KR20200084447A - Decision system and method of well completion and hydraulic fracturing liquid based on the artificial neural network in shale gas reservoir - Google Patents

Decision system and method of well completion and hydraulic fracturing liquid based on the artificial neural network in shale gas reservoir Download PDF

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KR20200084447A
KR20200084447A KR1020180169872A KR20180169872A KR20200084447A KR 20200084447 A KR20200084447 A KR 20200084447A KR 1020180169872 A KR1020180169872 A KR 1020180169872A KR 20180169872 A KR20180169872 A KR 20180169872A KR 20200084447 A KR20200084447 A KR 20200084447A
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artificial neural
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shale gas
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이정환
김창균
김영민
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전남대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to an expert system for deciding well completion and a hydraulic fracturing liquid when designing hydraulic fracturing for production of shale gas and, more specifically, to a system for deciding well completion and a hydraulic fracturing liquid in a shale gas reservoir based on an artificial neural network and a decision method using the same, which can accurately decide types of well completion and hydraulic fracturing liquid by using property data on geological feature information, mineralogical feature information, and rock mechanical feature information of the shale gas at the time of hydraulic fracturing of the shale gas.

Description

인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정 시스템 및 선정방법{Decision system and method of well completion and hydraulic fracturing liquid based on the artificial neural network in shale gas reservoir}Decision system and method of well completion and hydraulic fracturing liquid based on the artificial neural network in shale gas reservoir}

본 발명은 셰일가스의 생산을 위한 수압파쇄 설계시 유정완결법과 수압파쇄액을 선정하는 전문가 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 셰일가스 수압파쇄시 셰일가스의 지질학적특성정보, 광물학적특성정보, 암석역학적특성정보에 대한 물성자료를 이용하여, 유정완결법 종류 및 수압파쇄액의 종류를 보다 정확하게 선정할 수 있는 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 수압파쇄액 및 유정완결 선정 시스템 및 이를 이용한 선정방법에 관한 것이다.The present invention relates to an expert system for selecting an oil well completion method and a hydraulic fracturing solution when designing hydraulic fracturing for the production of shale gas, and more specifically, geological property information, mineralogical property information of shale gas during hydraulic fracturing of shale gas, By using the physical properties data for the rock dynamics information, the hydraulic crushing fluid and oil well completion selection system of artificial neural network based shale gas reservoir that can more accurately select the type of oil well completion method and the type of hydraulic crushing fluid, and the selection method using the same It is about.

셰일가스 저류층은 유기물질을 포함한 셰일이 퇴적된 후 열성숙 작용을 거쳐 근원암을 형성하고, 이때 생성된 가스가 다공성 매질로 이동하지 못하고 잔류되어 형성된 경우를 의미한다. 셰일가스는 투과도가 극도로 치밀한 암체 내에 부존되어 있으며, 기존의 석유 시스템을 따르지 않고 담요 형태로 넓게 분포하는 특징을 보이기 때문에, 개발 및 생산과정에서 수평정 시추와 수압파쇄법의 적용이 필수적이다.The shale gas reservoir layer is formed when the shale containing organic materials is deposited, and then forms a source rock through thermal maturation, and the generated gas does not migrate to a porous medium and remains. Since shale gas is present in the extremely dense permeable body and shows a wide distribution in the form of a blanket without following the existing petroleum system, it is essential to apply horizontal drilling and hydraulic fracturing in the development and production process.

이러한 셰일가스 개발을 위해서는 저류층의 지질학적, 광물학적 자료를 토대로 시뮬레이션을 통해 유정완결법과 수압파쇄액 종류를 선정해야만 한다. 하지만 경험적 판단에 의존한 결과를 토대로 수압파쇄 설계에 적용할 경우 결과에 대한 신뢰도 문제가 발생하며, 다양한 저류층 정보들을 종합적인 분석을 통해 주요 인자를 결정하는 경우, 분석과정이 복잡할 뿐만 아니라 많은 시간이 소모된다. In order to develop such shale gas, it is necessary to select the well completion method and the type of hydraulic fracturing solution through simulation based on the geological and mineral data of the reservoir. However, when applied to the hydraulic fracturing design based on the result of relying on empirical judgment, there is a reliability problem with the result, and when determining the main factors through comprehensive analysis of various reservoir information, the analysis process is not only complicated, but also a lot of time Is consumed.

따라서, 신뢰성이 있을 뿐만 아니라, 다양한 저류층 정보들의 종합적인 분석을 통해 주요 영향인자를 결정하여 수압파쇄공법 설계시 적절한 유정완결법의 종류와 수압파쇄액의 종류를 선정할 수 있는 기술이 개발될 필요성이 존재 한다. Therefore, it is necessary to develop a technology that is not only reliable, but also capable of selecting an appropriate type of oil well completion method and a type of hydraulic fracturing solution when designing a hydraulic fracturing method by determining a major influencer through comprehensive analysis of various reservoir information. This exists.

대한민국 특허등록번호 제10-1657889호Republic of Korea Patent Registration No. 10-1657889

본 발명자들은 다수의 연구결과 수압파쇄공법 설계시 적용할 수 있는 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정 시스템을 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.The present inventors completed the present invention by developing an oil well completion method and a hydraulic fracturing fluid selection system of an artificial neural network based shale gas reservoir that can be applied when designing a hydraulic fracturing method.

따라서, 본 발명의 목적은 셰일가스 저류층의 다양한 지질학적특성정보, 광물학적특성정보 및 암석역학적특성정보 중 심도(depth), 두께(thickness), 총탄소함량(total carbon contents: TOC), 흡착가스량(adsorbed gas contents), 가스량(gas contents), 석영함량(quartz contents), 점토함유량(clay contents), 탄산염함유량(carbonate contents) 및 취성도 지수(brittleness index)와 유정완결법 및 수압파쇄액의 종류의 상관관계를 고려하여 인공신경망(artificial neural network: ANN)을 구성하고, 상기 인공신경망을 통해 아주 짧은 시간 내에 간단한 셰일가스 저류층 정보만을 이용해 셰일가스 저류층 특성에 부합하는 유정완결법 종류와 수압파쇄액 종류를 선정할 수 있는 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정 시스템 및 선정방법을 제공하는 것이다. Accordingly, the object of the present invention is the depth, thickness (thickness), total carbon content (total carbon contents: TOC), adsorption gas amount among various geological property information, mineralogical property information, and rock epidemiological property information of the shale gas reservoir. (adsorbed gas contents), gas contents, quartz contents, clay contents, carbonate contents and brittleness index, oil well completion method and types of hydraulic fracturing solution Constructing an artificial neural network (ANN) in consideration of the correlation of, and using only simple shale gas reservoir information within a very short time through the artificial neural network, types of well completion methods and hydraulic fracturing solutions that match the characteristics of the shale gas reservoir layer It is to provide an oil well completion method and a hydraulic fracturing fluid selection system and a selection method for an artificial neural network based shale gas reservoir capable of selecting a type.

본 발명의 다른 목적은 셰일가스 개발 계획을 수립하는데 있어 셰일층 특성에 부합하는 최적 수압파쇄 설계시 도구로 활용될 수 있는 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정 시스템 및 선정방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to establish an oil well completion method and a hydraulic fracturing fluid selection system and a selection method for an artificial neural network-based shale gas reservoir that can be used as a tool in designing an optimal hydraulic fracturing system to meet shale layer characteristics in establishing a shale gas development plan. Is to provide.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 명시적으로 언급되지 않았더라도 후술되는 발명의 상세한 설명의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자가 인식할 수 있는 발명의 목적 역시 당연히 포함될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the above-mentioned object, and even if not explicitly mentioned, the object of the invention that can be recognized by those skilled in the art from the description of the detailed description of the invention to be described later may also be included naturally. .

상술된 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 셰일가스 생산을 위한 수압파쇄공법 설계시 유정완결법 및 수압파쇄액 선정에 영향을 미치는 셰일가스 저류층의 지질학적특성정보, 광물학적특성정보 및 암석역학적 특성정보를 포함하는 저류층 특성정보를 입력하기 위한 입력부; 상기 입력부에 의해 입력된 상기 저류층 특성정보에 따라 유정완결법의 종류 및 수압파쇄액의 종류를 포함하는 결과정보를 예측하도록 설정된 인공신경망을 통해 연결 가중치 값의 갱신을 통한 학습과 타당성 확인을 수행하는 자료처리부; 및 상기 자료처리부에 의해 예측된 유정완결법의 종류 및 수압파쇄액의 종류를 포함하는 결과정보를 나타내는 출력부;를 포함하는 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정시스템을 제공한다.In order to achieve the object of the present invention described above, the present invention provides geological properties information, mineral properties information and shale gas reservoir layer affecting oil well completion method and hydraulic fracturing solution design when designing a hydraulic fracturing method for shale gas production. An input unit for inputting reservoir characteristic information including petrochemical characteristic information; Performing learning and validity check through updating the connection weight value through an artificial neural network set to predict result information including the type of oil well completion method and the type of hydraulic fracturing solution according to the reservoir characteristic information input by the input unit Data processing department; And an output unit showing result information including the type of oil well completion method predicted by the data processing unit and the type of hydraulic fracturing fluid; and an artificial neural network-based shale gas reservoir layer hydraulic well completion method and hydraulic fracturing fluid selection system. do.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 자료처리부는 공지된 셰일가스 저류층의 물성 자료조사를 통해 셰일가스 생산을 위한 수압파쇄공법 설계시 유정완결법 및 수압파쇄액 선정에 영향을 미치는 것으로 결정된 지질학적특성, 광물학적특성 및 암석역학적특성을 포함하는 다수의 저류층 특성정보 세트로 구축되어 상기 인공신경망을 훈련시키기 위한 다수의 경험적 정보를 제공하는 셰일가스 저류층 특성정보DB를 더 포함한다.In a preferred embodiment, the data processing unit determines geological properties and minerals determined to affect the well completion method and the selection of the hydraulic fracturing solution when designing a hydraulic fracturing method for shale gas production through a survey of known physical properties of shale gas reservoirs. It further includes a shale gas reservoir characteristic information DB that is constructed of a plurality of reservoir characteristic information sets including medical characteristics and petrochemical characteristics to provide a number of empirical information for training the artificial neural network.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 인공신경망은 상기 저류층 특성정보와 연관된 다수개의 입력노드를 갖는 입력층; 상기 저류층 특성정보에 의한 상기 결과정보를 나타내는 1개 이상의 출력노드를 갖는 출력층; 및 상기 입력층과 상기 출력층 사이에서 저류층 특성정보 및 결과정보에 대한 처리요소를 갖는 1개 이상의 은닉노드를 갖는 은닉층을 2개 이상 포함한다.In a preferred embodiment, the artificial neural network includes an input layer having a plurality of input nodes associated with the reservoir characteristic information; An output layer having at least one output node representing the result information based on the storage layer characteristic information; And two or more hidden layers having at least one hidden node having processing elements for storage layer characteristic information and result information between the input layer and the output layer.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 인공신경망은 상기 입력노드와 상기 은닉노드 사이 및 상기 은닉노드와 상기 출력노드 사이 중 적어도 어느 하나에 경험적으로 훈련된 모델에 의해 산출된 연결 가중치를 부여하도록 설정된다.In a preferred embodiment, the artificial neural network is set to assign a connection weight calculated by an empirically trained model to at least one of between the input node and the hidden node and between the hidden node and the output node.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 연결 가중치 값의 갱신을 통한 학습은 역전파 학습 알고리즘에 의해 수행된다.In a preferred embodiment, learning through updating the connection weight value is performed by a backpropagation learning algorithm.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 저류층 특성정보 중 유정완결법의 종류를 예측하는데 영향을 미치는 특성정보는 저류층의 깊이, 두께, 총탄소함량, 석영함량, 가스함량, 가스흡착량, 점토함량으로 구성된 그룹에서 선택되는 1개 이상이다. In a preferred embodiment, among the characteristic information of the reservoir layer, the characteristic information affecting the prediction of the type of oil well completion method is a group consisting of the depth, thickness, total carbon content, quartz content, gas content, gas adsorption amount, and clay content of the reservoir layer. It is one or more selected from.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 특성정보에 따라 상기 출력부에 상기 결과정보로 나타나는 상기 유정완결법의 종류는 단단 수직정, 다단 수직정, 및 수평정 중 어느 하나이다.In a preferred embodiment, the type of the well completion method represented by the result information in the output unit according to the characteristic information is any one of a single stage vertical tablet, a multi-stage vertical tablet, and a horizontal tablet.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 저류층 특성정보 중 수압파쇄액의 종류를 선정하는데 영향을 미치는 특성정보는 셰일가스 개발 시 깊이, 깊이변화에 따른 압력변화량, 온도 기준, 취성도 지수로 구성된 그룹에서 선택되는 1개 이상이다. In a preferred embodiment, the characteristic information influencing the selection of the type of hydraulic fracturing fluid among the storage layer characteristic information is selected from the group consisting of depth, pressure change according to depth change, temperature reference, and brittleness index during shale gas development. It is one or more.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 특성정보에 따라 상기 출력부에 상기 결과정보로 나타나는 상기 수압파쇄액의 종류는 프로판트를 포함한 이산화탄소 폼, 프로판트를 포함한 질소 폼, 및 물 기반 파쇄액 중 어느 하나이다. In a preferred embodiment, the type of the hydraulic fracturing solution represented by the result information on the output unit according to the characteristic information is any one of carbon dioxide foam containing propane, nitrogen foam containing propane, and water-based fracturing fluid.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 수압파쇄액 종류가 물기반 수압파쇄액인 경우, 화학 첨가물이 포함된 물, 선형 겔, 가교결합 겔로 추가 분류되고, 추가 분류된 상태에서 취성도 지수에 따라 결정된 어느 하나가 상기 결과정보로 나타난다.In a preferred embodiment, when the hydraulic fracturing type is water-based hydraulic fracturing, it is further classified into water containing a chemical additive, a linear gel, a crosslinking gel, and any one determined according to the brittleness index in the further classified state. Appears as the result information.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 취성도 지수는 영률, 포아송비, 공극률과의 관계 또는 석영함량을 석영함량, 점토함량 및 탄산염함유량을 모두 더한 값으로 나눈 값이다. In a preferred embodiment, the brittleness index is a value obtained by dividing the relationship between Young's modulus, Poisson's ratio, porosity, or quartz content by adding all of the quartz content, clay content, and carbonate content.

또한, 본 발명은 셰일가스 생산을 위한 수압파쇄공법 설계시 유정완결법 및 수압파쇄액 선정에 영향을 미치는 셰일가스 저류층 특성정보에 대한 경험적 정보를 제공하는 셰일가스 저류층 특성정보DB를 구축하는 단계; 상기 저류층 특성정보와 상기 저류층 특성정보에 따른 유정완결법 종류 및 수압파쇄액 종류를 포함하는 결과정보에 대한 기여도를 연관시킬 수 있는 인공신경망을 구성하는 단계: 상기 인공신경망이 유정완결법 종류 및 수압파쇄액 종류를 포함하는 결과정보를 예측하도록 상기 셰일가스 저류층 특성정보DB를 이용하여 역전파 학습 알고리즘에 의해 상기 인공신경망을 훈련시키는 단계; 및 상기 인공신경망에 의해 결과정보를 예측하는 단계;를 포함하는 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of constructing a shale gas reservoir characteristic information DB that provides empirical information on the shale gas reservoir characteristic information that affects the oil well completion method and the selection of the hydraulic fracturing solution when designing a hydraulic fracturing method for shale gas production; Constructing an artificial neural network capable of correlating the contribution to the result information including the type of oil well completion method and the type of hydraulic fracturing according to the reservoir characteristic information and the reservoir characteristic information: the artificial neural network type and water pressure of the well completion method Training the artificial neural network by a backpropagation learning algorithm using the shale gas reservoir characteristic information DB to predict result information including a type of crushing liquid; And estimating result information by the artificial neural network. An oil well completion method of an artificial neural network based shale gas reservoir and a method of selecting a hydraulic fracturing solution are provided.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 인공신경망에 의해 결과정보를 예측하는 단계는 상기 인공신경망이 연결 가중치 값의 갱신을 통한 학습과 타당성 확인을 수행하는 단계를 포함한다.In a preferred embodiment, the step of predicting the result information by the artificial neural network includes the step of performing learning and feasibility check by the artificial neural network by updating the connection weight value.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 인공신경망을 구성하는 단계는 저류층의 깊이, 두께, 총탄소함량, 석영함량, 가스함량, 가스흡착량, 점토함량과 관계된 저류층 특성정보에 대한 단단 수직정, 다단 수직정, 및 수평정 중 어느 하나인 유정완결법의 종류를 연관시키는 단계; 및 셰일가스 개발 시 깊이, 깊이변화에 따른 압력변화량, 온도 기준, 취성도 지수와 관계된 저류층 특성정보에 대한 프로판트를 포함한 이산화탄소 폼, 프로판트를 포함한 질소 폼, 및 물 기반 파쇄액 중 어느 하나인 수압파쇄액의 종류를 연관시키는 단계를 포함하여 수행된다. In a preferred embodiment, the step of constructing the artificial neural network includes single-stage vertical and multi-stage vertical tablets for storage layer characteristic information related to the depth, thickness, total carbon content, quartz content, gas content, gas adsorption, and clay content of the reservoir layer. , And associating any one of the horizontal wells with a type of well completion method; And carbon dioxide foam containing propane, nitrogen foam containing propane, and water-based crushing liquid for depth information related to depth, pressure change according to depth change, temperature standards, and brittleness index It is carried out including the step of associating the type of hydraulic fracturing solution.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 인공신경망을 훈련시키는 단계는 베이지안 규칙화 알고리즘을 이용하여 각 변수의 기여도를 결정하여 유정완결법 종류를 예측하도록 반복 학습시키는 단계; 및 레벤버그-마쿼트 알고리즘을 이용하여 각 변수의 기여도를 결정하여 수압파쇄액 종류를 예측하도록 반복 학습시키는 단계;를 포함한다.In a preferred embodiment, the training of the artificial neural network may include repeatedly learning to predict the type of well completion method by determining the contribution of each variable using a Bayesian regularization algorithm; And using the Levenberg-Marquart algorithm to determine the contribution of each variable to repeatedly learn to predict the type of hydraulic fracturing fluid.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 각 변수의 기여도는 상기 저류층 특성정보DB로부터 제공된 경험적 정보 및 오차수정에 근거한 연결가중치를 부여함으로써 결정되는데, 상기 연결가중치는 적정하게 설정되도록 가중치 조정을 다수 회 실시한다. In a preferred embodiment, the contribution of each variable is determined by assigning a connection weight based on empirical information and error correction provided from the reservoir characteristic information DB, and the connection weight is adjusted multiple times so as to be properly set.

상술된 본 발명에 의하면 셰일가스 저류층의 다양한 지질학적특성정보, 광물학적특성정보 및 암석역학적특성정보 중 심도(depth), 두께(thickness), 총탄소함량(total carbon contents: TOC), 흡착가스량(adsorbed gas contents), 가스량(gas contents), 석영함량(quartz contents), 점토함유량(clay contents), 탄산염함유량(carbonate contents) 및 취성도 지수(brittleness index)와 유정완결법 및 수압파쇄액의 종류의 상관관계를 고려하여 인공신경망(artificial neural network: ANN)을 구성하고, 상기 인공신경망을 통해 아주 짧은 시간 내에 간단한 셰일가스 저류층 정보만을 이용해 셰일가스 저류층 특성에 부합하는 유정완결법 종류와 수압파쇄액 종류를 선정할 수 있다. According to the present invention described above, the depth, thickness, total carbon content (TOC), and the amount of adsorbed gas (depth) among various geological property information, mineralogical property information, and rock epidemiological property information of the shale gas reservoir layer ( Types of adsorbed gas contents, gas contents, quartz contents, clay contents, carbonate contents and brittleness index and types of well completion and hydraulic fracturing solutions Constructing an artificial neural network (ANN) in consideration of correlation, and using only the simple shale gas reservoir information within a very short time through the artificial neural network, the type of well completion method and hydraulic fracturing solution that match the characteristics of the shale gas reservoir layer Can be selected.

또한, 본 발명의 선정시스템 및 선정방법은 셰일가스 개발 계획을 수립하는데 있어 셰일층 특성에 부합하는 최적 수압파쇄 설계시 도구로 활용될 수 있으며, 사용자 친화적 인터페이스를 사용하기 때문에 일반인도 쉽게 사용할 수 있다는 이점이 있다. In addition, the selection system and the selection method of the present invention can be used as a tool in designing an optimal hydraulic fracturing that conforms to the characteristics of the shale layer in establishing a shale gas development plan. There is this.

본 발명의 이러한 기술적 효과들은 이상에서 언급한 범위만으로 제한되지 않으며, 명시적으로 언급되지 않았더라도 후술되는 발명의 실시를 위한 구체적 내용의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자가 인식할 수 있는 발명의 효과 역시 당연히 포함된다.These technical effects of the present invention are not limited to the above-mentioned ranges, and even if not explicitly stated, the effects of the invention that can be recognized by those of ordinary skill from the description of specific contents for the practice of the invention described below are also Of course it is included.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공신경망 기반 유정완결법 및 수압파쇄액 선정 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정시스템 개발을 위해 구축된 유정완결법 선정 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 본 발명의 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정시스템 개발을 위해 구축된 수압파쇄액 선정 흐름도이다.
도 4는 베이지안 규칙화를 이용하여 유정완결법 선정 훈련 데이터 세트의 시스템의 목표값과 출력값의 민감도를 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 은닉층이 2개인 경우, 본 발명에 따른 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정시스템에 적용되는 유정완결법 선정을 위한 인공신경망(ANN) 구조의 모식도이다.
도 6은 레벤버그-마쿼트를 이용하여 수압파쇄액 선정 훈련 데이터 세트의 시스템의 목표값과 출력값의 민감도를 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 은닉층이 2개 인 경우, 본 발명에 따른 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정시스템에 적용되는 수압파쇄액 선정 인공신경망(ANN) 구조의 모식도이다.
도 8은 본 발명에 따른 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정시스템의 패널을 GUI(graphic user interface)로 구현된 일구현예를 나타낸 예시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정시스템의 온도, 깊이변화에 따른 압력 변화량, 온도에 따른 패널을 GUI(graphic user interface)로 구현된 다른 구현예를 나타낸 예시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정시스템에서 물 기반 파쇄액이 선정된 경우, 암석역학적 물성에 따른 패널을 GUI(graphic user interface)로 구현된 또 다른 구현예를 나타낸 예시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정시스템에서 물 기반 파쇄액이 선정된 경우, 지질학적, 광물학적 물성에 따른 패널을 GUI(graphic user interface)로 구현된 또 다른 구현예를 나타낸 예시도이다.
도 12는 본 발명에 따른 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정시스템을 이용해 현장적용성 평가를 수행한 또 다른 구현예이다.
도 13은 본 발명에 따른 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정시스템을 이용해 현장적용성 평가를 수행한 또 다른 구현예이다.
1 is a block diagram of an artificial neural network based oil well completion method and a hydraulic fracturing fluid selection system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flow chart for the selection of a well completion method established for the development of an oil well completion method and a hydraulic fracturing solution selection system for an artificial neural network based shale gas reservoir of the present invention.
3 is a hydraulic crushing fluid selection flow chart constructed for the development of an oil well completion method and a hydraulic crushing fluid selection system for an artificial neural network based shale gas reservoir of the present invention.
4 is a graph showing the results of analyzing the sensitivity of the target value and the output value of the system of the well completion method selection training data set using Bayesian regularization.
5 is a schematic diagram of an artificial neural network (ANN) structure for selecting an oil well completion method applied to an oil well completion method and a hydraulic fracturing fluid selection system of an artificial neural network based shale gas reservoir according to the present invention when there are two hidden layers.
6 is a graph showing the result of analyzing the sensitivity of the target value and the output value of the system of the hydraulic fracturing fluid selection training data set using Levenberg-Marquart.
7 is a schematic diagram of a hydraulic crushing fluid selection artificial neural network (ANN) structure applied to an oil well completion method and a hydraulic crushing fluid selection system of an artificial neural network based shale gas storage layer according to the present invention when there are two hidden layers.
8 is an exemplary view showing an embodiment of the panel of the hydraulic well completion method and hydraulic fracturing solution selection system based on the artificial neural network-based shale gas reservoir according to the present invention implemented with a graphical user interface (GUI).
Figure 9 is another embodiment of a GUI according to the present invention, the oil well completion method of the artificial gas network based shale gas reservoir, and the pressure change amount according to the temperature, depth change, and the panel according to the temperature of the hydraulic fracturing solution selection system. It is an exemplary diagram showing.
FIG. 10 shows a panel based on petrochemical properties implemented as a graphical user interface (GUI) when water-based crushing fluid is selected in an oil well completion method and a hydraulic crushing fluid selection system of an artificial neural network-based shale gas reservoir according to the present invention. It is an exemplary view showing another embodiment.
FIG. 11 is a GUI (graphic user interface) of panels according to geological and mineral properties when water-based crushing fluid is selected in the well completion method of the artificial neural network-based shale gas reservoir and the hydraulic crushing fluid selection system according to the present invention. It is an exemplary view showing another implementation.
12 is another embodiment of performing an on-site applicability evaluation using an oil well completion method and a hydraulic fracturing fluid selection system of an artificial neural network-based shale gas reservoir according to the present invention.
13 is another embodiment of performing an on-site applicability evaluation using an oil well completion method and a hydraulic fracturing solution selection system for an artificial neural network-based shale gas reservoir according to the present invention.

본 발명에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 발명의 설명에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, terms such as “include” or “have” are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts or combinations thereof described in the description of the invention, one or more other It should be understood that features or numbers, steps, actions, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components. For example, the first component may be referred to as a second component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains. Terms, such as those defined in a commonly used dictionary, should be interpreted as having meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and should not be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present invention. Does not.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다. 특히, 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등이 사용되는 경우 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되는 것으로 해석될 수 있다.In interpreting the components, it is interpreted as including the error range even if there is no explicit description. In particular, when the terms "about", "substantially", etc. of degree are used, it can be interpreted as being used in or close to the value when manufacturing and substance tolerances specific to the stated meaning are given. .

시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간 적 선후관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함한다.In the case of a description of a time relationship, for example,'after','following','~after','~before', etc. When the temporal sequential relationship is described,'right' or'directly' It also includes cases that are not continuous unless' is used.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the technical configuration of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and preferred embodiments.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. The same reference numerals used to describe the present invention throughout the specification indicate the same components.

본 발명의 기술적 특징은 셰일가스 저류층의 다양한 지질학적특성정보, 광물학적특성정보 및 암석역학적특성정보 중 특히 유정완결법 및 수압파쇄액의 종류를 결정하는데 영향을 미치는 정보를 다수의 자료수집 및 다양한 조건의 시뮬레이션을 통해 선정하고 선정된 지질학적특성정보 및 광물학적특성정보 특성정보인 심도(depth), 두께(thickness), 총탄소함량(total carbon contents: TOC), 흡착가스량(adsorbed gas contents), 가스량(gas contents), 석영함량(quartz contents), 점토함유량(clay contents), 탄산염함유량(carbonate contents) 및 암석역학적특성정보인 취성도 지수(brittleness index)와, 유정완결법 및 수압파쇄액의 상관관계를 고려하여 인공신경망(artificial neural network: ANN)을 구성하고, 상기 인공신경망을 통해 아주 짧은 시간 내에 간단한 셰일가스 저류층 정보만을 이용해 셰일가스 저류층 특성에 부합하는 유정완결법 종류와 수압파쇄액 종류를 선정할 수 있는 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정 시스템 및 선정방법에 있다.Technical features of the present invention is a variety of data collection and a variety of information that affects the determination of the type of oil well completion method and hydraulic crushing fluid, among a variety of geological property information, mineralogical property information and rock epidemiological property information of the shale gas reservoir. Depth, thickness, total carbon content (TOC), adsorbed gas contents, which are selected and selected through the simulation of conditions and selected geological and mineral properties information. Correlation between gas contents, quartz contents, clay contents, carbonate contents, and brittleness index, which is information on rock dynamics, well completion and hydraulic fracturing Constructing an artificial neural network (ANN) in consideration of the relationship, and using only the simple shale gas reservoir layer information in a very short time through the artificial neural network, select the type of well completion method and hydraulic fracturing solution that match the characteristics of the shale gas reservoir layer. It is in the well completion method and hydraulic crushing fluid selection system and selection method of the shale gas reservoir based on the artificial neural network that can be selected.

즉, 기존 연구에 따르면 유정완결법을 결정하기 위해서는 심도(depth), 두께(thickness), 총탄소함량(total carbon contents: TOC), 가스량(gas content) 등의 저류층의 지질학적 특성이 유정완결법을 수행함에 있어 가장 중요하게 여겨졌지만, 예측되었던 것보다 적은 저류층 파쇄 부피(stimulated reservoir volume: SRV)가 나타나는 문제점이 있었다. 또한 수압파쇄액의 경우, 기존에는 파쇄액의 안정성(stability)만이 중요하게 여겨져 셰일층의 심도, 저류층 압력(pressure), 온도(temperature)가 고려되어 왔지만 수용성 수압파쇄액의 경우, 파쇄액의 첨가물에 따른 저류층 파쇄 부피의 차이가 매우 크게 나타나 이를 보정하기 위한 별도의 특성정보가 추가적으로 고려될 필요가 있었기 때문이다. 하지만, 본 발명에서는 유정완결법의 종류를 결정하는데 영향을 미치는 특성정보로 석영함량(quartz contents), 점토함유량(clay contents)을 더 고려함으로써 저류층 파쇄 부피를 높일 수 있는 유정완결법을 선정할 수 있도록 하였으며, 수압파쇄액의 종류를 결정하는데 영향을 미치는 특성정보로 취성도를 추가적으로 고려함으로써 파쇄액의 첨가물에 따른 저류층 파쇄 부피의 차이를 최소화할 수 있도록 하였다. That is, according to the existing studies, in order to determine the well completion method, the geological properties of the reservoir such as depth, thickness, total carbon contents (TOC), gas content, etc. Although it was considered to be the most important in carrying out, there was a problem in that a smaller reservoir volume (SRV) than expected was shown. In addition, in the case of the hydraulic fracturing solution, only the stability of the crushing liquid was considered important in the past, so the depth of the shale layer, the pressure of the reservoir layer, and the temperature have been considered, but in the case of the water-soluble hydraulic fracturing liquid, This is because the difference in the crushing volume of the reservoir layer is very large, so additional characteristic information for correcting it needs to be considered. However, in the present invention, by considering the quartz contents and clay contents as characteristic information that influences the determination of the type of oil well completion method, an oil well completion method capable of increasing the crushing volume of the reservoir can be selected. In addition, by additionally considering the brittleness as characteristic information that affects the determination of the type of hydraulic fracturing solution, it is possible to minimize the difference in the storage layer fracturing volume according to the additives of the fracturing solution.

따라서, 본 발명의 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정시스템은 셰일가스 생산을 위한 수압파쇄공법 설계시 유정완결법 및 수압파쇄액 선정에 영향을 미치는 셰일가스 저류층의 지질학적특성정보, 광물학적특성정보 및 암석역학적 특성정보를 포함하는 저류층 특성정보를 입력하기 위한 입력부; 상기 입력부에 의해 입력된 상기 저류층 특성정보에 따라 유정완결법의 종류 및 수압파쇄액의 종류를 포함하는 결과정보를 예측하도록 설정된 인공신경망을 통해 연결 가중치 값의 갱신을 통한 학습과 타당성 확인을 수행하는 자료처리부; 및 상기 자료처리부에 의해 예측된 유정완결법의 종류 및 수압파쇄액의 종류를 포함하는 결과정보를 나타내는 출력부;를 포함한다. Therefore, the oil well completion method and the hydraulic fracturing fluid selection system of the artificial neural network-based shale gas reservoir of the present invention are used to design the hydraulic fracturing method for shale gas production. An input unit for inputting reservoir characteristic information including characteristic information, mineralogical characteristic information and petrochemical characteristic information; Performing learning and validity check through updating the connection weight value through an artificial neural network set to predict result information including the type of oil well completion method and the type of hydraulic fracturing solution according to the reservoir characteristic information input by the input unit Data processing department; And an output unit that displays result information including the type of oil well completion method predicted by the data processing unit and the type of hydraulic fracturing solution.

또한, 본 발명의 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정방법은 셰일가스 생산을 위한 수압파쇄공법 설계시 유정완결법 및 수압파쇄액 선정에 영향을 미치는 셰일가스 저류층 특성정보에 대한 경험적 정보를 제공하는 셰일가스 저류층 특성정보DB를 구축하는 단계; 상기 저류층 특성정보와 상기 저류층 특성정보에 따른 유정완결법 종류 및 수압파쇄액 종류를 포함하는 결과정보에 대한 기여도를 연관시킬 수 있는 인공신경망을 구성하는 단계: 상기 인공신경망이 유정완결법 종류 및 수압파쇄액 종류를 포함하는 결과정보를 예측하도록 상기 셰일가스 저류층 특성정보DB를 이용하여 역전파 학습 알고리즘에 의해 상기 인공신경망을 훈련시키는 단계; 및 상기 인공신경망에 의해 결과정보를 예측하는 단계;를 포함한다.In addition, the oil well completion method and the hydraulic fracturing fluid selection method of the artificial neural network-based shale gas storage layer of the present invention are applied to the shale gas storage layer characteristic information that affects the oil well completion method and the hydraulic fracturing fluid selection when designing the hydraulic fracturing method for shale gas production. Constructing a shale gas reservoir characteristic information DB that provides empirical information about; Constructing an artificial neural network capable of correlating the contribution to the result information including the type of oil well completion method and the type of hydraulic fracturing according to the reservoir characteristic information and the reservoir characteristic information: the artificial neural network type and water pressure of the well completion method Training the artificial neural network by a backpropagation learning algorithm using the shale gas reservoir characteristic information DB to predict result information including a type of crushing liquid; And predicting result information by the artificial neural network.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공신경망 기반 유정완결법 및 수압파쇄액 선정 시스템의 구성도이다. 도 2는 본 발명의 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정시스템 개발을 위해 구축된 유정완결법 선정 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 본 발명의 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정시스템 개발을 위해 구축된 수압파쇄액 선정 흐름도이다. 1 is a block diagram of an artificial neural network-based well completion method and a hydraulic fracturing fluid selection system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a flowchart illustrating the selection of a well completion method established for the development of an oil well completion method and a hydraulic fracturing solution selection system for an artificial neural network-based shale gas storage layer of the present invention, and FIG. 3 is an artificial neural network based shale gas storage layer of the present invention. It is a flow chart of hydraulic fracturing solution selection, which was established to develop a well completion method and hydraulic fracturing solution selection system.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 인공신경망 기반 유정완결법 및 수압파쇄액 선정 시스템은, 입력부(100), 자료처리부(200) 및 출력부(300)를 포함한다.Referring to Figure 1, the artificial neural network-based well completion method and hydraulic fracturing fluid selection system according to an embodiment of the present invention includes an input unit 100, a data processing unit 200 and an output unit 300.

도시된 바와 같이, 입력부(100)는 셰일가스 저류층 특성정보를 입력하기 위한 구성요소로서 도 1에 도시된 바와 같이 유정완결법 선정에 영향을 미치는 특성정보인 입력값(110)과 수압파쇄액 선정에 영향을 미치는 특성정보인 입력값(120)이 구분되어 입력될 수 있다. 여기서, 유정완결법 선정에 영향을 미치는 특성정보인 입력값(110)은 입력부(100)에 입력되는 셰일가스 저류층의 지질학적특성정보, 광물학적특성정보 및 암석역학적 특성정보를 포함하는 저류층 특성정보 중 저류층의 깊이, 두께, 총탄소함량, 석영함량, 가스함량, 가스흡착량, 점토함량으로 구성된 그룹에서 선택되는 1개 이상일 수 있고, 수압파쇄액 선정에 영향을 미치는 특성정보인 입력값(120)은 셰일가스 개발 시 깊이, 깊이변화에 따른 압력변화량, 온도 기준, 취성도 지수로 구성된 그룹에서 선택되는 1개 이상일 수 있다.As shown, the input unit 100 is a component for inputting the shale gas reservoir characteristic information, as shown in FIG. 1, the input value 110 and the hydraulic fracturing liquid which are characteristic information influencing the selection of the well completion method. The input value 120, which is characteristic information affecting the data, may be classified and input. Here, the input value 110, which is characteristic information influencing the selection of the well completion method, is the reservoir characteristic information including geological characteristic information, mineralogical characteristic information, and petrochemical characteristic information of the shale gas reservoir input to the input unit 100. It may be one or more selected from the group consisting of depth, thickness, total carbon content, quartz content, gas content, gas adsorption amount, and clay content of the reservoir, and input values (120) that are characteristic information affecting the selection of hydraulic fracturing fluid (120) ) May be one or more selected from the group consisting of depth, pressure change according to depth change, temperature standard, and brittleness index when shale gas is developed.

이와 같이 입력부(100)에 입력되는 특성정보 즉 입력값(110, 120)은 셰일가스 개발을 위해 수압파쇄가 필요한 지역의 지질학적, 광물학적, 암석역학적인 데이터를 수집하고, 이를 바탕으로 각 지역의 특징에 따라 후술하는 자료처리부(200)에 포함된 인공신경망이 사용될 유정완결법 및 수압파쇄액 종류를 결정할 수 있도록 인공신경망의 입력층에 입력되는 측정치이다. As described above, the characteristic information input to the input unit 100, that is, the input values 110 and 120, collects geological, mineralogical, and rock-mechanical data of a region requiring hydraulic fracturing for shale gas development, and based on this, each region It is a measurement value input to the input layer of the artificial neural network so as to determine the well completion method and the type of hydraulic fracturing solution used in the artificial neural network included in the data processing unit 200 to be described later according to the characteristics of the.

자료처리부(200)는 입력부(100)에 입력되는 유정완결법 선정에 영향을 미치는 특성정보인 입력값(110) 및 수압파쇄액 선정에 영향을 미치는 특성정보인 입력값(120)에 따라 예측된 유정완결법 및 수압파쇄액의 종류 등 결과정보를 도출하는 인공신경망을 포함한다. The data processing unit 200 is predicted according to the input value 110, which is characteristic information influencing the selection of the well completion method input to the input unit 100, and the input value 120, which is characteristic information influencing the selection of hydraulic fracturing solution. It includes an artificial neural network that derives result information such as a well completion method and a type of hydraulic fracturing solution.

여기서, 인공신경망은 인간의 신경조직을 모델로 하여 간단한 기능의 처리기 사이를 대규모로 연결시킨 네트워크 형태의 정보처리를 구현하는 다층 신경망(multi-layer perceptron: MLP)으로, 저류층 특성정보와 연관된 다수개의 입력노드를 갖는 입력층; 상기 저류층 특성정보에 의한 결과정보를 나타내는 1개 이상의 출력노드를 갖는 출력층; 및 상기 입력층과 상기 출력층 사이에서 저류층 특성정보 및 결과정보에 대한 처리요소를 갖는 1개 이상의 은닉노드를 갖는 은닉층을 2개 이상 포함할 수 있다.Here, the artificial neural network is a multi-layer perceptron (MLP) that implements information processing in the form of a network that connects a large number of simple function processors using a model of a human neural tissue as a model. An input layer having an input node; An output layer having one or more output nodes representing result information based on the storage layer characteristic information; And two or more hidden layers having at least one hidden node having processing elements for storage layer characteristic information and result information between the input layer and the output layer.

입력층은 저류층 특성정보 중 유정완결법 선정에 영향을 미치는 특성정보인 저류층의 깊이, 두께, 총탄소함량, 석영함량, 가스함량, 가스흡착량, 점토함량을 포함하는 7개의 입력노드로 구성된 세트1과 수압파쇄액 선정에 영향을 미치는 특성정보인 셰일가스 개발 시 깊이, 깊이변화에 따른 압력변화량, 온도 기준, 취성도 지수를 포함하는 4개의 입력노드로 구성된 세트2를 포함한다. 입력층에 입력되는 특성정보는 입력부(100)에 의해 입력될 수 있다.The input layer is a set consisting of 7 input nodes including depth, thickness, total carbon content, quartz content, gas content, gas adsorption content, and clay content, which are property information that affects the selection of the well completion method among the property information of the reservoir layer. When developing shale gas, which is characteristic information that affects the selection of hydraulic fracturing solution, it includes set 2 consisting of 4 input nodes including depth, pressure change according to depth change, temperature standard, and brittleness index. Characteristic information input to the input layer may be input by the input unit 100.

출력층은 입력층에 입력된 상기 저류층 특성정보에 의한 결과정보를 나타내는 처리요소로 1개 이상의 출력노드로 이루어진 세트를 포함하고, 은닉층은 입력층과 출력층 사이에서 저류층 특성정보 및 결과정보에 대한 처리요소를 갖는 1개 이상의 은닉노드로 이루어진 세트를 포함하는데, 적어도 2개의 은닉층이 형성될 수 있다. The output layer is a processing element representing result information based on the storage layer characteristic information input to the input layer, and includes a set of one or more output nodes, and the hidden layer is a processing element for storage layer characteristic information and result information between the input layer and the output layer. It includes a set consisting of one or more hidden nodes having, at least two hidden layers may be formed.

이와 같이 입력층, 은닉층 및 출력층으로 구성된 인공신경망이 실행될 때, 유정완결법선정에 영향을 미치는 특성정보인 입력값(110) 및 수압파쇄액 선정에 영향을 미치는 특성정보인 입력값(120)과, 예측된 유정완결법 종류인 유정완결법 선정출력값(310) 및 예측된 수압파쇄액 종류인 수압파쇄액선정출력값(320) 사이의 관계가 단순히 계산될 수 있도록, 처리요소들 또는 노드들이 상호 연결되어 있다.As such, when an artificial neural network consisting of an input layer, a hidden layer, and an output layer is executed, the input value 110, which is characteristic information influencing the selection of the well completion method, and the input value 120, which is characteristic information influencing the selection of hydraulic fracturing solution, The processing elements or nodes are interconnected so that the relationship between the predicted well completion method selection well output method 310 and the predicted hydraulic fracturing fluid selection hydraulic pressure selection output value 320 can be simply calculated. It is done.

인공신경망은 입력층의 입력노드와 은닉층의 은닉노드 사이 및 은닉층의 은닉노드와 출력층의 출력노드 사이 중 적어도 어느 하나에 경험적으로 훈련된 모델에 의해 산출된 연결 가중치를 부여하도록 설정되는데, 일 구현예로서, 입력층에 입력된 입력값과 은닉층 사이의 연결 가중치의 곱이 더해져 은닉층 뉴런에 입력되고, 입력된 입력값은 뉴런 내의 비선형 활성화 함수를 거쳐 입력 값과 다른 값을 출력하며, 출력 결과를 은닉층과 출력층 사이의 연결 가중치의 곱이 더해져 다른 은닉층 혹은 출력층의 다른 뉴런에게 전달하는 과정을 수행할 수 있다. 이 때, 많은 양의 입력값 그리고 출력값 데이터베이스를 이용해 신경망 내의 연결 가중치 값을 수정하는 과정을 반복적으로 수행하여 신뢰성 있는 결과물을 도출하는 과정을 학습(learning) 또는 훈련이라고 정의한다. 여기서, 연결 가중치 값의 갱신을 통한 학습은 역전파 학습 알고리즘에 의해 수행될 수 있다. The artificial neural network is set to assign a connection weight calculated by an empirically trained model to at least one of the input node of the input layer and the hidden node of the hidden layer and between the hidden node of the hidden layer and the output node of the output layer. As, the product of the connection weight between the input value input to the input layer and the hidden layer is added to the neuron of the hidden layer, and the inputted input value is output through a non-linear activation function in the neuron to output a different value from the input value. The product of the connection weights between the output layers is added to perform a process of transferring to other neurons of the other hidden layer or output layer. In this case, the process of revising the connection weight value in the neural network repeatedly using a large amount of input and output database is defined as learning or training. Here, learning through updating the connection weight value may be performed by a backpropagation learning algorithm.

이러한 인공지능망의 학습 또는 훈련을 위해 자료처리부(200)는 셰일가스 저류층 특성정보DB를 더 포함할 수 있다. 셰일가스 저류층 특성정보DB(210)는 인공신경망을 훈련시키기 위한 다수의 경험적 정보를 제공하기 위한 구성요소로서 공지된 셰일가스 저류층의 물성 자료조사를 통해 셰일가스 생산을 위한 수압파쇄공법 설계시 유정완결법 및 수압파쇄액 선정에 영향을 미치는 것으로 결정된 지질학적특성, 광물학적특성 및 암석역학적특성을 포함하는 다수의 저류층 특성정보 세트로 구축되어 있다. 여기서, 공지된 셰일가스 저류층의 물성 자료조사는 미국 5대 셰일가스 저류층을 포함한 공지된 세일가스 저류층에 대한 논문을 포함한 학술문헌 및 실제 개발된 개발자료 등 다양한 정보를 수집하여 이루어졌으며, 조사된 다양한 셰일가스 저류층의 특성정보 중 유정완결법 선정에 영향을 미치는 특성정보인 입력값(110)과 수압파쇄액 선정에 영향을 미치는 특성정보인 입력값(120)은 제안된 북미 셰일가스 저류층의 특성을 이용하여 유정완결법과 수압파쇄액 선정 차트를 고려하면서 다양한 조건의 시뮬레이션을 통해 결정되었다.For learning or training of the artificial intelligence network, the data processing unit 200 may further include a shale gas reservoir characteristic information DB. The shale gas reservoir characteristic information DB 210 is a component for providing a number of empirical information for training an artificial neural network, and the well is completed when designing a hydraulic fracturing method for shale gas production through a survey of known physical properties of the shale gas reservoir. It is constructed with a number of reservoir properties information sets, including geological properties, mineralogical properties and rock mechanics properties that have been determined to influence the choice of method and hydraulic fracturing solution. Here, the material data survey of known shale gas reservoirs was conducted by gathering various information such as academic literature and actual developed developer fees, including papers on known sales gas reservoirs, including the five largest shale gas reservoirs in the United States. Among the characteristic information of the shale gas reservoir, the input value (110), which is characteristic information that affects the selection of the well completion method, and the input value (120), which is characteristic information that affects the selection of hydraulic fracturing liquid, are used to determine the properties of the proposed North American shale gas reservoir. It was determined through simulation of various conditions while considering the well completion method and hydraulic fracturing solution selection chart.

자료처리부(200)는 후술하는 바와 같이 타당성 확인을 위해 구축된 셰일가스 저류층 특성정보DB에 저장된 데이터세트 중 학습에 사용되지 않은 데이터 세트를 이용한 회귀분석을 수행하고 현장 적용성 확인을 위해 인공신경망의 출력값을 검증할 수 있다. The data processing unit 200 performs regression analysis using a data set that is not used for learning among datasets stored in the shale gas reservoir characteristic information DB, which is built to confirm feasibility, as described later. The output value can be verified.

이와 같이 구성되는 인공신경망은 입력값의 변동에 따라 예측되는 유정완결법 및 수압파쇄액의 종류에 따른 선정특성을 모방하도록 미리 훈련될 수 있다. The artificial neural network configured as described above may be trained in advance to mimic the selection characteristics according to the type of hydraulic well completion method and hydraulic fracturing solution predicted according to the variation of the input value.

인공신경망이 훈련되면, 처리요소들 사이의 연결선에 포함된 가중치는 세일가스 저류층 특성정보(입력값)과 유정완결법 종류 및 수압파쇄액 종류를 포함하는 결과정보(출력값)사이의 관계와 관련된 정보를 가지게 된다. 인공신경망의 입력층에 입력되는 데이터는 입력부(100)에 의해 입력된다. 인공신경망에 의해 산출된 결과는 출력부(300)를 통해 출력된다. 인공신경망에 의해 처리되는 데이터는 특성정보DB 또는 별도의 데이터부에 저장될 수 있을 것이다.When the artificial neural network is trained, the weight included in the connection line between the processing elements is information related to the relationship between the characteristic information of the sale gas reservoir (input value) and the result information (output value) including the type of well completion method and the type of hydraulic fracturing solution. Will have Data input to the input layer of the artificial neural network is input by the input unit 100. The result calculated by the artificial neural network is output through the output unit 300. The data processed by the artificial neural network may be stored in the characteristic information DB or a separate data unit.

출력부(300)는 자료처리부(200)에 의해 예측된 유정완결법의 종류 및 수압파쇄액의 종류를 포함하는 결과정보를 나타내는 구성요소로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 유정완결법의 종류를 나타내는 유정완결법 선정 출력값(310)과 수압파쇄액의 종류를 나타내는 수압파쇄액 선정 출력값(320)이 구분되어 출력될 수 있다.The output unit 300 is a component showing result information including the type of the well completion method predicted by the data processing unit 200 and the type of hydraulic fracturing solution, as shown in FIG. 1, the type of well completion method The oil well completion method selection output value 310 and the hydraulic fracturing liquid selection output value 320 indicating the type of hydraulic fracturing liquid may be classified and output.

여기서, 유정완결법 선정 출력값(310)은 단단 수직정, 다단 수직정, 및 수평정 중 어느 하나인 유정완결법의 종류를 나타내는 결과정보인데, 도 2를 참조하면, 유정완결법 선정에 영향을 미치는 입력값(110)인 저류층의 깊이(111), 두께(112), 총탄소함량(113), 석영함량(114), 가스함량(115), 가스흡착량(116), 점토함량(117)에 따라 유정완결법 출력값(310)으로 단단 수직정(311)과 다단 수직정(312), 수평정(313)이 출력되는 것을 알 수 있다.Here, the output value 310 for selecting a well completion method is result information indicating the type of a well completion method, which is one of a single-stage vertical well, a multi-stage vertical well, and a horizontal well. Referring to FIG. 2, the selection of the well-complete method is influenced. Depth (111), thickness (112), total carbon content (113), quartz content (114), gas content (115), gas adsorption amount (116), clay content (117) that affect the input value (110) According to the oil well completion method output value 310, it can be seen that the single-stage vertical well 311, the multi-stage vertical well 312, and the horizontal well 313 are output.

또한, 수압파쇄액 선정 출력값(320)은 프로판트를 포함한 이산화탄소 폼, 프로판트를 포함한 질소 폼, 및 물 기반 파쇄액 중 어느 하나인 수압파쇄액의 종류를 나타내는 결과정보인데, 도 3을 참조하면 수압파쇄액 선정에 영향을 미치는 입력값(120)인 셰일가스 개발시 깊이(121), 깊이변화에 따른 압력변화량(122), 온도 기준(123)에 따라 출력값(320) 프로판트를 포함한 이산화탄소 폼(321), 프로판트를 포함한 질소 폼(322), 물 기반 파쇄액(323)이 결정되는 것을 알 수 있다. 특히, 자료처리부(200)는 수압파쇄액의 종류가 물기반 수압파쇄액으로 예측되는 경우, 결정차트에 제시된 물 기반 파쇄액(323)은 화학 첨가물이 포함된 물(324), 선형 겔(325), 가교결합 겔(326)로 추가 분류가 가능하며, 추가 분류된 상태에서 취성도 지수(124)에 따라 최종적으로 어느 하나의 수압파쇄액을 결정하여 출력부(300)를 통해 결과정보로 나타낼 수 있다. 여기서, 취성이란 일반적으로 물체에 하중을 가할 때 소성변형을 거의 동반하지 못하고 파괴되는 특성이며, 취성도 지수(124)란 암석역학적 측면에서 영률, 포아송비, 공극률과의 관계로 표현되며, 지질학적이나 광물학적 관점에서는 석영함량을 석영함량, 점토함량, 탄산염함유량을 모두 더한 값으로 나눈 값일 수 있다.In addition, the hydraulic fracturing fluid selection output value 320 is result information indicating the type of hydraulic fracturing fluid, which is any one of carbon dioxide foam including propane, nitrogen foam including propane, and water-based fracturing fluid. When developing shale gas, which is an input value (120) that affects the selection of hydraulic fracturing solution, carbon dioxide foam including propane (depth 121), pressure change amount (122) according to the depth change, and output value (320) according to the temperature standard (123) (321), it can be seen that the nitrogen foam 322 containing propane, water-based crushing solution 323 is determined. Particularly, when the type of the hydraulic fracturing fluid is predicted to be a water-based hydraulic fracturing fluid, the data processing unit 200 includes water 324 containing a chemical additive, a linear gel 325 ), can be additionally classified as a crosslinked gel 326, and finally, in accordance with the brittleness index 124 in the additionally classified state, any one hydraulic fracturing solution is determined and displayed as result information through the output unit 300 Can. Here, brittleness is a property that is rarely accompanied by plastic deformation when a load is applied to the object, and the brittleness index (124) is expressed in relation to Young's modulus, Poisson's ratio, and porosity in terms of rock mechanics. From a mineralogical point of view, it may be a value obtained by dividing the quartz content by adding the quartz content, clay content, and carbonate content.

다음으로, 상술된 구성을 가지는 본 발명에 의한 인공신경망 기반 유정완결법 및 수압파쇄액 선정 시스템의 예측방법을 상세하게 설명한다.Next, an artificial neural network based well completion method and a prediction method of a hydraulic fracturing solution selection system according to the present invention having the above-described configuration will be described in detail.

먼저, 본 발명의 인공신경망 기반 유정완결법 및 수압파쇄액 선정 시스템은 역전파법에 의해 인공신경망을 형성하므로, 인공신경망을 훈련시키기 위한 경험적 정보를 얻기 위해 셰일가스 생산을 위한 수압파쇄공법 설계시 유정완결법 및 수압파쇄액 선정에 영향을 미치는 셰일가스 저류층 특성정보에 대한 경험적 정보를 제공하는 셰일가스 저류층 특성정보DB를 구축하는 단계가 수행될 수 있다. 일 구현예로서, 셰일가스 저류층 특성정보DB는 다양한 조건의 시뮬레이션을 통해 결정된 유정완결법 선정에 영향을 미치는 특성정보인 입력값(110)과 수압파쇄액 선정에 영향을 미치는 특성정보인 입력값(120)에 대한 1200개의 데이터세트로 구성될 수 있다. First, since the artificial neural network-based well completion method and the hydraulic fracturing fluid selection system of the present invention form an artificial neural network by a back propagation method, an oil well is designed when a hydraulic fracturing method for shale gas production is designed to obtain empirical information for training the artificial neural network. A step of constructing a shale gas reservoir characteristic information DB that provides empirical information about the shale gas reservoir characteristic information affecting the completion method and the selection of the hydraulic fracturing solution may be performed. As an embodiment, the shale gas reservoir characteristic information DB includes input values 110, which are characteristic information influencing selection of a well completion method determined through simulation of various conditions, and input values, which are characteristic information influencing the selection of hydraulic fracturing solution ( 120).

셰일가스 저류층 특성정보DB가 구축되면, 저류층 특성정보와 상기 저류층 특성정보에 따른 유정완결법 종류 및 수압파쇄액 종류를 포함하는 결과정보에 대한 기여도를 연관시킬 수 있는 인공신경망을 구성한다. 일 구현예로서 인공신경망은 저류층 특성정보인 유정완결법 선정에 영향을 미치는 입력값(110)과 수압파쇄액 선정에 영향을 미치는 입력값(120)을 입력하기 위한 1개 이상의 입력노드를 포함하는 입력층과 각각의 측정값을 위한 1개 이상의 은닉노드를 포함하는 적어도 2개의 은닉층을 포함하고, 상기 입력값에 따른 결과를 도출할 1개 이상의 출력노드를 포함하는 출력층으로 인공신경망을 구성할 수 있다. 입력노드와 은닉노드 사이, 은닉노드와 출력노드 사이에는 셰일가스 저류층 특성정보DB를 기초로 설정된 가중치가 부여된다. 각 신경망의 노드는 선행 노드로부터의 가중치를 단순히 합산한 것이며, 비선형 출력함수로 표현될 수 있다. 따라서, 인공신경망을 구성하는 단계는 저류층의 깊이, 두께, 총탄소함량, 석영함량, 가스함량, 가스흡착량, 점토함량과 관계된 저류층 특성정보에 대한 단단 수직정, 다단 수직정, 및 수평정 중 어느 하나인 유정완결법의 종류를 연관시키는 단계; 및 셰일가스 개발 시 깊이, 깊이변화에 따른 압력변화량, 온도 기준, 취성도 지수와 관계된 저류층 특성정보에 대한 프로판트를 포함한 이산화탄소 폼, 프로판트를 포함한 질소 폼, 및 물 기반 파쇄액 중 어느 하나인 수압파쇄액의 종류를 연관시키는 단계를 포함하여 수행될 수 있다. When the shale gas reservoir characteristic information DB is constructed, an artificial neural network capable of correlating the contribution to the resulting information including the reservoir characteristic information and the type of oil well completion method and the type of hydraulic fracturing fluid according to the reservoir characteristic information is constructed. As an embodiment, the artificial neural network includes one or more input nodes for inputting the input value 110 affecting the selection of the well completion method, which is the characteristic information of the reservoir layer, and the input value 120 affecting the selection of the hydraulic fracturing solution. An artificial neural network may be configured as an output layer including at least two hidden layers including an input layer and one or more hidden nodes for each measurement value, and an output layer including one or more output nodes for deriving a result according to the input value. have. The weight set based on the shale gas reservoir characteristic information DB is given between the input node and the hidden node, and between the hidden node and the output node. The nodes of each neural network are simply sums of the weights from the preceding nodes, and can be expressed by a nonlinear output function. Therefore, the steps of constructing the artificial neural network include single-stage vertical, multi-stage vertical, and horizontal wells for the storage layer characteristic information related to the depth, thickness, total carbon content, quartz content, gas content, gas adsorption, and clay content of the reservoir layer. Associating any one kind of well completion method; And carbon dioxide foam containing propane, nitrogen foam containing propane, and water-based crushing liquid for depth information related to depth, pressure change according to depth change, temperature standards, and brittleness index It may be performed, including the step of associating the type of hydraulic fracturing solution.

인공신경망이 완성되면, 인공신경망이 유정완결법 종류 및 수압파쇄액 종류를 포함하는 결과정보를 예측하도록 셰일가스 저류층 특성정보DB를 이용하여 역전파 학습 알고리즘에 의해 상기 인공신경망을 훈련시키는 단계를 다음과 같이 수행할 수 있다. 역전파 학습 알고리즘이란 다층으로 구성되는 알고리즘에서 입력데이터와 출력데이터 간의 상관관계를 통해 지도학습(supervised learning)을 함으로써 오차를 극복하는 방법을 의미한다. 즉, 입력에 따른 출력을 계산하고, 계산된 출력값과 원하고자 하는 출력값 사이의 오차를 계산한 뒤, 오차를 줄이기 위해 가중치를 부여해가는 방식을 의미한다. 이와 같은 역전파 학습 알고리즘에 의하면, 다수회의 오차조정을 통해 원하고자 하는 출력값의 도출이 가능하다.When the artificial neural network is completed, the artificial neural network trains the artificial neural network by a backpropagation learning algorithm using a shale gas reservoir characteristic information DB so as to predict result information including a type of well completion method and a type of hydraulic fracturing solution. You can do it like this: The backpropagation learning algorithm means a method of overcoming errors by performing supervised learning through a correlation between input data and output data in an algorithm composed of multiple layers. That is, it means a method of calculating an output according to an input, calculating an error between a calculated output value and a desired output value, and then assigning weights to reduce the error. According to this backpropagation learning algorithm, it is possible to derive the desired output value through multiple error adjustments.

인공신경망 학습을 수행함에 있어 은닉층과 뉴런의 개수에 따라 정확도가 변하며, 또한, 노드 및 층 개수와 정확도 간 일반적인 규칙이 존재하지 않기 때문에 대부분 시행착오 방법을 통해 훈련자가 주관적으로 신경망의 구조를 선택한다. 따라서 본 발명에서는 최적의 시스템을 설계하기 위해 학습알고리즘인 베이지안 규칙화 알고리즘과 레벤버그-마쿼트를 이용한 민감도 분석을 수행하여 은닉층의 개수를 선정하고 최적의 알고리즘을 설계하였다.In performing artificial neural network learning, the accuracy varies depending on the number of hidden layers and neurons, and since there is no general rule between the number of nodes and layers and the accuracy, most of the trial and error methods allow the trainer to select the structure of the neural network subjectively. . Therefore, in the present invention, in order to design an optimal system, a sensitivity analysis using a Bayesian regularization algorithm, which is a learning algorithm, and Levenberg-Marquart was performed to select the number of hidden layers and to design an optimal algorithm.

여기서, 유정완결법에 사용된 베이지안 규칙화 알고리즘은 학습 반복 횟수 이전에 학습이 종료되는 경우가 없어 비교적 학습 시간이 긴 단점이 있지만, 규칙화 과정을 통해 다른 학습알고리즘보다 과대적합(over-fitting)을 적게 발생시켜 정확한 예측력을 보이기 때문에 특정인자의 수가 많은 신경망 학습에 주로 이용되며, 저류층 특정인자들 수가 많은 유정완결 시스템의 학습알고리즘으로 가장 적합하다.Here, the Bayesian regularization algorithm used in the well-completion method has the disadvantage of relatively long learning time because learning is not terminated before the number of iterations, but it is over-fitting than other learning algorithms through the regularization process. Because it shows the correct predictive power by generating less, it is mainly used for learning neural networks with a large number of specific factors, and is most suitable as a learning algorithm for well-finished systems with many specific factors.

또한, 수압파쇄액 시스템에 사용된 레벤버그-마쿼트 알고리즘은 신경망의 경사기반 학습 알고리즘의 하나로써 수렴 속도가 빠르고 낮은 평균 제곱 오차(mean squared error: MSE)를 보여, 영향을 미치는 인자의 수가 적은 수압파쇄액 시스템의 학습알고리즘으로 가장 적합하다.In addition, the Levenberg-Marquart algorithm used in the hydraulic fracturing system is one of the neural network's gradient-based learning algorithms, showing a fast convergence rate and a low mean squared error (MSE), which has a small number of factors affecting it. It is most suitable as a learning algorithm for hydraulic fracturing systems.

일 구현예로서, 인공신경망을 훈련시키는 단계는 베이지안 규칙화 알고리즘을 이용하여 각 변수의 기여도를 결정하여 유정완결법 종류를 예측하도록 반복 학습시키는 단계; 및 레벤버그-마쿼트 알고리즘을 이용하여 각 변수의 기여도를 결정하여 수압파쇄액 종류를 예측하도록 반복 학습시키는 단계;를 포함하는데, 각 변수의 기여도는 저류층 특성정보DB로부터 제공된 경험적 정보 및 오차수정에 근거한 연결가중치를 부여함으로써 결정될 수 있으며, 연결가중치는 적정하게 설정되도록 가중치 조정을 다 수회 실시한다. 여기서, 연결가중치는 입력층의 입력노드에 입력되는 유정완결법 선정에 영향을 미치는 입력값(110)과 수압파쇄액 선정에 영향을 미치는 입력값(120)이 유정완결법 종류 및 수압파쇄액 종류를 포함하는 결과정보에 어떠한 영향을 미치는 지를 계산하고, 원하고자 하는 결과치와의 오차를 줄이기 위해 각 노드 간에 부여되는 가중치를 의미한다. As an embodiment, the step of training the artificial neural network may include repeatedly learning to predict the type of a well completion method by determining the contribution of each variable using a Bayesian regularization algorithm; And iterative learning to predict the type of hydraulic fracturing by determining the contribution of each variable using the Levenberg-Marquart algorithm, wherein the contribution of each variable is based on empirical information and error correction provided from the reservoir characteristic information DB. It can be determined by assigning the basis connection weight, and the weight adjustment is performed multiple times to ensure that the connection weight is set appropriately. Here, the connection weight value is the input value 110 that affects the selection of the well completion method input to the input node of the input layer and the input value 120 that affects the selection of the hydraulic fracturing fluid type and the type of hydraulic fracturing solution. It means the weight given between each node to calculate how it affects the result information including and to reduce the error with the desired result.

다양한 회수로 반복하여 인공신경망을 훈련시켜 최소시험오차를 갖도록 하는 망을 가장 최적의 모델세트로 구성할 수 있다. 즉, 입력값과 출력값 사이의 관계를 최적의 모델세트에 의해 독립견본으로 일반화시킬 수 있다.It is possible to construct the network that has the minimum test error by repeatedly training the artificial neural network at various times to form the most optimal model set. That is, the relationship between the input value and the output value can be generalized as an independent sample by an optimal model set.

도 4는 구축된 셰일가스 저류층 특성정보DB 내의 1200개의 데이터 세트를 사용하여 베이지안 규칙화 방법을 적용한 인공신경망 기반 유정완결법 및 수압파쇄액 선정 시스템의 목표값과 출력값의 민감도를 분석한 결과를 나타낸 그래프이다. 시스템 민감도 분석 결과 베이지안 규칙화 학습알고리즘의 상관계수는 0.91로 시스템의 출력값이 목표값에 잘 매칭됨을 확인할 수 있다.Figure 4 shows the results of analyzing the sensitivity of the target value and the output value of the artificial neural network-based well completion method and the hydraulic fracturing solution selection system using the Bayesian regularization method using 1200 data sets in the constructed shale gas reservoir characteristic information DB. It is a graph. As a result of system sensitivity analysis, the correlation coefficient of the Bayesian regularized learning algorithm is 0.91, which confirms that the output value of the system matches the target value well.

도 5는 본 발명에 따른 인공신경망 기반 유정완결법 및 수압파쇄액 선정 시스템에 적용되는 유정완결법 선정을 위한 인공신경망 구조의 모식도를 나타낸 것이다. 베이지안 규칙화 학습알고리즘을 이용하여 인공신경망 시스템을 구성하기 위해 은닉층의 개수와 뉴런 개수를 변경하여 가장 높은 정확도를 보이는 은닉층 개수와 뉴런 개수를 선정하였다. 최적 은닉층 개수 및 뉴런 개수를 선정하기 위해 시행착오 방법을 통해 정확도가 가장 높은 구조를 선정하였다. 선정 결과 7개의 입력변수로 인하여 7개의 입력 뉴런이 존재하게 되고 2개의 은닉층에 각각 12개 뉴런이 존재하며, 출력층에 1개의 뉴런이 존재하는 7-12-12-1의 다층 인공신경망을 구성했다.5 is a schematic diagram of an artificial neural network structure for selecting an oil well completion method applied to an artificial neural network based oil well completion method and a hydraulic fracturing fluid selection system according to the present invention. In order to construct an artificial neural network system using a Bayesian regularized learning algorithm, the number of hidden layers and the number of neurons with the highest accuracy were selected by changing the number of hidden layers and the number of neurons. In order to select the optimal number of hidden layers and the number of neurons, the structure with the highest accuracy was selected through a trial and error method. As a result of selection, 7 input neurons exist due to 7 input variables, and 12 neurons each exist in 2 hidden layers, and 1-12 neurons exist in the output layer. .

도 6은 구축된 셰일가스 저류층 특성정보DB 내의 1200개의 데이터 세트를 사용하여 레벤버그-마쿼트 방법을 적용한 인공신경망 기반 유정완결법 및 수압파쇄액 선정 시스템의 목표값과 출력값의 민감도를 분석한 결과를 나타낸 그래프이다. 시스템 민감도 분석 결과 레벤버그-마쿼트의 상관계수는 0.92로 시스템의 출력값이 목표값에 잘 매칭됨을 확인할 수 있다. 6 is a result of analyzing the sensitivity of the target value and the output value of the artificial neural network based well completion method and the hydraulic fracturing solution selection system using the Levenberg-Marquart method using 1200 data sets in the constructed shale gas reservoir characteristic information DB. It is a graph showing. As a result of system sensitivity analysis, the correlation coefficient of Levenberg-Marquart is 0.92, which confirms that the output value of the system matches the target value well.

도 7은 본 발명에 따른 인공신경망 기반 유정완결법 및 수압파쇄액 선정 시스템에 적용되는 수압파쇄액 선정용 인공신경망 구조의 모식도를 나타낸 것이다. 레벤버그-마쿼트 학습알고리즘을 이용하여 인공신경망 시스템을 구성하기 위해 은닉층 수와 뉴런 수를 변경을 통한 시행착오 방법을 이용하여 가장 높은 정확도를 보이는 인공신경망 모듈을 설계하였다. 설계 결과 3개의 입력변수로 인하여 3개의 입력 뉴런이 존재하게 되고 2개의 은닉층에 각각 8개, 3개의 뉴런이 존재하며, 출력층에 1개의 뉴런이 존재하는 3-8-3-1의 다층 인공신경망을 구성했다.7 is a schematic diagram of a structure of an artificial neural network for selecting hydraulic fracturing fluid applied to an artificial neural network based oil well completion method and a hydraulic fracturing fluid selection system according to the present invention. To construct an artificial neural network system using the Levenberg-Marquart learning algorithm, an artificial neural network module with the highest accuracy was designed using a trial and error method by changing the number of hidden layers and neurons. As a result of design, 3 input neurons exist due to 3 input variables, 8 and 3 neurons exist in 2 hidden layers, and 3-8-3-1 multi-layer artificial neural network with 1 neuron in the output layer. Made up.

인공신경망 훈련이 종료되면 훈련에 이용되지 않은 검증용 데이터 세트를 이용해 훈련 시와 마찬가지로 수압파쇄 시 유정완결법과 수압파쇄액에 영향을 미치는 인자의 입력과 이에 따른 유정완결법과 수압파쇄액의 출력을 통해 훈련된 신경망을 검증하게 되는데, 본 발명의 실시 예에서는 역전파 인공신경망을 이용하였으며, 그 외에도 인공신경망의 다양한 기법을 이용할 수 있다.When the training of the artificial neural network is completed, through the verification data set that is not used for training, through the input of factors affecting the well completion method and the hydraulic crushing solution during hydraulic crushing as in training, and through the output of the well completion method and hydraulic crushing solution The trained neural network is verified. In the embodiment of the present invention, a back propagation artificial neural network is used. In addition, various techniques of the artificial neural network may be used.

시스템의 타당성 검증을 위해 유정완결의 경우 학습자료 1200개 중 학습데이터와 유용성을 판단할 수 있는 데이터로 각각 1020개, 180개를 사용하여 시뮬레이션의 출력값과 목표값의 비교 결과를 통해 타당성 검증을 수행한다. 또한, 수압파쇄액 선정의 경우 학습자료 600개를 학습데이터와, 검증할 수 있는 데이터, 그리고 유용성을 판단할 수 있는 데이터로 각각 420개, 90개, 90개 분리하여 시뮬레이션의 출력값과 목표값의 비교 결과를 통해 타당성 검증을 수행한다. In order to verify the validity of the system, in the case of well completion, 1020 and 180 of the 1200 learning materials are used to determine the learning data and usefulness, respectively, and the validity is verified by comparing the output values of the simulation with the target values. do. In addition, in the case of the selection of hydraulic fracturing fluid, 600 learning materials are separated into 420, 90, and 90 learning data, verifiable data, and usefulness data, respectively. Validation is performed through the comparison result.

유정완결법 종류에 대한 결과정보의 타당성 검증을 위해 수행한 결과로 출력값과 목표값이 몇 개의 경우를 제외하고 잘 매칭됨을 확인했다. 이 중 ??0.33 값과 0.33 값의 경우 일부 노이즈가 발생하지만 이는 1200개 데이터 중 극히 일부분에 지나지 않아 개발된 시스템의 신뢰도에 미치는 영향은 미비하다고 판단된다. 또한, 인공신경망 학습 결과 평균제곱오차가 0.004로 나타났으며, 학습 및 유용성 판단 데이터를 이용하여 훈련이 끝난 후 신경망의 예측 정확도를 회귀분석한 결과 모두 0.99 이상의 높은 상관계수를 나타내었다.As a result of verifying the validity of the result information for the type of well completion method, it was confirmed that the output value and the target value matched well except for a few cases. Among these, ??0.33 and 0.33 values generate some noise, but this is only a small part of 1200 data, so it is considered that the impact on the reliability of the developed system is insignificant. In addition, as a result of learning the artificial neural network, the mean square error was 0.004, and after predicting the accuracy of the neural network after training using training and usefulness judgment data, all showed high correlation coefficient of 0.99 or higher.

레벤버그-마쿼트 학습알고리즘을 이용하여 시스템 개발을 수행한 수압파쇄액 선정의 경우 시뮬레이션의 출력값과 목표값을 매칭하여 타당성을 검증했다. 시뮬레이션 수행 출력값과 목표값을 비교한 결과 몇 개의 경우를 제외하고는 출력값이 목표값에 잘 매칭이 되거나, 출력값과 목표값의 차이가 허용범주 내에 존재했다. 인공신경망 학습 결과 평균제곱오차는 0.0114로 비교적 낮은 값을 보였으며, 검증 및 유용성 판단 데이터를 이용하여 훈련이 끝난 후 신경망의 예측 정확도를 회귀분석한 결과 모두 0.97 이상의 높은 상관계수를 나타냈다. 특히 검증의 경우 0.99 이상의 높은 상관관계를 보여 인공신경망 모델의 정확도가 높음을 확인하였다.In the case of selecting the hydraulic fracturing solution that was developed using the Levenberg-Marquart learning algorithm, the validity was verified by matching the output value and the target value of the simulation. As a result of comparing the output values of the simulation and the target values, the output values matched well with the target values, except for a few cases, or the difference between the output values and the target values existed within the allowable category. As a result of learning the artificial neural network, the mean square error showed a relatively low value of 0.0114, and as a result of regression analysis on the prediction accuracy of the neural network after training using verification and usability judgment data, all showed high correlation coefficient of 0.97 or higher. In particular, the verification showed a high correlation of 0.99 or more, confirming that the accuracy of the artificial neural network model was high.

따라서, 본 발명의 인공신경망 기반 유정완결법 및 수압파쇄액 선정 시스템에 포함된 인공신경망을 훈련하면, 유정완결법 선정에 영향을 미치는 입력값(110)과 수압파쇄액 선정에 영향을 미치는 입력값(120)의 변화에 따른 유정완결법 종류 및 수압파쇄액 종류를 포함하는 결과정보의 변화를 실제 실험치와 근사화시킬 수 있으며, 훈련된 인공신경망에 의해 저류층 특성정보의 입력만으로 유정완결법 종류 및 수압파쇄액 종류를 포함하는 결과정보를 예측할 수 있다.Therefore, if the artificial neural network included in the artificial neural network-based well completion method and the hydraulic fracturing solution selection system of the present invention is trained, the input value 110 affecting the selection of the well completion method and the input value affecting the hydraulic fracturing solution selection Changes in the result information including the type of oil well completion method and the type of hydraulic fracturing according to the change in (120) can be approximated with the actual experimental values, and the type and water pressure of oil well completion method can be input only by inputting the reservoir characteristics information by the trained artificial neural network. Result information including the type of crushing liquid can be predicted.

도 8은 본 발명의 실시예에 따라 인공신경망 기반 유정완결법 및 수압파쇄액 선정 시스템의 사용자 접근을 용이하게 하기 위해 매트랩(matlab) 소프트웨어를 이용하여 그래픽 사용자 인터페이스(graphical user interface, GUI)를 구축한 예로, 유정완결 모듈 패널(panel) 상단 부분은 저류층 특정인자를 입력할 수 있게 설계하며, 중앙 왼쪽에 시스템에 적용된 인공신경망 구조를 삽입한다. 또한, 시뮬레이션 수행 결과 가장 적합한 유정완결법을 그림으로 알아보기 쉽게 나타내는 패널을 중앙 오른쪽에 위치시키며, 이를 문자로 출력되는 패널을 하단부에 배치하여 설계한 것이다.FIG. 8 illustrates a graphical user interface (GUI) using matlab software to facilitate user access to an artificial neural network-based well completion method and hydraulic fracturing solution selection system according to an embodiment of the present invention. As an example, the upper part of the well completion module panel is designed to input specific factors of the reservoir, and the artificial neural network structure applied to the system is inserted in the center left. In addition, it is designed by arranging the panel showing the most suitable well completion method in the center right of the figure as a result of the simulation, and placing the panel output as a letter at the bottom.

도 9는 본 발명의 실시예에 따라 인공신경망 기반 유정완결법 및 수압파쇄액 선정 시스템의 수압파쇄액 선정 시스템의 그래픽 사용자 인터페이스를 구축한 다른 구현예이다. 상기 선정시스템과 같이 인공신경망을 이용하여 출력값을 도출할 때, 출력값이 질소 폼, 이산화탄소 폼일 경우 상기 유정완결법과 같은 구조로 출력하도록 설계한 것이다. 9 is another embodiment of constructing a graphical user interface of a hydraulic crushing fluid selection system of an artificial neural network based oil well completion method and a hydraulic crushing fluid selection system according to an embodiment of the present invention. When the output value is derived using an artificial neural network as in the selection system, the output value is designed to output in the same structure as the well completion method when the output value is nitrogen foam or carbon dioxide foam.

또한, 도 10과 도 11은 출력부의 출력값으로 물 기반 파쇄액이 도출될 경우 나타나는 패널이다. 도 10은 영률과 포아송비를 이용하여 취성도를 산출하여 화학첨가물이 포함된 물, 선형 겔, 가교결합 겔과 같은 수압파쇄액을 선정할 수 있도록 암석역학적 인자를 이용할 수 있는 패널이며, 도 11은 지질학적, 광물학적 관점의 석영, 점토광물, 탐산염광물 함량으로 구성된 식을 이용하여 화학첨가물이 포함된 물, 선형 겔, 가교결합 겔의 수압파쇄액을 출력값으로 나타낼 수 있는 패널이다.10 and 11 are panels that appear when a water-based crushing liquid is derived as an output value of the output unit. FIG. 10 is a panel that can use petrochemical factors to select a hydraulic fracturing solution such as water, a linear gel, and a crosslinked gel containing chemical additives by calculating the brittleness using Young's modulus and Poisson's ratio, and FIG. 11 Is a panel that can display the hydraulic fracturing solution of water, linear gel, and crosslinked gel containing chemical additives as an output value using a formula consisting of quartz, clay mineral, and mineral acid content from a geological and mineralogical point of view.

도 12는 본 발명의 실시예에 따라 인공신경망 기반 유정완결법 및 수압파쇄액 선정 시스템에서 현장 자료를 이용하여 구축된 유정완결법 선정 GUI 프로그램에 적용한 다른 결과이며, 유정완결법 모듈로 미국 혼리버 셰일 저류층 물성을 입력하여 도출된 유정완결법을 그림과 문자로 표현한 것이다.12 is another result applied to an oil well completion method selection GUI program constructed using field data in an artificial neural network based oil well completion method and a hydraulic fracturing fluid selection system according to an embodiment of the present invention, and the US Horn River as a well completion module The oil well completion method derived by inputting the properties of the shale reservoir is represented by pictures and letters.

도 13은 본 발명의 실시예에 따라 인공신경망 기반 유정완결법 및 수압파쇄액 선정 시스템에서 현장 자료를 이용하여 구축된 수압파쇄액 선정 GUI 프로그램에 적용한 또 다른 결과이다. 수압파쇄액 선정 모듈로 심도 등의 저류층 물성을 통해 가운데 패널 왼쪽과 같이 1차 출력값인 수용성 수압파쇄액을 나타내며, 석영, 탄산염광물, 점토광물의 함량 입력 결과를 그림과 문자로 나타낸 것이다. 13 is another result applied to a hydraulic fracturing fluid selection GUI program constructed using field data in an artificial neural network-based well completion method and a hydraulic fracturing fluid selection system according to an embodiment of the present invention. The hydraulic crushing fluid selection module shows the primary output value of water-soluble hydraulic crushing fluid as shown in the left side of the middle panel through the storage layer properties such as depth, and the results of inputting the contents of quartz, carbonate minerals, and clay minerals are shown in pictures and characters.

도 12 및 도 13으로부터, 결과값과 예측값 매칭 정확도가 높음을 알 수 있으므로, 본 발명의 인공신경망 기반 유정완결법 및 수압파쇄액 선정 시스템의현장 활용성 및 적합성이 우수함을 확인할 수 있다. 또한, 이러한 결과는 본 발명의 인공신경망 기반 유정완결법 및 수압파쇄액 선정 시스템을 활용하면 전문가뿐만 아니라 비전문가도 셰일 저류층 특성정보만 있다면 수압파쇄공법 설계시 적합한 유정완결법과 수압파쇄액을 선정할 수 있음을 보여준다.12 and 13, it can be seen that the accuracy of matching the result with the predicted value is high, so it can be confirmed that the artificial neural network-based well completion method and the hydraulic fracturing solution selection system of the present invention have excellent field usability and suitability. In addition, these results, if using the artificial neural network-based well completion method and hydraulic fracturing fluid selection system of the present invention, as well as experts, non-experts can select an appropriate well completion method and hydraulic fracturing fluid when designing the hydraulic fracturing method if only shale reservoir characteristics are provided. It shows that there is.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.The present invention has been illustrated and described with reference to preferred embodiments, as described above, but is not limited to the above-described embodiments, and to those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.

100 : 입력부 200: 자료처리부
300: 출력부
100: input unit 200: data processing unit
300: output

Claims (16)

셰일가스 생산을 위한 수압파쇄공법 설계시 유정완결법 및 수압파쇄액 선정에 영향을 미치는 셰일가스 저류층의 지질학적특성정보, 광물학적특성정보 및 암석역학적 특성정보를 포함하는 저류층 특성정보를 입력하기 위한 입력부;
상기 입력부에 의해 입력된 상기 저류층 특성정보에 따라 유정완결법의 종류 및 수압파쇄액의 종류를 포함하는 결과정보를 예측하도록 설정된 인공신경망을 통해 연결 가중치 값의 갱신을 통한 학습과 타당성 확인을 수행하는 자료처리부; 및
상기 자료처리부에 의해 예측된 유정완결법의 종류 및 수압파쇄액의 종류를 포함하는 결과정보를 나타내는 출력부;를 포함하는 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정시스템.
When designing the hydraulic fracturing method for the production of shale gas, to enter the reservoir characteristics information including geological properties information, mineral properties information, and petrochemical properties information of the shale gas reservoir affecting the selection of the hydraulic well completion method and the hydraulic fracturing solution. Inputs;
Performing learning and validity check through updating the connection weight value through an artificial neural network set to predict result information including the type of oil well completion method and the type of hydraulic fracturing solution according to the reservoir characteristic information input by the input unit Data processing department; And
An output unit showing result information including the type of the well completion method predicted by the data processing unit and the type of hydraulic fracturing fluid; an artificial neural network-based shale gas reservoir comprising a well completion method and a hydraulic fracturing fluid selection system.
제 1 항에 있어서,
상기 자료처리부는 공지된 셰일가스 저류층의 물성 자료조사를 통해 셰일가스 생산을 위한 수압파쇄공법 설계시 유정완결법 및 수압파쇄액 선정에 영향을 미치는 것으로 결정된 지질학적특성, 광물학적특성 및 암석역학적특성을 포함하는 다수의 저류층 특성정보 세트로 구축되어 상기 인공신경망을 훈련시키기 위한 다수의 경험적 정보를 제공하는 셰일가스 저류층 특성정보DB를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정시스템.
According to claim 1,
The data processing unit is a geological property, mineralogical property, and petromechanical property determined to influence the oil well completion method and the selection of a hydraulic crushing solution when designing a hydraulic fracturing method for shale gas production through data analysis of the physical properties of a known shale gas reservoir. A well-established method of artificial neural network based shale gas reservoir comprising a shale gas reservoir characteristic information DB which is constructed with a plurality of reservoir characteristic information sets including a plurality of empirical information for training the artificial neural network. And hydraulic fracturing solution selection system.
제 1 항에 있어서,
상기 인공신경망은 상기 저류층 특성정보와 연관된 다수개의 입력노드를 갖는 입력층; 상기 저류층 특성정보에 의한 상기 결과정보를 나타내는 1개 이상의 출력노드를 갖는 출력층; 및 상기 입력층과 상기 출력층 사이에서 저류층 특성정보 및 결과정보에 대한 처리요소를 갖는 1개 이상의 은닉노드를 갖는 은닉층을 2개 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정시스템.
According to claim 1,
The artificial neural network may include an input layer having a plurality of input nodes associated with the storage layer characteristic information; An output layer having at least one output node representing the result information based on the storage layer characteristic information; And an at least two hidden layer having at least one hidden node having processing elements for storage layer characteristic information and result information between the input layer and the output layer, and the well completion method of an artificial neural network based shale gas storage layer. Hydraulic fracturing solution selection system.
제 3 항에 있어서,
상기 인공신경망은 상기 입력노드와 상기 은닉노드 사이 및 상기 은닉노드와 상기 출력노드 사이 중 적어도 어느 하나에 경험적으로 훈련된 모델에 의해 산출된 연결 가중치를 부여하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정시스템.
The method of claim 3,
The artificial neural network is configured to assign a connection weight calculated by an empirically trained model to at least one of the input node and the hidden node and between the hidden node and the output node. Oil well completion method of gas reservoir and hydraulic fracturing solution selection system.
제 1 항에 있어서,
상기 연결 가중치 값의 갱신을 통한 학습은 역전파 학습 알고리즘에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정시스템.
According to claim 1,
The training through the update of the connection weight value is performed by a backpropagation learning algorithm, and the well completion method of the artificial neural network based shale gas reservoir and the hydraulic fracturing fluid selection system.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저류층 특성정보 중 유정완결법의 종류를 예측하는데 영향을 미치는 특성정보는 저류층의 깊이, 두께, 총탄소함량, 석영함량, 가스함량, 가스흡착량, 점토함량으로 구성된 그룹에서 선택되는 1개 이상인 것을 특징으로 하는 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정시스템.
The method according to any one of claims 1 to 5,
At least one selected from the group consisting of the depth, thickness, total carbon content, quartz content, gas content, gas adsorption amount, and clay content of the reservoir layer, which affects the prediction of the type of oil well completion method An artificial neural network based oil well completion method and hydraulic fracturing solution selection system based on an artificial neural network.
제 6 항에 있어서,
상기 특성정보에 따라 상기 출력부에 상기 결과정보로 나타나는 상기 유정완결법의 종류는 단단 수직정, 다단 수직정, 및 수평정 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정시스템.
The method of claim 6,
The type of the well completion method represented by the result information in the output unit according to the characteristic information is one of a single-stage vertical well, a multi-stage vertical well, and a horizontal well. And hydraulic fracturing solution selection system.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저류층 특성정보 중 수압파쇄액의 종류를 선정하는데 영향을 미치는 특성정보는 셰일가스 개발 시 깊이, 깊이변화에 따른 압력변화량, 온도 기준, 취성도 지수로 구성된 그룹에서 선택되는 1개 이상인 것을 특징으로 하는 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정시스템.
The method according to any one of claims 1 to 5,
Among the characteristic information of the reservoir layer, the characteristic information influencing the selection of the type of hydraulic fracturing fluid is characterized in that at least one selected from the group consisting of depth, pressure change according to depth change, temperature standard, and brittleness index during shale gas development. The artificial neural network based oil well completion method and hydraulic fracturing fluid selection system for shale gas reservoirs.
제 8 항에 있어서,
상기 특성정보에 따라 상기 출력부에 상기 결과정보로 나타나는 상기 수압파쇄액의 종류는 프로판트를 포함한 이산화탄소 폼, 프로판트를 포함한 질소 폼, 및 물 기반 파쇄액 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정시스템.
The method of claim 8,
According to the characteristic information, the type of the hydraulic fracturing solution represented by the result information on the output unit is an artificial neural network characterized by being one of carbon dioxide foam containing propane, nitrogen foam containing propane, and water-based fracturing fluid. Oil well completion method and hydraulic fracturing solution selection system for the base shale gas reservoir.
제 9 항에 있어서,
상기 수압파쇄액 종류가 물기반 수압파쇄액인 경우, 화학 첨가물이 포함된 물, 선형 겔, 가교결합 겔로 추가 분류되고, 추가 분류된 상태에서 취성도 지수에 따라 결정된 어느 하나가 상기 결과정보로 나타나는 것을 특징으로 하는 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정시스템.
The method of claim 9,
When the type of the hydraulic fracturing solution is a water-based hydraulic fracturing solution, it is further classified into water containing a chemical additive, a linear gel, and a crosslinked gel, and any one determined according to the brittleness index in the additional classified state appears as the result information. An artificial neural network based oil well completion method and hydraulic fracturing solution selection system based on an artificial neural network.
제 10 항에 있어서,
상기 취성도 지수는 영률, 포아송비, 공극률과의 관계 또는 석영함량을 석영함량, 점토함량 및 탄산염함유량을 모두 더한 값으로 나눈 값인 것을 특징으로 하는 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정시스템.
The method of claim 10,
The brittleness index is a relationship between Young's modulus, Poisson's ratio, porosity or quartz content divided by the sum of quartz content, clay content and carbonate content, and the well completion method and hydraulic crushing of an artificial neural network based shale gas reservoir. Liquid selection system.
셰일가스 생산을 위한 수압파쇄공법 설계시 유정완결법 및 수압파쇄액 선정에 영향을 미치는 셰일가스 저류층 특성정보에 대한 경험적 정보를 제공하는 셰일가스 저류층 특성정보DB를 구축하는 단계;
상기 저류층 특성정보와 상기 저류층 특성정보에 따른 유정완결법 종류 및 수압파쇄액 종류를 포함하는 결과정보에 대한 기여도를 연관시킬 수 있는 인공신경망을 구성하는 단계:
상기 인공신경망이 유정완결법 종류 및 수압파쇄액 종류를 포함하는 결과정보를 예측하도록 상기 셰일가스 저류층 특성정보DB를 이용하여 역전파 학습 알고리즘에 의해 상기 인공신경망을 훈련시키는 단계; 및
상기 인공신경망에 의해 결과정보를 예측하는 단계;를 포함하는 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정방법.
When designing the hydraulic fracturing method for shale gas production, constructing a shale gas reservoir characteristic information DB that provides empirical information about the well completion method and the characteristic of shale gas reservoir characteristics that affect the selection of the hydraulic fracturing solution;
Constructing an artificial neural network capable of correlating the contribution to the result information including the type of oil well completion method and the type of hydraulic fracturing solution according to the reservoir characteristic information and the reservoir characteristic information:
Training the artificial neural network by a backpropagation learning algorithm using the shale gas reservoir characteristic information DB so that the artificial neural network predicts result information including a type of well completion method and a type of hydraulic fracturing fluid; And
Prediction of the result information by the artificial neural network; Oil well completion method of the artificial neural network-based shale gas reservoir comprising a method of selecting a hydraulic fracturing solution.
제 12 항에 있어서,
상기 인공신경망에 의해 결과정보를 예측하는 단계는 상기 인공신경망이 연결 가중치 값의 갱신을 통한 학습과 타당성 확인을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정방법.
The method of claim 12,
The step of predicting the result information by the artificial neural network includes the step of performing learning and feasibility check through the updating of the connection weight value of the artificial neural network, and the well completion method and hydraulic pressure of the artificial neural network based shale gas reservoir. How to select crushing solution.
제 12 항에 있어서,
상기 인공신경망을 구성하는 단계는 저류층의 깊이, 두께, 총탄소함량, 석영함량, 가스함량, 가스흡착량, 점토함량과 관계된 저류층 특성정보에 대한 단단 수직정, 다단 수직정, 및 수평정 중 어느 하나인 유정완결법의 종류를 연관시키는 단계; 및 셰일가스 개발 시 깊이, 깊이변화에 따른 압력변화량, 온도 기준, 취성도 지수와 관계된 저류층 특성정보에 대한 프로판트를 포함한 이산화탄소 폼, 프로판트를 포함한 질소 폼, 및 물 기반 파쇄액 중 어느 하나인 수압파쇄액의 종류를 연관시키는 단계를 포함하여 수행되는 것을 특징으로 하는 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정방법.
The method of claim 12,
The step of constructing the artificial neural network includes any one of a single-stage vertical tablet, a multi-stage vertical tablet, and a horizontal tablet for the storage layer characteristic information related to the depth, thickness, total carbon content, quartz content, gas content, gas adsorption amount, and clay content of the reservoir layer. Associating one kind of well completion method; And carbon dioxide foam containing propane, nitrogen foam containing propane, and water-based crushing liquid for depth information related to depth, pressure change according to depth change, temperature standards, and brittleness index Oil well completion method of artificial neural network based shale gas reservoir and method of selecting hydraulic fracturing liquid, characterized in that it is carried out including the step of associating the type of hydraulic fracturing liquid.
제 12 항에 있어서,
상기 인공신경망을 훈련시키는 단계는 베이지안 규칙화 알고리즘을 이용하여 각 변수의 기여도를 결정하여 유정완결법 종류를 예측하도록 반복 학습시키는 단계; 및 레벤버그-마쿼트 알고리즘을 이용하여 각 변수의 기여도를 결정하여 수압파쇄액 종류를 예측하도록 반복 학습시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정방법.
The method of claim 12,
The step of training the artificial neural network may include repeatedly learning to predict the type of well completion method by determining the contribution of each variable using a Bayesian regularization algorithm; And Leverberg-Marquart algorithm to determine the contribution of each variable to iteratively learn to predict the type of hydraulic fracturing fluid; and an oil well completion method and a hydraulic fracturing fluid based on artificial neural network based shale gas reservoir. Selection method.
제 15 항에 있어서,
상기 각 변수의 기여도는 상기 저류층 특성정보DB로부터 제공된 경험적 정보 및 오차수정에 근거한 연결가중치를 부여함으로써 결정되는데, 상기 연결가중치는 적정하게 설정되도록 가중치 조정을 다수 회 실시하는 것을 특징으로 하는 인공신경망 기반 셰일가스 저류층의 유정완결법 및 수압파쇄액 선정방법.
The method of claim 15,
The contribution of each variable is determined by assigning a connection weight based on empirical information and error correction provided from the reservoir characteristic information DB. The connection weight is based on an artificial neural network characterized by performing multiple weight adjustments to be properly set. Oil well completion method of shale gas reservoir and hydraulic fracturing method selection method.
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