本发明专利技术涉及一种页岩储层井工厂水平井压裂参数分层多级优化方法，包括以下步骤：获取构造、地质属性建模所需数据；通过补全修正的地震、测井解释成果；利用单井岩心及测井力学参数，耦合建立储层岩石力学物性场模型；利用数值模拟软件建立了井平台多井压裂模式下三维裂缝扩展模型；对参数运用敏感性分析方法进行主控因素分析；通过改进蒙特卡洛抽样方法扩大样本集；使用差分进化优化算法对代理模型使用优化算法。本发明专利技术提出多级优化方法将全区压裂优化问题分为子问题，内层优化结果带入外层优化为约束，建立页岩储层井工厂多元压裂施工参数的优化方法，为提升页岩储层水平井多井压裂作业效率提供一套科学经济有效的解决方案。
1、体积压裂是目前页岩储层等非常规油气资源开发的主要方式，而井工厂压裂模式。非常规油气资源采用水平井技术开发仍面临一个共性问题，即如何优化水平井的长度、人工裂缝的条数、裂缝间距、施工段长、段内簇数和每簇孔数等参数，以达到减缓产量递减、提高采收率的目的。通过主控因素分析的结果来看，压裂施工参数对压后产能也具有一定的影响。但是目前的压裂施工参数是否适合本研究区，部分参数有无进一步优化的空间需要进一步研究。
2、根据一般现场的压裂施工参数较多，需要通过敏感性分析的结果，选取敏感的参数进行优化，来降低优化的计算代价。另外需要构建代理模型，即是一种高效的数学近似模型，由于它能够显著地提高计算效率，已经逐渐发展为一种新的计算方法，并且它在油藏数值模拟计算、优化设计和反分析等方面得到了广泛运用，并大大提高了油藏数值模拟问题的分析效率。现有常用的代理模型主要有：多项式响应面代理模型、径向基代理模型、kriging 代理模型、人工神经网络代理模型、支持向量回归代理模型、移动最小二乘法代理模型等。现有的压裂参数来源多，而不同参数之间存在异常值缺失，同时较多的影响因素没有进行预处理也容易造成后续的模拟结果存在误差，为此需要通过抽样方法进行计算空间样本的扩充。目前蒙特卡洛方法是进行样本抽样处理的一种重要方法，但是存在抽样次数多及方差系数大的问题，因此造成后续的油藏数值模拟结果存在偏差，有必要采用改进蒙特卡洛模拟方法实现抽样效率的提升。
>3、页岩储层水平井网的多压裂参数优化设计问题变量类型复杂（整型、非整型变量）、变量维度高、变量之间互相联系、约束条件数量多、约束条件类型多等。尽管近年来智能优化算法解决了很多优化问题，但处理大规模优化问题时，仍可能会陷入局部最优，原因是随着决策变量的增加，优化算法的性能快速下降。因此需在现有水平井单井压裂参数优化设计方案基础上开展大量优化设计工作，有必要建立多级优化方法，将本问题分为内外层两个子问题，先优化内层单井裂缝参数，再将内层结果作为约束带入外层优化井网参数。针对每一个子问题选择智能算法优化。相较于单井优化和单因素优化结果，从整体角度优化全区工程参数的研究方案更合理有效。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种页岩储层井工厂水平井压裂参数分层多级优化方法，提出多级优化方法，将全区压裂优化问题分为子问题，内层优化结果带入外层优化为约束并在外层优化中考虑不发生井间干扰为约束，建立页岩储层井工厂多元压裂施工参数的优化方法，为提升页岩储层水平井多井压裂作业效率提供一套科学经济有效的解决方案。
2、本专利技术提到的一种页岩储层井工厂水平井压裂参数分层多级优化方法，其技术方案是包括以下步骤：
3、步骤1：获取构造、地质属性建模所需数据；由于地震、露头数据有限，需要利用岩心测井数据建立测井解释模型获取地质模型和数值模拟数据，当数据量不足时，则通过机器学习方法进行储层参数预测补全缺失参数，采用克里金插值或者基于小样本学习的参数预测方法实现属性建模，并通过地质统计信息提高后期地质属性建模精度；
4、步骤2：通过补全修正的地震、测井解释成果，基于得到渗透率、孔隙度、含油饱和度参数，以构建三维页岩储层地质构造模型；以地震蚂蚁体解释成果和成像测井为基础，结合现场岩心观察，通过层理面薄弱面及岩性变化界面为约束并采用离散裂缝网络dfn建模关键技术实现多尺度天然裂缝建模，并进行井点观测裂缝密度和属性参数的强化校正，建立研究区多尺度页岩储层离散天然裂缝模型；
5、步骤3：利用单井岩心及测井力学参数，综合考虑天然裂缝对围岩杨氏模量、泊松比的弱化作用，耦合建立储层岩石力学物性场模型；利用已压裂投产井，建立油藏数值模拟模型，通过拟合生产数据，获取储层压力场模型；结合区域应力背景、岩石力学物性场及储层压力场，采用有限元方法模拟建立三维地应力场模型；
6、步骤4：基于构建的页岩储层模型，利用数值模拟软件建立了井平台多井压裂模式下三维裂缝扩展模型，针对水平井压裂问题，常规顺序或者拉链式压裂则不易控制井间诱导应力场，因此采用顺序或者拉链式压裂；基于商业软件模拟顺序或者拉链式压裂的裂缝扩展过程，分析裂缝延伸规律的影响因素，得到不同参数组合与缝控储量的关系，为多井顺序或者拉链式压裂的优化设计提供指导；
7、步骤5：对参数运用敏感性分析方法进行裂缝扩展主控因素分析，对高维度数据进行处理保留对结果影响显著的特征，减少相似特征，分析对象包含地质参数、裂缝参数、施工参数；最终得到影响水平井多井压裂的产量的核心因素，降低数据维度简化运算，实现提升数据处理速度降低成本的目的；
8、步骤6：将影响改造效果的核心因素与数值模拟结果通过改进蒙特卡洛抽样方法扩大样本集，基于此样本集构建平台井网压裂代理模型，代理模型选择采用径向基函数建立；代理模型有利于在使用优化算法时不必调用数值模拟平台，简化计算量，优化搜索范围更大，得到更接近最优解的压裂施工方案；
9、步骤7：使用差分进化优化算法对代理模型使用优化算法，以最大净现值为目标函数；水平井井网参数优化问题中，需要优化的变量较多，包括单井的裂缝参数和井网参数；采用分级优化方法，分内外层，先优化内层单井裂缝参数，再将内层结果作为约束带入外层优化井网参数。
10、优选的，利用机器学习方法基于岩心数据和现场数据建立页岩气测井解释模型，包括：地层压力、孔隙度、含油饱和度、渗透率；由于本问题数据的局限，小样本学习方法就可以利用有限的数据建立一个准确的模型，选择随机森林方法进行参数预测，随机森林算法具有抗过拟合、噪声容忍度高、调节参数少的优势。
11、优选的，对构建工区模型构建应当包括地质模型、三维裂缝模型、属性模型、岩石力学模型和地应力模型，其中在上述模型构建中，需要以波阻抗反演体拟合的趋势体来约束建立的地质模型，而岩石力学和地应力模型则应当以单井硬点解释的数据进行质量控制。
12、优选的，对于多井压裂问题，同步压裂方法作业周期长，施工成本高且井间窜流风险较大，因此选择采用顺序或者拉链式压裂，通过对两口井的压裂和射孔交替作业来缩短压裂施工周期，节约压裂成本，利用商业软件进行水平平台井顺序或者拉链式压裂裂缝扩展研究，通过实验室内高压物性资料、矿场测试资料和岩心驱替资料获取生产动态数据和流体数据，建模的过程需要完成包括精细地质模型的粗化、毛管压力数据的处理、相对渗透率曲线的处理、数值模型初始化和生产动态数据的处理，最终建立全区数值模拟模型，基于历史数据拟合调整模型参数。
13、优选的，地质参数包括：储层压力、渗透率、孔隙度、原油粘度、应力敏感系数；裂缝参数包括：裂缝条数、裂缝夹角、裂缝半长、裂缝间距；施工参数包括：井间距、排间距、压裂段数、支撑剂量。
14、优选的，对参数进行敏感性分析筛选对影响改造效果的核心因素，通过蒙特卡洛抽样方法采样本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种页岩储层井工厂水平井压裂参数分层多级优化方法，其特征是：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的页岩储层井工厂水平井压裂参数分层多级优化方法，其特征是：利用机器学习方法基于岩心数据和现场数据建立页岩气测井解释模型，包括：地层压力、孔隙度、含油饱和度、渗透率；由于本问题数据的局限，小样本学习方法就可以利用有限的数据建立一个准确的模型，选择随机森林方法进行参数预测，随机森林算法具有抗过拟合、噪声容忍度高、调节参数少的优势。
3.根据权利要求1所述的页岩储层井工厂水平井压裂参数分层多级优化方法，其特征是：对构建工区模型构建应当包括地质模型、三维裂缝模型、属性模型、岩石力学模型和地应力模型，其中在上述模型构建中，需要以波阻抗反演体拟合的趋势体来约束建立的地质模型，而岩石力学和地应力模型则应当以单井硬点解释的数据进行质量控制。
4.根据权利要求1所述的页岩储层井工厂水平井压裂参数分层多级优化方法，其特征是：对于多井压裂问题，同步压裂方法作业周期长，施工成本高且井间窜流风险较大，因此选择采用顺序或者拉链式压裂，通过对两口井的压裂和射孔交替作业来缩短压裂施工周期，节约压裂成本，利用商业软件进行水平平台井顺序或者拉链式压裂裂缝扩展研究，通过实验室内高压物性资料、矿场测试资料和岩心驱替资料获取生产动态数据和流体数据，建模的过程需要完成包括精细地质模型的粗化、毛管压力数据的处理、相对渗透率曲线的处理、数值模型初始化和生产动态数据的处理，最终建立全区数值模拟模型，基于历史数据拟合调整模型参数。
5.根据权利要求1所述的页岩储层井工厂水平井压裂参数分层多级优化方法，其特征是：地质参数包括：储层压力、渗透率、孔隙度、原油粘度、应力敏感系数；裂缝参数包括：裂缝条数、裂缝夹角、裂缝半长、裂缝间距；施工参数包括：井间距、排间距、压裂段数、支撑剂量。
6.根据权利要求1所述的页岩储层井工厂水平井压裂参数分层多级优化方法，其特征是：对参数进行敏感性分析筛选对影响改造效果的核心因素，通过蒙特卡洛抽样方法采样构建平台井网压裂代理模型，代理模型选择采用径向基函数建立，构建代理模型的目的是简化计算。
7.根据权利要求6所述的页岩储层井工厂水平井压裂参数分层多级优化方法，其特征是：需要采用改进蒙特卡洛抽样方法将收集的样本值空间进行扩充处理，实际改进蒙特卡洛抽样时，需要将交叉熵重要抽样法与分散抽样法相结合，构建近似函数，减少算法抽样次数和方差系数，提高最终改进蒙特卡洛抽样算法的计算效率。
8.根据权利要求7所述的页岩储层井工厂水平井压裂参数分层多级优化方法，其特征是：构建压裂代理模型的方法主要有响应面、Kriging模型、径向基函数和支持向量机方法，而径向基函数具有各向同性、形式简单的优点，得到了广泛的应用，径向基函数是以径向函数为基函数通过线性叠加构造的模型，可表示为:
9.根据权利要求1所述的页岩储层井工厂水平井压裂参数分层多级优化方法，其特征是：以最大净现值为目标函数对水平井井网压裂施工参数进行优化，设计针对水平井井网的分级优化方法，首先建立目标函数：
10.根据权利要求9所述的页岩储层井工厂水平井压裂参数分层多级优化方法，其特征是：分级优化方法是将一个复杂的工程系统设计问题分解为一个系统级优化和多个并行的子问题优化，在优化设计过程中，系统给各个子问题传递系统设计变量的期望值，各子问题在满足本学科约束条件的前提下，使子问题结果与系统级传递下来的设计变量期望值差距最小，并将各个子问题优化结果返回系统级，系统通过一致性约束对各子问题间设计变量的不一致进行协调，本文体中全区压裂参数组合为系统级问题，子问题为各个单井参数组合，采用差分进化算法优化子问题，以不压窜裂缝间不发干扰为约束，求得全区净现值最大的压裂参数组合。
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【技术特征摘要】
1.一种页岩储层井工厂水平井压裂参数分层多级优化方法，其特征是：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的页岩储层井工厂水平井压裂参数分层多级优化方法，其特征是：利用机器学习方法基于岩心数据和现场数据建立页岩气测井解释模型，包括：地层压力、孔隙度、含油饱和度、渗透率；由于本问题数据的局限，小样本学习方法就可以利用有限的数据建立一个准确的模型，选择随机森林方法进行参数预测，随机森林算法具有抗过拟合、噪声容忍度高、调节参数少的优势。
3.根据权利要求1所述的页岩储层井工厂水平井压裂参数分层多级优化方法，其特征是：对构建工区模型构建应当包括地质模型、三维裂缝模型、属性模型、岩石力学模型和地应力模型，其中在上述模型构建中，需要以波阻抗反演体拟合的趋势体来约束建立的地质模型，而岩石力学和地应力模型则应当以单井硬点解释的数据进行质量控制。
4.根据权利要求1所述的页岩储层井工厂水平井压裂参数分层多级优化方法，其特征是：对于多井压裂问题，同步压裂方法作业周期长，施工成本高且井间窜流风险较大，因此选择采用顺序或者拉链式压裂，通过对两口井的压裂和射孔交替作业来缩短压裂施工周期，节约压裂成本，利用商业软件进行水平平台井顺序或者拉链式压裂裂缝扩展研究，通过实验室内高压物性资料、矿场测试资料和岩心驱替资料获取生产动态数据和流体数据，建模的过程需要完成包括精细地质模型的粗化、毛管压力数据的处理、相对渗透率曲线的处理、数值模型初始化和生产动态数据的处理，最终建立全区数值模拟模型，基于历史数据拟合调整模型参数。
5.根据权利要求1所述的页岩储层井工厂水平井压裂参数分层多级优化方法，其特征是：地质参数包括：储层压力、渗透率、孔隙度、原油粘度、应力敏感系数；裂缝参数包括：裂缝条数、裂缝夹角、裂缝半长、裂缝间距；施工参数包括：井间距、排间距、压裂段数、支撑剂量。
6.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：时贤，杨媛媛，车明光，汪道兵，蒋恕，韩磊，张腾，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：
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