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油田水驱开发效果评价与预警模型研究(1)

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油田 开发 效果 评价 预警 模型 研究
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第25卷第2期 2010年6月 西南科技大学学报 Jo—u—5 010 油田水驱开发效果评价与预警模型研究 马立平 任宝生 赵明2杨永刚 (1.西南科技大学计算机科学与技术学院四川绵阳621010;2.大港油田公司勘探开发研究院天津300280; 3.川庆钻探工程有限公司四川测井公司重庆400021) 摘要:为确保油田水驱开发的科学与高效发展,建立油田水驱开发效果评价与预警管理机制非常必要。采用层次分 析和模糊综合评判对油田水驱开发效果进行综合评价,在综合评价的基础上,设计基于人工神经网络的油田水驱开 发效果预警模型,并结合算例对模型进行验证。模型与实际吻合较好。 关键词:水驱油田预警综合评价 中图分类号:献标识码:A 文章编号:1671—8755(2010)02—0051—05 re.A Li—ao—1.21010,.00280,.00021,n to is to be on by t to ~.一 on of re—田水驱开发效果预警是对油田水驱开发过程中的注入、采出整个复杂系统中的动态变化进行综合分 析、评价,对开发效果进行预警及诊断分析,从而使油田水驱开发的优势、劣势及未来发展方向和趋势一目了 然。这既是为提高油气采收率有的放矢地制定开发调整措施与管理政策的先决条件,也为进一步制定油田 水驱开发战略提供了有力的依据。油田水驱开发效果预警的意义体现在以下几个方面:①从某种意义上讲, 所建立的预警模型,也是对油田生产过程中人们实施的开发策略、控制措施、控制程度和开发管理水平等进 行综合评价的模型,利于评价油田生产过程的科学合理性,对生产过程进行总结,从而进行调整,挖掘油田生 产潜力;②可以根据油田水驱开发动态变化的具体情况进行开发的病态诊断,对开发动态进行事前筹划,从 而降低开发风险,提高采收率和油田企业的经济效益;③油田水驱开发效果预警以油田水驱开发动态系统为 收稿日期:2009一金项目:四川省教育厅自然科学重点项目(09 作者简介:马立平(1973一),男,博士,讲师,主要从事油气田开发规划,计算机应用技术方面的研究。E—52 西南科技大学学报 第25卷 核心,对油田水驱开发动态过程进行科学的评价和诊断,这为降低开发风险和有的放矢地制定开发调整措施 与管理政策提供了先决条件。 1 油田水驱开发效果评价指标体系 油田水驱开发可视为一个以开采油气为中心的动态系统,以油气藏为基础的系统,系统内油气储量、井 筒、采油是相互联系的。系统的高效运行有赖于油气储量的潜力、油气层渗透能力、油井的生产能力、管理的 协调控制能力的提高,以及各种能力的相互适应。此系统在人类的控制操作下能够和谐、有序的不断采油, 依赖于通过各种信息指标的发现、认识、利用,然后采取合理、有效的开发技术手段,不断提高采收率…。这 里,根据油田水驱开发效果综合评价的管理机制及指标体系构建的原则,将涉及油田水驱开发动态系统中相 互独立的、无法用其余指标可以代替的指标集归纳为由目标层、战略层和指标层构成的层次体系(见图 I)即目标层(D)设立“开发效果”,战略层(C)设立“油藏地质品质(和“人为控制水平(。 其中目标层由战略层反映,战略层由具体的指标层加以反映。 目标层 f 开发效果D 战略层 J 油藏地质品质标层 有 效 孔 隙 度 西 人为控制水平G ¨ ¨囊l ¨萋f ¨霉¨粪¨囊j f墨} 驱 控 制 程 度 of of 油田水驱开发效果预警,首先对开发效果进行综合评价,了解油田某一时期的开发动态变化状况,以 便总结经验,发现问题,并采取相应的对策根据这一目的,设想将各评价指标分为好、中、差3个等级,并 且要合理的确定各评价指标的标准值或临界值,只有确定了合理的标准值,才能将实际发生值与标准值进行 对比,考察它们之间的差异,从而对油田水驱开发效果进行综合评价和预警 一’J。各评价指标标准值主要采 用行业标准、理论和统计计算方法得到,其中对趋势性指标是越大越好,适度指标达到理想值最好,并经适当 调整,量化各评价指标的分级。 2 油田水驱开发效果预警模型的建立 根据模糊综合评判法和人工神经网络的原理建立油田水驱开发效果预警模型 】。首先获取上文建立 的油田水驱开发效果评价指标体系的历史数据,按照模糊综合评判法则进行综合计算,将计算结果作为神经 网络的输出样本,并将油田水驱开发效果评价指标体系的历史数据作为神经网络的输入样本。然后对单向 传播的三层前向神经网络进行学习训练,当一对输入输出学习样本提供给网络后,神经元的激活值从输入层 经各中间层向输出层传播,在输出层的各神经元获得网络的输入响应。接下来,按照减少目标输出与实际误 差的方向,从输出层经过各中间层逐层修正各连接权值,最后回到输出层,随着这种误差逆传播修正不断进 行,网络对输人模式响应的正确率也不断上升,直到网络收敛到一个给定的误差允许值,从而确定网络结构。 最后将油田水驱开发效果评价指标体系的数据序列作为神经网络的输人,进行仿真,得到相应的输出,即为 油田水驱开发效果预警模型的结果(见图2)。具体建立步骤如下:第一,利用层次分析法和模糊评判法的集 成评价方法对油田水驱开发效果进行评价。即:确定各指标的权重及评价标准(好、中、差的界限),然后结 合油田水驱开发效果评价指标体系的历史数据,并按照模糊评判法的计算法则进行综合计算,最后得到油田 水驱开发效果综合评价值。第二,利用确定的评价指标体系,并结合神经网络原理,建立多输入(各项指标) 第2期 马立平,等:油田水驱开发效果评价与预警模型研究 53 单输出(油田开发效果综合评价值)的预警诊断模型,再把第一步计算得到的油田水驱开发效果综合评价值 作为模型的输出,把指标体系的历史数据作为模型的输人,对模型进行学习训练,使具有输出油田水驱开发 效果综合评价值的功能。第三,将需要进行油田水驱开发效果预警的油田区块的评价指标体系的数据作为 “学习训练好的预警诊断模型”输入数据,通过计算,最后得到预警诊断模型的输出值。第四,将预警诊断模 型的输出端分为三个区间(即无警区间、轻警区间、重警区间),对比实际计算出的预警诊断模型的输出值, 看其与哪个区间相匹配,并给出相应警度(即无警、轻警、重警)。 3 算例 只:水井流压;B:油井流压; :有效孔隙度; :空气渗透率;‘:有效砂岩系数; :原始含 油饱和度; :地饱压差; :渗透率变异系 数; :流动系数;见:采出程度; :累积注 入孔隙体积倍数;足:油水井数比;£:单储系 数;A,:井网密度;G:水驱控制程度; :水 驱指数;D:油田水驱开发效果综合评价值: 天油藏地质品质综合评价值;为 控制开发水平综合评价值;映先天油 藏地质品质的8项指标对于;既:反映人为控制开发水平的8项指标 对于:反映油田水驱开发 效果的二类指标对于0:关 于先天油藏地质品质类指标的隶属度矩阵; 于人为控制开发类指标的隶属度矩 阵。 图2油田水驱开发效果预警工作原理图 on of 1)根据某油田水驱开发历史数据建立样本训练样本库,样本库中有18个样本,并进行归一化处理,如 表1所示。 表1样本库中的样本数据 in 南科技大学学报 第25卷 -i I 函数可以设定为.后利用样本库中的20个样本 图3 警训孥收警过 界面 数据,按照图2所示的油田水驱开发效果预警工作原理对神经 u'c—络进行训练,训练收敛过程如图3所示。最后将训练收敛后 的神经网络的权值保存起来,以备预警过程使用。 (3)利用已经训练好的神经网络对测试样本进行预警计算,测试样本的结构与样本库的结构类似,测试 样本形式和预警结果如表2所示。 表2测试样本数据 结束语 (1)本文构建了一种基于神经网络的油田水驱开发效果预警模型。模型首先利用多层模糊评价方法对 油田水驱开发效果进行定量评价,并将其结果对预警模型进行学习训练,从而建立起对油田水驱开发效果进 行动态预警的模型。 (2)通过利用某油田水驱开发生产数据对建立的预警模型进行测试,实践证明预警效果正确,并且具有 良好的适应性和实用性。 (3)油田水驱开发效果预警模型研究与应用,可以为油田水驱开发决策者提供重要的依据和参考。但 油田水驱开发效果受多种复杂因素的影响,有些因素难以量化,因而所选用的指标体系不可能面面俱到,只 能按一定原则选择关键指标。 参考文献 [1]李传亮.油藏工程原理[M].北京:石油工业出版社,2005. ].005.(第2期 马立平,等:油田水驱开发效果评价与预警模型研究 55 [2] 唐海,黄炳光.模糊综合评判法确定油藏水驱开发潜力[J].石油勘探与开发,2002,29(2):97~99. ].002,29(2):97~99.([3]张华林,刘刚.层次分析法在石油安全评价中的应用[J].天然气工业,2006,26(4):135~137. HP il/].006,26(4):135~137.([4]沈世锰.人工神经系统理论及其应用[M].北京:科学出版社,1998. hi—].998.([5]常彦荣,李允,彭炎,等.油田生产产量监控体系及预警系统[J].西南石油学院学报,2006,28(3):34—37. an—I ].006,28(3):34~37.([6].K.,。G.]. 999,(1):89~102. [7]黄继鸿,雷战波,凌超.经济预警方法研究综述[J].系统工程,2003,(3):64~69. 一 i— ].003, (3):64~69.(,''',’' ,,,,l''' ',’,,''l,’'' ' ', ''l',’’'''' ' ,,, ',',''', ,,',,',,,’',', ,'', (上接第42页) 参考文献 [1] 周明,孙树栋.遗传算法原理及应用[M].北京:国防工业出版社,1999. hu—].1999.([2] 王国强.实用工程数值模拟技术及其在].西安:西北工业大学出版社,1999. uo—3.999.(.]. 981. .A.of of a ]. 975. 熊歆斌.++程序设计培训教程[M].北京:清华大学出版社,2002. in—++[M].002.(王丽婧.免疫遗传算法一有限元的结构优化方法研究[D].南京航空航天大学,2007. ].007.(1i 1j
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