应用专家系统预测水力压裂效果

４０　内蒙古石油化工　２０１３年第１１期　应用专家系统预测水力压裂效果　陈均泽　（东北石油大学，黑龙江大庆１６３３１８）　摘要：油井水力压裂效果受压裂油层条件、压裂井与临井生产状况、压裂施工参数影响，压裂后增　产效果难以预测。本文基于专家系统，分析了多种压裂效果的影响因素，确定压裂效果的主要影响因素　包括压裂层位深度、有效厚度、渗透率等９个参数。将主要影响因素作为专家知识库知识，建立各指标隶　属函数并划分函数界限，得出油井压裂效果的专家系统预测模型。运用建立的专家系统计算吉林油田　３００组测试数据，预测错误率仅为４．０　９，６，预测结果准确可靠，可为油井压裂优化设计提供指导。　关键词：专家系统；水力压裂；隶属函数；压裂效果预测　中图分类号：ＴＥ３５７；ＴＰ２９　文献标识码：Ａ　文章编号：１Ｏ０６—７９８１（２０１３）ｌｌ—Ｏ０４Ｏ一０３　油井水力压裂后增产效果受多种因素的影响，　对于水驱油田，影响因素包括地质因素、工程因素和　注采关系等ｎ］。然而这些影响因素之间的关系比较　模糊，无法直接得出各因素的影响程度和影响因素　之间相互制约关系［２　］。目前国内多位学者采用神经　网络与灰色关联等人工智能算法研究多种因素之间　的关系并实现压裂选井、选层及裂缝参数预测　州］。　笔者将影响因素分为储层条件、生产状况和压裂施　工因素，将影响因素建立成专家知识库，应用专家系　统确定隶属函数，得出油井压裂效果预测方法。　１专家系统　系统的中心任务。　水力压裂措施效果预测专家系统知识库主要概　括为三大功能环节：①知识的获取：从公开发表的论　文、专著、成果报告等获取所需要的专门知识。②知　识的表示：采用混合知识模式表示，用动态数据库公　式实现程序和知识的分离　用标准的生产式规则写　出每一条规则，然后把每一种标准产生式规则转变　为两种条数语句，最后把所有的子句存人一个知识　库中，为专家系统提供查阅。③基于知识的推理：针　对用户的特定问题，选择并运用知识库中的知识以　实现问题求解的控制过程。　２专家系统预测压裂措施效果　２．１水力压裂效果影响因素分析　水力压裂可在油井附近产生裂缝，提高油井附　近地层渗透能力，增加产液速度。一次极好的压裂效　果需要满足产油量增加，压裂受效时间长，累积增油　量多等条件。因此，专家知识库内的知识需要反映含　专家系统最为人工智能的一个重要研究领域，　是指在某一专业领域中具备同等专家专业知识和解　决问题能力的计算机程序。专家系统利用存储在计　算机内的某一特定领域的人类专家经验和知识，模　拟人类专家在决策过程中采用的思维方式去解决复　杂的工程和非工程问题。与传统的其他程序相比，专　家系统更专业、更特殊，具有更高的智能性。因此可　应用专家系统，结合水力压裂效果影响因素，预测压　裂效果的优劣，从而在压裂前优选压裂井，优化压裂　施工压裂液参数，保证水力压裂措施效果。　专家系统具备以下几个功能：①存储问题求解　所需的知识。②存储具体问题求解的初始数据和推　理过程中涉及到的各种信息如中间结果、目标、子　目标以及假设等等。③根据当前输入的数据，利用已　有知识，按照一定的推理策略，去解决当前问题，并　能控制和协调整个系统。　知识库是专家系统的核心，其中的知识是凭经　验获取的启发性知识，一个专家系统正是由于它具　备了专门知识，才使得遇到复杂问题时能够作出高　水平的分析、猜测，识别出有希望的求解途径，并有　效地处理不完全、不精确甚至有错误的数据，从而解　决工程难题。获取和重新组织专门知识是建造专家　水率增长速度，考虑压裂后产液能力及压裂受效时　问。　‘　２．１．１储层条件与生产状况　油层有效厚度和油层渗透率反映了压裂层位的　渗流能力。渗流能力强的层位往往导致压裂液大量　滤失，直接影响裂缝的尺寸，很大程度上决定了压裂　施工的成败［７＝】。同时，当地层渗透率较高时，裂缝渗　透能力可能与地层渗透率相当，影响压裂效果。若有　效厚度过于低，压裂时可能产生窜层或薄层未压开　等现象　］。因此油层有效厚度和油层渗透率将影响　压裂效果，是专家知识库中必要的知识。　小层的历史采油和注水情况影响措施井附近地　层内剩余油分布及剩余油量。附近剩余油量多的井　压裂后才会有较好的累积增产效果。然而措施井产　油量、临井注水量难以直接与剩余油量联系，因此可　采用无量纲的临井孔隙注水体积倍数反映措施井附　收稿日期：２Ｏ１３一Ｏ３—１５　作者简介：陈均泽（１９９Ｏ一），吉林松原人，东北石油大学石油工程学院学生。　２０１３年第１１期　陈均泽　应用专家系统预测水力压裂效果　４１　近地层的开采状况，并作为专家知识库的一项知识。　油水井间距反映措施井的供给范围，也能间接　反映措施井的单井控制储量。同时，若裂缝延伸范围　过于接近其邻近注水井，将导致注入水沿裂缝突进，　使措施井极早发生水淹。因此油水井距也是一个影　响因素。　２．１．２压裂施工参数　裂缝的形状、长度和宽度直接影响压裂后油井　其中，ａ　表示阶梯形的拐点，ａ　表示隶属度为０　的点所对应条件的数值。　②对于“低”、“中”、“高”两类采用三角隶属函　数，具体表达式如下：　０　＜　，　（　—ａ１）（　！一（７１）　“ｆ≤ｘ　！　的产液能力。但这些裂缝参数在压裂施工过程中难　以控制及测量。　裂缝的形状受地应力的影响，压裂层的深度影　响垂向主应力的大小，是形成水平裂缝或垂直裂缝　的判断依据，同时水平应力非均质性（最大、最小主　应力差值）将影响裂缝的平面形状。因此可将压裂层　深度、压裂层水平应力非均质性作为专家知识库的　知识。　裂缝的长度、宽度除了受地应力的影响外，主要　与压裂液参数相关。压裂液参数包括前置液量、携砂　液量、顶替液量、总加砂量、加砂比等。但这些参数直　接存在着函数关系，若同时设为专家知识库的知识，　将导致知识库内知识的缀余，影响专家系统计算速　度和准确性。为此，选出压裂液总量、携砂液量、加砂　比来体现压裂施工的参数。　综上，压裂效果预测专家系统知识库中包括的　油层条件有：压裂层位深度，压裂层有效厚度，渗透　率和水平应力非均质性。生产状况有：临井孔隙注水　体积倍数，油水井间距。压裂施工参数有：总压裂液　量，携砂液量和加砂比。　知识库所包含知识内容确定之后，可对每一个　参数指标进行模糊化处理，将具体的数值表示成模　糊的语义，进而构建专家系统知识库。根据专家经验　知识将影响压裂效果的各种因素数据分成五类，分　为“很低”、“低”、“中”、“高”、“很高”，这五类分别匹　配不同的隶属函数。　２．２隶属函数的建立　隶属函数是模糊集合论中的一个最基本最重要　的概念，一切模糊集都要用它来定义。隶属函数在模　糊数学中地位，象概率分布函数在概率论中的地位，　它的确定带有一定的经验性和主观性。　目前，隶属函数的确定需要依靠经验，从实践中　进行反馈，不断校正自己的认识，已达到预定的目标　这样一种阶段　］。通过总结以往隶属函数的确定的　经验，综合世界学者在这方面研究的成果，同时结合　储层名感性预测的特殊性，采用阶梯分布函数和三　角隶属函数作为水力压裂效果评价分类的隶属函　数。五种不同分类的隶属函数表示如下：　①对于“很低”这一类，采用降半阶梯分布隶属　函数　ｆ１　０　ｖＬ＝（　（　））｛（　Ｉ以２一　）（订２一“．）　“１　（，　１　０　Ｘ　（ａ３～　）（　３一ａ２）　ａ！　ａ３　０　≥ａ　０　Ｘ＜ａ２　（　—ａ２）（　３一ａ２）　ａ！　ｘ　ａ３　（ａ４一　）（口４一ａ３）　ａ３≤　≤ａ４　０　Ｘ　ａ４　０　＜ａ３　（　（　））　（ｘ—ａ３）（以４一ａ３）　ａ３　ｘ　ａ４　＝（　５一　）（　５一ａ４）　ａ４　ｘ　ａ５　０　Ｘ　ａ　其中，每个公式中的三个待定系数分别代表三　角形隶属函数的一个最高点和两个ｘ轴作对应的条　件数值。　③对于“很高”这一类，采用升半阶梯分布隶属　函数；　ｆｏ　≤　　，ｆ，　＝（　（　））｛（　一（　）（以４一ａ３）　ａ４≤　≤　ｌ１　≥以　其中，ａ　表示隶属度为０的点，ａ　表示梯形的拐　点所对应条件的数值。　研究中主要考察了主要影响因素对压裂效果的　影响，并建立了相应的专家系统规则知识。在理想条　件下，数据在每一个分类中均匀分布，每一分类的隶　属函数对其中心点对称分布。由此得出压裂效果影　响因素不同分类采用的隶属函数的界限标准，具体　结果见表１：　表１　各指标隶属函数划分界限　通过月累积增油量的差异，将压裂效果分为级５　个等级。优：增油量＞３００ｔ；良：１５０ｔ＜增油量＜　４２　内蒙古石油化工　２０１３年第１１期　３００ｔ；中：５０ｔ＜增油量＜１５０ｔ；差：１０ｔ＜增油量＜　５０ｔ；无效：增油量＜１Ｏｔ。由此，即可建立起不同影响　因素对应不同的分类时的隶属函数，并得到相应的　匹配结果。　表２　根据前述影响因素的分类标准对压裂效果原始　数据进行汇总，结合吉林油田水力压裂效果２０００余　组数据建立用于专家系统的压裂效果预测知识库，　见表２。　部分压裂效果数据　ｍ　喜嫠ｌ—Ｏ－３ｍ　／ａｎ　／ａｎ。　ＭＰ　ａ　倍数　ｍ　ｍ３　“　ｍ３　”　萎加　比是　—１０４ｔ　ａ；豇　寺缴　，＂％　Ｏ　Ｏ　Ｏ　船２８　Ｏ　０　Ｏ　Ｏ　２　５　ｌ　２　３　３　２　９　４　２　３　３　６　３　１　ｌ　１　５　６　６　８　１　９　２　２　１　２　Ｏ　Ｏ　９　２　４　４　７　５　４　３　３　２　５　５　６　９　６　５　９　Ｏ　４　７　１　１　５　３　Ｏ　２　５　］　］　］　９４３．４　１１４４．４　１Ｏ６７．１　ｌ２．３　９．１　８．４　３２　９４　４４　３　２　２　２　Ｏ　６　７　８　６　１４．８　１４．９　１　３　６　４　８　２　５１５．２　３９．１　５　３　５　８　６　５　优　差　优　差　差　正确　正确　相近　１６．６　１１．９　５．４　１３６．５　无效　中　１００９．３　１２１９．５　１０３４．３　９４８．８　８．６　１Ｏ．７　８．９　１０．９　６９　６８　５１　５５　中　良　良　良　正确　正确　相近　正确　８．２　２０８．１　良　１５．８　１６．８　６０９．２　２５３．９　优　良　３预测结果　２０１１，１１（２９）：７２４５～７２４８．　应用建立的专家系统预测知识库数据以外３００　组措施效果验证数据，预测出的部分预测结果如表３　所示。预测结果中２２６组预测正确，６２组相近（预测　结果与实际结果为相邻等级），１２组错误，预测结果　错误率仅为４．０％。可见，建立的专家系统考虑因素　全面，预测结果接近实际。预测出的压裂效果结果对　优选压裂井，优化压裂施工参数具有指导意义。　４结论　裴润有，蒲春生，吴飞鹏，等．胡尖山油田水力　压裂效果模糊综合评判模型［Ｊ］．特种油气藏，　２０１０，１７（２）：１Ｏ９～１１０．　赵明宸，陈月明，袁士宝，等．基于支持向量机　的压裂效果预测方法研究口］．石油天然气学　报（江汉石油学院学报），２００６，２８（２）：１０６～　１Ｏ９．　通过对水力压裂效果的影响因素分析，优化出　压裂效果预测专家系统知识库应包含的９个影响因　素为；压裂层位深度、有效厚度、渗透率、水平应力非　均质性、孔隙注水体积倍数、油水井距、总压裂液量、　携砂液量和加砂比。　提出应用专家系统预测油井水力压裂作业效果　的方法，所建立的专家系统计算吉林油田３００组检　验数据，预测错误率仅为４．０％，说明系统能够较准　刘洪，黄桢，王峰，等．基于免疫系统原理的　ＲＢＦ神经网络及其压裂优化设计应用口］．钻　采工艺，２００９，３２（２）：４７￣５０．　确地预测压裂施工效果，可为压裂选井、选层和压裂　方案设计提供指导。　［参考文献］　［１］　李文学，马新仿，王研．水力压裂效果影响因素　的多元线性回归分析ＥＪ］．科学技术与工程，　谢润成，周文，高雅琴，等．应用偏相关＋灰关　联方法进行致密砂岩气藏压裂地质选层口］．　石油与天然气地质，２００８，２９（６）：７９７￣８０５．　杜卫平．重复压裂选井选层人工神经网络方法　［Ｊ］．钻采工艺，２００３，２６（４）：１Ｏ６～１０９．　林波．压裂液滤失控制技术研究［Ｄ］．西南石　油大学，２０１２．　苟贵明，胡仁权．缝高控制与薄层压裂［Ｊ］．油　气井测试，２００４，１３（５）：４８￣５１．　李储华，罗龙玉，陈平原，等．断层封闭模糊评　判中权重系数及隶属函数的分析应用口］．复　杂油气藏，２００９，２（１）：５～９．　２０１３年第１１期　内蒙古石油化工　４３　凝汽器真空低的原因分析及处理　韩德家　（神华准格尔能源有限公司，内蒙古薛家湾０１０３００）　摘要：凝汽器的真空是衡量汽轮机组运行经济性的重要指标，凝汽器的真空过低，不仅影响汽轮　机的效率，还影响机组的安全运行。通过对造成凝汽器真空低的原因分析，进行了相应的检查和处理，保　证了机组真空系统的正常运行，提高了汽轮机组的安全性和可靠性。　关键词：凝汽器真空；原因分析；处理　中图分类号：ＴＫ２６４．１＋１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６－－７９８１（２０１３）ｌ１—００４３～０３　某厂１　机组为北重厂生产的双缸、冲动、供暖、　用停机备用或小修的机会，对相关设备系统进行了　冷凝式汽轮机，型号Ｎ（Ｃ）１００—８．８３／５３５。近年来　针对性的检查和治理，最终达到提高了机组真空的　机组运行时凝汽器真空一直偏低，特别在夏季，由于　目的，以满足了机组安全经济运行的需要。　机组真空过低，机组被迫减负荷运行。　１　凝汽器真空低的原因分析　真空降低对机组的影响，主要表现为以下几个　造成汽轮机运行时凝汽器真空低的原因很多，　方面：①当汽机的排汽压力、温度升高，蒸汽在机内　因为与真空有关的系统、设备众多，只要有一个系统　的可用焓降减少，蒸汽在凝汽器中的冷源损失增大，　或设备运行不正常都会导致真空下降。但在实际运　机组效率下降，机组出力减少。②真空降低，要维持　行中，真空降低往往是由多个原因共同引起，造成真　机组负荷不变，需增加蒸汽流量，引起末级叶片可能　空低的主要原因一般有以下几个方面。　过负荷，轴向推力增大，推力瓦温度升高，严重时可　１．１凝汽器的循环水量不足　能烧毁推力瓦。⑧凝汽器真空下降较大而排汽温度　当循环水量不足时，会使凝汽器循环水的出口　上升较高时，将使排汽缸及低压轴承座等部件受热　温度升高，导致排汽缸温度上升及凝结器真空下降。　膨胀，引起机组中心偏移，可能发生振动。④由于排　造成循环水量不足的原因主要有以下几个方面：①　汽温度升高，可能引起凝汽器冷却水管胀口松动，破　循环泵出力不足或运行台数少；③循环水系统阀门　坏凝汽器冷却水管严密性。⑤排汽的体积流量减少，　开度不足或门芯脱落；③凝汽器循环水进出口水室　对末级叶片工作不利。　内积存空气；④循环水一二次滤网堵塞；⑤凝汽器收　所以，解决１＃机组真空过低的问题，首先要对　球网堵塞；⑥凝汽器铜管堵塞管束过多；⑦循环泵进　造成凝汽器真空下降的原因进行归纳分析，然后利　水管内有杂物堵塞；⑧循环泵吸水沟水位低；⑨备用　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｒｅｓｕｌｔｓ　Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　Ｕｓｉｎｇ　Ｅｘｐｅｒｔ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｃＨＥＮ　Ｊｕｎ—ｚ　（Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｈｅｉ，Ｌｏｎｇｊｉａｎｇ　Ｄａｑｉｎｇ　Ｃｈｉｎａ，１６３３１８）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｕｓｕａｌｌｙ　ａｆｆｅｃｔｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｆｒａｃ—　ｔｕｒｅｄ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ，ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ　ｗｅｌｌ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｃｏｎｔｅｒｍｉｎｏｕｓ　ｗｅｌｌ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ　ｏｐ—　ｅｒａｔｉｏｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ａｎｄ　ｔｈｉｓ　ｌｅａｄｓ　ｔＯ　ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓ　ｉｎ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ　ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｄ　Ｉｏｔｓ　ｏｆ　ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｎｄ　ｄｉｓｃｏｖｅｒｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｆ　ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｄｅｐｔｈ　ｏｆ　ｆｒａｃｔｕｒｅｄ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｎｉｎｅ　ｆａｃｔｏｒｓ．Ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｗｅｒｅ　ｔｒｅａｔｅｄ　ａｓ　ｔｈｅ　ｄａｔａ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｔ　ｄａｔａ　ｂａｓｅ．Ｗｅ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ　ｔｈｅ　ｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｅ　ｔｈｅ　ｄｉｖｉｄｉｎｇ　ｌｉｎｅ　ｏｆ　ｉｔ，ａｎｄ　ｗｅ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ　ｔｈｅ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗｈｉｃｈ　ａｐｐｌｉｅｓ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｏ　ｐｒｅｄｉｃｔ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｏｉｌ　ｗｅｌｌｓ．Ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ　ｅｘｐｅｒｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｏ　ｃａｌｃｕｌａｔｅ　３００　ｇｒｏｕｐｓ　ｏｆ　ｔｅｓｔ　ｄａｔａ　ｉｎ　Ｊｉｌｉｎ　ｏｉｌ　ｆｉｅｌｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｅｒｒｏｒ　ｒａｔｅ　ｉｓ　ｏｎｌｙ　４．０％．Ｔｈｅ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｖｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｐｒｅｄｉｃ—　ｔｉｏｎｓ　ａｒｅ　ａｃｃｕｒａｔｅ，ａｎｄ　ｃａｎ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｇｕｉｄａｎｃｅ　ｆｏｒ　ｏｉｌ　ｗｅｌｌｓ　ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｅｘｐｅｒｔ　ｓｙｓｔｅｍ；Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ；Ｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ；Ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　收稿日期；２Ｏ１３一ｏ３—１９　作者简介：韩德家（１９７１一），男，工程师，就职于神华准格尔能源有限公司。