基于二型模糊逻辑系统的压裂选井选层方法研究

作     者：余婷 

作者单位：西南石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谢祥俊

授予年度：2014年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 07[理学] 08[工学] 070104[理学-应用数学] 082002[工学-油气田开发工程] 0701[理学-数学] 

主      题：水力压裂 选井选层 二型模糊逻辑系统 不确定性 聚类 

摘      要：水力压裂技术是增加油气井产量,提高最终采收率的主要技术手段。选定水力压裂目标井和压裂层位是实施水力压裂的第一步,也是整个水力压裂技术流程中具有决定性意义的一步,准确的选井选层不仅可以降低压裂投资风险,节约时间,也可以为储层增产技术的选择提供参考。因此为了高效的实施水力压裂,压裂选井选层特别重要。水力压裂长期实践表明：选井选层过程非常复杂,目前还没有普遍适用的压裂选井选层方法。其主要原因是压裂选井选层问题的特征——高维、非线性、强耦合的复杂不确定系统,因此难以用数学模型精确描述。模糊逻辑系统(FLS)能够有效地处理复杂的不确定系统,在非线性系统辨识中得到广泛应用。传统的FLS是一型FLS,该系统完全由一型模糊集描述,一型模糊集的隶属度是一个精确值,一型模糊集的隶属度确定后便失去了模糊性,因此一型FLS不能直接处理规则的不确定性。二型FLS是一型FLS的扩展,该系统至少用一个二型模糊集描述,二型模糊集的隶属度是模糊的,因此二型FLS能够弥补一型FLS在描述不确定性问题上的缺陷,它能用来处理规则的不确定性,甚至测量值的不确定性。因此本文以四川盆地合川气田为研究对象,引进二型FLS对压裂选井选层问题进行非线性建模研究,包括以下四个方面的内容：(1)对于压裂选井选层指标体系的构建,首先对压裂选井选层指标从地质和工程两方面进行定性分析,尽可能全面地挖掘影响压裂效果的指标,再通过逻辑分析剔除冗余的指标。基于剔除后的指标进行定量分析,通过灰色聚类算法分别对地质指标和工程指标进行相似性分析；通过灰色关联分析,从每一类中选出与性能指标(测试流量)关联度最大的影响指标,从而确定压裂选井选层指标体系。(2)将Mamdani FLS用于压裂选井选层,分别采用单值一型和区间单值二型Mamdani FLS进行非线性建模研究。对于Mamdani FLS的辨识,将SVD-QR和改进的SVD-QR方法用于确定一型和二型Mamdani FLS的模糊规则数；用反向传播法来调整一型和二型Mamdani FLS前件和后件参数；并用设计出的性能最佳的一型Mamdani FLS以某种方式来初始化二型Mamdani FLS。(3)将TSK FLS用于压裂选井选层,分别采用单值一型和区间单值二型TSK FLS进行非线性建模研究。对于TSK FLS的辨识,将基于减聚类(FSC)的模糊C-均值聚类(FCM)算法用于确定一型和二型TSK FLS的模糊规则数,以及初始化一型TSK FLS前件部分参数；采用最小二乘法和反向传播法对一型TSK FLS的参数进行辨识；由于不能使用最小二乘法,对于二型TSK FLS的参数辨识使用反向传播法；用设计出的性能最佳的一型TSK FLS以某种方式来初始化二型TSK FLS。(4)引入BP人工神经网络方法对压裂目标井层的产量进行预测；根据数理统计分析和专家意见的压裂井增产潜能评价标准,采用支持向量机和基于遗传算法的模糊神经网络对压裂气井增产潜能进行分类评价。