[发明专利]基于随机森林的页岩气井分段压裂效果评价和产量预测方法

说明书

本发明公开了一种基于随机森林的页岩气井分段压裂效果评价和产量预测方法，该方法首先使用皮尔逊相关系数和递归特征消除法的二级降维策略找出影响段产量的主要压裂、地质影响因素；基于优选的影响因素建立随机森林模型，使用该模型分析主要压裂因素对段产量的增益程度，完成压裂效果评价和完成产量的预测；本发明计算方法简便，方法先进。储层岩石的微观结构是非常复杂和不规则的，并经历了大规模的压裂，传统的理论很难将复杂、众多的压裂参数、地质参数结合在一起建立非线性方程，而数值模拟方法中的历史拟合难度较大。采用二级降维策略和随机森林算法能够识别重要的产量影响因素，可以良好的进行产量预测。

技术领域

本发明涉及页岩气井分段压裂效果评价，具体涉及一种基于随机森林的页岩气井分段压裂效果评价和产量预测方法。

背景技术

随着我国页岩气大规模投入压裂开发并获得可喜的成果以来，页岩气作为非常规油气资源日渐成为解决我国“气荒”问题的主力军。由于非常规油气藏的异质性，水平井各段之间的产量差异较大，美国几大页岩气区块统计表明压裂气井大约有1/3的射孔孔眼没有产量[1]，单井总产气量的60％贡献度来自40％压裂段，采用常规分析方法显示各项施工参数与地质参数与单段产气贡献度的依存关系不明显。随着页岩气开发产业从粗放型到集约精细化的发展，能借助多因素准确地评价压裂效果和诊断出压裂气井段高产潜能区，实现压裂井段的优化布局与经济开发，已经成为页岩气高效开采的一个关键过程。

压裂效果评价有两种含义：

1)在总体方案实施过程中进行的评估，其目的除了评价压裂效果之外，还有检验设计与实际的符合程度，尤其是设计中所涉及到基础数据的合理性，以便完善设计，指导后续工作；

2)实施后的整体评估，其目的是对方案的实施效果、方设计技术和实施过程中对油气藏的认识程度进行总的评估，从顶部改进设计方案。 20世纪末，国内外就有对水力压裂体系大量的研究，而有关油气井压裂后效果评价的研究则不多。

页岩气藏压裂后产量的预测方法主要有解析法与数值模拟法。解析法求解产量因考虑因素过于理想化而不能满足真实复杂页岩储层的需要。虽然数值模拟方法日趋完善，可以通过建立不断精细化的地质模型及描述复杂的动态模型来追求产量预测的精准，但对数据的要求较高，需要准确的油藏数据及压裂施工数据，而且计算复杂，工作量大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于随机森林的页岩气井分段压裂效果评价和产量预测方法，该方法首先使用皮尔逊相关系数和递归特征消除法的二级降维策略找出影响段产量的主要压裂、地质影响因素。基于优选的影响因素建立随机森林模型，使用超参数自动搜索模块遍历各参数的合理范围，选择最优的参数用于模型。使用该模型的偏依赖图，分析主要压裂因素对段产量的增益程度，完成压裂效果评价，输入相应的压裂、地质数据，完成产量的预测。

为实现上述目的，本发明所设计一种基于随机森林的页岩气井分段压裂效果评价和产量预测方法，包括以下步骤：

1)确定影响压裂效果和产量的主要影响因素

a.第1级降维——皮尔逊相关系数

(1)首先假设原始样本集表示为一个m×(d+1)大小的矩阵A，表示为：

其中，每一行对应一个压裂段，最后一个元素为对应压裂段的产量，每行前d个元素对应压裂段的d个影响因素，将d个影响因素用集合表示为D＝{a₁，a₂，…，a_d}；

(2)然后使用皮尔逊相关系数对原始样本集表中的d个影响因素进行筛选，去除相关度高于0.9的影响因素，得到e个影响因素，得到总样本集，用矩阵B表示为：