油氣生產綜合指標預警系統（PEWS）研究

曹 瑜 董 斌 陳 銳 劉 松 薛小渠 馬淑勤

1.中國石油塔里木油田公司，新疆 庫爾勒 841000

2.北京華石同和信息技術有限公司，北京 100101

1 概述

傳統的油氣生產業務分析需要基于大量的人工進行數據分析對比來發現問題，然后提出解決調整方案實施，耗時耗力，效果不佳；且大部分預警模式僅將監控指標和歷史數據進行對比，實為滯后預警，不能對各生產指標和油田動態進行實時的分析預警，增加了處理異常情況的時間，給實際生產帶來損失；目前預警系統對單一指標的預警多，綜合指標預警少，不能有效評價油田整體生產運行的狀態，多為單機版軟件，不利于獲取實時數據和進行系統的升級以及各部門協同辦公。因此，有必要建立一套實時的基于Web的油氣生產綜合指標預警系統PEWS，能快速在大量井中找到問題井和潛力井，對油氣生產核心問題及未來趨勢變化進行提前預警和及時預警，最后形成油氣生產參數優化建議和開發措施建議，科學直觀地指導生產管理，提高管理人員的工作效率，同時提高方案措施的及時性，保證塔里木油田油氣生產的高效運行，以期實現油田信息化、管控一體化的目標[1]。

2 預警系統總體設計思路和目標

PEWS基于統一的應用平臺，以Web訪問的方式，充分利用油氣生產物聯網的生產數據，進行油氣田、油氣井以及站場的綜合指標預警。用戶通過IE可直接啟動系統，極大地提高了系統的可易用性和維護性。該系統采用ORACLE 10g進行數據管理、數據維護和權限管理等，同時運用先進的MVC設計模式，按照SOA、RESTFUL的架構風格，基于J2EE進行開發，采用B/S體系結構，面向對象技術的設計方案。系統總體架構按照數據支持、指標管理、指標分類、模型設計、展示應用、大屏展示六層進行設計，如下圖1所示。

預警系統設計的目標為：遵循油田各層級的管理職責與崗位職責，根據不同層級關注點進行系統設計，圍繞油氣田生產業務流程，通過采用先進的預警指標體系和預警模型，結合生產預測和監測預警，進行綜合指標預警，提升油氣田生產業務管理水平。

圖1 預警系統總體框架

3 公式預警指標體系及預警模型的建立

PEWS油氣生產綜合指標主要用來表征油氣田、單井、站場以及集輸系統的生產動態，根據塔里木油田現場的實際需求，將預警指標體系細分為以下四類：（1）產量指標：產液量、產油量、產氣量、產水量和注水量；（2）開發指標：遞減率、含水率和含水上升率；（3）油藏評價指標：注采比、采出程度和采收率；（4）生產管理指標：開井數、動液面、氣油比、水氣比、泵效、沉沒度、沉沒壓力、載荷、油壓、套壓、回壓、井口溫度、注水壓力、罐位、流量、溫度和壓力[2]。

將預警的三個層級定位為超前預警、及時預警和事后預警：提前預知油氣田及油、氣、水井未來的參數變化及發展趨勢，提前告知管理人員油氣生產未來的變化趨勢，提前制定措施，保證油氣生產高效平穩；及時了解油氣田及油、氣、水井的生產運行狀態；改變傳統油氣生產分析模式，提醒管理人員對油氣生產問題進行分析優化。根據預警系統三個層級目標，結合油氣生產業務模式、特點、規律、經驗、常用方法和需求，本系統預警模型主要分為預測預警、綜合評價預警、宏觀狀態預警和波動變化預警四種，如表1所示。

按照各項指標的生產開發情況將預警結果分為三級進行推送，分別為紅色、黃色和綠色。紅色代表指標的開發生產情況出現異常，需要進行調整；綠色代表指標按計劃或超出計劃運行，油氣生產態勢良好；黃色代表指標的生產開發水平基本正常[3]。將差值與閥值數據對比，根據業務特點按紅黃綠進行預警結果輸出與推送。

表1 預警模型分類

4 系統特點及功能介紹

在設計系統時將PEWS細化分為11個子模塊：綜合指標預警展示模塊、油氣田綜合指標預警模塊、油井綜合指標預警模塊、油井生產狀態綜合預警模塊、單井生產工況預警模塊、氣井生產狀態預警模塊、氣井生產指標預警模塊、處理廠/聯合站運行預警模塊、預警處理預案知識庫模塊、集輸系統分析預警模塊和安全指標預測性分析預警模塊[4-5]。

以油井綜合指標預警子模塊為例，具體介紹預警系統的功能實現。油井生產指標預警模塊選擇健康度、產量、含水率、單井水驅特征和遞減率作為油井的預警指標。該模塊能全面展示油井的生產面貌和動態變化情況，并對油井的生產狀況及時給出匯報和預警，對單井的生產有著重要的指導意義。該子功能模塊又分為油井健康度預警、油井產量預測預警、油井含水率變化預警、單井水驅特征預警和單井遞減變化預警五個子項。通過提煉油田開發管理經驗和方法（遞減模型、水驅特征模型）與先進的預警理論相結合，進行綜合生產指標預警。

預警系統實現了綜合展示、生產管理、優化設計和輔助診斷決策。綜合指標預警展示功能：與GIS結合，能清楚看到每口井的生產狀況，并設置預警信息閃爍，通過首頁片片圖可以下鉆到油氣田、單井和站場，從宏觀上把握生產信息。生產管理功能：針對油氣田和油氣井生產的各指標進行預警信息推送。優化設計功能：針對油氣井工況指標的預警結果提出優化設計方案。輔助診斷決策功能：綜合多指標預警信息制定決策輔助生產管理。

5 應用效果

PEWS先后在塔里木油田的哈得作業區及和田河作業區進行試點，現場反應良好：便于從海量井中發現問題井和潛力井，大大提高了采油廠及作業區技術人員的工作效率，降低了生產和管理成本，經統計顯示減少人力工作25%以上；作為網絡版軟件為塔里木油田節省大量的軟件購置費和升級費。本系統已成為油田領導決策和油氣田工程師日常分析的重要工具，在節能降耗、提高單井產量、減少作業成本、保障安全生產運行方面發揮重要作用。哈得以及和田河試運行效果表明，該系統能滿足現場的需求，達到了全面推廣的條件，市場前景非常廣闊。

6 結語和建議

PEWS所確定的綜合指標能全面反映油氣田、作業區、單井和站場的生產運行狀況，且各類預警模型能適應塔里木的現場實際，實現有效監控、分析、預測及預警；該系統打破了單機版軟件造成的技術壁壘，借助國家油氣物聯網的平臺，實現油田自動化與信息化融合，實現油氣生產業務集成和智能管理，能提高管理水平和生產效率，降低生產成本，保障生產過程本質安全，節約能源，促進油田發展方式轉變，有效提升油氣生產的能力。

該系統不僅能為領導層進行生產決策提供參考依據，也是油田工程師和現場作業人員的有效工具和有利平臺。該系統應結合各地油田現場的實際情況，吸取來自用戶建議，不斷地改進和完善，實現客戶化定制，為提高油氣生產預警水平發揮更全面的作用。

[1]廖紅偉，王鳳琴，薛中天等. 基于大系統方法的油藏動態分析[J]. 石油學報，2002，23 （6）:45-49

[2]常炎榮，李允，彭炎等. 油田生產產量監控體系及預警系統[J]. 西南石油學院學報，2006，28 （3）:34-37

[3]肖武，楊圣賢，張孝天等. 油田開發預警技術研究與應用[J]. 油氣地質與采收率，2010，17（4）:65-68

[4]趙明，王羽. 開發動態的功能模擬預測方法及應用[J]. 石油地球物理勘探，2006，41 （增刊）:130-132

[5]陳元千，李劍，雷占祥等. 產量遞減階段開發指標的預測方法[J]. 新疆石油地質，2013，34 （5）:545-547