设定替套井经济极限日油水平下的生产效果极限综合评价值。

72、在步骤6中，将步骤4得到的样本库按8：2比例划分为训练集和测试集，采用多元线性回归算法进行训练，以测试集预测值和实际值的决定系数r2作为模型精度的评价指标，对输入数据的多项式特征阶数进行优化，得到最优多项式特征阶数后，结合步骤5得到的替套井生产效果极限评价值，得到最佳的替套井筛选模型。

73、在步骤6中，决定系数r2的计算公式如下：

74、

75、式中，r2为生产效果综合评价实际值与预测值的决定系数，小数；zi为替套井生产效果综合评价实际值，小数；z′为替套井生产效果综合评价预测值，小数；为测试集中所有替套井生产效果综合评价实际值的平均值，小数；m为测试样本个数。

76、在步骤7中，从目标区块中找出所有低产低效和已关井的油井，计算出替套井筛选模型所需参数：中心替套井与周围油水井替套层位压差平均值替套层位有效渗流面积s、替套层位平均有效厚度替套层位平均地层倾角替套前中心替套井周围油井无因次累产油npo′、替套前累积注采比ipr、替套前中心替套井周围油井无因次累产水wpo′，形成待筛选替套井样本库，代入替套井筛选模型中，根据计算得到的替套井生产效果综合评价值，与替套井生产效果综合评价值对比，筛选出适合替套的潜在替套井。

77、本发明中的基于数据驱动的替套井筛选方法，利用数据挖掘与机器学习的技术，从大量替套井历史多源数据中，揭示替套井生产效果的主要影响因素，在此基础上建立替套井筛选模型，正确合理地指导机械采油井转为替套井，本发明实用性强，操作可行，对于油田降本增效，延长特高含水油藏经济寿命期，具有深远而重要的意义。与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：

78、1)本发明利用现场替套井实际数据资料，以数据挖掘与机器学习为手段，建立了一套常规机械采油井转为替套井的筛选模型，对指导特高含水油田常规机械采油井转为替套井具有重要应用价值。

79、2)本发明结合油藏工程理论，提出了影响替套井生产效果的16个因素的计算方法，采用皮尔逊相关分析确定了7个敏感因素，搭建了替套井筛选模型样本库。

80、3)本发明所建替套井筛选模型可以根据实际油价的变化，计算出不同的替套井经济极限日油水平，进而确定出对应的替套井生产效果极限综合评价值，得到不同油价下的替套井筛选模型，适用性强。

81、4)本发明替套井筛选模型所需要的数据现场均可以获取，模型筛选精度高，实用性。