专利名称：一种套管失效专家系统设计的方法
技术领域：
本发明涉及一种套管失效专家系统设计的方法。
背景技术：
油田的套管失效，在石油工程领域，通常被称为套管损坏和套管变形，简称“套损套变”。套管失效是指在油田生产过程中由于工程、地质、生产动态变化等因素对套管产生的载荷超过套管承载能力时造成套管的变形、破裂、错断等损坏形式的总称。油气田开发过程中，特别是油气田开发中后期的套管失效问题是目前困扰我国乃至整个世界石油工业发展的的一个痼疾。也是影响着石油工业开发、提高效益的关键难题之一。几十年来，有关油气田套管失效的研究从未间断，各国的油田对套管失效的研究都投入了巨大的人力物力，人们从石油地质、油藏工程、材料科学与工程、岩石力学、材料力学、地质力学、渗流力学、腐蚀电化学等多学科不同的角度对套管失效的形式、套管失效产生的原因，套管失效的数值模拟、套管失效的测量方式、套管失效的机理以及套管失效的防治、修复等方面进行了大量的研究，并取得了一定的成果。但由于套管失效问题的复杂性，上述的研究一般都是针对某一油田、区块、特定井况进行的，数值模拟也往往是根据单井周围的很小的局部区域范围进行的有限元分析，缺乏对上述问题的多学科大范围的总体考虑，并且由于套管失效中的很多问题似乎更适合采用数值模拟的方式进行分析，因此到目前为止，也还没有人将几十年来的人们进行套管失效分析的经验、知识进行归纳，进行专家系统处理，所以目前套管失效问题的治理收效仍然甚微，油田套管失效问题仍然频频发生，成了制约油田发展的一大难题。总括起来说，造成油田套管失效的原因很多。习惯上人们将套管失效的原因归结于地质因素如泥岩吸水膨胀、岩层蠕变、断层运动、地层出砂等；工程因素；如工程设计不当，生产过程中的长期的高压注水开发、压裂酸化等各种施工作业不当等等；其他因素如射孔问题、腐蚀问题等等。并且这种失效往往并不是一种因素作用的结果，而是由于多种不同的因素的相互作用的共同结果。这给套管失效的研究工作带来了很大的困难。从科学的角度来说，油田开发过程中的套管失效，实际上是深埋于地层结构中的油水井套管在岩层地应力和其它物理化学因素的作用之下的变形和损坏的结果。实际上是套管结构物与岩层地应力和其它的物理化学等因素相互作用的结果。除了像腐蚀等损坏是受化学作用或电化学作用因素影响外，油田的套管失效问题几乎都与油井周围地应力的变化有关。所以从某种意义上说，套管失效问题实际上就是套管结构物与具有孔隙流体的岩体相互作用相互耦合问题，这里既包括套管材料的抗挤毁强度问题又包括了在生产过程中油水井周围的围岩应力的变化问题。已有的大量的研究工作已经证明，要解决好一个油田的套管失效问题，其核心的关键问题是搞清楚这个油田的套管失效机理，这个问题在套管失效防治中起着决定性的作用。正是由于这个原因，几十年来，大量的套管失效与防治的研究工作者，分别针对不同的油田具体情况，提出了许多不同的套管失效机理理论。但是由于套管失效问题的复杂性，并且套管失效问题涉及到油田的几乎所有的生产技术领域，从油田地质、钻井设计到完井技术；从油水井生产规程到开发方案的调整、生产措施的实施以及工程措施的采纳，使探讨油田的套管失效机理问题变得非常复杂。特别是近几年，随着现代科学技术的发展，石油工业进入了一个崭新的发展阶段，稠油的开采、深井、超深井的出现以及定向井、水平井、多底井及分支井技术的大量使用，使得在钻井过程中对套管的损伤的可能增大，更增大了套管失效的几率，增大了确定套管失效机理的难度。因此，如何能够从错综复杂的油田地质、工程、设计、施工、生产开发、修井的大量资料及过程中，尽快的、正确的找出导致油田套管失效主要原因，正确的判断油田套管失效机理，对解决和防止油田套管失效问题是十分重要的。套管失效的机理分析,是一项复杂的、艰苦的创造性的劳动。是一项涉及到油田地质、钻井工程，整体开发方案的制定与调整，生产措施的采用等方方面面的系统工程；是针对性的防治、延缓、解决油田套管失效问题的核心。这项工作，同样对油田进行新井建设的的地质、工程设计，以及油田开发方案的调整，生产措施的制定，均具有很强的指导意义。但是油田套管失效原因和机理的研究判断，早期全部是由这个领域中的专家们完成的，近年来，随着计算机技术的发展和有限元方法的广泛应用，以及人类对岩石力学、渗流力学以及弹塑性力学的认识的不断深入，在一部分套管变形的原因分析中人们越来越多的使用了数值模拟的方法来分析套管失效问题，形成了对套管失效问题采用知识分析与数值分析并重的方式。任何一种方式的偏废都不可能全部解决油田的套管失效问题。而采用知识分析为主或者即使能够采用数值分析，但数值分析又不可能解决全部问题的领域恰好是专家系统施展能力的天地。到目前为止，油田套管失效的研究基本上停留在针对单一的套管失效形式的知识分析或数值分析上，还没有人从事建立一个能够覆盖整个油田的对所有发生的套管失效问题，进行统一分析处理的高效、快捷的专家系统研究。建立一个涵盖整个油田套管失效的专家系统对我国乃至全世界的油田对套管失效的治理均具有重要的理论意义与现时意义。公理设计理论将设计问题分为4个域。设计是“想得到什么”和“如何选择以满足需求”相互作用的过程。为了将这种相互作用的过程系统化引入了“域”的概念，“域”是4个不同的设计活动的分界线，是公理设计的一个重要基础。公理设计理论认为设计问题可分为 4 个设计域客户域(Consumer Domain)、功能域(Function Domain)、结构域(PhysicalDomain)和工艺域(Process Domain)。每个域中都对应各自的设计元素，即客户需求(CustomerNeeds)，功能要求(Function Requirements)，设计参数(Design Parameters)和工艺变量(Process Variables)。和一般的传统设计不同的是，专家系统的设计是一个不断的重复的过程。成功的建立系统的关键是尽可能早的建立系统，从一个比较小的系统开始，逐步扩充为一个具有相当规模的日臻完善的实验系统。
发明内容
本发明的目的为了克服现有技术的不足与缺陷，提供一种套管失效专家系统设计的方法，该方法能快速完成套管失效专家系统设计，且操作步骤简单，操作结果准确，大大降低了分析操作成本。
本发明的目的通过下述技术方案实现一种套管失效专家系统设计的方法，包括以下步骤(a)首先，设计初始知识库；(b)然后，进行原型机的开发与试验；(c)最后，进行知识库的改进与归纳反复对知识库及推理规则进行修改实验，归纳出更完善的结果。所述步骤(a)包括以下步骤(al)问题的知识化及辨别所研究的问题的实质，如要解决的任务是什么，他是如何定义的，可否将其分解为子问题或子任务，它包含哪些典型的数据；(a2)知识的概念化即概括知识表示所需要的关键概念及其关系，如数据类型，已知条件，和目标、提出的假设及控制策略；(a3)概念的形式化即确定用来组织知识的数据结构形式，应用人工智能中各种知识的表示方法把与概念化有关的关键概念、子问题和信息流特性等变换为比较正式的表达，它包括假设空间过程模型和数据特性；(a4)形式规则化即编制规则把形式化了的知识转化为由编程语言表示的计算机执行语句和程序；(a5)规则合法化即确认规则化了的知识的合理性，检验规则的有效性。所述步骤(b)中，在选定知识的表达方式后，即可着手建立整个系统所需要的实验子集，它包括整个模型的典型知识，而且只涉及与实验有关的足够简单的任务和推理过程。所述步骤(C)中，经过数月至二三年的努力使系统在一定的范围内达到人类专家的水平。综上所述，本发明的有益效果是能快速完成套管失效专家系统设计，且操作步骤简单，操作结果准确，大大降低了分析操作成本。
具体实施例方式下面结合实施例，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。实施例本发明涉及一种套管失效专家系统设计的方法，包括以下步骤(a)首先，设计初始知识库；(b)然后，进行原型机的开发与试验；(C)最后，进行知识库的改进与归纳反复对知识库及推理规则进行修改实验，归纳出更完善的结果。所述步骤(a)包括以下步骤(al)问题的知识化及辨别所研究的问题的实质，如要解决的任务是什么，他是如何定义的，可否将其分解为子问题或子任务，它包含哪些典型的数据；(a2)知识的概念化即概括知识表示所需要的关键概念及其关系，如数据类型，已知条件，和目标、提出的假设及控制策略；
(a3)概念的形式化即确定用来组织知识的数据结构形式，应用人工智能中各种知识的表示方法把与概念化有关的关键概念、子问题和信息流特性等变换为比较正式的表达，它包括假设空间过程模型和数据特性；(a4)形式规则化即编制规则把形式化了的知识转化为由编程语言表示的计算机执行语句和程序；(a5)规则合法化即确认规则化了的知识的合理性，检验规则的有效性。所述步骤(b)中，在选定知识的表达方式后，即可着手建立整个系统所需要的实验子集，它包括整个模型的典型知识，而且只涉及与实验有关的足够简单的任务和推理过程。所述步骤(C)中，经过数月至二三年的努力使系统在一定的范围内达到人类专家的水平。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种套管失效专家系统设计的方法，其特征在于，包括以下步骤(a)首先，设计初始知识库；(b)然后，进行原型机的开发与试验；(C)最后，进行知识库的改进与归纳反复对知识库及推理规则进行修改实验，归纳出更完善的结果。
2.根据权利要求1所述的一种套管失效专家系统设计的方法，其特征在于，所述步骤(a)包括以下步骤(al)问题的知识化及辨别所研究的问题的实质，如要解决的任务是什么，他是如何定义的，可否将其分解为子问题或子任务，它包含哪些典型的数据；(a2)知识的概念化即概括知识表示所需要的关键概念及其关系，如数据类型，已知条件，和目标、提出的假设及控制策略；(a3)概念的形式化即确定用来组织知识的数据结构形式，应用人工智能中各种知识的表示方法把与概念化有关的关键概念、子问题和信息流特性等变换为比较正式的表达， 它包括假设空间过程模型和数据特性；(a4)形式规则化即编制规则把形式化了的知识转化为由编程语言表示的计算机执行语句和程序；(a5)规则合法化即确认规则化了的知识的合理性，检验规则的有效性。
3.根据权利要求1所述的一种套管失效专家系统设计的方法，其特征在于，所述步骤(b)中，在选定知识的表达方式后，即可着手建立整个系统所需要的实验子集，它包括整个模型的典型知识，而且只涉及与实验有关的足够简单的任务和推理过程。
4.根据权利要求1所述的一种套管失效专家系统设计的方法，其特征在于，所述步骤(c)中，经过数月至二三年的努力使系统在一定的范围内达到人类专家的水平。
全文摘要
本发明公开了一种套管失效专家系统设计的方法，包括步骤(a)首先，设计初始知识库；(b)然后，进行原型机的开发与试验；(c)最后，进行知识库的改进与归纳反复对知识库及推理规则进行修改实验，归纳出更完善的结果。本发明能快速完成套管失效专家系统设计，且操作步骤简单，操作结果准确，大大降低了分析操作成本。
文档编号G06F17/50GK102999650SQ201110290349
公开日2013年3月27日 申请日期2011年9月14日 优先权日2011年9月14日
发明者莫俊龙 申请人:莫俊龙