本發(fā)明涉及頁巖氣開發(fā)，具體涉及一種基于頁巖氣壓裂井下裂縫實時三維擬合系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、在頁巖氣開發(fā)這一前沿領(lǐng)域，水力壓裂技術(shù)是解鎖深層頁巖中天然氣資源的關(guān)鍵。然而，面對地下地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性和天然裂縫網(wǎng)絡(luò)的不確定性，當(dāng)前的壓裂過程實時擬合技術(shù)暴露出顯著的局限性，這不僅影響了開采效率，也限制了對地下資源的準(zhǔn)確評估和有效開發(fā)。

2、具體而言，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題主要包括：模型簡化與現(xiàn)實脫節(jié)：傳統(tǒng)壓裂模擬技術(shù)往往忽視了地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，尤其是天然裂縫的分布、走向及其對壓裂效果的直接影響。這種簡化處理導(dǎo)致模型與實際地層特性之間存在較大差距，模擬結(jié)果難以準(zhǔn)確反映真實壓裂過程，降低了開采策略的針對性和有效性。

3、在考慮地質(zhì)復(fù)雜性時，模型計算量急劇增加，現(xiàn)有的計算方法和硬件設(shè)施往往難以在保證精度的同時，實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)處理和分析。這導(dǎo)致實時性要求高的壓裂過程控制與優(yōu)化成為難題，影響現(xiàn)場決策的時機。

4、基于此，急需一種基于頁巖氣壓裂井下裂縫實時三維擬合系統(tǒng)及方法，能夠在實現(xiàn)對井下裂縫實時準(zhǔn)確的三維擬合的同時確保擬合的高效率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的之一在于提供一種基于頁巖氣壓裂井下裂縫實時三維擬合系統(tǒng)及方法，能夠在實現(xiàn)對井下裂縫實時準(zhǔn)確的三維擬合的同時確保擬合的高效率。

2、為了達(dá)到上述目的，提供了一種基于頁巖氣壓裂井下裂縫實時三維擬合系統(tǒng)，包括：

3、模型構(gòu)建模塊，用于通過簡化的三維位移不連續(xù)法，構(gòu)建數(shù)值模擬模型；所述簡化的三維位移不連續(xù)法僅在縫高方向離散一個單元；

4、模型訓(xùn)練模塊，用于從數(shù)據(jù)庫中獲取歷史真實地層所對應(yīng)的歷史地質(zhì)參數(shù)、歷史壓裂曲線以及歷史微地震數(shù)據(jù)，并將歷史地質(zhì)參數(shù)作為數(shù)值模擬模型的輸入，輸出對應(yīng)的預(yù)測壓裂曲線和預(yù)測裂縫形態(tài)，并通過歷史微地震數(shù)據(jù)，構(gòu)建歷史裂縫形態(tài)，并基于預(yù)測壓裂曲線和預(yù)測裂縫形態(tài)，以及歷史壓裂曲線和歷史裂縫形態(tài)，通過預(yù)設(shè)的模型訓(xùn)練策略，對數(shù)值模擬模型進(jìn)行迭代訓(xùn)練，直到滿足最大迭代次數(shù)；

5、井下實時采集模塊，用于實時獲取當(dāng)前真實地層所對應(yīng)的當(dāng)前地質(zhì)參數(shù)；

6、井下實時擬合模塊，用于將當(dāng)前地質(zhì)參數(shù)作為訓(xùn)練好后的數(shù)值模擬模型的輸入，輸出對應(yīng)的當(dāng)前壓裂曲線和當(dāng)前裂縫形態(tài)。

7、本方案的技術(shù)原理及效果：在本方案中首先通過簡化的三維位移不連續(xù)法來實現(xiàn)對應(yīng)的數(shù)值模擬模型的構(gòu)建，且該簡化的三維位移不連續(xù)法僅在縫高方向離散一個單元，相比三維位移不連續(xù)方法，通過排除非垂直裂縫和剪應(yīng)力垂直分量的微小簡化以及消除了垂直高度方向上的離散化，在保證裂縫形態(tài)模擬的精度的同時裂縫模擬的計算效率也得到提高了。

8、之后通過數(shù)據(jù)庫中的歷史真實地層的歷史地質(zhì)參數(shù)、歷史壓裂曲線以及歷史微地震數(shù)據(jù)，其中，將歷史地質(zhì)參數(shù)輸入到數(shù)值模擬模型中，輸出預(yù)測壓裂曲線和預(yù)測裂縫形態(tài)，通過歷史為地質(zhì)數(shù)據(jù)來構(gòu)建歷史裂縫形態(tài)，之后通過預(yù)測壓裂曲線和預(yù)測裂縫形態(tài)，以及歷史壓裂曲線和歷史裂縫形態(tài)，采用預(yù)設(shè)的模型訓(xùn)練策略，來對數(shù)值模擬模型進(jìn)行迭代訓(xùn)練，直到滿足最大迭代次數(shù)，從而實現(xiàn)了對數(shù)值模擬模型的訓(xùn)練和優(yōu)化，極大提高了智能擬合的可靠性和準(zhǔn)確性。

9、之后實時采集當(dāng)前真實地層的當(dāng)前地質(zhì)參數(shù)，輸入到訓(xùn)練完成后的數(shù)字模擬模型中去，從而實現(xiàn)對當(dāng)前真實地層的實時三維擬合，輸出對應(yīng)的當(dāng)前壓裂曲線和當(dāng)前裂縫形態(tài)。

10、1、數(shù)值模擬模型的構(gòu)建采用的簡化的三維位移不連續(xù)法，該簡化的三維位移不連續(xù)法不僅可以計算單條裂縫的位移不連續(xù)量和誘導(dǎo)應(yīng)力，而且可以計算三維多條裂縫的位移不連續(xù)量和誘導(dǎo)應(yīng)力。與現(xiàn)有的三維位移不連續(xù)方法相比，通過排除非垂直裂縫和剪應(yīng)力垂直分量(沿x2方向)的微小簡化，以及消除垂直(高度)方向上的離散化，計算效率提高了一千多倍，極大提高了模擬天然裂縫等復(fù)雜縫網(wǎng)的模擬準(zhǔn)確性和可靠性。

11、2、通過預(yù)測壓裂曲線和預(yù)測裂縫形態(tài)，以及歷史壓裂曲線和歷史裂縫形態(tài)，實現(xiàn)對構(gòu)建好的數(shù)值模擬模型的迭代訓(xùn)練，進(jìn)而提高數(shù)值模擬模型在后續(xù)的實時三維擬合的過程中的可靠性，極大程度的降低了手工調(diào)參時間，提高了實時三維擬合的擬合效率。

12、進(jìn)一步，所述模型訓(xùn)練模塊包括：

13、歷史數(shù)據(jù)獲取輸入模塊，用于從數(shù)據(jù)庫中獲取歷史真實地層所對應(yīng)的歷史地質(zhì)參數(shù)、歷史壓裂曲線以及歷史微地震數(shù)據(jù)，并將歷史地質(zhì)參數(shù)作為數(shù)值模擬模型的輸入；

14、初始化模型參數(shù)模塊，用于對jaya算法和數(shù)值模擬模型進(jìn)行參數(shù)初始化，所述jaya算法設(shè)計種群大小為20，算法終止條件為達(dá)到最大迭代次數(shù)100，算法設(shè)計變量為2；所述數(shù)值模擬模型中正則化參數(shù)μ和核函數(shù)參數(shù)σ經(jīng)過多次試驗，優(yōu)化取值范圍分別為[0.1，100]和[0.1，500]；

15、目標(biāo)函數(shù)定義模塊，用于對數(shù)值模擬模型所對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)計算公式進(jìn)行定義；

16、所述目標(biāo)函數(shù)計算公式為：

17、

18、式中，mse為數(shù)值模擬模型對預(yù)測壓裂曲線與歷史壓裂曲線的均方誤差，為預(yù)測壓裂曲線中第i個點所對應(yīng)的預(yù)測值，yi為歷史壓裂曲線中第i個點所對應(yīng)的真實值；n為壓裂曲線所對應(yīng)的總點數(shù)；

19、隨機分配模塊，用于在正則化參數(shù)μ和核函數(shù)參數(shù)σ的取值范圍內(nèi)隨機生成一組向量[γ，δ]，為jaya算法的種群內(nèi)每一個個體分配一組(γ，δ)；

20、目標(biāo)函數(shù)計算模塊，用于根據(jù)數(shù)值模擬模型訓(xùn)練結(jié)果，基于目標(biāo)函數(shù)計算公式，計算出當(dāng)前種群的最優(yōu)解xj，best,i和最差解xj，worst,i，所述最優(yōu)解xj，best,i為mse最大的解，最差解xj，worst,i為mse最小的解；

21、修正模塊，用于根據(jù)計算出來的當(dāng)前種群的最優(yōu)解xj，best,i和最差解xj，worst,i，修正迭代過程中目標(biāo)函數(shù)的當(dāng)前解，形成修正后的解；

22、所述修正的解的計算邏輯為：

23、x′j，k,i＝xj，k,i+r1j，i(xj，best,i-|xj，k,i|)-r2j，i(xj，worst,i-|xj，k,i|)

24、式中，x′j，k，i為修正后的解，xj，k，i為當(dāng)前解；

25、判斷模塊，用于判斷修正后的解x′j,k,i是否優(yōu)于當(dāng)前解xj，k，i，若是，則保留修正后的解，否則保留當(dāng)前解，將所有保存的解作為下一次迭代的輸入；

26、循環(huán)輸出模塊，用于判斷當(dāng)前迭代次數(shù)是否達(dá)到最大迭代此時，若否，則繼續(xù)迭代，繼續(xù)計算種群的最優(yōu)解和最差解，反之則輸出最優(yōu)解xj,best,i，并輸出對應(yīng)最優(yōu)的參數(shù)組合(γ,δ)。

27、有益效果：在本方案通過以目標(biāo)函數(shù)值作為實際響應(yīng)，結(jié)合jaya對算法參數(shù)進(jìn)行最優(yōu)化訓(xùn)練，速收斂于模型參數(shù)的最優(yōu)解，大幅度減少算法和反演研究的計算時間，提高反演精度，同時通過最優(yōu)參數(shù)組合的輸出，實現(xiàn)對數(shù)值模擬模型的優(yōu)化，為后續(xù)的裂縫形態(tài)預(yù)測和壓裂曲線預(yù)測提供了更為可靠的模型。

28、進(jìn)一步，所述通過歷史微地震數(shù)據(jù)，構(gòu)建歷史裂縫形態(tài)包括以下步驟：

29、對采集到的歷史微地震數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，所述數(shù)據(jù)預(yù)處理包括噪聲過濾操作、誤報剔除操作以及時間校正；

30、根據(jù)各個歷史微地震數(shù)據(jù)所對應(yīng)的到達(dá)時間差，確定每一個微地震數(shù)據(jù)所對應(yīng)的三維空間坐標(biāo)；

31、對確定三維空間坐標(biāo)的微地震數(shù)據(jù)進(jìn)行空間聚類分析，基于微地震數(shù)據(jù)之間的空間分布密度，對微地震數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，每一個組為對應(yīng)的潛在裂縫段；

32、對每一個聚類分組內(nèi)的微地震數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，擬合出代表裂縫面的平面或者曲面模型，并計算出裂縫的產(chǎn)狀參數(shù)，所述產(chǎn)狀參數(shù)包括裂縫走向、裂縫傾向和裂縫傾角；

33、根據(jù)擬合出來的平面或者曲面模型，以及計算出來的裂縫的產(chǎn)狀參數(shù)，構(gòu)建單個裂縫的三維幾何形態(tài)，并整合形成完整的離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模型，將該離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模型作為對應(yīng)的歷史裂縫形態(tài)。

34、有益效果：在本方案中通過精確識別和分析裂縫網(wǎng)絡(luò)分布、延伸方向和連通性，可以更準(zhǔn)確的評估壓裂作業(yè)的結(jié)果，提高壓裂效果評估精度。

35、進(jìn)一步，所述地質(zhì)參數(shù)包括天然裂縫傾角、天然裂縫長度和天然裂縫數(shù)量，以及其他地質(zhì)工程參數(shù)，其中天然裂縫傾角、天然裂縫長度和天然裂縫數(shù)量為變量，其他地質(zhì)工程參數(shù)為常量。

36、有益效果：在本方案中，天然裂縫傾角、天然裂縫長度和天然裂縫數(shù)量為變量，可以準(zhǔn)確的模擬出不同地址條件下的裂縫網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜結(jié)果和分布模式，有助于理解裂縫系統(tǒng)的空間分布特征，且準(zhǔn)確的模擬出天然裂縫的特征對于制定有效的壓裂策略尤為關(guān)鍵，極大提高了后續(xù)壓裂策略的可靠性。

37、本發(fā)明還提供一種基于頁巖氣壓裂井下裂縫實時三維擬合方法，使用上述的基于頁巖氣的井下裂縫實時三維擬合系統(tǒng)，包括以下步驟：

38、s1、通過簡化的三維位移不連續(xù)法，構(gòu)建數(shù)值模擬模型；所述簡化的三維位移不連續(xù)法僅在縫高方向離散一個單元；

39、s2、從數(shù)據(jù)庫中獲取歷史真實地層所對應(yīng)的歷史地質(zhì)參數(shù)、歷史壓裂曲線以及歷史微地震數(shù)據(jù)，并將歷史地質(zhì)參數(shù)作為數(shù)值模擬模型的輸入，輸出對應(yīng)的預(yù)測壓裂曲線和預(yù)測裂縫形態(tài)，并通過歷史微地震數(shù)據(jù)，構(gòu)建歷史裂縫形態(tài)，并基于預(yù)測壓裂曲線和預(yù)測裂縫形態(tài)，以及歷史壓裂曲線和歷史裂縫形態(tài)，通過預(yù)設(shè)的模型訓(xùn)練策略，對數(shù)值模擬模型進(jìn)行迭代訓(xùn)練，直到滿足最大迭代次數(shù)；

40、s3、實時獲取當(dāng)前真實地層所對應(yīng)的當(dāng)前地質(zhì)參數(shù)；

41、s4、將當(dāng)前地質(zhì)參數(shù)作為訓(xùn)練好后的數(shù)值模擬模型的輸入，輸出對應(yīng)的當(dāng)前壓裂曲線和當(dāng)前裂縫形態(tài)。