人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在油氣田預(yù)測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用研究國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述1.1致密氣藏開采現(xiàn)狀我國(guó)致密氣藏勘探的范圍廣闊，具有極大地開發(fā)潛力，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)天然氣儲(chǔ)量約為30.23×1012m3，我國(guó)主要的非常規(guī)油氣的分布如圖1-1所示，主要分布于四川、鄂爾多斯、柴達(dá)木、渤海灣、松遼、準(zhǔn)噶爾和塔里木等10余個(gè)盆地。經(jīng)過近十幾年的探索和勘探，研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)其中四川盆地和鄂爾多斯盆地的致密氣藏資源豐富，對(duì)兩個(gè)盆地進(jìn)行勘探開發(fā)，已經(jīng)取得初步顯著的成效。四川盆地作為致密氣藏勘探開發(fā)的典范，根據(jù)最新的評(píng)價(jià)結(jié)果，川西坳陷侏羅統(tǒng)和上三疊統(tǒng)天然氣的資源量可達(dá)2.0×1012~2.5×1012m3REF_Ref4679\r\h[18]，目前的可探明儲(chǔ)量約為2200×108m3，其中主要的產(chǎn)氣氣層為侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組、遂寧組以及上三疊統(tǒng)須家河組，其中已探明儲(chǔ)量?jī)H僅占資源量的10%左右。川中地區(qū)也陸續(xù)有勘探開發(fā)的天然氣，此外，近年來川東北、川南以及川西南地區(qū)都有新的勘探發(fā)現(xiàn)。蘇里格、榆林、長(zhǎng)北和大牛地等氣田也已經(jīng)在鄂爾多斯盆地北部被發(fā)現(xiàn)。其中蘇格里氣田上古生界天然氣資源量8.0×1012m3，早在2000年至2001年期間蘇里格氣田山西組和石盒子組的地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)到6025×108m3，主要的生氣層段為盒8段。這說明我國(guó)的資源量巨大，由于勘探開發(fā)和技術(shù)手段的限制無法得到開采，但印證了我國(guó)致密氣藏的開發(fā)潛力巨大。圖1-1中國(guó)陸上油氣分布區(qū)域圖1.2水平井分段壓裂技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀從20世紀(jì)80年代開始，國(guó)外開始進(jìn)行壓裂體積改造增產(chǎn)技術(shù)的研究，最開始的壓裂增產(chǎn)方式是沿著水平井筒進(jìn)行全井段的壓裂，但是由于非常規(guī)資源的大量開采，經(jīng)過深入的研究開始采取更具經(jīng)濟(jì)效益的分段壓裂方式，如圖1-2所示。經(jīng)過十余年的技術(shù)發(fā)展，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)形成了適合不同完井方式條件下的壓裂改造技術(shù)REF_Ref15491\r\h[19]。圖1-2水平井分段壓裂技術(shù)示意圖現(xiàn)在的主體技術(shù)分三類：水力噴砂分段壓裂技術(shù)、裸眼封隔器分段壓裂技術(shù)和快速橋塞分段壓裂技術(shù)。水力噴砂分段壓裂技術(shù)適用于油井、特殊套管尺寸井以及壓裂規(guī)模比較小的井。但此壓裂技術(shù)有一定局限性，例如：施工周期長(zhǎng)、對(duì)套管和套管頭抗壓以及井場(chǎng)道路的要求高，井口施工壓力較高以及深井受限等等。裸眼封隔器分段壓裂技術(shù)也分為液壓坐封裸眼封隔器和與遇油膨脹封隔器，前者適用于有水層的井，但裂縫起裂位置無法控制；后者應(yīng)用廣泛但封隔器膨脹時(shí)間長(zhǎng)，無法解封。快鉆橋塞分段壓裂技術(shù)滿足于大排量施工場(chǎng)地，但施工動(dòng)用設(shè)備多、費(fèi)用高。隨著非常規(guī)油氣的大規(guī)模開發(fā)利用，水平井分段壓裂技術(shù)也迎來了發(fā)展的高潮。雖然分段壓裂技術(shù)在監(jiān)測(cè)監(jiān)察、鉆探工具等方面有了突破，但還是存在著未能解決的問題。例如，壓裂層位的優(yōu)選、壓裂設(shè)計(jì)優(yōu)化和隨時(shí)監(jiān)測(cè)壓力甜點(diǎn)等。1.3水平井產(chǎn)能模型發(fā)展現(xiàn)狀早在1988年joshiREF_Ref48\r\h[2]就在文章中率先提出了水平井產(chǎn)能公式的計(jì)算方法，joshi給出了水平井穩(wěn)態(tài)產(chǎn)油量的計(jì)算方程，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)理論方程進(jìn)行了驗(yàn)證。Joshi在文章中提出了求解產(chǎn)能公式時(shí)重要的簡(jiǎn)化想法，將三維的流動(dòng)模型變?yōu)閮蓚€(gè)二維流動(dòng)模型，把流體流向水平井的三維徑向流動(dòng)分為油流入水平面的水平井和油流入垂直面的水平井，并用勢(shì)流動(dòng)理論求解兩方面數(shù)值解，加和求得產(chǎn)油量。這一簡(jiǎn)化想法和勢(shì)理論疊加原理的應(yīng)用和提出，為之后的產(chǎn)能模型求解和計(jì)算打下了基礎(chǔ)，joshi提出的水平井穩(wěn)態(tài)的產(chǎn)能模型也成為了后續(xù)研究學(xué)者產(chǎn)能模型演變的基礎(chǔ)公式。隨著致密油氣藏在全世界范圍內(nèi)引起的關(guān)注，對(duì)于壓裂井產(chǎn)能的探究也成為了研究的熱門，MukherjeeH,EconomidesMJREF_Ref2367\r\h[3]在joshi給出模型上考慮滲透率的各向異性、凈報(bào)厚度和水平滲透率對(duì)水平井產(chǎn)能的影響，并且文章中重點(diǎn)比較了裂縫性垂直井和裂縫性水平井的產(chǎn)能性質(zhì)。帶領(lǐng)產(chǎn)能公式由水平井向壓裂水平井邁出了關(guān)鍵性一步。1994年我國(guó)研究學(xué)者郎兆新REF_Ref3745\r\h[4]在綜合joshi和MukherjeeH,EconomidesMJ的研究的基礎(chǔ)之上提出了基于嚴(yán)格高等滲流理論求解出水平井壓裂的產(chǎn)能公式。雖然郎模型中由疊加勢(shì)函數(shù)確定壓力分布過程中，假設(shè)每條裂縫的產(chǎn)量相等并且以中間裂縫中點(diǎn)作為裂縫的流動(dòng)壓力，此理想化假設(shè)便于公式的對(duì)稱性計(jì)算但與實(shí)際水平井流動(dòng)情況有所出入，這種理想化假設(shè)可能造成壓裂產(chǎn)能模型的準(zhǔn)確性降低。但郎模型改進(jìn)了MukherjeeH,EconomidesMJ模型，優(yōu)化了裂縫機(jī)理在水平井產(chǎn)能模型的影響并且對(duì)壓裂水平井裂縫的極限數(shù)量也進(jìn)行了探究，運(yùn)用位勢(shì)原理和勢(shì)疊加原理的解決思路也為接下來對(duì)壓裂水平井產(chǎn)能方程的研究提供了新的思路和方向。沿用郎的假設(shè)模型，寧正福REF_Ref7719\r\h[5]等人應(yīng)用位勢(shì)理論、疊加原理和矩陣方程數(shù)值分析求解方法對(duì)壓裂水平井的產(chǎn)能預(yù)測(cè)公式進(jìn)行了重新的推導(dǎo)和修正，寧所提出的模型當(dāng)中考慮了裂縫的滲流阻力和壓力損失，實(shí)際計(jì)算表明，公式的優(yōu)化得到了更接近真實(shí)情況的結(jié)果。在文章中，寧對(duì)敏感性的探究，將學(xué)者目光也引向了探究?jī)?chǔ)層物性參數(shù)與產(chǎn)能的關(guān)系上。并且利用利用真實(shí)氣體狀態(tài)方程以及壓力函數(shù)定義，將油藏壓裂水平井產(chǎn)能公式轉(zhuǎn)化為氣藏壓裂水平井的產(chǎn)能公式，讓氣藏壓裂水平井的產(chǎn)能公式進(jìn)入研究學(xué)者們的視野。在以上學(xué)者所建立的水平井產(chǎn)能公式、簡(jiǎn)化計(jì)算思想和物理模型假設(shè)的基礎(chǔ)之上，隨后韓樹剛REF_Ref9287\r\h[6]、位云生REF_Ref9323\r\h[7]~REF_Ref9352\r\h[8]、黃亮REF_Ref9414\r\h[9]、楊兆中REF_Ref9434\r\h[10]等研究學(xué)者都對(duì)致密氣藏水平井分段壓裂井產(chǎn)能的模型進(jìn)行了推導(dǎo)和修正，但應(yīng)用方法并不僅僅局限于一種。韓等人的研究基于動(dòng)量定理和流力力學(xué)理論，運(yùn)用真實(shí)氣體狀態(tài)方程和壓力函數(shù)，建立了氣藏壓裂水平井地層滲流和水平井筒管流耦合的計(jì)算模型，同時(shí)分析了井筒半徑、水平段長(zhǎng)度、裂縫條數(shù)以及管壁粗糙度等參數(shù)對(duì)井筒壓力損失和壓裂水平氣井產(chǎn)能的影響。韓等人的模型主要考慮了水平井筒內(nèi)的滲流，對(duì)氣藏產(chǎn)能計(jì)算模型進(jìn)行了進(jìn)一步的修正使得計(jì)算模型更加接近于真實(shí)情況。隨著水平井分段壓裂技術(shù)在致密油氣藏當(dāng)中的廣泛的應(yīng)用，探究致密氣藏分段壓裂井產(chǎn)能預(yù)測(cè)模型對(duì)于油氣田的生產(chǎn)開發(fā)有更重要的指導(dǎo)意義。基于致密氣藏的廣泛開采，位云生等人則考慮到常規(guī)氣藏與致密氣藏的儲(chǔ)層物理性質(zhì)、滲流機(jī)理等會(huì)有較大不同，常規(guī)氣藏水平井產(chǎn)能模型在致密氣藏中存在諸多局限性。位等人從致密氣藏水平井分段壓裂的實(shí)際出發(fā)，以單壓裂段為單元，采用單壓裂段壓降疊加分析方法和單壓裂段產(chǎn)量遞減分析方法，并且應(yīng)用體積平衡原理將氣藏滲流和變流量井筒流動(dòng)聯(lián)系起來，以此創(chuàng)新建立了多段壓裂水平井從地層到井底全過程流動(dòng)的產(chǎn)能預(yù)測(cè)方程組，并給出求解方法和流程來評(píng)價(jià)單壓裂段產(chǎn)、最優(yōu)壓裂段數(shù)和對(duì)應(yīng)的水平井或氣藏產(chǎn)能。2017年黃亮等人應(yīng)用氣體流動(dòng)中的壓降分析做基礎(chǔ)，通過對(duì)地層段、裂縫段、射孔孔眼段和井筒段的壓降分別進(jìn)行耦合，考慮裂縫應(yīng)力敏感性、孔眼周圍氣體匯聚效應(yīng)和井斜角等影響因素對(duì)產(chǎn)能的影響，建立了低滲致密氣藏的壓裂水平井產(chǎn)能預(yù)測(cè)新模型，同時(shí)在文章中還分析了速度系數(shù)、井斜角、應(yīng)力敏感系數(shù)等因素對(duì)產(chǎn)能的影響。在地層滲流壓降模型建立過程中，與寧正福等人、韓樹剛等人研究模型相似，利用位勢(shì)理論和疊加原理，運(yùn)用壓力函數(shù)定義和真實(shí)氣體狀態(tài)方程建立壓降方程。在裂縫滲流模型中，運(yùn)用思想與Joshi相似，都假設(shè)為平面徑向流。但黃等人的研究中考慮到了人工裂縫的應(yīng)力敏感性，給裂縫滲透率增加了裂縫滲透率敏感系數(shù)，增加產(chǎn)能模型的準(zhǔn)確性。黃等人的研究對(duì)于儲(chǔ)層物理性質(zhì)對(duì)產(chǎn)量的影響有很大的啟示作用，對(duì)實(shí)際致密氣藏的開發(fā)有很大的影響。近年來對(duì)于致密氣藏壓裂水平井的產(chǎn)能模型的探究并未停止，2019年楊兆中等學(xué)者為了更高效快速的計(jì)算致密氣藏水平井分段壓裂后產(chǎn)能，建立利用高滲透帶代表水平井分段多簇壓裂后的裂縫的物理模型，根據(jù)等效滲流理論、位勢(shì)理論、疊加原理，對(duì)高滲透帶進(jìn)行微元計(jì)算，建立致密氣藏分段壓裂水平井非穩(wěn)態(tài)產(chǎn)能計(jì)算模型，并利用數(shù)值模擬分析高滲透帶以及裂縫特征對(duì)壓裂后水平井產(chǎn)能的影響。對(duì)于產(chǎn)能公式的發(fā)展，從水平井產(chǎn)能公式到壓裂水平井產(chǎn)能公式再到致密氣藏水平井產(chǎn)能公式，研究學(xué)者們對(duì)于產(chǎn)能公式的模型有了越來越多的優(yōu)化和考慮，逐漸細(xì)化產(chǎn)能公式的細(xì)節(jié)并且適用的范圍也逐步縮小，對(duì)于產(chǎn)能的計(jì)算精度也越來越提高。但常規(guī)的產(chǎn)能計(jì)算方法大多為解析解法、半解析解法或數(shù)值解法。在建立模型時(shí)會(huì)有理想化的假設(shè)，模型求解過程當(dāng)中也會(huì)存在簡(jiǎn)化的計(jì)算方法，這些都導(dǎo)致產(chǎn)能模型最后的計(jì)算結(jié)果誤差較大。1.4人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在油氣田預(yù)測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用的發(fā)展現(xiàn)狀科學(xué)技術(shù)的發(fā)展快速的推進(jìn)了人類科學(xué)文明的進(jìn)程，近年來人工智能的出現(xiàn)也給各個(gè)領(lǐng)域的進(jìn)步探明了新的方向。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就是模擬人類大腦思維方式的一種新的數(shù)學(xué)模型的研究，研究學(xué)者通過模擬大腦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和信息處理系統(tǒng)的組成，來進(jìn)行對(duì)非線性的復(fù)雜問題的解決。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所具備的較強(qiáng)的處理非線性復(fù)雜問題的能力以及它的高度容錯(cuò)性使得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入到油氣田領(lǐng)域。研究學(xué)者們發(fā)現(xiàn)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可以較好的解決由于復(fù)雜眾多的影響因素而無法建立具體數(shù)學(xué)模型的難題，這使得人工網(wǎng)絡(luò)模型被大規(guī)模的應(yīng)用在油氣田產(chǎn)能預(yù)測(cè)模型當(dāng)中。2000年許敏REF_Ref2023\r\h[11]等學(xué)者對(duì)非常規(guī)碳酸鹽氣藏長(zhǎng)慶氣田產(chǎn)能進(jìn)行了預(yù)測(cè)，利用三層BP網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)模型進(jìn)行樣本的學(xué)習(xí)，用建立好的樣本模型對(duì)氣井進(jìn)行產(chǎn)能的預(yù)測(cè)，結(jié)果表明：用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法建立的產(chǎn)能預(yù)測(cè)模型，可以滿足現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)能預(yù)測(cè)的精度要求，并且可用作未知產(chǎn)能氣井的產(chǎn)能預(yù)測(cè)。同時(shí)也說明，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法預(yù)測(cè)氣井產(chǎn)能是一種有效、可靠的方法。許等人的研究為氣井的產(chǎn)能預(yù)測(cè)提供了新的思路，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法利用氣田區(qū)塊的靜態(tài)參數(shù)即可求得氣井產(chǎn)能，這種方法具有推廣的價(jià)值。但本文所探究的氣井產(chǎn)能的影響因素由普通二項(xiàng)式產(chǎn)能求得，并未考慮復(fù)雜的氣井產(chǎn)能模型。但許的研究已經(jīng)初步把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法和產(chǎn)能預(yù)測(cè)方法結(jié)合，接下來的研究學(xué)者會(huì)把產(chǎn)能模型優(yōu)化細(xì)化進(jìn)行探究。而后，許玲REF_Ref3473\r\h[12]、葉雙江REF_Ref3499\r\h[13]、王黎REF_Ref3515\r\h[14]、莊華REF_Ref3532\r\h[15]等人都利用了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)不同地區(qū)不同油氣藏的產(chǎn)能進(jìn)行了預(yù)測(cè)。其中，葉雙江、王黎、莊華等人都是對(duì)油藏進(jìn)行了產(chǎn)能預(yù)測(cè)，葉雙江等人利用灰色相關(guān)理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的結(jié)合來探究了水平產(chǎn)能預(yù)測(cè)的問題，但葉等人運(yùn)用的模型方程與許玲不同并不是簡(jiǎn)單的產(chǎn)能方程，而是基于微元線匯理論與勢(shì)的疊加原理，建立的油藏—井筒耦合水平井穩(wěn)態(tài)產(chǎn)能評(píng)價(jià)半解析模型。結(jié)果表明，預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)具有良好的穩(wěn)定性，預(yù)測(cè)精度較高。而王黎等學(xué)者將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法應(yīng)用在了塔河油田奧陶系縫洞型碳酸鹽巖儲(chǔ)層的產(chǎn)能預(yù)測(cè)當(dāng)中；莊華等人運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)了松遼盆地朝長(zhǎng)地區(qū)扶楊油層典型的低孔低滲砂巖儲(chǔ)層的產(chǎn)能，結(jié)果都表明，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型適用于油氣田領(lǐng)域產(chǎn)能預(yù)測(cè)的研究。雖然對(duì)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在油氣田領(lǐng)域的研究REF_Ref19237\r\h[23]已經(jīng)有所涉及，但所應(yīng)用的實(shí)際數(shù)據(jù)大多來自有油藏，對(duì)于氣藏?cái)?shù)據(jù)應(yīng)用較少，尤其是致密氣藏的研究。對(duì)于模型預(yù)測(cè)所應(yīng)用的產(chǎn)能公式也多為簡(jiǎn)單基礎(chǔ)的模型，考慮致密氣藏分段壓裂水平井產(chǎn)能的預(yù)測(cè)研究較為匱乏。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在油氣田領(lǐng)域的應(yīng)用不僅僅有產(chǎn)能預(yù)測(cè)方面。2016年J.H.Li,P.Hu&X.XiangREF_Ref26804\r\h[16]等學(xué)者利用非線性映射能力的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，根據(jù)致密氣藏的實(shí)際參數(shù)，建立了無橫流的三層地質(zhì)模型。隨后，研究學(xué)者確定了不同的參數(shù)，分組拆分后進(jìn)行精度訓(xùn)練。研究結(jié)果表明，利用這種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的非線性映射技術(shù)來預(yù)測(cè)混合氣藏的各個(gè)層系的產(chǎn)量貢獻(xiàn)，這種方法為多層氣井各個(gè)層系的產(chǎn)量貢獻(xiàn)提供了新的思路。2017年楊志浩REF_Ref29077\r\h[17]等人應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法來探究底水油藏控水壓裂選段，選取主要影響因素作為定性分析，通過底水脊進(jìn)模型來結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的原理，建立定量分析。通過實(shí)際應(yīng)用表明對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況有指導(dǎo)意義。對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行小結(jié)：對(duì)于水平井壓裂產(chǎn)能模型部分。數(shù)值解法、解析解法和半解析解法成為解決產(chǎn)能預(yù)測(cè)模型的主要解法。模型的多樣化的理想化的假設(shè)，讓產(chǎn)能模型的準(zhǔn)確性降低。油氣井產(chǎn)能預(yù)測(cè)作為油氣井藏工程研究中一項(xiàng)非常重要的工作和任務(wù)，編制油氣井田開發(fā)規(guī)劃部署、設(shè)計(jì)油氣井的開發(fā)方案、分析油氣井的開發(fā)動(dòng)態(tài)、配產(chǎn)油氣井和調(diào)整開發(fā)方案都需要產(chǎn)能預(yù)測(cè)的配合。隨著預(yù)測(cè)產(chǎn)能的重要性愈來愈得到重視，對(duì)預(yù)測(cè)模型的精確度要求也就愈來愈高，模型的設(shè)定以及解法難度就會(huì)更大的增加。2、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的出現(xiàn)可以很好地解決復(fù)雜非線性問題，應(yīng)用于解決不同儲(chǔ)層的產(chǎn)能預(yù)測(cè)問題之中，由于預(yù)測(cè)精度高、計(jì)算速度快、模型穩(wěn)定等特點(diǎn)，使得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在產(chǎn)能預(yù)測(cè)方面的應(yīng)用值得大范圍推廣。3、對(duì)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法在解決非線性問題上的靈活性、自適應(yīng)性，研究學(xué)者們將其應(yīng)用在油氣田領(lǐng)域，并且隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，這種應(yīng)用愈來愈廣泛。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法不僅僅可以應(yīng)用在油氣井的產(chǎn)能預(yù)測(cè)方面，在油氣田開發(fā)的領(lǐng)域仍有很多部分可以與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法相結(jié)合。4、對(duì)于應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法來解決致密氣藏水平井分段壓裂產(chǎn)能預(yù)測(cè)模型的研究仍較為匱乏。參考文獻(xiàn)李煒靜.致密砂巖氣藏水平井產(chǎn)能方程計(jì)算及影響因素研究[D].西安石油大學(xué).JoshiSD.Augmentationofwellproductivityusingslantandhorizontalwells[R].SPE15373,1986:729.MukherjeeH,EconomidesMJ.AParametricComparisonofHorizontalandVerticalWellPerformance[J].SpeFormationEvaluation,1991,6(02):209-216.郎兆新,張麗華,程林松.壓裂水平井產(chǎn)能研究[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1994,018(002):43-46.寧正福,韓樹剛,程林松,李春蘭.低滲透油氣藏壓裂水平井產(chǎn)能計(jì)算方法[J].石油學(xué)報(bào),2002(02):68-71+2.韓樹剛,程林松,寧正福.氣藏壓裂水平井產(chǎn)能預(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