CN115099129B - 一种基于输入特征误差修正的天然气井产量预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于输入特征误差修正的天然气井产量预测方法,包括以下步骤:S1.建立LSTM神经网络模型A并训练得到井口压力预测值;建立LSTM神经网络模型B并训练得到井口温度预测值;S2.将井口压力的实际值与井口压力预测值做差得到压力误差集,将压力误差集作为测试集,建立LSTM神经网络模型C并训练得到井口压力误差预测值;将井口温度的实际值与井口温度预测值做差得到温度误差集,将温度误差集作为测试集,建立LSTM神经网络模型D并训练得到井口温度误差预测值;S3.将井口压力预测值与井口压力误差预测值相加后得到修正压力,将井口温度预测值与井口温度误差预测值相加后得到修正温度;S4.将修正压力和修正温度带入机理模型,得到修正后的油井流量。
Description
技术领域
本发明属于油井虚拟计量领域,特别是涉及一种基于输入特征误差修正的天然气井产量预测方法。
背景技术
单井油气产量计量是油气生产管理的重要环节,虚拟计量技术可以高效且经济的完成流量监控和预测工作。通常虚拟计量是根据流体性质模型、水力-热力模型、生产系统模型等物理模型建立的机理模型,没有实现对传感器采集数据的深入挖掘与利用。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足,提供一种基于输入特征误差修正的天然气井产量预测方法,耦合了机理模型的流量计算结果和传感器采集到的压力温度数据,采用LSTM神经网络对井口压力和井口温度的误差进行修正,进而修正机理模型的流量计算结果,为虚拟计量技术提供精度保障。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种基于输入特征误差修正的天然气井产量预测方法,包括以下步骤:
S1.建立LSTM神经网络模型A,将天然气井采集所得跨接管温度、跨接管压力、井口温度、油嘴后温度、油嘴后压力作为输入神经元,将天然气井采集所得井口压力的实际值作为输出神经元,对LSTM神经网络模型A训练后得到井口压力预测值;
建立LSTM神经网络模型B,将天然气井采集所得跨接管温度、跨接管压力、井口压力、油嘴后温度、油嘴后压力作为输入神经元,将天然气井采集所得井口温度的实际值作为输出神经元,对LSTM神经网络模型B训练后得到井口温度预测值;
S2.将井口压力的实际值与井口压力预测值做差得到压力误差集,将压力误差集作为测试集,以天然气井采集所得跨接管温度、跨接管压力、井口温度、井口压力、油嘴后温度、油嘴后压力、机理模型计算流量7个参数作为输入神经元,以压力误差集作为输出神经元,建立LSTM神经网络模型C;对LSTM神经网络模型C训练后输出井口压力误差预测值;
将井口温度的实际值与井口温度预测值做差得到温度误差集,将温度误差集作为测试集,以天然气井采集所得跨接管温度、跨接管压力、井口温度、井口压力、油嘴后温度、油嘴后压力、机理模型计算流量7个参数作为输入神经元,以温度误差集作为输出神经元,建立LSTM神经网络模型D;对LSTM神经网络模型D训练后输出井口温度误差预测值;
S3.将井口压力预测值与井口压力误差预测值相加后得到修正压力,将井口温度预测值与井口温度误差预测值相加后得到修正温度;
S4.将修正压力和修正温度带入机理模型,重新计算得到经过输入特征误差修正后的油井流量。
进一步的,本发明还提供一种基于输入特征误差修正的天然气井产量预测装置,包括:
采集模块,用于采集天然气井的跨接管温度、跨接管压力、井口温度、油嘴后温度、油嘴后压力、井口压力;
输入模块,用于输入各个LSTM神经网络模型所需的数据;
输出模块,包括四个分别用于得到井口压力预测值、井口温度预测值、井口压力误差预测值和井口温度误差预测值的LSTM神经网络模型,用于计算得到经过输入特征误差修正后的油井流量。
进一步的,本发明还提供一种电子设备,包括:处理器,以及与所述处理器通信连接的存储器和收发器;
所述处理器,所述存储器及所述收发器之间电路互连;
所述存储器存储计算机执行指令;所述收发器用于收发数据;
所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令,以实现所述天然气井产量预测方法的步骤。
进一步的,本发明还提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令,所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现所述天然气井产量预测方法的步骤。
进一步的,本发明还提供一种计算机程序产品,包括计算机执行指令,该计算机执行指令被处理器执行时实现所述天然气井产量预测方法的步骤。
与现有技术相比,本发明的技术方案所带来的有益效果是:
本发明中综合了机理模型计算的流量和传感器采集的天然气井跨接管温度、跨接管压力、井口温度、井口压力、油嘴后温度、油嘴后压力数据,建立四个LSTM神经网络模型,修正了机理模型所使用的井口压力、井口温度两个特征的误差,进而使用机理模型计算修正后的流量值,使流量的计算结果更准确。结果表明,本发明中LSTM神经网络模型和机理模型耦合的流量预测方法可以显著提高机理模型的流量计算精度,有效的实现智能预测,安全生产。
附图说明
图1a是本发明方法的步骤流程示意图;图1b是本发明具体实施例中具体流程框架图。
图2a是LSTM神经网络模型A得到的井口压力,图2b是LSTM神经网络模型B得到的井口温度。
图3a是LSTM神经网络模型C得到的压力误差预测结果;图3b是LSTM神经网络模型D得到的温度误差预测结果。
图4a是LSTM神经网络模型A预测得到的井口压力和LSTM神经网络模型C预测得到的压力误差相加得到的修正后的井口压力;图4b是LSTM神经网络模型B预测得到的井口温度和LSTM神经网络模型D预测得到的温度误差相加得到的修正后的井口温度示意图。
图5是将修正后的井口压力和井口温度重新带入机理模型计算所得流量与机理模型初始计算流量的对比。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明以南海某气田一口已经投入生产的井为实例加以进一步说明,并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
如图1a和图1b所示,本实施例以南海某气田一口已经投入生产的井流量的预测为例。提供一种基于输入特征误差修正的天然气井产量预测方法,包括以下步骤:
虚拟计量系统(VMS)是目前该气田单井流量预测所采用的方法。但是该虚拟计量系统是根据流体性质模型、水力-热力模型、生产系统模型等物理模型建立的机理模型,没有实现对传感器采集数据的深入挖掘与利用,导致流量预测结果仍有一定误差,因此融合机理模型与数据模型协同描述研究对象的物理特性,建立高保真的混合模型尤为重要。关于机理模型,参考文献“王珏,李清平,王凯,姚海元.水下油气田虚拟计量技术应用[J].舰船科学技术,2013,35(09):118-122.”;关于LSTM神经网络模型,参考文献“王薪凯,于忠清.基于LSTM神经网络模型的泵站能耗预测[J].青岛大学学报(自然科学版),2022,35(01):11-18”.均有详尽描述。
步骤S1.首先对天然气井采集所得的数据赋予标签:包括跨接管压力P1、跨接管温度T1、井口压力P2、井口温度T2、油嘴后压力P3、油嘴后温度T3、机理模型计算流量q。
建立LSTM神经网络模型A来预测井口压力:其中输入层为1层,将跨接管压力P1、跨接管温度T1、井口温度T2、油嘴后压力P3、油嘴后温度T3作为输入神经元;输出层为1层,将井口压力P2作为输出神经元。隐藏层数目设为1层,隐藏层神经元设为128个,训练次数epoches设为100,学习率设为0.01,选择tanh函数作为激活函数。LSTM神经网络模型A经过训练后输出井口压力预测值P2’。图2a是本实施例中LSTM神经网络模型A得到的井口压力预测值与井口压力真实值的结果图。
建立LSTM神经网络模型B来预测井口温度:其中输入层为1层,将跨接管压力P1、跨接管温度T1、井口压力P2、油嘴后压力P3、油嘴后温度T3作为输入神经元;输出层为1层,将井口温度T2作为输出神经元。隐藏层数目设为1层,隐藏层神经元设为128个,训练次数epoches设为100,学习率设为0.01,选择tanh函数作为激活函数。LSTM神经网络模型B经过训练后输出井口温度预测值T2’。图2b是本实施例中LSTM神经网络模型B得到的井口温度预测值与井口温度真实值的结果图。
步骤S2.将井口压力的实际值P2与LSTM神经网络模型A的井口压力预测值P2’作差得到井口压力误差集△P2;将井口温度的实际值T2与LSTM神经网络模型B的井口温度预测值T2’作差得到井口温度误差集△T2。
建立LSTM神经网络模型C来预测井口压力误差:其中输入层为1层,将跨接管压力P1、跨接管温度T1、井口压力P2、井口温度T2、油嘴后压力P3、油嘴后温度T3、机理模型计算流量q作为输入神经元;输出层为1层,将井口压力误差集△P2作为输出神经元。隐藏层数目设为1层,隐藏层神经元设为256个,训练次数epoches设为150,学习率设为0.01,选择tanh函数作为激活函数。LSTM神经网络模型C经过训练后输出井口压力误差预测值△P2’。图3a是本实施例中LSTM神经网络模型C得到的压力误差预测结果图;
建立LSTM神经网络模型D来预测井口温度误差:其中输入层为1层,将跨接管压力P1、跨接管温度T1、井口压力P2、井口温度T2、油嘴后压力P3、油嘴后温度T3、机理模型计算流量q作为输入神经元;输出层为1层,将井口温度误差集△T2作为输出神经元。隐藏层数目设为1层,隐藏层神经元设为256个,训练次数epoches设为150,学习率设为0.01,选择tanh函数作为激活函数。LSTM神经网络模型D经过训练后输出井口温度误差预测值△T2’。图3b是本实施例中LSTM神经网络模型D得到的温度误差预测结果。
步骤S3.将步骤S1中LSTM神经网络模型A得到的井口压力预测值P2’与步骤S2中LSTM神经网络模型C得到的井口压力误差预测值△P2’相加,得到井口压力修正值P2*;将步骤S1中LSTM神经网络模型B得到的井口温度预测值T2’与步骤2中LSTM神经网络模型D得到的井口温度误差预测值△T2’相加,得到井口温度修正值T2*。图4a是LSTM神经网络模型A预测得到的井口压力和LSTM神经网络模型C预测得到的压力误差相加得到的修正后的井口压力结果图;图4b是LSTM神经网络模型B预测得到的井口温度和LSTM神经网络模型D预测得到的温度误差相加得到的修正后的井口温度结果图。
步骤S4.将井口压力修正值P2*和井口温度修正值T2*带入机理模型,重新计算得到经过输入特征误差修正后的油井流量q*。图5是将修正后的井口压力和井口温度重新带入机理模型计算所得流量与机理模型初始计算流量的对比。可见本发明方法可以显著提高机理模型的流量计算精度,有效的实现智能预测,安全生产。
实施例2
本申请实施例提供的天然气井产量预测装置可以执行天然气井产量预测方法实施例提供的处理流程。该天然气井产量预测装置包括:采集模块、输入模块和输出模块。
采集模块,用于采集天然气井的跨接管温度、跨接管压力、井口温度、油嘴后温度、油嘴后压力、井口压力;
输入模块,用于输入各个LSTM神经网络模型所需的数据;
计算模块,包括四个分别用于得到井口压力预测值、井口温度预测值、井口压力误差预测值和井口温度误差预测值的LSTM神经网络模型;用于计算得到经过输入特征误差修正后的油井流量。
本申请实施例提供的装置可以具体用于执行上述实施例一所提供的方法实施例,具体功能此处不再赘述。
可选地,计算模块具体用于:将跨接管压力P1、跨接管温度T1、井口温度T2、油嘴后压力P3、油嘴后温度T3作为输入神经元;将井口压力P2作为输出神经元;对LSTM神经网络模型A经过训练后输出井口压力预测值P2’。
将跨接管压力P1、跨接管温度T1、井口压力P2、油嘴后压力P3、油嘴后温度T3作为输入神经元;将井口温度T2作为输出神经元;对LSTM神经网络模型B经过训练后输出井口温度预测值T2’。
将跨接管压力P1、跨接管温度T1、井口压力P2、井口温度T2、油嘴后压力P3、油嘴后温度T3、机理模型计算流量q作为输入神经元;将井口压力误差集△P2作为输出神经元;对LSTM神经网络模型C训练后输出井口压力误差预测值△P2’;
将跨接管压力P1、跨接管温度T1、井口压力P2、井口温度T2、油嘴后压力P3、油嘴后温度T3、机理模型计算流量q作为输入神经元;将井口温度误差集△T2作为输出神经元;对LSTM神经网络模型D训练后输出井口温度误差预测值△T2’。
将井口压力预测值P2’与井口压力误差预测值△P2’相加得到井口压力修正值P2*;将井口温度预测值T2’与井口温度误差预测值△T2’相加得到井口温度修正值T2*。
将井口压力修正值P2*和井口温度修正值T2*带入机理模型,计算得到经过输入特征误差修正后的油井流量q*。
可选地,天然气井产量预测装置,还包括处理模块;处理模块用于:对各个特征数据进行数据预处理;数据预处理包括以下处理任意一种或多种:缺失值的检测及填充、异常值检测及处理、数据归一化。
本申请实施例提供的装置可以具体用于执行上述方法实施例,具体功能此处不再赘述。
实施例3
本申请实施例3提供有电子设备包括:处理器、存储器、收发器、以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机执行指令。
其中,处理器,存储器及收发器之间电路互连;收发器用于收发数据;处理器运行计算机执行指令时实现上述方法实施例提供的天然气井产量预测方法。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令,计算机执行指令被处理器执行时实现上述实施例提供的天然气井产量预测方法。
本申请实施例还提供了一种计算机程序产品,程序产品包括:计算机执行指令,计算机执行指令存储在可读存储介质中,电子设备的至少一个处理器可以从可读存储介质读取计算机执行指令,至少一个处理器执行计算机执行指令使得电子设备执行上述实施例提供的天然气井产量预测方法。
本领域技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,仅以上述各功能模块的划分进行举例说明,实际应用中,可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成,即将装置的内部结构划分成不同的功能模块,以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的装置的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
以上对本发明做了示例性的描述,应该说的是,在不脱离本发明的核心情况下,任何简单的变形、修改或者其他领域的技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换,这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于输入特征误差修正的天然气井产量预测方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1.建立LSTM神经网络模型A,将天然气井采集所得跨接管温度、跨接管压力、井口温度、油嘴后温度、油嘴后压力作为输入神经元,将天然气井采集所得井口压力的实际值作为输出神经元,对LSTM神经网络模型A训练后得到井口压力预测值;
建立LSTM神经网络模型B,将天然气井采集所得跨接管温度、跨接管压力、井口压力、油嘴后温度、油嘴后压力作为输入神经元,将天然气井采集所得井口温度的实际值作为输出神经元,对LSTM神经网络模型B训练后得到井口温度预测值;
S2.将井口压力的实际值与井口压力预测值做差得到压力误差集,将压力误差集作为测试集,以天然气井采集所得跨接管温度、跨接管压力、井口温度、井口压力、油嘴后温度、油嘴后压力、机理模型计算流量7个参数作为输入神经元,以压力误差集作为输出神经元,建立LSTM神经网络模型C;对LSTM神经网络模型C训练后输出井口压力误差预测值;
将井口温度的实际值与井口温度预测值做差得到温度误差集,将温度误差集作为测试集,以天然气井采集所得跨接管温度、跨接管压力、井口温度、井口压力、油嘴后温度、油嘴后压力、机理模型计算流量7个参数作为输入神经元,以温度误差集作为输出神经元,建立LSTM神经网络模型D;对LSTM神经网络模型D训练后输出井口温度误差预测值;
S3.将井口压力预测值与井口压力误差预测值相加后得到修正压力,将井口温度预测值与井口温度误差预测值相加后得到修正温度;
S4.将修正压力和修正温度带入机理模型,重新计算得到经过输入特征误差修正后的油井流量。
2.一种基于输入特征误差修正且用于实现权利要求1所述天然气井产量预测方法的天然气井产量预测装置,其特征在于,包括:
采集模块,用于采集天然气井的跨接管温度、跨接管压力、井口温度、油嘴后温度、油嘴后压力、井口压力;
输入模块,用于输入各个LSTM神经网络模型所需的数据;
输出模块,包括四个分别用于得到井口压力预测值、井口温度预测值、井口压力误差预测值和井口温度误差预测值的LSTM神经网络模型,用于计算得到经过输入特征误差修正后的油井流量。
3.一种电子设备,其特征在于,包括:处理器,以及与所述处理器通信连接的存储器和收发器;
所述处理器,所述存储器及所述收发器之间电路互连;
所述存储器存储计算机执行指令;所述收发器用于收发数据;
所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令,以实现权利要求1中所述天然气井产量预测方法的步骤。
4.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令,所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现权利要求1所述天然气井产量预测方法的步骤。
5.一种计算机程序产品,其特征在于,包括计算机执行指令,该计算机执行指令被处理器执行时实现权利要求1所述天然气井产量预测方法的步骤。
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2022
- 2022-05-31 CN CN202210614616.2A patent/CN115099129B/zh active Active
Patent Citations (5)
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Title |
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基于人工神经网络的天然气井产量计算方法研究;宋尚飞;洪炳沅;史博会;吴海浩;康琦;王智;宫敬;;石油科学通报;20170915(第03期);全文 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN115099129A (zh) | 2022-09-23 |
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