[发明专利]基于卷积神经网络与SHAP值的页岩气产能主控因素分析方法

说明书

本发明提供一种基于卷积神经网络与SHAP值的页岩气产能主控因素分析方法，属于页岩气开发领域。所述方法包括：确定影响目标区块页岩气产能的因素；其中，每个影响因素作为一个特征；根据确定的页岩气产能的影响因素获取页岩气数据构成特征数据集，并获取页岩气数据对应的产能构成标签数据集；利用特征数据集和标签数据集，建立基于卷积神经网络的产能预测模型；基于训练后的产能预测模型，计算特征数据集中每个特征的SHAP值，量化每个因素对产能的影响程度；基于得到的SHAP值，分析产能与其影响因素之间的内在关系，确定目标区块的产能主控因素。采用本发明，能够对影响产能的因素进行重要性分析，提高了主控因素分析的准确率。

技术领域

本发明涉及页岩气开发领域，特别是指一种基于卷积神经网络与SHAP值的页岩气产能主控因素分析方法。

背景技术

页岩气特指赋存于页岩、泥岩、高碳泥岩和粉砂质岩类夹层中的非常规天然气。页岩气产能评价方法研究是对页岩气藏进行合理、高效开发的基础，产量影响因素分析是油气田开发中一项重要的任务，可以帮助开发者找到井在实际生产中的产量的主控因素，并获得更加深刻的理论认知。

传统分析主控因素的方法一般借助数值模拟开展，但对于复杂的问题，数值模拟无法考虑所有物理过程，进而影响主控因素分析结果的准确性。此外还可通过相关性分析方法分析主控因素，包括Pearson方法、Spearman方法和Kendall方法等。将不同的计算相关性的方法进行比较，Pearson适用于线性数据，使用时需要进行标准化，计算复杂度低，鲁棒性低；Spearman适用于线性数据和简单单调非线性数据，使用前需要标准化，计算复杂度低，鲁棒性为中等；Kendall与Spearman类似，适用于线性数据和简单单调非线性数据，使用前需要标准化，计算复杂度低，鲁棒性也是中等。

发明内容

本发明实施例提供了基于卷积神经网络与SHAP值的页岩气产能主控因素分析方法，能够对影响产能的因素进行重要性分析，提高了主控因素分析的准确率。所述方法包括：

确定影响目标区块页岩气产能的因素；其中，每个影响因素作为一个特征；

根据确定的页岩气产能的影响因素获取页岩气数据构成特征数据集，并获取页岩气数据对应的产能构成标签数据集；

利用特征数据集和标签数据集，建立基于卷积神经网络的产能预测模型；

基于训练后的产能预测模型，计算特征数据集中每个特征的SHAP值；

基于得到的SHAP值，分析产能与其影响因素之间的内在关系，确定目标区块的产能主控因素。

进一步地，所述确定影响目标区块页岩气产能的因素包括：

从地质数据、工程数据和生产数据方面确定影响目标区块页岩气产能的因素；

其中，确定的影响目标区块页岩气产能的因素包括：裂缝导流能力evqual_p、厚度h、基质渗透率matrix_p、簇数cluster、裂缝半长half_length、入地液量liquid_volume、水平井长度well_length、饱和度S和生产压差pressure。

进一步地，第j个特征的SHAP值φ_j表示为：

其中，M为特征的数目，S为产能预测模型中特征的子集，f(S)为产能预测模型在特征子集S上的输出值，f(S∪{j})表示产能预测模型在特征子集S与第j个特征的并集上的输出值，j＝{1,...M}，S表示S的大小，！表示阶乘。

进一步地，所述基于得到的SHAP值，分析产能与其影响因素之间的内在关系，确定目标区块的产能主控因素包括：