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基于改进神经网络的渗透率预测方法

来源:个人技术集锦
第23卷第1期 2011年2月 岩性油气藏 LⅡ『HOLOGIC RESERVOIRS Vo1.23 No.1 Feb.201l 文章编号:1673—8926(2011)01—0098—05 基于改进神经网络的渗透率预测方法 杨 建 ,杨程博 ,张 岩 ,崔力公 ,王龙飞 (1.中国石化西南油气分公司勘探开发研究院;2.西南石油大学“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室; 3.中国石油川庆钻探地质勘探开发研究院:4.中国石化中原油田采油工程技术研究院天然气技术研究所) 摘要:由于传统BP算法具有收敛速度慢、易陷入局部极小值等不足,文中对其进行了改进。在Kozeny— Carman方程和杨正明研究的基础上.借助于MATLAB神经网络工具箱。建立了预测岩石渗透率的3层 前馈型BP神经网络模型。对改进的神经网络模型进行的仿真训练结果表明:改进模型具有更快的收敛 速度和更高的精度,模型预测值与实验室测试值的一致性比较好,其相对误差小于10%,完全能够满足现 场精度要求 关键词:BP神经网络;改进BP算法;网络仿真训练;MATLAB;渗透率预测 中图分类号:TE319 文献标识码:A O 引言 渗透率的准确性对油气田开发方案的设计和 调整至关重要,然而通过测井曲线得到的渗透率由 是为解决多层前馈神经网络模型的权值优化而提 出的。该算法是目前广泛使用的神经网络学习算法 之一.在自动控制中是最实用的学习算法,但也不 于没有一个固定的公式用以计算,造成其精确度不 高,往往还需要根据实验数据进行校正。因此,笔者 可避免地有其自身的缺陷:①收敛速度慢;②易陷 入局部极小值。 1.2 BP算法的改进 力求寻找一种简便而可行的渗透率预测方法。近年 来,随着神经网络理论的日趋成熟.其应用也越来 越广泛,并在油气田产量预测方面取得了显著的成 针对BP算法的不足,提出2种改进方法: (1)动量法改进BP算法 即将上一次权值调 效f】 。然而由于传统BP算法存在着收敛速度慢、 易陷人局部极小值等缺点[6 ̄8 3,因此,笔者对该算法 作出了适当的改进[9-10].提出了一种改进的神经网 络模型。 整量的一部分叠加到按本次误差计算所得的权值 调整量上,作为本次的实际权值调整量。 △ (n)=一 ̄lVE(n)+olAw(n-1) (1) 式中:Ot为动量系数,通常0<O/<0.9; 为学习率,范 围在0.001~10:Aw为权值调整量;VE为误差改变 量。这种方法所加入的动量项实质上相当于阻尼 项Ns],它减小了学习过程中的振荡趋势,从而改善 了收敛性。 Kozeny—Carman方程H 表明,岩石渗透率与孔 隙度、岩石比面有关:杨正明_12 通过核磁共振实验 研究表明,岩石渗透率与束缚水饱和度有很好的相 关关系。因此,本文根据岩石渗透率与束缚水饱和 度、孔隙度和岩石比面的相关关系,结合改进的BP 算法,建立了一种改进的BP神经网络预测模型[13-17]。 (2)L—M学习规则 BP算法实质上为梯度下 降法,L—M算法要比梯度下降法快得多,但该方法 需要相当大的存储空间。因此,可将算法的权值作 如下调整 1 BP算法及其改进 1.1 BP算法 1 Aw:(J J+tz1)・J e (2) BP算法本质是一种神经网络学习的数学模型, 收稿日期:2010—08—17:修回日期:2010-09-26 式中:△ 为权值调整量;e为误差向量;l,为网络误 基金项目:受国家油气重大专项“剩余油分布综合预测与层系井网重组技术”项目(编号:2008ZX05010—003)资助。 第一作者简介:杨建,1983年生,男,助理工程师,从事油气藏工程、数值模拟等相关研究。地址:(610081)四川省成都市一环路北四段l16 号。E-mail:yan西ianchn@126.corn 100 岩性油气藏 1.0 第23卷 第1期 0数据点 一, 0.9 0.8 捌会 一' 一基准点 j堡 露 , _/ ,祷 斑 /, 里0.3 0.2 0 1 。 (b) 0 0 0.2 04 0.6 0.8 1.0 1889次网络训练过程 归一化后渗透率(真实值) 囤3原模型训练过程及模型预测值与实际值拟合关系曲线 Fig.3 The training process oforiginal neural network model and the relationship between the actual value and he tpredicted value (a)隐节点数位11的原模型训练过程;(b)归一化后原模型预测值与真实值拟合曲线 从图2a、图3a可以看出,改进算法的训练次数 较未改进算法快了9倍以上,原模型和改进模型在 分别经历了200次和60次网络训练后,网络误差 3b可以看出,改进模型比原模型的预测精度有很大 的提高。图4则反映了反归一化之后的真实值、改 进模型预测值和原模型预测值之间的关系。从图中 不难看出,改进模型的预测精度比原模型有了很明 显的提高。 (均方差)趋于稳定,改进模型的下降趋势更加明显, 可见其收敛速度更快;在预测精度方面,从图2b、图 训练样本数据点 图4原模型、改进模型渗透率预测值与真实值对比 Fig.4 The comparison of the actual value and the predicted value of permeability between original and improved neural network model 2.3模型预测 的20% ̄50%的相对误差,在精度上有了很明显的 根据建立好的高仿真度的BP神经网络模型, 提高.能够满足现场精度要求。因此,将改进BP神 经网络应用于储层岩石的渗透率的预测是完全可 行的。 对同一油藏另外12块岩心进行渗透率预测(表1)。 可以得出:改进模型不足10%的相对误差较原模型 2011年 杨建等:基于改进神经网络的渗透率预测方法 表1 BP神经网络模型预测渗透率与实测渗透率对比 101 Table 1 The comparison between the predicted permeability and the actual ermeabiplity by BP neural network model n 叫 q 3 结论 (1)岩石渗透率与束缚水饱和度、岩石比面和 岩石孔隙度确实存在较强的非线性关系:而BP神 计[M].北京:电子工业出版社,2003:65—72. [6] 党建武.神经网络技术及应用[M].北京:北京铁道出版社, 2000:103—112. [7] 刘全新,高建虎,董雪华.储层预测中的非线性反演方法[J].岩 性油气藏,2007,19(1):81-85. [8] 张立明.人工神经网络的模型及其应用[M].上海:复旦大学出 版社,1993:32—36. 经网络具有实现复杂非线性映射的功能,使得它特 别适合求解这类内部机制复杂的问题。 (2)由于采用动量法改进BP算法减小了振荡 趋势,从而极大地提高了网络的收敛性:L—M训练 规则比标准BP算法采用的静态最速下降法(梯度 法)要快很多。因此。改进BP神经网络具有收敛速 [9] 杨华民,王文成.一种BP改进算法[J].微型计算机,1997,17 (2):53—54. 王静伟.BP神经网络改进算法研究[J].中国水运,2008,18(1): 157-158. 度快、预测精度高等特点。 (3)实验结果表明,改进的BP神经网络模型预 测值与真实值的相对误差小于10%,完全能够满足 现场精度要求,基于改进算法的BP神经网络在快 速估算岩石渗透率方面是完全有效的、可行的。 参考文献: [1]吴新根,葛家理.应用人工神经网络预测油田产量[J].石油勘探 与开发,1994,21(3):75—78. 何更生.油层物理[M].北京:石油工业出版社,1994:5-8. 杨正明,姜汉桥,周荣学.用核磁共振技术测量低渗含水气藏 中的束缚水饱和度[J].石油钻采工艺,2008,30(3):59—60. 孙勤华,刘晓梅,刘建新,等.利用波形分析技术半定量预测塔 中碳酸盐岩储层[J].岩性油气藏,2010,22(1):101—103. 杨理践,刘金凤,高松巍.BP神经网络在原油三相计量中的应 用[J].油气田地面工程,2008,27(12):18—19. 汤文生,合烨,陈小安.基于BP神经网络和遗传算法的硫化工 艺参数优化[J].橡胶工业,2008,55(2):105—106. 陈永波,雍学善,刘化清.沉积体系域控制下的岩性油气藏预 测方法研究及应用——以鄂尔多斯盆地北部中生界延长组 [2]刘全新,方光建.利用模拟退火算法实现地震叠前反演[J].岩性 油气藏,2010,22(1):87—92. [3]周彩兰,刘敏.BP神经网络在石油产量预测中的应用[J].武汉 理工大学学报,2009,31(3):125—129. 岩性油气藏为例[J].岩性油气藏,2007,19(2):62—66. er H R,Behrenbrueh P.The development of an [17] Goda H M,Maioptimal artiifcial neural network model for estimating initial water [4]邓勇,杜志敏,陆燕妮.遗传算法结合神经网络在油气产量预测 saturation.Australian reservoir『R].SPE 93307.2005:312—314. 中的应用[J]擞学的认识与实践,2008,38(15):118—123. 『5] 飞思科技产品研发中心.MATLAB 6.5辅助神经网络分析与设 基于MATLAB的系统分析与设计——神经网 [18] 楼顺天,施阳.络[M].西安:西安电子科技大学出版社,1999:10—14. 102 岩性油气藏 第23卷第1期 Permeability prediction method based on improved BP neural network YANG Jian’,YANG Cheng—bo ,ZHANG Yan’CUI Li—gong ,WANG Long—fei ,(I.Research[nstitute ofExploration andDeve merit,Southwest Oil—Gas Field Company,Sinopec,ChenMu 610081,Chia;n 2.StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeology andExploitation,SouthwestPetroleumUniversity,C , 610500,China; 3.ResearchInstitute ofGeologic Explortaion andDevelopment,ChnanqingDrilling&Exploratoin Corporatoin,CNPC, , 610051,Chia;4.RensearchInstitute ofPetroleumEngineeringTechnology,ZhongyuanOilifeld, Sinopec,Puyang457001,China) Abstract:The traditional BP algorithm has slow convergence rate.and iS easy to fall into lOCal minimum.It is improved based on Kozeny-Carman equation and the study of Yang Zhengnfing,and a three.1ayer feedforward BP neural network mode1 for permeability prediction iS established by means of MATLAB neural network toolbox.The simulation training of the improved neural network model iS carried out.The result shows that the improved model has faster convergence rate and higher accuracy.The values predicted by the modeI are consistent with the iaboratory test values.and the relative error iS less than 1O% SO it can completely meet the accuracy demand ofwell site. Key words:BP neural network;improved BP algorithm;network simulation training;MATLAB:permeability prediction (编辑 于惠宇) (上接第41页) Reservoir prediction constrained with high resolution sequence stratigraphy and exploration prospect of lithologic reservoirs in SZ36-1S area in Bohai Bay WANG Bo ,WANG Yu—huan ,ZUO Yu-jie (1.Departentm ofExploratonAdmiinistrtaion,ZhongyuanOi IdComapny,Sinopec,Puyang457001,China 2.No。3 OilProductionPlant,ZhongynanOiifleldCompany,Sinopec,Liaocheng252434,China) Abstract:Based on seismic data,well logging and drilling data,under the guidance of high resolution sequence strati- graphy,the base level cycles in the SZ36-1S area are divided into four mid—term cycles and 13 short—term cycles. Making the short-term cycle as the basic time stratigraphic unit,the hJ gh resolution sequence stratigraphic ramework ifn SZ36-1 S area is established based on well tie sequence stratigraphy contrast.Combined the seismic attribute analysis and wave impedance inversion data,the distribution of sand bodies is predicted and the main controlling factors for sand bodies are analyzed,which designates the direction for the further oil and gas exploration. Key words:high resolution sequence stratiraphy;base glevel cycle;seismic attributes;impedance inversion (编辑 于惠宇) 

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