專(zhuān)利名稱(chēng)：一種預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)煤層氣產(chǎn)能的潛力系數(shù)評(píng)價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)煤層氣資源產(chǎn)能的潛力評(píng)價(jià)方法，尤其是一種預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)煤層氣產(chǎn)能的潛力系數(shù)評(píng)價(jià)方法。
背景技術(shù)：
煤層氣產(chǎn)能潛力預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)是煤層氣資源評(píng)價(jià)的一個(gè)重要方面，但由于不同區(qū)塊甚至同一區(qū)塊內(nèi)不同區(qū)域地質(zhì)及水文地質(zhì)條件存在差異，在實(shí)踐生產(chǎn)中很難完全掌握；而現(xiàn)有的理論預(yù)測(cè)方法對(duì)煤層氣產(chǎn)能分布和各種主要影響因素的非線(xiàn)性關(guān)系考慮不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種充分考慮了煤層氣產(chǎn)能的空間分布特征和多種主要 影響因素的非線(xiàn)性關(guān)系、彌補(bǔ)了實(shí)際與理論相互補(bǔ)充研究不夠缺陷的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)煤層氣產(chǎn)能的潛力系數(shù)評(píng)價(jià)方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)煤層氣產(chǎn)能的潛力系數(shù)評(píng)價(jià)方法，是一種基于ANN和GIS耦合的煤層氣產(chǎn)能潛力系數(shù)評(píng)價(jià)模型，采用了以下技術(shù)方案
1.在煤層氣井產(chǎn)氣機(jī)理分析基礎(chǔ)上確定主控因素；
2.應(yīng)用GIS強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理和空間分析功能，建立各主控因素的子專(zhuān)題 3.應(yīng)用ANN確定各主控因素對(duì)產(chǎn)能的權(quán)重貢獻(xiàn)；
4.建立基于ANN與GIS耦合的煤層氣產(chǎn)能潛力系數(shù)評(píng)價(jià)模型，進(jìn)行煤層氣產(chǎn)能潛力系數(shù)分區(qū)及評(píng)價(jià)。由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有的有益效果在于
I.從分析煤層氣富集和產(chǎn)出機(jī)理入手，對(duì)影響煤層氣產(chǎn)能的主要地質(zhì)因素進(jìn)行了綜合分析，確定影響煤層氣產(chǎn)能潛力的主要因素，考慮的因素比較全面，這些因素相互作用，共同影響煤層氣產(chǎn)能的大小。2. ANN與GIS相耦合的煤層氣產(chǎn)能潛力預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)模型，能反映多因素綜合作用的非線(xiàn)性特征，減少了人為因素的干擾，應(yīng)用該模型對(duì)煤氣產(chǎn)能潛力進(jìn)行預(yù)測(cè)，經(jīng)過(guò)與實(shí)際情況的對(duì)比分析，預(yù)測(cè)效果比較理想，為實(shí)際生產(chǎn)排采提供了一定的參考依據(jù)。3.專(zhuān)題圖疊加采用數(shù)據(jù)歸一化處理，不僅解決了不同量綱數(shù)據(jù)的疊加困難問(wèn)題，而且也解決了主控因素與煤層氣產(chǎn)能呈負(fù)相關(guān)的問(wèn)題，保證了數(shù)據(jù)疊加的準(zhǔn)確性與評(píng)價(jià)模型的合理性。4.根據(jù)ANN與GIS相耦合的煤層氣產(chǎn)能潛力預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)成果，提出的煤層氣產(chǎn)能潛力評(píng)價(jià)分區(qū)方案，評(píng)價(jià)分區(qū)與實(shí)際情況擬合較好，評(píng)價(jià)結(jié)果與產(chǎn)氣地質(zhì)條件分析結(jié)果基本一致，評(píng)價(jià)效果理想，為區(qū)塊排采方案合理設(shè)計(jì)制定提供了重要的技術(shù)依據(jù)，彌補(bǔ)了實(shí)際與理論相互補(bǔ)充研究不夠的缺陷。


附圖I :本發(fā)明的工作流程 附圖2 :本發(fā)明的各主控因素的子專(zhuān)題 附圖3 :本發(fā)明的BP網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)示意 附圖4 :本發(fā)明的產(chǎn)能潛力系數(shù)分區(qū)評(píng)價(jià) 附圖5 :本發(fā)明的煤層氣產(chǎn)能潛力系數(shù)分區(qū)圖。
具體實(shí)施例下面將結(jié)合附圖、以某區(qū)塊煤層對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。本發(fā)明一種預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)煤層氣產(chǎn)能的潛力系數(shù)評(píng)價(jià)方法，具體實(shí)施技術(shù)方案包括以下步驟
I.在煤層氣井產(chǎn)氣機(jī)理分析基礎(chǔ)上確定主控因素；
所述的煤層氣井產(chǎn)氣機(jī)理分析，包括分析煤層氣產(chǎn)能的主要地質(zhì)因素有儲(chǔ)層條件、埋藏條件和產(chǎn)出條件；
所述的主控因素，是指控制煤層氣產(chǎn)能的地質(zhì)因素，包括煤厚、灰分含量、滲透率、埋深、頂板巖性、地質(zhì)構(gòu)造、含氣量、儲(chǔ)層壓力8個(gè)因素。2.應(yīng)用GIS強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理和空間分析功能，建立各主控因素的子專(zhuān)題 所述的各主控因素的子專(zhuān)題圖，包括
(1)煤厚等值線(xiàn) 厚度較大的煤儲(chǔ)層一方面可以抑制煤層氣的擴(kuò)散，以便更多的煤層氣保存下來(lái) ’另一方面煤儲(chǔ)層厚度對(duì)煤層氣的控制還表現(xiàn)在煤層氣資源量上，在其它控制因素相同的條件下，煤層氣資源量與煤儲(chǔ)層厚度呈正比，利用收集到的數(shù)據(jù)繪制煤厚等值線(xiàn)圖，見(jiàn)附圖2a ；
(2)灰分含量等值線(xiàn) 煤巖、煤質(zhì)差異主要是通過(guò)其生氣條件和吸附性能的不同影響煤層含氣量的不同，同樣關(guān)系到煤層的生氣量以及煤儲(chǔ)層特性等問(wèn)題；煤中灰分作為衡量煤質(zhì)的重要參數(shù)對(duì)于煤層含氣量的影響是明顯的，利用收集到的煤層灰分含量數(shù)據(jù)繪制灰分含量等值線(xiàn)圖，見(jiàn)附圖2b ；
(3)滲透率等值線(xiàn) 煤層的滲透率是反映煤層中氣、水等流體的滲透性能的重要參數(shù)，是煤儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的最為關(guān)鍵的參數(shù)之一，它直接影響煤層氣的產(chǎn)出速率和煤層氣井的產(chǎn)氣歷程，裂隙越發(fā)育，導(dǎo)流通道越暢通，越利于煤層氣的產(chǎn)出；因此，儲(chǔ)層滲透率對(duì)于煤層氣解析產(chǎn)出具有重要意義。利用收集到的試井所取得的滲透率資料繪制滲透率等值線(xiàn)圖，見(jiàn)附圖2c ；
(4)埋深等值線(xiàn) 煤化作用過(guò)程中產(chǎn)生的大量氣體能否得到很好的保存，有賴(lài)于構(gòu)造分異作用導(dǎo)致的煤層有效埋藏深度，即主采煤層頂板到新生界基底之間的厚度的變化；有效埋藏深度增大，煤層氣的保存能力不斷增強(qiáng)，含氣量也隨之增加；通過(guò)統(tǒng)計(jì)各鉆孔綜合柱狀圖獲得相應(yīng)埋深數(shù)據(jù)，據(jù)此繪制埋深等值線(xiàn)圖，見(jiàn)附圖2d ；
(5)頂板砂巖厚度等直線(xiàn) 形成于一定沉積體系中的煤系具有一定的煤儲(chǔ)層與蓋層組合關(guān)系，不同組合中圍巖的巖性差異對(duì)于煤儲(chǔ)層的封蓋潛勢(shì)的影響亦有所不同。良好的封蓋層不但可以阻止煤層氣的垂向逸散，保持較高的地層壓力和煤層氣的吸附量，而且還可以阻止地層水的垂向交替，減少煤氣的逸散量；一般情況下，頂板一定距離內(nèi)若多為致密且穩(wěn)定的泥巖或者是孔滲性較差的致密砂巖，則排替壓力高，封蓋能力強(qiáng)，是良好的封蓋層，反之亦然。統(tǒng)計(jì)煤層頂板砂巖厚度來(lái)表征煤層頂板該層條件，砂巖厚度越大表示蓋層條件越差。根據(jù)統(tǒng)計(jì)頂板20m內(nèi)砂巖厚度數(shù)據(jù)繪制等直線(xiàn)圖，見(jiàn)附圖2e ；
(6)構(gòu)造分布 對(duì)于煤層氣產(chǎn)能有影響的構(gòu)造主要為斷裂構(gòu)造和褶皺。褶皺構(gòu)造中，緊密褶皺地區(qū)的巖層往往是屏障層，有力煤層氣的聚集和富存；中型褶皺中，封閉條件較好時(shí)，背斜較向斜含氣量高，封閉條件較差時(shí)，向斜部位含氣量較高，而在向斜和背斜的翼部由于壓力適中，滲透性相對(duì)較好，較易出現(xiàn)高產(chǎn)井；為表達(dá)褶皺軸部對(duì)于煤層氣產(chǎn)能的影響，設(shè)定褶皺軸50m范圍內(nèi)為不利于高產(chǎn)區(qū)域，賦值為O. 6 ;其它區(qū)域由于不受褶皺分布影響，賦值為I. O ；根據(jù)收集到目標(biāo)區(qū)塊各褶皺分布情況，繪制研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造分布圖，見(jiàn)附圖2f ；
(7)含氣量分布等值線(xiàn)圖； 作為煤層氣井高產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，含氣量越高的區(qū)域獲得高產(chǎn)的可能性就越大；煤層氣的主要成分一般是CH4,其次是CO2、濕氣、N2等。為合理有效的預(yù)測(cè)煤層氣中有效氣體的產(chǎn)能潛力，僅統(tǒng)計(jì)煤層氣中有效成分CH4的含量，根據(jù)收集到的上述含氣量數(shù)據(jù)，繪制含氣量分布等值線(xiàn)圖，見(jiàn)附圖2g;
(8)儲(chǔ)層壓力等值線(xiàn)圖。煤儲(chǔ)層壓力，是指作用于煤孔隙一裂隙空間上的流體壓力(包括水壓和氣壓)，故又稱(chēng)為孔隙流體壓力；煤儲(chǔ)層壓力與煤層含氣性密切相關(guān)，儲(chǔ)層壓力越高勢(shì)必意味著煤儲(chǔ)層具有高含氣量的潛力；另外，它與吸附性(特別是臨界吸附壓力)之間的相對(duì)關(guān)系直接影響采氣過(guò)程中排水降壓的難易程度；地下水壓力水頭高度是表征儲(chǔ)層壓力的直接數(shù)據(jù)，在構(gòu)造簡(jiǎn)單區(qū)域一般水頭越高儲(chǔ)層壓力就越大；排采時(shí)初始動(dòng)水位是儲(chǔ)層壓力的直接反映，因此可用排采初始動(dòng)水位作為煤儲(chǔ)層壓力的表征值；收集目標(biāo)區(qū)塊范圍內(nèi)以及周?chē)雅挪删跏紕?dòng)水位數(shù)據(jù)，根據(jù)上述收集到的數(shù)據(jù)，繪制初始儲(chǔ)層壓力等值線(xiàn)圖，見(jiàn)附圖2h。3.應(yīng)用ANN確定各主控因素對(duì)產(chǎn)能的權(quán)重貢獻(xiàn)；
包括以下步驟
(I)BP網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與訓(xùn)練；
根據(jù)煤層氣產(chǎn)能潛力系數(shù)與影響因素之間的關(guān)系，應(yīng)用三層BP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)測(cè)，煤層氣產(chǎn)能潛力系數(shù)是模型的輸出，該模型采用經(jīng)驗(yàn)個(gè)數(shù)2X (ni+nk)-l，隱含層結(jié)點(diǎn)設(shè)為17個(gè)；選tansig函數(shù)為輸入層到隱含層、隱含層到輸出層的轉(zhuǎn)移函數(shù)；采用trainlm函數(shù)進(jìn)行訓(xùn)練，收斂速度快，網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練誤差比較?。蛔畲笥?xùn)練循環(huán)次數(shù)為1000，目標(biāo)函數(shù)誤差為
O.0001，步長(zhǎng)為10 ；BP網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)如圖3所示。其訓(xùn)練過(guò)程為根據(jù)設(shè)計(jì)的BP網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)，編寫(xiě)程序；網(wǎng)絡(luò)初始化后，調(diào)用已歸一化的樣本數(shù)據(jù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行馴練，經(jīng)過(guò)多次迭代后，網(wǎng)絡(luò)誤差平方和達(dá)到目標(biāo)誤差的要求。
訓(xùn)練結(jié)束后，利用測(cè)試集樣本對(duì)訓(xùn)練好的ANN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢驗(yàn)，如果達(dá)不到期望輸出，則模型不可靠，還需增加典型樣本數(shù)量，重新訓(xùn)練，直至得到期望輸出值，滿(mǎn)足檢驗(yàn)要求。(2)各主控因素權(quán)重的計(jì)算。
①顯著相關(guān)系數(shù)
其中Hjt
②相關(guān)指數(shù)
權(quán)利要求
1.一種預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)煤層氣產(chǎn)能的潛力系數(shù)評(píng)價(jià)方法，其特征在于具體實(shí)施技術(shù)方案包括以下步驟 (i)在煤層氣井產(chǎn)氣機(jī)理分析基礎(chǔ)上確定主控因素； ⑵應(yīng)用GIS強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理和空間分析功能，建立各主控因素的子專(zhuān)題圖； 〔3!應(yīng)用ANN確定各主控因素對(duì)產(chǎn)能的權(quán)重貢獻(xiàn)； ⑷建立基于ANN與GIS耦合的煤層氣產(chǎn)能潛力系數(shù)評(píng)價(jià)模型，進(jìn)行煤層氣產(chǎn)能潛力系數(shù)分區(qū)及評(píng)價(jià)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)煤層氣產(chǎn)能的潛力系數(shù)評(píng)價(jià)方法，其特征在于所述的煤層氣井產(chǎn)氣機(jī)理分析，包括分析煤層氣產(chǎn)能的主要地質(zhì)因素有儲(chǔ)層條件、埋藏條件和產(chǎn)出條件； 所述的主控因素，是指控制煤層氣產(chǎn)能的地質(zhì)因素，包括煤厚、灰分含量、滲透率、埋深、頂板巖性、地質(zhì)構(gòu)造、含氣量、儲(chǔ)層壓力8個(gè)因素。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)煤層氣產(chǎn)能的潛力系數(shù)評(píng)價(jià)方法，其特征在于所述的各主控因素的子專(zhuān)題圖，包括 (1)煤厚等值線(xiàn)圖； (2)灰分含量等值線(xiàn)圖； (3)滲透率等值線(xiàn)圖； (4)埋深等值線(xiàn)圖； (5)頂板砂巖厚度等直線(xiàn)圖； (6)構(gòu)造分布圖； (7)含氣量分布等值線(xiàn)圖； (8)儲(chǔ)層壓力等值線(xiàn)圖。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)煤層氣產(chǎn)能的潛力系數(shù)評(píng)價(jià)方法，其特征在于所述的應(yīng)用ANN確定各主控因素對(duì)產(chǎn)能的權(quán)重貢獻(xiàn)，包括以下步驟 (1)BP網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與訓(xùn)練； (2)各主控因素權(quán)重的計(jì)算。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)煤層氣產(chǎn)能的潛力系數(shù)評(píng)價(jià)方法，其特征在于所述的BP網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)是指根據(jù)煤層氣產(chǎn)能潛力系數(shù)與影響因素之間的關(guān)系，應(yīng)用三層BP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)測(cè)，煤層氣產(chǎn)能潛力系數(shù)是模型的輸出，該模型采用經(jīng)驗(yàn)個(gè)數(shù)2 X (ni+nk)-l,隱含層結(jié)點(diǎn)設(shè)為17個(gè)；選tansig函數(shù)為輸入層到隱含層、隱含層到輸出層的轉(zhuǎn)移函數(shù)；采用trainlm函數(shù)進(jìn)行訓(xùn)練；最大訓(xùn)練循環(huán)次數(shù)為1000，目標(biāo)函數(shù)誤差為O.0001，步長(zhǎng)為10 ;所述的BP網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練，過(guò)程為根據(jù)設(shè)計(jì)的BP網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)，編寫(xiě)程序；網(wǎng)絡(luò)初始化后，調(diào)用已歸一化的樣本數(shù)據(jù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行馴練，經(jīng)過(guò)多次迭代后，網(wǎng)絡(luò)誤差平方和達(dá)到目標(biāo)誤差的要求。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)煤層氣產(chǎn)能的潛力系數(shù)評(píng)價(jià)方法，其特征在于所述的各主控因素權(quán)重的計(jì)算，包括 !I;顯著相關(guān)系數(shù)的計(jì)算； 2)相關(guān)指數(shù)的計(jì)算； 3ι絕對(duì)影響系數(shù)的計(jì)算。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)煤層氣產(chǎn)能的潛力系數(shù)評(píng)價(jià)方法，其特征在于所述的煤層氣產(chǎn)能潛力系數(shù)分區(qū)及評(píng)價(jià)，包括 (1)數(shù)據(jù)歸一化； (2)專(zhuān)題圖復(fù)合疊加； (3)建立煤層氣產(chǎn)能潛力系數(shù)法評(píng)價(jià)模型； (4)產(chǎn)能潛力系數(shù)分區(qū)評(píng)價(jià)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)煤層氣產(chǎn)能的潛力系數(shù)評(píng)價(jià)方法，其特征在于所述的產(chǎn)能潛力系數(shù)分區(qū)評(píng)價(jià)，是將煤層氣產(chǎn)能潛力系數(shù)劃分為5個(gè)子區(qū) ⑴相對(duì)高產(chǎn)區(qū)； 較高產(chǎn)區(qū)； φ中等產(chǎn)區(qū)； ⑷較低產(chǎn)區(qū)； 〔5)相對(duì)低產(chǎn)區(qū)。
全文摘要
一種預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)煤層氣產(chǎn)能的潛力系數(shù)評(píng)價(jià)方法，包括以下步驟在煤層氣井產(chǎn)氣機(jī)理分析基礎(chǔ)上確定主控因素；應(yīng)用GIS強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理和空間分析功能，建立各主控因素的子專(zhuān)題圖；應(yīng)用ANN確定各主控因素對(duì)產(chǎn)能的權(quán)重貢獻(xiàn)；建立基于ANN與GIS耦合的煤層氣產(chǎn)能潛力系數(shù)評(píng)價(jià)模型，進(jìn)行煤層氣產(chǎn)能潛力系數(shù)分區(qū)及評(píng)價(jià)。根據(jù)ANN與GIS相耦合的煤層氣產(chǎn)能潛力預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)成果，提出的煤層氣產(chǎn)能潛力評(píng)價(jià)分區(qū)方案，評(píng)價(jià)分區(qū)與實(shí)際情況擬合較好，評(píng)價(jià)結(jié)果與產(chǎn)氣地質(zhì)條件分析結(jié)果基本一致，評(píng)價(jià)效果理想，為區(qū)塊排采方案合理設(shè)計(jì)制定提供了重要的技術(shù)依據(jù)，彌補(bǔ)了實(shí)際與理論相互補(bǔ)充研究不夠的缺陷。
文檔編號(hào)G01V9/00GK102830442SQ20121027496
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月4日
發(fā)明者武強(qiáng), 劉保民, 吳龍彪 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)