基于支持向量机的分层注水效果预测模型设计与实现

学 习能力 不稳定 。ａ ｎ ｏ ｖ ａ核 函数计 算结 果 的平 均相 对 误差 １ ． ２ ４ 远小于 ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｌ 核 函数 的 ６ ５ ． ３ ８ ，所 以
初步选用 ａ ｎ ｏ ｖ ａ 核 函数作为分层注水效果预测的 Ｓ Ｖ Ｍ 核函数 （ 核函数的具体形式参见文献 ［ ６ ］ ） 。 表２ 中的数据是利用表 １ 建立的 ２ 个模型对 ４组检验样本进行检验运算 的结果 ，从结果可 以看出
为学习样本，其余 ４口井 的资料作为检验样本 。由于断块油藏的复杂性 ，这些井所在区块 的区块类型、 流 体情况 和井组 连通 情 况各 不相 同 ，所 以选取 的样 本广 泛且具 有代 表性 。
为 了使各种 影 响 因素量 纲不 同造 成 的计算 误差 降到最 小 ，须对样 本 数据 进行 预 处理 ，一 般采用 归 一 化 方法 将样本 数据 统一 到 ［ Ｏ ，１ ］之间。
律 ，初步 确定选 用 的核 函数及 其 参数 ｆ建 立检 验样本 主要 是为 了检 验这 一潜 在 规律 的正 确性 ，以便 调整 模型 参数 ，最终 建立 完善 的 预测 模 型 。这 两 种样 本 都 是 由输 入 和 输 出数 据 组 成 ，如 前 所 述 ，把 井控 储 量 、渗透 率变异 系数 、连 通 率 、原油 粘度 、月 产油 量 、含水率 、连 通油 井数 和 分注 的分 段数 作为样 本 的
样本 ， １ 分 别 等于 １ ８和 ４ 。
用Ｓ Ｖ Ｍ 的回归算法对学习样本进行学习训练 ，认为学习误差满足要求后初步确定 Ｓ Ｖ Ｍ 的模 型 ，
然 后用此 模型对 检 验样 本进 行计 算 ，如果 计算 结果 和样 本 的实际值 相差 很 大 ，那 么 须重 新选 用不 同的核 函数 及其 核 函数 的 可调参 数 ［ ６ 进行 重新 建模 ，最 终选 取学 习和检 验 误 差都 较 小 的一 组 Ｓ ＶＭ 参数 建 立分
ａ ， Ｙ 是各个 内积 核 的权重 值 。
２ Ｓ Ｖ Ｍ 模 型 构 建 及 应 用
２ ． Ｉ 影响 因素及 评 价指标 的 确定
分层注 水措施 是一 个 由多种影 响 因素构 成 的复杂 系统 ，其效 果是 措施 井所 在 的沉 积相 、油藏渗 透率
性 、原 油性 质等 多种 因素共 同作 用的 结果 ，建立 分层 注水 效果预 测模 型要 综合 考 虑 以上 几方 面 。基 于 以
基 于 支 持 向 量 机 的 分 层 注 水 效 果 预 测 模 型 设 计 与 实 现
袁士 宝 ，陈月明 ，蒋海岩 ，陶 军 （ 中国 石油大学石油工程学院。 山 东 东营２ ５ ７ ０ ６ １ ）
［ 摘要］将影 响分层 注水效果的井控储量 、渗 透率 变异系数、连通率、原 油粘度 、月 产油ｔ 、含 水率、连
择分 注措施 井 。油藏数 值 模 拟方法 可 以进行 分 层注 水 的模 拟 ，有学 者用 数值 模 拟 的方法 对分 注 最佳分 级
进行了有意义的探索口 ］ ，但是该方法需要的时间周期较长 、要求数据多 ，无法满足矿场选井快捷而且准
确 的要 求 。为此 ，笔 者将 基 于统 计 学 习 理论 的 Ｓ ＶＭ （ Ｓ ｕ ｐ ｐ ｏ ｒ ｔ Ｖｅ ｃ ｔ ｏ ｒ Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ）方 法 Ｌ ３ 引 入 到分 层 注
通 油 井 数 、 分 注 的分 段 数 作 为 输 入 参 数 ，将 评 价 分 层 注 水 效 果 好 坏 的 无 因 次 增 油 ｔ 作 为 输 出 参 数 ， 建 立 了基 于 支 持 向量 机 的分 层 注 水 效 果 预 测 模 型 。 选 用 油 田实 施 井 例 建 立 了支 持 向量 机 的 学 习样 本 和 检 验 样 本 ，使 用 支 持 向量 机 的 回 归 训 练 算 法 对 学 习样 本 进 行 学 习 训 练 ， 然 后 对 检 验 样 本 进 行 预 测 运 算 ， 结 果 表 明支 持 向量 机 方 法 能 够 达 到 较 高 的预 测 精 度 。 与油 藏 数 值 模 拟 法 和 Ｂ Ｐ神 经 网络 法 计 算 结 果 进 行 对 比 ，表 明 了支 持 向量 机 方 法 的 预 测 精 度 高 于 其 他 两 种 方 法 ，可 以 用 来 预 测 分 层 注 水 的 效 果 ． 指 导 油 田 进 行 分 层
数值和实际值符合很好 ，体现 出 Ｓ Ｖ Ｍ 方法 磊
２ ． ３ 学 习训 练和检 验
．
为 了衡量 拟合 与预 测 的效果 ，用 平 均相对 误差 ｅ 作 为评定 效果 好坏 的 指标 ［ ５ ］ ：
＿ ■ Ｉ ， Ｉ
ｅ ＝
ｎ ｉ
Ｘ ｉ ０ ０ ％
（ １ ）
式 中， Ｙ 表示拟合时第 个样本 的Ｓ Ｖ Ｍ计算值 ｆ Ｙ 表示第ｆ 个样本的样本值 ， 对于本例的学习样本和检验
中石油 统计 资料 表 明从 １ ９ ９ ８ ￣２ ０ ０ ４年 的分 层注 水井 每 年 以上 千 口的速 度 在增 长［ １ ］ 。但 是 在 现场 应 用 过
程 中也 暴露 出管柱 寿命 短 、频 繁作 业 以及 配注层 段合 格率低 等 问题［ １ ］ ，其 中大部 分是 因为选井 决策 失误 造成 的 。分 层注 水效果 是 地质 、开发 和工 艺参 数共 同作用 的结 果 ，对其 进行 科 学 的预 测有助 于 正确地选
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石油天然气学报 （ 江汉石油学院学报 ） ２ ０ ０ ６ 年６ 月 第２ ８ 卷 第３ 期 Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｏ ｉ ｌ ａ ｎ ｄ Ｇａ ｓ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ（ Ｊ ． Ｊ Ｐ Ｉ ） Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０ ０ ６ Ｖ ｏ １ ． ２ ８ Ｎ ｏ ． ３
输入 参数 ，无 因次增 油 量作 为样 本 的输 出参数 。每 一井 次 的输 入 和输 出数据 作 为一 个样 本 ，综合各 个井 次 的数 据 就构成 了 Ｓ ＶＭ 样 本集 。
以东 辛油 田实施 的 ２ ２井 次 分层 注水 的统计 数据 作为 该次研 究 的样本 集 ，随 机选 取 １ ８口井 的资料作
上分 析 ，确定 ３类参 数作 为分 层 注水 效果 的影 响 因 素 ：① 措 施 井基 础 参数 ：井控 储 量 （ １ ０ ‘ ｔ ） ；渗透 率 变异 系数 ｆ连通 率 ｆ原油 粘度 （ ｍＰ ａ・ｓ ） 。② 开发 参 数 ；月产 油 量 （ ｔ ／ ｍｏ ｎ ） ｆ含水 率 （ ） ｆ连 通油 井
水效果 预测 中来 ，以实例 说 明计 算过 程 ，并证 实该 方法 的有效 性 。
１ Ｓ Ｖ Ｍ 方法概述
Ｓ ＶＭ 方 法［ ３ ］ 是 由 Ｖａ ｐ ｎ ｉ ｋ及 其
输 出（ 输出规则） ：
Ｙ ＝ ｓ ｇ ｎ （ ∑ｎ ｊ Ｙ Ｋ （ ｘ ． ） 舶）
权 重值ａ ｌ Ｙ ｌ
石油天然气学报 （ 江汉石 油学院学 报）
２ ０ ０ ６ 年 ６ 月
图 １中 ，∑ 中 即支持 向量 （ Ｓ ｕ ｐ ｐ ｏ ｒ ｔ Ｖｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ） ，ｓ ． ｖ ． 一ｓ （ ｓ 为支 持 向量 的个 数 ） ； ｋ （ ｘ ， ｚ ）是 Ｓ ＶＭ 的
ｖ．
核 函数 ｆ 蕾 为支 持 向量 的样 本 因子 向量 ， ｆ 一１ ， ２ ’ ． ． ・ ， ｓ ｆ ｚ为待 预测 因子 向量 ｆ ６为建 立 模型 待确 定 的系数 ｆ
支持 向 量 构 成 拟 合 函数 ，利 用 得 出 的拟 合 函数对 未 知 数 据 列 做 出预 测 ， 其 过程参 见 图 １ 。
工。
基于 个支持向量 ｌ ， ｘ ２ 。 …Ｘ ｓ 的非线性变换（ 内积）
输入 向量× ＝ （ ｌ ， Ｘ ２ ， …Ｘ ｄ ）
图 １ 支 持 向量 机 示 意 图
ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｌ 核 函数 计算 结果 仍然 不稳 定 ，检 验样 本 的 １ 和 ２相对 误 差小 于 ２ ％ ，而 样 本 ３和 ４的 相对 误 差 却 大于 ｚ ｏ ％。ａ ｎ ｏ ｖ ａ核 函数 计 算 结 果 的平 均 相 对 误 差 ７ ． Ｏ ２ 小于 ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｌ 核 函数 的 １ ２ ． ６ ％ ，且 计算 稳 定 ， 所 以最终 确定选 用 ａ ｎ ｏ ｖ ａ核 函数来 建立 分层 注水 效果 预测 的 Ｓ Ｖ Ｍ 模 型。
［ 收稿 日期］２ ０ ０ ６—１ １—２ ４ ［ 基金项 目］中国石油化 工集 团公 司科技攻关项目 （ Ｐ ０ ３ ０ ２ ５ ） 。 ［ 作者简介］袁士宝 （ １ ９ ７ ７ 一 ） 。男 。２ ０ ０ １ 年大 学毕业 。博士 生 。 现主要从事油藏工程方面的研究 工作。
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合作 者 提 出 的一 种 基 于 统 计 学 习 理 论 的机 器 学 习 方 法 ，它 采 用 结 构 风
险最 小 化 原 则 ，对 处 理 高 维 数 、小
样本 、非 线 性 等 复 杂 的 问题 具 有 很 好 的适 应 性 。Ｓ ＶＭ 方 法 在 进行 函 数 逼 近的 运 算 时可 以 从 学 习 样 本 中 挑 选 出少 数 具 有 代 表 性 的 样 本 即 所 谓
注水 选 井 工作 。
［ 关键词］支持 向量机 １分 层注水Ｉ预测 Ｉ模 型Ｉ油藏数值 模拟 ［ 中图分类号］ＴＥ ３ ５ ７ ． ６ ２ ［ 文献标识码］Ａ ［ 文章编号］１ ０ ０ ０—９ ７ ５ ２（ ２ ０ ０ ６ ）０ ３— ０ １ ３ １ — ０ ４
分层 注水是 指在 注水 井下 封 隔 器 ，把 性 质差异 较 大的油层 分 隔开 ，再 用配 水 器进 行分 层 配水 ，使得 高 渗层注 水量 得到控 制 ，中低渗 油层 注 水得 到加 强 的一种工 艺措 施 。分层 注水 措 施是 油 田注水 井 的基本 措施 之 一 ， 目前 在 国内各个 油 田应 用 十分广 泛 ，在全 国各 油 田已经 开 展 了 ３ ０多 年 ，随 着 工艺 技 术 的不 断完善 ，分层 注水 在注 水 开发 、稳 产 中发挥 了重 要 的作用 。胜 利油 田在 ２ ０ ０ ４年 分 注 率就 达 到 ４ ５ ９ ， ６ 袁士宝等 ：基于支持 向量机 的分层注水效 果预 测模 型设 计与实现