基于模糊C均值聚类的油水井稳油控水能力分类评价

第28卷第6期 中国海上油气Vol.28 No.6 2016 年 12 月CHINA OFFSHORE OIL AND GAS Dec.2016
文章编号：1673-1506(2016)06-0066-06 D^OI：10. 11935/j. issn. 1673-1506. 2016. 06. 011基于模糊c均值聚类的油水井稳油控水能力分类评价X 张琪琛陈民锋乔聪颖孔蒙王兆琪陈璐
(中国石油大学(北京）石油工程学院北京102249)
张琪琛，陈民锋，乔聪颖，等.基于模糊C均值聚类的油水井稳油控水能力分类评价[J].中国海上油气，20,⑷：71.
Z h an g Q ich en»C h en M in!en g»Q iao C o n gyin g»et al.C lassification a n d evalu ation o f th e cap ability o f stab ilizin g p ro d u ctio n a n d co n tro llin g w ater o f p ro d u cin g a n d in jectio n w ells based o n fu zzy C-m ean clu sterin g algorism[J].C h in a O ffsh ore O il a n d Gas»2016»28(6) ：66-71.
摘要油水井稳油控水能力的准确分类评价是制定油藏合理工作制度和调整措施的重要依据。

通过深入分 析实际水驱油藏开发效果影响因素，综合考虑采油井的生产能力、开发潜力和注水井的吸水能力、驱替效率等，筛选并建立了油水井稳油控水能力评价指标体系；用模糊c均值聚类算法，定量系统化处理不同类型指标、不同变化范围对综合稳油控水能力分类评价结果的影响，进而形成了水驱油藏油水井稳油控水能力分类评价 方法。

渤海P L油田某区块的实例计算表明，利用本文方法可以快速、准确地确定出不同阶段油水井稳油控水 能力分类结果，进而明确油藏不同区域存在的主要开发问题，为下-步合理开发调整提供依据。

关键词水驱油藏；油水丼；稳油控水能力；分类评价指标；模糊C均值聚类算法；渤海油田
中图分类号：T E341 文献标识码：A
Classification and evaluation of the capability of stabilizing production and controlling water of producing and injection wells based on fuzzy C-mean clustering algorism Zhang Qichen Chen Minfeng Qiao Congying Kong Meng Wang Zhaoqi Chen Lu
{College o f Petroleum E n g in eering，China U niver102249) Abstract：The accurate classification and evaluation of the capability of stabilizing production and control­ling water of producing and injection wells are important for determining working systems and adjustment measures.Based on the analysis of influence factors of water flooding reservoirs and the consideration of well productivity,development potential and well injectivity,an evaluation system of the capability of sta­bilizing production and controlling water for producing and injection wells is selected and established. Based on the quantitative effect analysis of different indices and the corresponding variation ranges on the classification and evaluation system with fuzzy C-mean clustering algorism,the method of classification and evaluation of the capability of stabilizing production and controlling water of production and injection wells is established.The application in PL oilfield in the Bohai sea shows that the method can quickly and accu­rately determine the classification and evaluation results in different development stages,and can identify "the key development problems in different parts of the reservoir,providing basis for further adjustment.
K ey words：water flooding reservoir；producing and injection wells；capability of stabilizing producing and con­trolling water；classification and evaluation index；fuzzy C-mean clustering algorism；Bohai oilfield
十三五”国家科技重大专项“油气资产价值影响因素及评价指标集研究（编号:20600-005-007 )”部分研究成果。

第-作者筒介：张琪琛，男，在读硕士研究生，从事油田开发系统理论方法研究。

地址：北京市昌平区府学路1号石油工程学院（邮编：102249)〇E-m ail；z q c_cu p@。

通信作者筒介：陈民锋，男，副教授，博士，从事油田开发系统理论方法和三次采油技术研究。

地址：北京市昌平区府学路1号石油工程学院（邮编：12249) n E-m ail:cmip96 @126. com。

第28卷第6期张琪琛等：基于模糊
C 均值聚类的油水井稳油控水能力分类评价
油水井稳油控水能力准确分类评价是制定油藏 合理工作制度和开发调整措施的重要依据。

模糊统 计学聚类分析方法能够降低油水井实际数据中的异 常数据对分类结果造成的不良影响，通过选取合理 的油水井稳油控水能力评价指标对油水井进行无 监督分类，会使油水井分类结果更加科学和合 理[15]。

目前利用聚类分析等数学方法对油藏或 储层进行分类评价等方面已进行大量研究[“]，但 对稳油控水能力分类评价方面的研究较少。

针对 上述问题，本文综合考虑采油井的生产能力、开发 潜力以及注水井的吸水能力、驱替效率等，筛选并 建立了油水井稳油控水能力评价指标集，提出了
利用模糊C 均值聚类算法对油水井稳油控水能力 进行分类评价的方法，并以渤海P L 油田为例进行 了计算分析，针对不同稳油控水能力的油水井给出 了合理的开发调整建议，从而为该油田下一步开发 调整奠定了基础。

1
油水井稳油控水能力评价指标集的建立
通过深人分析实际水驱油藏开发效果影响因
素，本文提出的油水井稳油控水能力评价指标集选取标准为[7_11]:
1) 评价指标要体现油井目前产量水平、产量变 化幅度及开发潜力。

2) 评价指标要反映油井目前的含水阶段及目 前含水率动态变化趋势。

3) 评价指标要反映注水井注水驱替效果及多 油层非均质性对注水效果的影响。

4)
评价指标的选择应具有相对独立性，即评价 指标的相关性不能太大，也不能重复，指标数据要容 易选取，以使聚类分析的结果尽可能合理准确。

根据上述评价指标集选取标准，共优选出5个油井 稳油能力评价指标和4个注水井控水能力评价指标。

11油井稳油能力评价指标
1单井平均月产油量，即近期月产油量的平均 值。

该指标反映油井目前实际产油水平，是评价油 井稳油能力的基础指标。

2)单井日产水平递减率。

该指标直接反映油 井产量变化动态趋势，是评价油井稳油能力的重要 指标，其计算公式如下[1°]:
式⑴中：D 为阶段（第月
）递减率；。

为标定
日产油水平；为阶段油井累积产量⑵为阶段
累积天数。

3)单井可采储量采出程度，即单井累积产油 量/单井可采储量。

该指标体现目前油井的生产阶 段，是评价油井稳油能力的重要指标。

单井可采储 量采出程度越高，油井稳油能力越弱。

4单井目前含水上升率，定义为采出1%可采 储量的含水率上升值[]。

该指标反映油井含水率 的变化趋势，是评价油井稳油能力的参考指标。

单 井目前含水上升率越大，油井稳油能力相对越弱。

5)单井目前含水率，即目前油井月产液量中产 水量所占比。

该指标反映油井目前的含水阶段，是 评价油井稳油能力的参考指标。

单井目前含水率越 高，油井稳油能力相对越弱。

1.2注水井控水能力评价指标
1单井见效系数，定义为（注水井注人量/全区 极大值）x (对应油井产水量平均值/对应油井产水 量最大值）。

该指标反映注水井平面驱替效果，是评 价注水井控水能力的重要指标。

单井见效系数越
大，说明注水井平面驱替越均衡。

2) 单井水驱控制程度，定义为对应油井与注水
井连通厚度/油层总（射开）厚度。

该指标反映注水 井在纵向上对多油层的动用程度，体现多油层非均 质性对注水效果的影响，是评价水井控水能力的参 考指标。

3)
单井视吸水指数，即单位注水压差下注水井
曰注水量。

该指标反映储层吸水能力的大小，是评
价注水井控水能力的基础指标。

4)
射开层渗透率级差，定义为射开储层渗透率
最大值/射开储层渗透率最小值。

该指标反映注水 井射开层层间非均质性程度，是评价注水井控水能 力的参考指标。

2
油水井稳油控水能力分类评价方法
在基于目标函数的聚类算法中，模糊c 均值聚
类方法的理论最为完善，应用也最为广泛[12]。

因
此，本文应用模糊C 均值聚类方法对油水井稳油控 水能力进行分类。

68中国海上油气2016年12月
2.1模糊C均值聚类算法
已知样本集x= {m3，•••,}，每个样 本足（々=1,",)均有《个评价指标。

将这~个样本分成C类（2<C<N)，记巧（z= 1，2，…，C)为C个类的聚类中心，即巧= {,，•••,}。

每个样本以一定的隶属度属于某一类®。

定义模糊聚类目标函数如下：
犖C
犑U…）=犼(2)
厂1i-1
式(2)中：=2)N为隶属度矩阵，其中/犻表示 样本属于第—的隶属度，且^-€[0，，；为加
权指数，缺省状态下取值为2;为样本不与聚类中 心巧之间的欧式距离，d = II足-犘||。

模糊C均值聚类算法的核心思想就是求[/和 P，使得目标函数犑2，最小。

该算法的具体步 骤1如下。

1给定聚类中心个数C(2<C<JV)，设定迭代停 止阈值£：，初始化隶属度矩阵U2)，令迭代次数6 = 0。

2) 计算U(w时的聚类中心犘2，即
犖
T j!-狓,
犘犻=犼犖—2)
m
t—
厂1
3)更新隶属度矩阵U2,计算目标函数犑2即
犽\a犽
犑2，）=T T—2)
；-1k-1
4)如果犑5 -犑》I I <£：，则算法终止并输 出隶属度矩阵犝和聚类中心犘否则令6 = = +1，转 向步骤2)。

根据最终的隶属度矩阵犝中的元素的取值即
可确定所有样品的归属，当—=M ax{— }时，可将
1<—C
样品足归为第J类。

2.2具体分类步骤
以油井稳油能力分类为例，具体分类步骤如下。

1)根据油井稳油能力评价指标集和选取的油 井样品，构建一个犖5的油井样品集矩阵X(N为油井数）。

2)结合油藏实际生产情况，确定油井要分类的 个数C,即聚类中心个数。

3)利用模糊C均值聚类算法，得到隶属度矩阵 U聚类中心犘2= 2，，…，C)。

4分析隶属度矩阵U，矩阵中数据的大小代表 某油井样品对不同聚类中心的隶属度，每列数据中 最大值所在行数即为该油井所属类别。

3实例计算分析
3.1样品集数据的选取
样品取自渤海P L油田某区块绝大部分在线生产 井及注水井，各项指标数据来源于实际生产数据，结合 上述油水井稳油控水能力评价指标的计算方法，得到的 该油田某区块油井及注水井分类样品集分别见表1、。

表1渤海P L油田某区块油井分类样品集 Table 1 Samples for classification of oil wells in a block of
PL oilfield, Bohai sea
样品
编号
单井
平均月
产油量/
m3
单井日
产水平
递减率/
%
单井
含水率/
%
单井含水
上升率/
%
单井
可采储量
采出程度/
%
1 5 680. 4912.7516. 07 3.8920.32
2856.1617.1280.30-2.236.79
3 1 839. 6339. 5089.6
4 6.1686.07
4 1 271. 3619.3180.3
5 2.675.07
5 1 895. 0217.5438.06436.15 62064.679.2470.61 2251.86
7267.2538.770.297.0963.51
83467.2615.9882.940.1965.8
9234.015.270.23 6.6336.0
10 1 824. 3714.2517. 5736.3719.2 11905.3519. 5579. 14 3.9065.78
2697.482.191.5-3.9289.20
32496.62-18. 3181. 44-0.1667.91
4361. 7223.7069.08 5.5827. 14
5201. 1229.6269.170.28 5.53
6990. 5718. 2170.237.659.62
71329.3534.4963.98-1.9157.59
表2渤海P L油田某区块注水井分类样品集 Table 2 Samples for classification of water injection wells
in a block of PL oilfield, Bohai sea
样品单井见效单井水驱单井视吸水指数/ 射开层
编号系数控制程度/%。

(•M P a-1)渗透率级差
10. 5443. 11134. 3434.37
20.2547.2698.93 2.76 30.3154.076.9629.26 40.1967.3735. 11 2.45
50.3054.378. 6123.67 60.2958. 2187.9830.62
70 3335.5648.5 2.40
80.3857.98176. 9123.35
90.840.8550.956.40 100.5857.027.8337.94
第28卷第6期张琪琛等:基于模糊
C 均值聚类的油水井稳油控水能力分类评价
69
-15
-10
-5
5
10
15
费舍尔判别函数1
图2渤海P L 油田某区块注水井控水能力模糊聚类效果 Fig . 2 Fuzzy clustering result of capacity of injection w ells
in a block of PL oilfield . Bohai sea
3.2油水井稳油控水能力分类结果分析3.2.1油井稳油能力分类结果分析
利用油井稳油能力分类方法，对该区块油井样 品集数据进行分类，可以得到油井稳油能力模糊聚 类效果（图1)和不同油井稳油能力聚类中心数据及 分类结果（表3)。

从图1可以看出，该区块油井稳力较弱；
4) I V 类油井特点为单井平均月产油量低，单井 日产水平递减率大，单井目前含水率高，单井目前含 水上升率低，单井剩余可采储量较少，稳油能力弱；
5)
稳油能力强的油井只有1 口，该油井投产时
间最短，正处在高产稳产阶段。

对于稳油能力弱和 较弱的油井，其共同特征是单井可采储量采出程度 均已基本过半，这是造成稳油能力弱的主要原因。

3.2.2 注水井控水能力分类结果分析
利用注水井控水能力分类方法，对该区块注水
油能力明显聚成4类，各类油井分布在所属聚类中 心附近，聚类效果较好。

由表1和表3可以看出，该 区块各类别中油井实际稳油能力评价指标数据与聚类中心的稳油能力评价指标数据吻合度较咼，各聚 图1渤海P L 油田某区块油井稳油能力模糊聚类效果类中心心够反映其所属类别油井开发现状及稳油能 Fig . 1 Fuzzy clustering result of capacity of stablizing 力，具体表现为：
p roduction of oil w ells in a block of PL oilfield,Bohai sea
表3渤海P L 油田某区块油井稳油能力聚类中心及分类结果
Table 3 Clustering center of capacity of stabilizing production and classification results of oil wells
in a block of PL oilfield . Bohai sea 聚类中心稳油能力类型单井平均月产量/m3单井日产
水平递减率/%
单井目前含水率/单井目前 含水上升率/
单井可采储量 采出程度/
样陆編号I
5 677. 4712. 7616.12 3.8920.361
强II 3 504. 3320.2675.89 3.0247. 758、较强III 2 043. 6518.1462.3811. 0450.233、5、6、7、9、10、、15较弱IV 984. 94
20.67
78.07
1.28
63.53
2、4、11、12、16、17
弱
11类油井特点为平均单井月产量高，单井曰 产水平递减率小，单井目前含水率低，单井目前含水 上升率较低，单井剩余可采储量大，稳油能力强；
2) I I 类油井特点为单井平均月产量较高，单井日 产水平递减率较大，单井目前含水率较高，单井目前含 水上升率较低，单井剩余可采储量较多，稳油能力较强；
3) I I I 类油井特点为单井平均月产量较低，单 井日产水平递减率较小，单井目前含水率较低，单井 目前含水上升率高，单井剩余可采储量较多，稳油能井样品集数据进行分类，可以得到注水井控水能力
聚类效果（图2)和不同注水井控水能力聚类中心数 据及分类结果（表4)。

由图2可以看出，该区块注水井控水能力明显 聚成3类，且每类中心间隔较远，各类注水井集中分 布在所属聚类中心处，聚类效果很好。

由表4可以
,
f f l o
a
5
-
5
70中国海上油气2016年12月
表4渤海P L油田某区块注水井控水能力聚类中心及分类结果
Table 4 Clustering center of capacity of controlling water and classification results of injection wells
in a block of PL oilfield, Bohai sea
类型
聚类中心
样品编号
控水
能力单井
见效系数
单井水驱
控制程度/%
单井视吸水指数Z7
(•MPa-1)单井射开层
渗透率极差
I0. 4948. 84147. 3138.681、8、9、10强II0. 2953. 6885.6826.604、中III0.2652. 9941. 9317. 47 2 、3 、5 、6弱
看出，该区块i类水井单井射开层渗透率级差最大、层间非均质最强，但见效系数与单井视吸水指数最 大，而所有3类注水井的单井水驱控制程度相差不 大，说明I类注水井在非均质较强的地层还可以保持 较好的驱替效果，其控水能力最强。

类水井见效系 数和单井水驱控制程度略高、单井视吸水指数明显高 于III类水井，而I I类水井储层非均质程度高于III类 水井，说明I I类水井的控水能力要高于III类水井。

3.3油藏开发调整措施建议
根据上述油水井稳油控水能力分类结果，绘制 了渤海P L油田某区块稳油控水能力等级分类平面 分布图（图3)。

由图3可以看出，稳油控水能力相 对较强的油水井主要分布在该区块的北部，对于该 区域1、11类油水井应保持现有的开发制度。

而稳 油控水能力相对较弱的III、I V类油井和和类水井区主要分布在该区块西南部，且油井较多，但注水井 较少。

分析认为，造成该区块西南部区域稳油控水 能力弱的原因是I I I类注水井平面驱替效果较差，导致部分油井含水率快速上升，而注水受效较差的
Fig. 3 Distribution of capacity level of stabilizing oil production and controlling water in a block of PL oilfield, Bohai sea 油井产量快速递减。

因此提出如下主要调整措施建 议：①对该区域域类注水井进行细分注水，对平面 窜流方向进行封堵，并增大注水量，提高注水井平面 驱替效果，增强注水井控水能力；对该区域西部的 井网进行注采调整，增加注水井数，完善注采井网，提高油井多向受注效率，并对剩余可采储量少的IV 类油井实施侧钻，增加单井可采储量，进而提高油井 稳油能力。

4结论
1综合考虑采油井的生产能力、开发潜力和注 水井的吸水能力、驱替效率等因素对稳油控水能力 的影响，提出了油水井稳油控水能力评价指标集选 取标准，并建立了油水井稳油控水能力的评价指标 集，包括5个油井稳油能力评价指标和4个注水井 控水能力评价指标。

2)利用模糊C均值聚类方法对油水井样品集 分类，对不同类别油水井进行分类评价，并确定其稳 油控水能力等级，从而形成了水驱油藏油水井稳油 控水能力分类评价方法。

渤海P L油田某区块的实 例计算表明，利用本文方法可以快速准确地确定出 不同阶段油水井稳油控水能力分类结果，进而对油 藏下一步开发调整提出合理建议。

参考文献
M苏彦春，王月杰，缪飞飞.水驱砂岩油藏开发指标评价新体 系[J].中国海上油气，2015,27 ⑶：66 DOI:10. 11935/j.
issn. 1673-1506. 2015. 03. 009.
Su Yanchun»Wang Yuejie»Miu Feifei. A new evaluation sys­
tem for waterflooding sandstone reservoirs [ J]. China OI--
shore Oil and Gas«2015,7(3) ：60-65. DOI：10. H935/j. issn.
1673-1506. 2015. 03. 009.
[马敏.基于模糊综合评价法的油田区块分类指示评价[D].大庆:东北石油大学，
2014.
第28卷第6期张琪琛等:基于模糊C均值聚类的油水井稳油控水能力分类评价71
M a M in.E valuation for classified in d ex o f o il b lock b ased o n
th e m eth o d o f fu z z y co m p reh en sive evaluation[D].D aqing：N ortheast P etroleum U niversity,2014.
[]彭鹏.萨南作业区油水井分类及管理研究[D].大庆：大庆石油学院，2009.
P en g Peng.Study fo r classification a n d m an agem en t o f San an
p ro d u ctio n area?s o il a n d w ater well[D].D aqing：D aq in g Pe­
troleu m Institute,2009.
[]赵东锋，陈民锋，廖新维，等.BD油田裂缝性油藏注采窜流程度判别研究[特种油气藏，2012，19(5):17-110.
Z h ao D ongfeng»C h en M in!eng»Liao X inw ei»et al.Id en tifyin g
stu dy o n th e ch an n elin g severity of in jectio n a n d p ro d u ctio n in
fractu red reservoirs of BD o ilfield[】].Sp ecial O il a n d G as
Reservoirs，2012,19(5):107-110.
[陈民锋，姜汉桥，朱龙权.水驱砂岩油藏注采窜流井区判别研究[复杂油气藏，201，⑴
C h en M infeng,Jiang IIanqiao»Zhu Longquan.Study o n dis­
crim in atio n of in jectio n-p ro d u ctio n w ell area w ith ch an n ellin g
in w ater-floodin g san d sto n e reservoir[J].C om p lex H ydrocar­
b o n Reservoirs,2011,4(1) ：4649.
M陈民锋，郎兆新，张兴焰.模糊综合评判法评价油田注水开发状况[断块油气田，2001，8(2):27-30.
C h e n M in!en g»L an g Z h ao xin,Z h a n g X in g y a n.F u z z y c o m p re h e n­
siv e e v a lu a tio n m e th o d to e v a lu a te o ilfie id's w a te r in je c tio n d e v e l-
o p m e n t[J].F au lt-B lo ck O il& G as Field，2001，8(2)，27-30.
M丁帅伟，姜汉桥，陈民锋，等.基于模糊c均值聚类算法和贝叶斯判别函数研究深水油藏分类评价[西安石油大学学报
(自然科学版），2014,29(2):4-49.
clustering algorithm based on fuzzy C-mean with Bayesian
discrimination Iunction[J]. Journal of Xi?an Shiyou Universi-
ty(Natural Science Edition) ,2014,29(2) ；43-49.
[刘舒野.模糊聚类分析方法在油藏分类中的应用研究[D].长春:东北师范大学，2007.
Liu Shuye. The application research of fuzzy cluster analysis
method in reservoir classification[D]. Changchun： Northeast
Normal University，2007.
[魏漪，赵国玺，周雯鸽，等.模糊数学方法在长庆油田低渗透储层综合评价中的应用[石油天然气学报，211，,（1):02.
Wei Yi, Zhao Guoxi, Zhou Wenge, et al. The application of
fuzzy mathematic method in comprehensive evaluation for the
low permeability reservoirs。

1Changqing oilfield[】]. Journal
of Oil and Gas Technology, 201113(1) ： 60-62.
[H]熊敏，刘云中，李光.调和递减下年递减率与月递减率关系式
的推导及应用[J].石油学报，191(4): 112-117.
Xiong Min,Liu Yunzhong, Li Guang. An application and deri­
vation of relationship between the yearly production decling rate
and the monthly production declining rate with a harmonic de-
cline[J]. Acta Petrolei Sinica，1995，16(4)，112-117.
[1张金庆，孙福街，安桂荣.水驱油田含水上升规律和递减规律研究[油气地质与采收率，20，18((82-85.
Zhang Jinqing，Sun Fujie，An Guirong. Study on incremental
law of water cut and decline law in water drive oil!ield[J]. Pe­
troleum Geology and Recovery Efficiency, 2011,18(6) ： 82-85. []髙新波.模糊聚类分析及其应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，223:49-
D in g Shuaiw ei，Jiang Ilanqiao,C h en Mleng，et al.Classiia-收稿日期：2016-03-21改回日期：2016-05-26
tio n a n d evalu atio n o f d eep w ater o il reservoirs b y co m b in in g(编辑：张吾林)。