【正文】 production status of oil effectively, dynamic monitor on various oil layers is always needed. Crude oil chromatography fingerprint technology, which is an economic and convenient technology, has been successfully applied to the twolayer productivity forecast. However, the solution of mutilayer productivity forecast more than three layers still needs further research. Therefore how to use chromatography fingerprint technology to build mathematical model for multilayer production forecast bees a focus of current research. Through a detailed research of the crude oil mining process, a physicalmathematical model has been established. The two aspects: methods to select chromatography fingerprint and establishment of regression model are researched in this thesis. 四川大學(xué)碩士 學(xué)位 論文 III Through a research of the methods to select chromatography fingerprint, using linear correlation and variable importance theory to select fingerprint features is feasible. Meanwhile, bining variable importance theory with linear correlation to select fingerprint features has been proposed. For the nonlinearity of crude oil production forecast, several regression models have been researched and established, such as partial least squares method, neural work, and support vector regression. The nonparametric regression method generalize additive models has been applied to the filed of oil production forecast for the first time, and the method achieved better results than any other widely used regression methods. Meanwhile, through a deep research of ensemble learning, such as neural work ensemble, generalize additive models ensemble and random forest。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1987 年 Kaufman 首次將原油色譜指紋技術(shù)應(yīng)用到了原油分層產(chǎn)能預(yù)測(cè)領(lǐng)域 [5]，計(jì)算了北海某油田兩層混采井分層產(chǎn)能貢獻(xiàn)，取得了很好的效果，實(shí)現(xiàn)了油藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的新突破。 存在的問題 對(duì)混采井單層產(chǎn)能貢獻(xiàn)的定量預(yù)測(cè)有著極其重要的價(jià)值。其中人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) [16,17]作為一種廣泛應(yīng)用的非線性預(yù)測(cè)方法 ， 已經(jīng)解決了某些油田的產(chǎn)能預(yù)測(cè)問 題 。 二、預(yù)測(cè)模型的建立。從 3個(gè)容器中按照 ? 、 ? 、 ? 的比例分別取出一定的原油進(jìn)行混合裝入 4 號(hào)容器中。在洗脫過程中，由于待測(cè)組分與固定相 及 流動(dòng)相之間作用力不同，待測(cè)樣 品中的不同組分隨著時(shí)間不斷從固定相中被洗脫，從而得到分離。 我們對(duì)來自南海某油田一個(gè)三層混采油井的 3 個(gè)不同油層油樣 (編號(hào)， ， )進(jìn)行氣相色譜分析，從各單層原油色譜圖中選擇出一些相對(duì)穩(wěn)定、有代表性的相關(guān)指紋峰作為特征指紋峰，結(jié)果如圖 所示。 ⑵ 提取 每一個(gè)單層油樣 的色譜指紋特征 。 最小二乘回歸 最小二乘最早是高斯 (Karl Causs)于 18 世紀(jì)為了推算行星的軌道參數(shù)而提出。對(duì)(38)求關(guān) 于 39。接著繼續(xù)提取成分 22, ... ,rrt u t u ，并建立因變量 12, ... qy y y和成分 12, ,...rt t t 回歸式，然后轉(zhuǎn)換為 12, ... qy y y 和 12, ,... px x x 的回歸方程。此時(shí)? ?1, ,jy i q? 的預(yù)測(cè)值為 ??^ijyh， 則可定義 jy 的預(yù)測(cè)誤差平方和 ： ? ? 2^1()nj ij ijiSS h y y h? ????????? (322) 變量總的預(yù)測(cè)平方和為： 1( ) ( )qjjSS h SS h??? (323) ? ?PRESS h 及 ()SSh 都是越小越好，定義交叉有效性如式 (324)： ? ?2 1 / ( 1 )hQ P R E S S h S S h? ? ? (324) 當(dāng) 2 ? 時(shí)，則認(rèn)為模型達(dá)到精度要求，停止抽取成分；否則繼續(xù)第 1h? 個(gè)成分的提取。在實(shí)際計(jì)算中，為了加快收斂速度，往往在權(quán)值修正量中加上前一次的權(quán)值修正量，稱為慣性項(xiàng)，即 ( 1)ij j i ijw O w t?? ?? ? ? ? ? ? (333) 每次迭代計(jì)算，權(quán)值由下式計(jì)算 ( 1) ( ) ( )i j i j i jw t w t w t? ? ? ? (334) 用如上方法不斷迭代計(jì)算，直到誤差平方和 E 小于某個(gè)閾值，此時(shí)認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)收斂，停止迭代 ，并 保存收斂后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)權(quán)值 。 假設(shè)有訓(xùn)練樣本 ? ?, , , , 1 , ....,di i i ix y x R y R i n? ? ?，在經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)最小化原則下求出關(guān)于輸入 x 與輸出 y 的回歸函數(shù)： ? ? ()f x w x b? ? ? (335) w 是參數(shù)列矢量， ()wx? 為內(nèi)積， b 為閾值。 被 美國 某 科學(xué)雜志 稱為 “機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域非常流行的方法和成功的例子，并是 一個(gè)十分令人矚目的發(fā)展方向 ”。當(dāng)有輸入時(shí)，前向計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)： ()j ij iijj w OO f ? ??????? (326) 式 (326)中 j 為節(jié)點(diǎn)值， f 是輸出計(jì)算函數(shù)， f 通常選擇 Sigmoid 函數(shù)， 四川大學(xué)碩士 學(xué)位 論文 21 如式 (327)， jO 為節(jié)點(diǎn)輸出。 計(jì)算得到 ? ?2 21 2, Tpw w w? ， ? ?2 21 2, Tqv v v? ， 從而得到得分向量^^2 1 2 2 1 2,t E w u F v??，以及 22,??。當(dāng)輸入的各個(gè)特征之間存在嚴(yán)重的相關(guān)性時(shí)，若采用最小二乘等經(jīng)典的回歸方法，則多重共線性會(huì)嚴(yán)重影響參數(shù)的準(zhǔn)確估計(jì)，擴(kuò)大模型誤差并破壞模型的穩(wěn)定性。 39。然后，重點(diǎn)介紹了 全烴 原油色譜指紋技術(shù)，包括氣相色譜技術(shù)的原理，如何進(jìn)行原油色譜指紋分析，以及原油色譜指紋如何應(yīng)用于原油 分層產(chǎn)能預(yù)測(cè)。因此為了有效解決三層及以上的原油產(chǎn)能預(yù)測(cè)問題，必須重點(diǎn)研究指紋特征的提取及數(shù)學(xué)模型的建立。原油的指紋特征易受若干因素的 影響。 再根據(jù)單層原油及混合原油中 特征 指紋間 的差異變化 建立計(jì)算模型 , 研究混采油和各單層油之間的相關(guān)關(guān)系 , 進(jìn)而確定多層混采油井的各單層的產(chǎn)能貢獻(xiàn) [32]。 第四章：研究了色譜指紋提取的各種方法，包括主成分分析，典型相關(guān)分析，線性相關(guān)分析，變量重要性理論等方法。 采用較好的指紋特征建模才能 使得產(chǎn)能預(yù)測(cè)問題更好 的通過 數(shù)學(xué)方法 建模計(jì)算 ， 為油井的產(chǎn)能監(jiān)測(cè)提供更為準(zhǔn)確 、簡便 、 經(jīng)濟(jì)的方法 。 本文 將主要 研究如何用 數(shù)學(xué) 的 方法 從色譜指紋數(shù)據(jù)庫中 進(jìn)行特征選取。從上世紀(jì) 90 年代開始，王鐵冠、林壬子、王培榮 [4,10,11]等人率先在中原油田，遼河油田等針對(duì)此技術(shù)進(jìn)行了探索性的工作。 表 幾種產(chǎn)能監(jiān)測(cè)方法的比較 方法 特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 找水流量計(jì)法 流量計(jì)和含水計(jì) 混合使用 適用于自噴井和油水 兩相 對(duì)油、氣、水三相需要換 密度計(jì) 管柱測(cè)試法 分層測(cè)試 測(cè)試儀下入 合采井管柱內(nèi) 周期長、停產(chǎn) 環(huán)空測(cè)試法 安置偏心井口 不影響正常生產(chǎn) 流量受偏心位置、方向影 響，不適合 3500 井深 氣舉法 起出油泵、下入 氣舉管柱 低滲透油藏 測(cè)試結(jié)果不能代表油井正常生產(chǎn)時(shí)的分層出油見水情況 放射性跟蹤法 加入放射性元素 得到連續(xù)縱剖面 污染環(huán)境 四川大學(xué)碩士 學(xué)位 論文 2 原油色譜指紋指原油全烴氣相色譜圖中代表各種不同化合物的各個(gè)色譜峰 [1]，峰高或峰面積反映了不同化合物的含量。著重研究了兩 方面的內(nèi)容：原油色譜指紋的提取方法以及回歸預(yù)測(cè)模型的建立。 found that ensemble learning can effectively improve the regression results. Through an experiment in threelayer mingled oil well of South china Sea oil field, the results show that the chromatography fingerprint selection method proposed and production forecast models established in this thesis can greatly improve the production forecast results, have a very good application value. Key words Productivity forecast, Chromatography fingerprint, Nonparametric regression, Generalize additive models, Variable importance 四川大學(xué)碩士 學(xué)位 論文 IV 目 錄 第一章 緒論 ..................................................................................................................1 原油產(chǎn)能預(yù)測(cè)理論基礎(chǔ) ..................................................................................1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ..............................................................................................2 存在的問題 ......................................................................................................3 研究內(nèi)容及論文結(jié)構(gòu) ......................................................................................5 第二章 原油分層產(chǎn)能預(yù)測(cè)原理 ..................................................................................7 原油混采過程 ..................................................................................................7 原油色譜指紋技術(shù) ..........................................................................................8 氣相