劉爍　孔德龍　劉澤平

摘要：油田自上世紀開發(fā)以來，已經(jīng)積累了眾多的不同類型油田的開發(fā)設(shè)計方案，借鑒已有的油田開發(fā)設(shè)計方案是非常必要的。為了使用戶能夠快速準確地找到所需方案，本文通過研究模糊Petri網(wǎng)的定義和性質(zhì)，建立一個十元模糊Petri網(wǎng)模型，將模糊Petri網(wǎng)的建模方法應(yīng)用于此，通過調(diào)節(jié)方案搜索條件的權(quán)值大小，控制該項條件在方案篩選過程中的重要程度，根據(jù)模糊Petri網(wǎng)的推理得出方案的相似度。

關(guān)鍵詞：模糊Petri網(wǎng)；油田開發(fā)設(shè)計；知識表示；相似度

中圖分類號：TP399文獻標識碼：A

Abstract：Since the development of oil field in the last century has accumulated a large number of different projects in the field of oil development and design， it is very necessary to draw lessons from the existing projects. In order to make the user find quickly and accurately the required projects， this paper introduced the definition and properties of fuzzy Petri net， and gave a model of fuzzy Petri net. The fuzzy Petri net modeling method was applied by adjusting the size of the weight in the premise condition to control the importance of condition during selecting projects. The similarity of the project was obtained based on the fuzzy Petri net reasoning.

Key words：fuzzy Petri net； oil development and design； knowledge representation； similarity

1引言

油田開發(fā)設(shè)計是油田整個開采周期中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，設(shè)計方案的科學(xué)性和水平關(guān)系到油田的整體開發(fā)效果、最終采收率和重大的經(jīng)濟效益。目前，油田設(shè)計工作任務(wù)量大，外圍油田每年要進行50個左右開發(fā)方案設(shè)計，涉及200萬噸產(chǎn)能/年，老區(qū)每年要進行20—30個方案設(shè)計，涉及100多萬噸產(chǎn)能/年，且油田復(fù)雜、零散，油藏類型多，設(shè)計難度大。在油田開發(fā)方案設(shè)計工作中，一直存在著設(shè)計人員所用資料多、設(shè)計時間長、人為主觀因素影響大等問題，在一定程度上影響著方案的設(shè)計質(zhì)量和工作效率。油田開發(fā)方案設(shè)計是知識應(yīng)用密集的領(lǐng)域，油田自上世紀60年代開發(fā)以來，已積累了眾多的不同類型油田的開發(fā)設(shè)計方案、規(guī)律性認識和設(shè)計經(jīng)驗，將目前已有的油田開發(fā)設(shè)計理論和規(guī)范、規(guī)律性認識、專家經(jīng)驗和設(shè)計方案案例等進行收集、整理，以知識系統(tǒng)的形式進行保存，則可利用已有的成果，為其他同類型油田的開發(fā)設(shè)計工作提供參考和借鑒，避免和減少設(shè)計方案缺陷和錯誤，較大提高開發(fā)方案設(shè)計的科學(xué)性和工作效率。

本文在對油田開發(fā)設(shè)計領(lǐng)域進行分析的基礎(chǔ)上，要利用模糊Petri網(wǎng)解決油田開發(fā)設(shè)計方案篩選的問題，根據(jù)實際方案篩選條件的模糊性，結(jié)合具有圖形描述能力的Petri網(wǎng)，提出了一種基于模糊Petri網(wǎng)的方案篩選模型，應(yīng)用這種模型油田開發(fā)設(shè)計人員能夠更全面更容易找到所需的開發(fā)設(shè)計方案。

2模糊Petri網(wǎng)

Petri網(wǎng)是在1962年由德國科學(xué)家Carl Adam Petri首次提出的[1]，Petri網(wǎng)是以圖的形式直觀地描述知識，推理過程清晰明了，并且有嚴密的數(shù)學(xué)定義做基礎(chǔ)，能夠保證正確的推理。經(jīng)過幾十年的發(fā)展完善，在故障診斷[2]、性能評價[3]、通信協(xié)議[4]、軟件工程[5]和混雜系統(tǒng)建模[6]等領(lǐng)域Petri網(wǎng)已得到廣泛應(yīng)用。隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，許多學(xué)者為了增強Petri網(wǎng)知識表示和知識推理的能力，使其更符合人類的思維和認知方式，把模糊邏輯和Petri網(wǎng)模型結(jié)合提出了模糊Petri網(wǎng)。

模糊Petri網(wǎng)是普通Petri網(wǎng)的模糊化，它與普通Petri網(wǎng)相比在下列四方面是不同的[7]：

1）它的轉(zhuǎn)移結(jié)點具有一個取非負實數(shù)值的閾限T。

2）位置結(jié)點中的標記數(shù)可以是任意正實數(shù)。

3）模糊Petri網(wǎng)中的輸入連線和輸出連線上標有額定輸入量、額定輸出量以及連接強度。

4）模糊Petri網(wǎng)就是上述兩種模糊結(jié)點用輸入/輸出連線連接成的一個帶標識的圖。

在實際應(yīng)用中大多數(shù)情況是不確定的，模糊Petri網(wǎng)能夠很好地描述不精確的事件和經(jīng)驗知識，然后根據(jù)具體知識的表達實現(xiàn)近似推理。

2.1模糊Petri網(wǎng)定義

定義2.1FPN定義成一個十元組

FPN=（P，T，D，I，O， β，M （p）， τ（t），W， F（t））

其中，P={p1，p2，…，pn}為庫所的有限集合；

T={t1，t2，…，tm}為變遷的有限集合，P∩T=Φ；

D={d1，d2，…，dn}表示命題的有限集合，|P|=|D|；

I表示庫所到變遷的有限弧集合；

O表示變遷到庫所的有限弧集合；

β表示庫所到命題之間的映射，β（pi）= di ；

M（p）：M（p）→[0，1]，是庫所結(jié)點的標識函數(shù)，給庫所pi∈P分配一個標識M（pi），為該庫所對應(yīng)模糊命題的真值；

τ（t）：τ（t）→[0，1]，對變遷t（t∈T）定義一個閾值τ（t）=λ；

W={w1，w2，…，wr}，是規(guī)則的權(quán)系數(shù)集合，反映規(guī)則中前提條件對結(jié)論的支持程度，0wj1；

F（t）是定義在變遷集T上的一個映像，它把T中的變遷結(jié)點t映像為一個定義在其各輸入強度上的單調(diào)遞增的非負函數(shù)，稱為結(jié)點t的狀態(tài)轉(zhuǎn)移控制函數(shù)。

如果庫所結(jié)點只有輸出弧，則稱之為模糊Petri網(wǎng)的輸入結(jié)點，如果一個庫所結(jié)點只有輸入弧則稱之為該模糊Petri網(wǎng)的輸出結(jié)點[8]。

2.2模糊Petri網(wǎng)的觸發(fā)條件

定義2.2Pi∈I（t），如果F（M（Pi），Wi）>τ（t），則變遷t被觸發(fā)，它的輸入庫所的托肯值不變，并向其輸出庫所傳送新的托肯值。模糊Petri網(wǎng)定義中的標識函數(shù)M（p）、 權(quán)系數(shù)W、狀態(tài)轉(zhuǎn)移控制函數(shù)F（t）和變遷的閾值函數(shù)τ（t）對模糊Petri網(wǎng)的知識表示起著決定性作用，它們決定變遷能否被觸發(fā)。

計算技術(shù)與自動化2016年12月第35卷第4期劉爍等：模糊Petri網(wǎng)在油田開發(fā)設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用研究

3基于模糊Petri網(wǎng)的語義推理模型的構(gòu)建

3.1產(chǎn)生式規(guī)則的模糊Petri網(wǎng)表示

在設(shè)計方案篩選過程中，判定選擇該方案是否是所需要的方案。將描述這些方案內(nèi)容的關(guān)鍵詞分為三大類，分別是地質(zhì)構(gòu)造特征類、油藏特征類、儲層特征類。影響方案篩選的準確度的條件遵從以下幾條規(guī)則： ①區(qū)塊的地質(zhì)構(gòu)造相近，兩區(qū)塊的設(shè)計方案的相似度越高。②如果區(qū)塊儲層特征相差不多，那么方案越相似。③如果油藏特征越相似，那么方案的相似度越高。根據(jù)以上幾點，構(gòu)成了方案篩選的基本規(guī)則，基本產(chǎn)生式規(guī)則為：

如果P1 and P2 and …Pn，那么Q w1，w2…wn

其中P1、P2和Pn表示構(gòu)造特征、儲層特征的相似度等規(guī)則的前提條件，and 表示表示前提條件之間的與關(guān)系，Q表示規(guī)則的結(jié)論呢即這個設(shè)計方案與所需方案的相似度， w1，w2…wn表示前提條件對結(jié)論的重要程度即權(quán)值[9，10]。表1表示的基本產(chǎn)生式規(guī)則與模糊Petri網(wǎng)的映射關(guān)系[11]，產(chǎn)生式規(guī)則與模糊Petri網(wǎng)表示如圖1所示。

例如：用模糊Petri網(wǎng)表達“如果兩個區(qū)塊的儲層巖性都是由砂巖組成，那么兩個區(qū)塊的儲層特征越相似”。

按照FPN的定義，可得：P={p1，p2}；T={t1}；D={兩個區(qū)塊的儲層巖性都是由砂巖組成，兩個區(qū)塊的儲層特征越相似}；I（t1）=p1；O（t1）=p2；β（p1）= 兩個區(qū)塊的儲層巖性都是由砂巖組成，β（p2）= 兩個區(qū)塊的儲層特征越相似；假設(shè)M（p1）=0.9，M（p2）=0；w1=1； τ（t1）=0.5。相應(yīng)的FPN表示如圖2所示。

3.2基于模糊Petri網(wǎng)的語義推理模型

3.2.1模型的構(gòu)建

判斷某個方案是否為用戶所需方案，將描述這些方案內(nèi)容的三大類進行細分，地質(zhì)構(gòu)造特征包括圈閉類型，油藏特征包括底層壓力、地質(zhì)儲量、天然驅(qū)動類型、油藏有效厚度，儲層特征包括有效孔隙度、有效滲透率、儲集空間類型、儲層巖性?；谀：齈etri網(wǎng)的語義推理模型如圖3所示。

建立模型時需要考慮模型的規(guī)模和緊湊性。庫所的標識值反應(yīng)庫所對應(yīng)的模糊命題的真是程度，取值于模糊命題的隸屬度。例如，“地質(zhì)儲量相近”命題對應(yīng)的庫所為p3，M（p3）取值與當前地質(zhì)儲量相近的隸屬度。當M（p3）>0.5時，M（p3）的值越接近于1，說明兩區(qū)塊的地質(zhì)儲量越接近。當M（p3）<0.5時，M（p3）的值越接近于0，說明兩區(qū)塊的地質(zhì)儲量越不接近。因此，雖然庫所p3是對應(yīng)“地質(zhì)儲量相近”命題，但地質(zhì)儲量相近和不相近都在p3中得到了反應(yīng)。為此，為了模型的結(jié)構(gòu)清晰，模型規(guī)模小，模糊變量的兩個對立命題使用一個庫所節(jié)點。0.5的標記值區(qū)分了庫所表示的兩個對立命題。顯然該模型是很直觀而緊湊的。

根據(jù)定義2.2，具體的變遷點燃函數(shù)根據(jù)不同的規(guī)則而定。在圖3中，p6、p7和p13表示單獨考慮地質(zhì)構(gòu)造特征、油藏特征和儲層特征一個方面所得到的方案相似度，p12是考慮地質(zhì)構(gòu)造特征和油藏特征組合所得到的方案相似度，p14是共同考慮這三方面所得到的方案相似度。庫所結(jié)點p6、p7、p12、p13、p14都表示區(qū)塊方案相似這樣一個命題，因此，判斷結(jié)果命題可以對應(yīng)多個庫所結(jié)點，其中，一個表示最終決策結(jié)果，其余的顯示出了結(jié)論的推導(dǎo)過程。通過這些結(jié)點，各種條件對推理結(jié)果的影響程度就清楚地反映出來了。

該模型可以依據(jù)部分規(guī)則進行推理。在推理過程中，給出一個完整的前提條件，這顯然是比較困難的，如何在現(xiàn)有的條件下給出推理結(jié)果，并且，條件越充分，結(jié)果越真實，這顯然符合模糊推理的規(guī)律。

4結(jié)束語

本文利用模糊Petri網(wǎng)解決了用戶在借鑒油田開發(fā)設(shè)計方案時，方案的篩選問題，根據(jù)實際方案篩選條件的模糊性，結(jié)合具有圖形描述能力的Petri網(wǎng)，提出了一種基于模糊Petri網(wǎng)的語義推理模型，通過調(diào)節(jié)搜索條件的權(quán)值大小，控制該項條件在方案篩選過程中的重要程度，根據(jù)模糊Petri網(wǎng)的推理得出某個區(qū)塊的設(shè)計方案與所需方案的相似度，應(yīng)用這種模型用戶能夠更全面更容易找到所需的開發(fā)設(shè)計方案。

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