本發(fā)明涉及頁巖氣儲(chǔ)存開發(fā)與增產(chǎn)，具體涉及一種基于多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、頁巖氣產(chǎn)業(yè)的快速高質(zhì)量發(fā)展，對國家推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和促進(jìn)節(jié)能減排意義重大，提高頁巖氣最終采收率是中國油氣開發(fā)的重點(diǎn)攻關(guān)方向。

2、隨著頁巖氣井開發(fā)進(jìn)入中后期，受結(jié)垢、微粒運(yùn)移及裂縫閉合等因素影響，第一次壓裂裂縫的導(dǎo)流能力及附近地層滲透性逐漸降低，頁巖氣產(chǎn)能大幅衰減，部分區(qū)域油氣難以采出。重復(fù)壓裂產(chǎn)生的新裂縫沿著與前次人工裂縫不同方向延伸，使裂縫發(fā)生重定向，從而更大范圍地溝通老裂縫未動(dòng)用的氣層，能夠解除儲(chǔ)集層傷害、提高儲(chǔ)集層最終采收率，成為頁巖氣老井提高產(chǎn)量的必要選擇。加之頁巖氣井具有初期產(chǎn)量高、產(chǎn)量遞減快的特點(diǎn)，而新鉆水平井費(fèi)用較高，因此進(jìn)行儲(chǔ)層重復(fù)壓裂對實(shí)現(xiàn)頁巖氣增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義。

3、重復(fù)壓裂等提高采收率關(guān)鍵技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)性和不確定性較大，存在施工成功率低、增產(chǎn)效果差、增產(chǎn)有效期短等問題。導(dǎo)致這些問題的主要原因包括對于氣井的資源剩余產(chǎn)量及儲(chǔ)層可改造性未有系統(tǒng)的判定方式、重復(fù)壓裂“甜點(diǎn)”段的位置及范圍難以精準(zhǔn)把握等。因此，進(jìn)行頁巖氣井筒整體重復(fù)壓裂潛力預(yù)測，對重復(fù)壓裂“甜點(diǎn)”段進(jìn)行優(yōu)選及精確定位是目前重復(fù)壓裂需要解決的關(guān)鍵問題。

4、目前重復(fù)壓裂潛力的預(yù)測以及重復(fù)壓裂段的選擇主要是結(jié)合微震監(jiān)測技術(shù)、溫度傳感監(jiān)測、支撐劑追蹤技術(shù)等進(jìn)行人工評判，或是進(jìn)行復(fù)雜且龐大數(shù)據(jù)分析，存在耗時(shí)長、經(jīng)濟(jì)成本高、可遷移性差等問題。人工智能預(yù)測方式在油氣領(lǐng)域的應(yīng)用以資源的產(chǎn)量預(yù)測居多，且僅使用地質(zhì)參數(shù)、施工參數(shù)等單值數(shù)據(jù)，未考慮井筒各個(gè)區(qū)段的變化情況，缺少一種能夠進(jìn)行重復(fù)壓裂“甜點(diǎn)”段的選擇與精確定位的智能化重復(fù)壓力潛力預(yù)測方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有重復(fù)壓裂過程中對于氣井的資源剩余產(chǎn)量及儲(chǔ)層可改造性未有系統(tǒng)的判定方式、重復(fù)壓裂“甜點(diǎn)”段的位置及范圍難以精準(zhǔn)把握等問題，實(shí)現(xiàn)重復(fù)壓裂的潛力智能化、數(shù)字化評估。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種基于多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測方法，其包括：

4、根據(jù)獲取到的頁巖氣井?dāng)?shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)集，所述數(shù)據(jù)集包括多維序列數(shù)據(jù)集和單值數(shù)據(jù)集，所述多維序列數(shù)據(jù)集包括測井曲線數(shù)據(jù)和壓裂施工曲線數(shù)據(jù)，所述單值數(shù)據(jù)集包括地質(zhì)數(shù)據(jù)、儲(chǔ)層物性數(shù)據(jù)、初次壓裂參數(shù)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和巖石力學(xué)數(shù)據(jù)；通過所述生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)對井段的重復(fù)壓裂潛力進(jìn)行標(biāo)記；

5、進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后將數(shù)據(jù)集劃分為訓(xùn)練集、測試集和驗(yàn)證集；

6、構(gòu)建以多維序列數(shù)據(jù)集、單值數(shù)據(jù)集作為輸入、重復(fù)壓裂潛力作為輸出的頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測模型，所述頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測模型包括對單值數(shù)據(jù)集進(jìn)行處理的多層感知機(jī)模型，以及對多維序列數(shù)據(jù)集進(jìn)行處理的基于注意力機(jī)制的門控循環(huán)單元模型；

7、設(shè)定損失函數(shù)，采用訓(xùn)練集對頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測模型進(jìn)行迭代訓(xùn)練及模型優(yōu)化，采用測試集和驗(yàn)證集分別對頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測模型進(jìn)行測試和驗(yàn)證，得到滿足預(yù)設(shè)要求的頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測模型；

8、利用所述滿足預(yù)設(shè)要求的頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測模型對目標(biāo)頁巖氣井的重復(fù)壓裂潛力進(jìn)行預(yù)測。

9、進(jìn)一步，所述測井曲線數(shù)據(jù)包括巖性曲線、電阻率曲線、孔隙度曲線、有機(jī)質(zhì)含量曲線、滲透率、飽和度、孔隙流體、含氣量；

10、所述壓裂施工曲線數(shù)據(jù)包括壓力曲線、排量曲線和砂比曲線；

11、和/或，所述地質(zhì)數(shù)據(jù)包括礦物成分、巖石結(jié)構(gòu)、脆性、斷層分布和褶皺形態(tài)；

12、和/或，所述儲(chǔ)層物性數(shù)據(jù)包括含氣飽和度；

13、和/或，所述初次壓裂參數(shù)數(shù)據(jù)包括壓裂液類型及用量、支撐劑類型及用量；

14、和/或，所述生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)包括頁巖氣井產(chǎn)量數(shù)據(jù)和壓力梯度數(shù)據(jù)；

15、和/或，所述巖石力學(xué)數(shù)據(jù)包括彈性模量、泊松比和地應(yīng)力數(shù)據(jù)。

16、進(jìn)一步，頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測模型的參數(shù)設(shè)置包括：將數(shù)據(jù)集定義為形狀為(n，q，m)的張量，n為數(shù)據(jù)集中的樣本數(shù)，q為所有變量中最大時(shí)間步數(shù)，m為每個(gè)時(shí)間步長的變量數(shù)，所述多層感知機(jī)模型的隱藏層層數(shù)為2，所述門控循環(huán)單元模型的神經(jīng)元數(shù)目為64，采用relu激活函數(shù)。

17、進(jìn)一步，設(shè)定損失函數(shù)，采用訓(xùn)練集對頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測模型進(jìn)行迭代訓(xùn)練及模型優(yōu)化具體包括：設(shè)定損失函數(shù)為categorical_crossentropy；使用k折交叉驗(yàn)證的方法作為超參數(shù)優(yōu)化算法，優(yōu)化器選擇adam；設(shè)置頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測模型的學(xué)習(xí)率為0.01，對頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測模型進(jìn)行迭代直至準(zhǔn)確率達(dá)到預(yù)設(shè)閾值。

18、進(jìn)一步，通過準(zhǔn)確率和kappa系數(shù)對頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測模型進(jìn)行測試和驗(yàn)證。

19、進(jìn)一步，將多層感知機(jī)模型的輸出結(jié)果和基于注意力機(jī)制的門控循環(huán)單元模型的輸出結(jié)果通過拼接層進(jìn)行拼接合并，然后進(jìn)入激活函數(shù)層進(jìn)行分類。

20、第二方面，本發(fā)明提供了一種基于多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測系統(tǒng)，其包括數(shù)據(jù)獲取模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和模型構(gòu)建模塊；所述數(shù)據(jù)獲取模塊用于根據(jù)獲取到的頁巖氣井?dāng)?shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)集，所述數(shù)據(jù)集包括多維序列數(shù)據(jù)集和單值數(shù)據(jù)集，所述多維序列數(shù)據(jù)集包括測井曲線數(shù)據(jù)，所述單值數(shù)據(jù)集包括地質(zhì)數(shù)據(jù)、儲(chǔ)層物性數(shù)據(jù)、初次壓裂參數(shù)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和巖石力學(xué)數(shù)據(jù)；通過所述生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)對井段的重復(fù)壓裂潛力進(jìn)行標(biāo)記；所述數(shù)據(jù)處理模塊用于進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、標(biāo)準(zhǔn)化處理，并將數(shù)據(jù)集劃分為訓(xùn)練集、測試集和驗(yàn)證集；所述模型構(gòu)建模塊用于構(gòu)建以多維序列數(shù)據(jù)集、單值數(shù)據(jù)集作為輸入、重復(fù)壓裂效果類型作為輸出的頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測模型，所述頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測模型包括對單值數(shù)據(jù)集進(jìn)行處理的多層感知機(jī)模型，以及對多維序列數(shù)據(jù)集進(jìn)行處理的基于注意力機(jī)制的門控循環(huán)單元模型；設(shè)定損失函數(shù)，采用訓(xùn)練集對頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測模型進(jìn)行迭代訓(xùn)練及模型優(yōu)化，采用測試集和驗(yàn)證集分別對頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測模型進(jìn)行測試和驗(yàn)證，得到滿足預(yù)設(shè)要求的頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測模型；利用所述滿足預(yù)設(shè)要求的頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測模型對目標(biāo)頁巖氣井的重復(fù)壓裂潛力進(jìn)行預(yù)測。

21、本發(fā)明具有如下意料不到的有益效果：

22、本發(fā)明所述頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測模型以多維序列數(shù)據(jù)集、單值數(shù)據(jù)集作為輸入、重復(fù)壓裂效果類型作為輸出，通過深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行重復(fù)壓裂潛力預(yù)測，能夠極大地提高預(yù)測的效率、降低人工預(yù)測過程中所需的時(shí)間、經(jīng)濟(jì)成本。不同于傳統(tǒng)的預(yù)測方式受地質(zhì)、工程特征的差異性影響大、不可遷移的特性，該預(yù)測模型具有良好的可遷移性，對不同條件的礦井具有良好的適應(yīng)能力。并且利用深度學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)重復(fù)壓裂“甜點(diǎn)”段的優(yōu)選和定位，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)頁巖氣井整體的重復(fù)壓裂潛力預(yù)測，為實(shí)現(xiàn)重復(fù)壓裂的全過程智能化提供支持。

技術(shù)特征：

1.一種基于多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測方法，其特征在于：所述測井曲線數(shù)據(jù)包括巖性曲線、電阻率曲線、孔隙度曲線、有機(jī)質(zhì)含量曲線、滲透率、飽和度、孔隙流體、含氣量；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測方法，其特征在于，頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測模型的參數(shù)設(shè)置包括：將數(shù)據(jù)集定義為形狀為(n，q，m)的張量，n為數(shù)據(jù)集中的樣本數(shù)，q為所有變量中最大時(shí)間步數(shù)，m為每個(gè)時(shí)間步長的變量數(shù)，所述多層感知機(jī)模型的隱藏層層數(shù)為2，所述門控循環(huán)單元模型的神經(jīng)元數(shù)目為64，采用relu激活函數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測方法，其特征在于：設(shè)定損失函數(shù)，采用訓(xùn)練集對頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測模型進(jìn)行迭代訓(xùn)練及模型優(yōu)化具體包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測方法，其特征在于：通過準(zhǔn)確率和kappa系數(shù)對頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測模型進(jìn)行測試和驗(yàn)證。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測方法，其特征在于：將多層感知機(jī)模型的輸出結(jié)果和基于注意力機(jī)制的門控循環(huán)單元模型的輸出結(jié)果通過拼接層進(jìn)行拼接合并，然后進(jìn)入激活函數(shù)層進(jìn)行分類。

7.一種基于多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及頁巖氣儲(chǔ)存開發(fā)與增產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測方法及系統(tǒng)。根據(jù)獲取到的頁巖氣井?dāng)?shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)集包括多維序列數(shù)據(jù)集和單值數(shù)據(jù)集，多維序列數(shù)據(jù)集包括測井曲線數(shù)據(jù)和壓裂施工曲線數(shù)據(jù)，單值數(shù)據(jù)集包括地質(zhì)數(shù)據(jù)、儲(chǔ)層物性數(shù)據(jù)、初次壓裂參數(shù)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和巖石力學(xué)數(shù)據(jù)，通過生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)對井段的重復(fù)壓裂潛力進(jìn)行標(biāo)記；進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、標(biāo)準(zhǔn)化處理，將數(shù)據(jù)集劃分為訓(xùn)練集、測試集和驗(yàn)證集；構(gòu)建滿足預(yù)設(shè)要求的以多維序列數(shù)據(jù)集、單值數(shù)據(jù)集作為輸入、重復(fù)壓裂效果類型作為輸出的頁巖氣重復(fù)壓裂潛力預(yù)測模型。其能夠?qū)崿F(xiàn)對頁巖氣井整體重復(fù)壓裂潛力的高效預(yù)測。

技術(shù)研發(fā)人員：陸朝暉,盧義玉,房大志,賈云中,周雷,肖彩云,張馳,杜鵬,董盼婷
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28