徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法預(yù)測海上油田儲層敏感性

王巧智 蘇延輝 江安 高波

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452)

0 引言

儲層敏感性評價可以為鉆完井、壓裂、酸化等作業(yè)提供工作液設(shè)計理論支持，常規(guī)的敏感性評價包括速敏、水敏、鹽敏、堿敏、酸敏等內(nèi)容[1]。目前，室內(nèi)實驗仍為海上油田預(yù)測儲層敏感性的主要方式，但實驗需要消耗大量的人力物力，不利于快速、準(zhǔn)確地預(yù)測儲層敏感性。基于徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的預(yù)測技術(shù)克服了實驗評價的劣勢，已在大港、冀東等油田應(yīng)用，且應(yīng)用效果良好[2,3]。本文在分析徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理的基礎(chǔ)上，建立了適應(yīng)于海上油田的儲層敏感性的新方法，驗證了其在海上應(yīng)用的可行性、可靠性。

1 徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理

徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種局部逼近神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可分為3層。第1 層的作用為傳遞數(shù)據(jù)信息，稱為輸入層；第2 層的作用為對第1 層數(shù)據(jù)進行空間映射變換，并確定節(jié)點數(shù)，稱為隱含層；第3 層的作用為對第2 層神經(jīng)元輸出的信息進行線性加權(quán)后輸出，稱為輸出層，輸出層是對輸入數(shù)據(jù)源的響應(yīng)結(jié)果[4,5]。

2 儲層敏感性定量預(yù)測方法

2.1 儲層敏感性因素的確定

儲層的物性特征是影響儲層敏感性的潛在因素，對敏感性結(jié)果影響較大的物性特征為必要因素，對敏感性結(jié)果影響相對較小的物性特征為次必要因素?；诤Ｉ嫌吞飪用舾行晕镄蕴卣骷懊舾行栽u價結(jié)果，分析了速敏、水敏、堿敏、酸敏的必要與次必要因素。以速敏為例，其必要因素主要有10 個，分別為滲透率、孔隙度、膠結(jié)類型及伊利石等7 種黏土礦物含量；次必要因素有6 個，分別為地層水礦化度、石英含量、長石含量、碳酸鹽含量、泥質(zhì)含量、顆粒分選性。

2.2 儲層物性原始資料收集與歸一化處理

儲層敏感性影響因素中既包括孔隙度、滲透率等定量數(shù)據(jù)，還包括膠結(jié)類型、顆粒分選性等定性數(shù)據(jù)，在建立模型前先對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理。處理時，首先將定性數(shù)據(jù)定量化，然后將定量數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，目的在于將影響儲層敏感性的影響各個因素控制在一定范圍，使分析對象不受與它相關(guān)的參數(shù)的單位的影響。

(1)膠結(jié)類型。海上油田最常見的膠結(jié)類型是基底式、孔隙式、接觸式，通過采用非等差式賦值方法并進行歸一化變換，得到這三者的歸一化值分別為0.8378、0.5405、0.2703。

(2)巖石顆粒分選性。Folk and Ward 公式常用來表示巖石顆粒分布的集中趨勢，即分選性。其歸一化方式可表示為：

式中：Xi為對應(yīng)的歸一化值；δi為?？宋值路诌x標(biāo)準(zhǔn)差。

(3)泥質(zhì)、石英、膠結(jié)物、粘土礦物含量、孔隙度等直接取實際值，以小數(shù)表示。

(4)滲透率、地層水礦化度按最大值最小值法進行標(biāo)準(zhǔn)歸一化處理。

2.3 確定徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)各層神經(jīng)元個數(shù)

(1)確定輸入與輸出層。輸入層數(shù)為影響儲層敏感性的必要因素的個數(shù)，輸出層數(shù)為常規(guī)實驗評價輸出參數(shù)的個數(shù)。以速敏為例，其網(wǎng)絡(luò)的輸入單元為10 個，而輸出端為2 個(速敏指數(shù)與臨界流速)。

(2)確定隱層維數(shù)。如果隱層結(jié)點數(shù)過少，可能訓(xùn)練不出來或網(wǎng)絡(luò)不強壯，容錯性、處理能力有限。反之，若過多，整個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就會愈加錯綜復(fù)雜，導(dǎo)致學(xué)習(xí)速度緩慢。經(jīng)調(diào)研，張立明法確定隱層單元數(shù)的學(xué)習(xí)次數(shù)相對較少，是一種最優(yōu)化的方法[6]。最終應(yīng)用張立明法確定了3 層網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)元個數(shù)(見表1)。

表1 各類敏感性預(yù)測神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)元個數(shù)

2.4 訓(xùn)練集訓(xùn)練

訓(xùn)練集的構(gòu)成直接關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的結(jié)果，不科學(xué)、不適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)會影響訓(xùn)練集訓(xùn)練的效率以及準(zhǔn)確性，最終引起網(wǎng)絡(luò)對輸入信號的錯誤執(zhí)行。本文收集海上不同油田各類敏感性數(shù)據(jù)55 組，作為徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)路的內(nèi)部訓(xùn)練集。結(jié)果表明(表2)，55 組數(shù)據(jù)構(gòu)成的訓(xùn)練集經(jīng)訓(xùn)練預(yù)測準(zhǔn)確率在93.87%～98.12%之間，預(yù)測值與實際值之間的相關(guān)系數(shù)在0.937～0.995 之間。說明徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對于海上油田訓(xùn)練集的訓(xùn)練效果良好，可靠性較高，可以應(yīng)用。

3 應(yīng)用實例

利用海上油田訓(xùn)練集訓(xùn)練結(jié)果作為樣板，對海上油田某油田A12 井明下段的敏感性進行預(yù)測，將預(yù)測結(jié)果與實驗結(jié)果對比。由表3 可以看出，對于各敏感性指數(shù)的預(yù)測準(zhǔn)確率均在90.4%以上，水敏的預(yù)測準(zhǔn)確率最高；對于各敏感性臨界值的預(yù)測準(zhǔn)確率均在88.0%以上，水敏的預(yù)測準(zhǔn)確率最高。結(jié)果表明：該儲層敏感性新方法具備定量預(yù)測能力，且準(zhǔn)確率較高，可以實現(xiàn)對海上油田儲層敏感性的預(yù)測。

表2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對儲層敏感性的訓(xùn)練結(jié)果

表3 海上某油田A12井明下段敏感性預(yù)測法與實驗法結(jié)果對比

4 結(jié)語

徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有訓(xùn)練簡潔、收斂及學(xué)習(xí)速度快、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，可以作為預(yù)測海上油田儲層敏感性的新方法，實現(xiàn)了對海上油田儲層速敏、水敏、酸敏、堿敏損害的定量診斷，且精度高，可操作性強，可推廣應(yīng)用。