CN114488311A - 基于ssa-elm算法的横波时差预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于SSA‑ELM算法的横波时差预测方法,具体涉及石油勘探开发技术领域。本发明通过选取与横波时差相关性较强的测井曲线作为输入数据,预处理后划分训练集和测试集,基于训练集建立设置有极限学习机的储层横波时差预测模型,利用麻雀搜索算法寻找极限学习机的最优权值和最优偏置,得到麻雀搜索算法优化后的储层横波时差预测模型,利用该预测模型对测试集数据进行预测,分析横波时差预测值与实测值之间的均方根误差,验证麻雀搜索算法优化后储层横波时差预测模型的准确性。本发明基于SSA‑ELM算法优化储层横波时差预测模型,弥补了极限学习机稳定性差、泛化能力不足的问题,实现了横波时差值的准确预测,为储层的勘探开发奠定了基础。
Description
技术领域
本发明涉及石油勘探开发技术领域,属于智能测井解释范畴,尤其涉及一种基于SSA-ELM算法的横波时差预测方法。
背景技术
横波速度测井作为地震勘探、储层开发和表征的重要参数之一,被广泛应用于岩性、孔隙度和流体估计、四维地震研究、地质力学和井筒稳定性研究等方面。然而,由于成本问题,并不是所有的油气井都能获得横波测井资料。因此,基于其他测井资料估计横波速度已成为一大热点。
目前,常见的方法有经验关系、多元回归分析和岩石物理模型等,但是随着勘探开发的深入,尤其是针对含有砂泥夹层的页岩地层,现有方法的精度不足以满足开发需求。近年来数据驱动的机器学习方法在地球物理勘探领域取得了一定进展,其在深入挖掘不同测井数据之间复杂非线性关系上具有明显的优势。基于此,亟需提出一种基于麻雀搜索算法(SSA)优化的极限学习机(ELM)混合模型,在一定程度上提升传统方法以及单一机器学习模型的预测精度,为下一步的储层勘探开发奠定基础。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于SSA-ELM算法的横波时差预测方法,利用麻雀搜索算法对储层横波时差预测模型中的极限学习机进行优化,实现了对测井横波时差值的高精度预测,为储层的勘探开发奠定了基础。
本发明为了实现上述目的,采用如下技术方案:
基于SSA-ELM算法的横波时差预测方法,包括以下步骤:
s1.通过对横波时差曲线与常规测井曲线进行相关性分析,选取与横波时差曲线具有相关性的测井曲线;
s2.对测井曲线进行预处理后,将测井曲线上各深度点所对应的测量值作为输入数据,并将输入数据划分为训练集和测试集,获得训练样本和测试样本;
s3.基于训练集建立储层横波时差预测模型,储层横波时差预测模型中设置有极限学习机模型,利用麻雀搜索算法对极限学习机模型的最优权值和最优偏置进行优化,得到麻雀搜索算法优化后的储层横波时差预测模型;
s4.将测试样本输入麻雀搜索算法优化后的储层横波时差预测模型,利用麻雀搜索算法优化后的储层横波时差预测模型预测测试样本的横波时差,得到测试样本横波时差的预测值,通过计算测试样本中横波时差测量值与预测值之间的均方根误差,验证麻雀搜索算法优化后的储层横波时差预测模型的准确性。
优选地,所述步骤s2中,测井曲线的预处理包括异常值剔除和归一化处理,其中,测井曲线归一化处理的计算公式为:
式中,Xnorm为归一化处理后深度点的测量值;X为归一化处理前深度点的测量值;Xmax为归一化处理前测井曲线中深度点的最大测量值;Xmin为归一化处理前测井曲线中深度点的最小测量值。
优选地,所述步骤s3中,包括以下步骤:
s3.1.构建极限学习机模型,以训练样本中横波时差测量值与预测值之间的均方根误差作为麻雀搜索算法的适应度函数,用于计算麻雀种群中各只麻雀的适应度;
s3.2.对麻雀搜索算法进行初始化,设置麻雀种群的初始规模和最大迭代次数itermax,再设置警报值和安全值以及麻雀种群中发现者与追随者的比例;
s3.4.计算麻雀种群的警报值,对麻雀种群中发现者的位置进行更新;
s3.5.根据发现者的更新结果对追随者进行更新;
s3.6.在麻雀种群中选取意识到危险的麻雀作为警报者,更新警报者的位置;
s3.7.计算麻雀种群中所有麻雀适应度的平均值,若追随者的个体适应度小于所有麻雀适应度的平均值,则对追随者进行小波变换,否则不对追随者进行处理;
s3.8.根据迭代次数判断是否继续循环更新,若当前迭代次数小于最大迭代次数,返回步骤s3.4;若当前迭代次数已达到最大迭代次数,则输出麻雀搜索的结果作为极限学习机模型的初始权值和阈值,得到麻雀搜索算法优化后的储层横波时差预测模型。
优选地,所述步骤s3.4中,发现者的位置更新公式如式(2)所示:
式中,t为当前迭代次数;itermax为最大迭代次数;为第t次迭代时第i只麻雀个体在第j维中的位置;为第t次迭代更新后发现者的位置;α为(0,1)之间的均匀随机数;Q为符合标准正态分布的随机数;L为内部所有元素取值均为1的1×d矩阵;R2为警报值,R2∈[0,1];ST为安全值,ST∈[0.5,1];当R2<ST时,表示报警者周围没有捕食者或其他危险,搜索环境安全,发现者继续进行广泛搜索;当R2≥ST时,出现捕食者,麻雀种群出现反捕食行为,发现者迅速移动至安全区域继续进行捕食。
优选地,所述步骤s 3.5中,追随者的位置更新公式如式(3)所示:
优选地,所述步骤s3.6中,警报者的位置更新公式如式(4)所示:
式中,为第t次迭代更新后警报者的位置;β为步长控制参数,设置为均值为0、方差为1的正态分布随机数;K为[-1,1]之间的随机数,表示麻雀的移动方向;fi表示第i只麻雀个体的适应度;fg表示当前麻雀种群中麻雀个体的最佳适应度;fw表示当前麻雀种群中麻雀个体的最差适应度;ε为常数,用于避免分母为零。
优选地,所述步骤s4中,测试样本中横波时差测量值与预测值之间均方根误差RMSE的计算公式为:
式中,N为训练样本的个数;yi为训练样本的横波时差值;pi为极限学习模型计算的横波时差值。
本发明具有如下有益效果:
本发明利用麻雀搜索算法对储层横波时差预测模型中的极限学习机进行优化,获取极限学习机的最优权值和最优偏置,弥补了极限学习机由于随机分配而产生的稳定性差、泛化能力不足的问题,增强了麻雀搜索算法的全局搜索能力,提高了麻雀搜索算法的寻优能力和稳定性。
本发明将与横波时差具有较强相关性的曲线数据作为训练集对储层横波时差预测模型中的极限学习机进行训练,利用混合SSA-ELM模型深度挖掘各测井参数值与横波时差值之间的内在关联,建立储层横波时差预测模型,提升了横波时差的预测精度,有利于准确获取储层的横波速度,为储层的工程评价和流体识别奠定了基础。
附图说明
图1为本发明基于SSA-ELM算法的横波时差预测方法的流程图。
图2为实施例中利用SSA-ELM算法优化过程中适应度随迭代次数的收敛情况。
图3为实施例中横波时差测量值与预测值之间的均方根误差。
具体实施方式
下面结合附图和松辽盆地某页岩井为例,对本发明的具体实施方式做进一步说明:
以松辽盆地该页岩油井为例采用本发明提出的一种基于SSA-ELM算法的横波时差预测方法预测横波时差值,如图1所示,具体包括以下步骤:
s1.获取页岩油井的测井数据,通过分析常规测井曲线与横波时差之间的相关性,选取纵波时差曲线AC、自然伽马曲线GR、中子孔隙度曲线以及补偿密度曲线DEN的测量值作为输入数据,这些曲线与横波时差之间具有良好的相关性,能够用于预测横波时差值。
s2.对获取到的纵波时差曲线AC、自然伽马曲线GR、中子孔隙度曲线以及补偿密度曲线DEN进行预处理,分别剔除各测井曲线上的异常值并利用公式(1)对测井曲线进行归一化处理,以预处理后测井曲线上各深度点所对应的测量值作为输入数据,进一步将输入数据划分为训练集和测试集,其中,训练集中含有6000和训练样本,测试集中含有199个测试数据,测试数据均取自青山口组青一段的页岩油储层。
s3.基于MATLAB软件平台,根据训练集结合麻雀搜索算法对储层横波时差预测模型进行训练,储层横波时差预测模型中设置有极限学习机模型,利用麻雀搜索算法对极限学习机模型的最优权值和最优偏置进行优化,得到麻雀搜索算法优化后的储层横波时差预测模型,具体包括以下步骤:
s3.1.构建极限学习机模型,极限学习机模型中含有2个隐含层神经元,以训练样本中横波时差测量值与预测值之间的均方根误差作为麻雀搜索算法的适应度函数,用于计算麻雀种群中各只麻雀的适应度。
s3.2.对麻雀搜索算法进行初始化,设置麻雀种群的初始规模为10和最大迭代次数itermax为200次,再设置警报值和安全值以及麻雀种群中发现者与追随者的比例。
s3.4.计算麻雀种群的警报值,对麻雀种群中发现者的位置进行更新,如式(2)所示:
式中,t为当前迭代次数;itermax为最大迭代次数;为第t次迭代时第i只麻雀个体在第j维中的位置;为第t次迭代更新后发现者的位置;α为(0,1)之间的均匀随机数;Q为符合标准正态分布的随机数;L为内部所有元素取值均为1的1×d矩阵;R2为警报值,R2∈[0,1];ST为安全值,ST∈[0.5,1];当R2<ST时,表示报警者周围没有捕食者或其他危险,搜索环境安全,发现者继续进行广泛搜索;当R2≥ST时,出现捕食者,麻雀种群出现反捕食行为,发现者迅速移动至安全区域继续进行捕食。
s3.5.根据发现者的更新结果对追随者进行更新,如式(3)所示:
追随者的位置更新公式如式(3)所示:
s3.6.在麻雀种群中选取意识到危险的麻雀作为警报者,更新警报者的位置,如式(4)所示:
式中,为第t次迭代更新后警报者的位置;β为步长控制参数,设置为均值为0、方差为1的正态分布随机数;K为[-1,1]之间的随机数,表示麻雀的移动方向;fi表示第i只麻雀个体的适应度;fg表示当前麻雀种群中麻雀个体的最佳适应度;fw表示当前麻雀种群中麻雀个体的最差适应度;ε为常数,用于避免分母为零。
s3.7.计算麻雀种群中所有麻雀适应度的平均值,若追随者的个体适应度小于所有麻雀适应度的平均值,则对追随者进行小波变换,否则不对追随者进行处理。
s3.8.根据迭代次数判断是否继续循环更新,若当前迭代次数小于最大迭代次数,返回步骤s3.4;若当前迭代次数已达到最大迭代次数,则输出麻雀搜索的结果作为极限学习机模型的初始权值和阈值,得到麻雀搜索算法优化后的储层横波时差预测模型。
图2所示为本实施例中利用麻雀搜索算法训练极限学习机模型时,适应度值随迭代次数的收敛情况。
s4.将测试样本输入麻雀搜索算法优化后的储层横波时差预测模型,利用麻雀搜索算法优化后的储层横波时差预测模型预测测试样本的横波时差,得到测试样本横波时差的预测值,利用公式(5)计算测试样本中横波时差测量值与预测值之间的均方根误差,如图3所示,通过对比测试集页岩横波时差的测量值和预测值,得到预测结果与实际横波测井曲线变化基本吻合,预测值与实际测量值之间的均方根误差为21.87,采用本发明方法预测的横波时差值与实际测量值较为接近,预测效果较好,验证了本发明中基于SSA-ELM算法的横波时差预测方法的准确性。
当然,上述说明并非是对本发明的限制,本发明也并不仅限于上述举例,本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.基于SSA-ELM算法的横波时差预测方法,其特征在于,包括以下步骤:
s1.通过对横波时差曲线与常规测井曲线进行相关性分析,选取与横波时差曲线具有相关性的测井曲线;
s2.对测井曲线进行预处理后,将测井曲线上各深度点所对应的测量值作为输入数据,并将输入数据划分为训练集和测试集,获得训练样本和测试样本;
s3.基于训练集建立储层横波时差预测模型,储层横波时差预测模型中设置有极限学习机模型,利用麻雀搜索算法对极限学习机模型的最优权值和最优偏置进行优化,得到麻雀搜索算法优化后的储层横波时差预测模型;
s4.将测试样本输入麻雀搜索算法优化后的储层横波时差预测模型,利用麻雀搜索算法优化后的储层横波时差预测模型预测测试样本的横波时差,得到测试样本横波时差的预测值,通过计算测试样本中横波时差测量值与预测值之间的均方根误差,验证麻雀搜索算法优化后的储层横波时差预测模型的准确性。
3.根据权利要求1所述的基于SSA-ELM算法的横波时差预测方法,其特征在于,所述步骤s3中,包括以下步骤:
s3.1.构建极限学习机模型,以训练样本中横波时差测量值与预测值之间的均方根误差作为麻雀搜索算法的适应度函数,用于计算麻雀种群中各只麻雀的适应度;
s3.2.对麻雀搜索算法进行初始化,设置麻雀种群的初始规模和最大迭代次数itermax,再设置警报值和安全值以及麻雀种群中发现者与追随者的比例;
s3.4.计算麻雀种群的警报值,对麻雀种群中发现者的位置进行更新;
s3.5.根据发现者的更新结果对追随者进行更新;
s3.6.在麻雀种群中选取意识到危险的麻雀作为警报者,更新警报者的位置;
s3.7.计算麻雀种群中所有麻雀适应度的平均值,若追随者的个体适应度小于所有麻雀适应度的平均值,则对追随者进行小波变换,否则不对追随者进行处理;
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4.根据权利要求3所述的基于SSA-ELM算法的横波时差预测方法,其特征在于,所述步骤s3.4中,发现者的位置更新公式如式(2)所示:
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Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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