专利名称：一种预测预报煤层气产能的潜力系数评价方法
技术领域：
本发明涉及一种预测预报煤层气资源产能的潜力评价方法，尤其是一种预测预报煤层气产能的潜力系数评价方法。
背景技术：
煤层气产能潜力预测预报是煤层气资源评价的一个重要方面，但由于不同区块甚至同一区块内不同区域地质及水文地质条件存在差异，在实践生产中很难完全掌握；而现有的理论预测方法对煤层气产能分布和各种主要影响因素的非线性关系考虑不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种充分考虑了煤层气产能的空间分布特征和多种主要 影响因素的非线性关系、弥补了实际与理论相互补充研究不够缺陷的预测预报煤层气产能的潜力系数评价方法。为了实现上述目的，本发明一种预测预报煤层气产能的潜力系数评价方法，是一种基于ANN和GIS耦合的煤层气产能潜力系数评价模型，采用了以下技术方案
1.在煤层气井产气机理分析基础上确定主控因素；
2.应用GIS强大的数据管理和空间分析功能，建立各主控因素的子专题 3.应用ANN确定各主控因素对产能的权重贡献；
4.建立基于ANN与GIS耦合的煤层气产能潜力系数评价模型，进行煤层气产能潜力系数分区及评价。由于采用了上述的技术方案，本发明具有的有益效果在于
I.从分析煤层气富集和产出机理入手，对影响煤层气产能的主要地质因素进行了综合分析，确定影响煤层气产能潜力的主要因素，考虑的因素比较全面，这些因素相互作用，共同影响煤层气产能的大小。2. ANN与GIS相耦合的煤层气产能潜力预测评价模型，能反映多因素综合作用的非线性特征，减少了人为因素的干扰，应用该模型对煤气产能潜力进行预测，经过与实际情况的对比分析，预测效果比较理想，为实际生产排采提供了一定的参考依据。3.专题图叠加采用数据归一化处理，不仅解决了不同量纲数据的叠加困难问题，而且也解决了主控因素与煤层气产能呈负相关的问题，保证了数据叠加的准确性与评价模型的合理性。4.根据ANN与GIS相耦合的煤层气产能潜力预测评价成果，提出的煤层气产能潜力评价分区方案，评价分区与实际情况拟合较好，评价结果与产气地质条件分析结果基本一致，评价效果理想，为区块排采方案合理设计制定提供了重要的技术依据，弥补了实际与理论相互补充研究不够的缺陷。
附图I :本发明的工作流程 附图2 :本发明的各主控因素的子专题 附图3 :本发明的BP网络模型结构示意 附图4 :本发明的产能潜力系数分区评价 附图5 :本发明的煤层气产能潜力系数分区图。
具体实施例下面将结合附图、以某区块煤层对本发明作详细描述。本发明一种预测预报煤层气产能的潜力系数评价方法，具体实施技术方案包括以下步骤
I.在煤层气井产气机理分析基础上确定主控因素；
所述的煤层气井产气机理分析，包括分析煤层气产能的主要地质因素有储层条件、埋藏条件和产出条件；
所述的主控因素，是指控制煤层气产能的地质因素，包括煤厚、灰分含量、渗透率、埋深、顶板岩性、地质构造、含气量、储层压力8个因素。2.应用GIS强大的数据管理和空间分析功能，建立各主控因素的子专题 所述的各主控因素的子专题图，包括
(1)煤厚等值线 厚度较大的煤储层一方面可以抑制煤层气的扩散，以便更多的煤层气保存下来 ’另一方面煤储层厚度对煤层气的控制还表现在煤层气资源量上，在其它控制因素相同的条件下，煤层气资源量与煤储层厚度呈正比，利用收集到的数据绘制煤厚等值线图，见附图2a ；
(2)灰分含量等值线 煤岩、煤质差异主要是通过其生气条件和吸附性能的不同影响煤层含气量的不同，同样关系到煤层的生气量以及煤储层特性等问题；煤中灰分作为衡量煤质的重要参数对于煤层含气量的影响是明显的，利用收集到的煤层灰分含量数据绘制灰分含量等值线图，见附图2b ；
(3)渗透率等值线 煤层的渗透率是反映煤层中气、水等流体的渗透性能的重要参数，是煤储层评价的最为关键的参数之一，它直接影响煤层气的产出速率和煤层气井的产气历程，裂隙越发育，导流通道越畅通，越利于煤层气的产出；因此，储层渗透率对于煤层气解析产出具有重要意义。利用收集到的试井所取得的渗透率资料绘制渗透率等值线图，见附图2c ；
(4)埋深等值线 煤化作用过程中产生的大量气体能否得到很好的保存，有赖于构造分异作用导致的煤层有效埋藏深度，即主采煤层顶板到新生界基底之间的厚度的变化；有效埋藏深度增大，煤层气的保存能力不断增强，含气量也随之增加；通过统计各钻孔综合柱状图获得相应埋深数据，据此绘制埋深等值线图，见附图2d ；
(5)顶板砂岩厚度等直线 形成于一定沉积体系中的煤系具有一定的煤储层与盖层组合关系，不同组合中围岩的岩性差异对于煤储层的封盖潜势的影响亦有所不同。良好的封盖层不但可以阻止煤层气的垂向逸散，保持较高的地层压力和煤层气的吸附量，而且还可以阻止地层水的垂向交替，减少煤气的逸散量；一般情况下，顶板一定距离内若多为致密且稳定的泥岩或者是孔渗性较差的致密砂岩，则排替压力高，封盖能力强，是良好的封盖层，反之亦然。统计煤层顶板砂岩厚度来表征煤层顶板该层条件，砂岩厚度越大表示盖层条件越差。根据统计顶板20m内砂岩厚度数据绘制等直线图，见附图2e ；
(6)构造分布 对于煤层气产能有影响的构造主要为断裂构造和褶皱。褶皱构造中，紧密褶皱地区的岩层往往是屏障层，有力煤层气的聚集和富存；中型褶皱中，封闭条件较好时，背斜较向斜含气量高，封闭条件较差时，向斜部位含气量较高，而在向斜和背斜的翼部由于压力适中，渗透性相对较好，较易出现高产井；为表达褶皱轴部对于煤层气产能的影响，设定褶皱轴50m范围内为不利于高产区域，赋值为O. 6 ;其它区域由于不受褶皱分布影响，赋值为I. O ；根据收集到目标区块各褶皱分布情况，绘制研究区内构造分布图，见附图2f ；
(7)含气量分布等值线图； 作为煤层气井高产的物质基础，含气量越高的区域获得高产的可能性就越大；煤层气的主要成分一般是CH4,其次是CO2、湿气、N2等。为合理有效的预测煤层气中有效气体的产能潜力，仅统计煤层气中有效成分CH4的含量，根据收集到的上述含气量数据，绘制含气量分布等值线图，见附图2g;
(8)储层压力等值线图。煤储层压力，是指作用于煤孔隙一裂隙空间上的流体压力(包括水压和气压)，故又称为孔隙流体压力；煤储层压力与煤层含气性密切相关，储层压力越高势必意味着煤储层具有高含气量的潜力；另外，它与吸附性(特别是临界吸附压力)之间的相对关系直接影响采气过程中排水降压的难易程度；地下水压力水头高度是表征储层压力的直接数据，在构造简单区域一般水头越高储层压力就越大；排采时初始动水位是储层压力的直接反映，因此可用排采初始动水位作为煤储层压力的表征值；收集目标区块范围内以及周围已排采井初始动水位数据，根据上述收集到的数据，绘制初始储层压力等值线图，见附图2h。3.应用ANN确定各主控因素对产能的权重贡献；
包括以下步骤
(I)BP网络的设计与训练；
根据煤层气产能潜力系数与影响因素之间的关系，应用三层BP网络进行预测，煤层气产能潜力系数是模型的输出，该模型采用经验个数2X (ni+nk)-l，隐含层结点设为17个；选tansig函数为输入层到隐含层、隐含层到输出层的转移函数；采用trainlm函数进行训练，收敛速度快，网络的训练误差比较小；最大训练循环次数为1000，目标函数误差为
O.0001，步长为10 ；BP网络模型结构如图3所示。其训练过程为根据设计的BP网络模型结构，编写程序；网络初始化后，调用已归一化的样本数据，对网络进行驯练，经过多次迭代后，网络误差平方和达到目标误差的要求。
训练结束后，利用测试集样本对训练好的ANN网络进行检验，如果达不到期望输出，则模型不可靠，还需增加典型样本数量，重新训练，直至得到期望输出值，满足检验要求。(2)各主控因素权重的计算。
①显著相关系数
其中Hjt
②相关指数
权利要求
1.一种预测预报煤层气产能的潜力系数评价方法，其特征在于具体实施技术方案包括以下步骤 (i)在煤层气井产气机理分析基础上确定主控因素； ⑵应用GIS强大的数据管理和空间分析功能，建立各主控因素的子专题图； 〔3!应用ANN确定各主控因素对产能的权重贡献； ⑷建立基于ANN与GIS耦合的煤层气产能潜力系数评价模型，进行煤层气产能潜力系数分区及评价。
2.根据权利要求I所述的一种预测预报煤层气产能的潜力系数评价方法，其特征在于所述的煤层气井产气机理分析，包括分析煤层气产能的主要地质因素有储层条件、埋藏条件和产出条件； 所述的主控因素，是指控制煤层气产能的地质因素，包括煤厚、灰分含量、渗透率、埋深、顶板岩性、地质构造、含气量、储层压力8个因素。
3.根据权利要求I所述的一种预测预报煤层气产能的潜力系数评价方法，其特征在于所述的各主控因素的子专题图，包括 (1)煤厚等值线图； (2)灰分含量等值线图； (3)渗透率等值线图； (4)埋深等值线图； (5)顶板砂岩厚度等直线图； (6)构造分布图； (7)含气量分布等值线图； (8)储层压力等值线图。
4.根据权利要求I所述的一种预测预报煤层气产能的潜力系数评价方法，其特征在于所述的应用ANN确定各主控因素对产能的权重贡献，包括以下步骤 (1)BP网络的设计与训练； (2)各主控因素权重的计算。
5.根据权利要求4所述的一种预测预报煤层气产能的潜力系数评价方法，其特征在于所述的BP网络的设计是指根据煤层气产能潜力系数与影响因素之间的关系，应用三层BP网络进行预测，煤层气产能潜力系数是模型的输出，该模型采用经验个数2 X (ni+nk)-l,隐含层结点设为17个；选tansig函数为输入层到隐含层、隐含层到输出层的转移函数；采用trainlm函数进行训练；最大训练循环次数为1000，目标函数误差为O.0001，步长为10 ;所述的BP网络的训练，过程为根据设计的BP网络模型结构，编写程序；网络初始化后，调用已归一化的样本数据，对网络进行驯练，经过多次迭代后，网络误差平方和达到目标误差的要求。
6.根据权利要求4所述的一种预测预报煤层气产能的潜力系数评价方法，其特征在于所述的各主控因素权重的计算，包括 !I;显著相关系数的计算； 2)相关指数的计算； 3ι绝对影响系数的计算。
7.根据权利要求I所述的一种预测预报煤层气产能的潜力系数评价方法，其特征在于所述的煤层气产能潜力系数分区及评价，包括 (1)数据归一化； (2)专题图复合叠加； (3)建立煤层气产能潜力系数法评价模型； (4)产能潜力系数分区评价。
8.根据权利要求7所述的一种预测预报煤层气产能的潜力系数评价方法，其特征在于所述的产能潜力系数分区评价，是将煤层气产能潜力系数划分为5个子区 ⑴相对高产区； 较高产区； φ中等产区； ⑷较低产区； 〔5)相对低产区。
全文摘要
一种预测预报煤层气产能的潜力系数评价方法，包括以下步骤在煤层气井产气机理分析基础上确定主控因素；应用GIS强大的数据管理和空间分析功能，建立各主控因素的子专题图；应用ANN确定各主控因素对产能的权重贡献；建立基于ANN与GIS耦合的煤层气产能潜力系数评价模型，进行煤层气产能潜力系数分区及评价。根据ANN与GIS相耦合的煤层气产能潜力预测评价成果，提出的煤层气产能潜力评价分区方案，评价分区与实际情况拟合较好，评价结果与产气地质条件分析结果基本一致，评价效果理想，为区块排采方案合理设计制定提供了重要的技术依据，弥补了实际与理论相互补充研究不够的缺陷。
文档编号G01V9/00GK102830442SQ20121027496
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月4日 优先权日2012年8月4日
发明者武强, 刘保民, 吴龙彪 申请人:中国矿业大学(北京)