Нечітке моделювання собівартості буріння свердловин на нафту і газ

При дефазіфікації цим методом звичайне значення вихідної змінної дорівнює абсцисі центра ваги площі, яка обмежена кривою функції належності вихідної змінної у.

Розробку нечіткої моделі виконали з використанням системи MATLAB.

Для цього в редакторі FIS( Fuzzy inference System) визначили 4 вхідні змінні: «проходка» (1), «час буріння» (2 ), «осьове навантаження » (3), «швидкість обертання» (4), і одну вихідну змінну «собівартість» (5). Вигляд графічного інтерфейсу для цих змінних зображений на рис. 4.

Рисунок 4 - Графічний вираз функції належності для собівартості метра проходки в редакторі FIS після визначення вхідних і вихідних змінних системи логічного виведення нечіткої моделі

Для вирішення поставленої задачі нечіткого моделювання використали систему нечіткого виводу типу Мамдані. Без змін залишаються параметри запропоновані системою MATLAB: min- для нечіткого логічного І, max- для нечіткого логічного АБО, метод імплікації (min), метод агрегації (max), метод дефазіфікації (centroid).

Далі визначили функції належності термів для кожної з 4 вхідних змінних системи нечіткого виводу. Потім задали 25 правил для системи нечіткого виводу.

Процедура нечіткого виводу, яка виконується системою MATLAB для розробленої нечіткої моделі, видає в результаті значення вихідної змінної «собівартість», яке в прикладі, що розглядається, дорівнює 787,5 грн/м.

Це досить низька собівартість метра проходки свердловини, яка може служити підставою позитивної оцінки вибраних керуючих впливів. Цей висновок повністю узгоджується з раніше висловленими інтуїтивними міркуваннями.

Для загального аналізу розробленої нечіткої моделі здійснена візуалізація поверхні нечіткого виводу 5. Вона дає підстави для зміни функцій належності вхідних змінних і нечітких правил з метою підвищення ефективності системи нечіткого виводу для конкретної глибини свердловини.

Суть даної задачі полягає у тому, щоб, знаючи динаміку зміни глибини свердловини за фіксований час, прогнозувати значення собівартості метра проходки на певний проміжок часу. При цьому характерною особливістю динаміки зміни собівартості є наявність двох особливих тенденцій у зміні собівартості:

· підвищення собівартості метра проходки, яке пов'язане з глибиною свердловини;

· короткочасні коливання собівартості, які викликані цілим рядом випадкових елементів, адекватне представлення яких в тій чи іншій моделі навряд чи можливе.

Традиційно для вирішення даної задачі застосовують різні моделі технічного аналізу, наприклад модель Брауна. Водночас наявність наочних тенденцій у динаміці зміни собівартості метра проходки дозволяє застосовувати модель адаптивних нейро-нечітких мереж. В якості вихідних даних можна скористатися інформацією про динаміку собівартості метра проходки, яку мають підприємства. Можна вважати, що нечітка модель гібридної мережі буде мати 4 вхідних змінних: осьове навантаження на долото, швидкість обертання, проходку, час буріння. На основі цих даних і інформації з бази даних визначаються дані для побудови гібридної моделі, обсяг яких дорівнює 25. Для більшої зручності підготовки відповідного долота з відповідними даними доцільно скористатися редактором електронних таблиць MS Exсel. Зберігаємо навчальну вибірку у зовнішньому файлі з певним іменем. Після цього відкриваємо редактор ANFIS, в який загружаємо цей файл з навчаючими даними.

Перед генерацією структури системи нечіткого виводу після виклику діалогового вікна властивостей задано для кожної із вхідних змінних по 5 лінгвістичних термів, а в якості типу їх функцій належності оберемо трикутні функції. В якості типа функції належності вихідної змінної задамо лінійну функцію.

Для навчання гібридної мережі скористаємось гібридним методом навчання з рівнем похибки 0, та кількістю циклів навчання - 10. Після завершення навчання даної гібридної мережі виконали аналіз графіка похибки навчання, який показав, що навчання практично завершилось після 3-го циклу (рис.5).

Рисунок 5 - Графік залежності похибки навчання від кількості n циклів навчання

Після навчання гібридної мережі можна візуально оцінити структуру побудованої нечіткої моделі (згенерованої системи нечіткого виводу).

За допомогою графічних засобів системи MATLAB можна виконати контроль і налаштування параметрів функцій належності вхідних змінних і нечітких правил-продукцій.

Для виконання відповідних операцій можна скористатися редактором функцій належності. Перевірка адекватності побудованої нечіткої моделі гібридної системи виконана на основі ретроспективних даних про собівартість метра проходки свердловини за станом на грудень 2003р.

Порівняння отриманих значень з відповідними фактичними значеннями дозволило встановити, що вони співпадають з похибкою 1,5.

Отже, перевірка побудованої нечіткої моделі гібридної мережі показала достатньо високу ступінь її адекватності реальним вихідним даним, що дозволяє зробити висновок про можливість її практичного застосування для прогнозування собівартості метра проходки свердловин, що буряться на нафту і газ. В цьому випадку нечіткі моделі адаптивних систем нейро-нечіткого виводу можна вважати новим і конструктивним інструментом технічного аналізу економіки підприємств.

Література

1. Оганов К.О., Акульшин О.О. Шляхи максимального вилучення розвідних балансових запасів нафти //Стан і перспектива розробки родовищ нафти і газу України. Збірник наукових праць. - Івано-Франківськ. - 2003. - 61-66с.

2. Яворський М.М., Бойко П.Я. Збільшення обсягів похило-спрямованого та горизонтального буріння - значний резерв підвищення ефективності видобування вуглеводнів та ступеня їх вилучення //Стан і перспективи розробки родовищ нафти і газу в Україні. - Збірник наукових праць - Івано-Франківськ. - 2003 - с.258-263.

3. M.Wagenknecht, I.Fadyeyeva. On Bicriterial Decisions in Well-Drilling Processes Using Fuzzy Logic. Third Conference of the European Society for Fuzzy Logic and Technology EUSFLAT 2003, Sept.10-12. Zittau, Germany - 2003. - P.451-455.

4. Фадєєва І.Г. Техніко-економічне управління будівництвом свердловин на нафту і газ // Розвідка і розробка нафтових і газових родовищ. Сер. Технічна кібернетика та електрифікація об'єктів паливно-енергетичного комплексу. - 1997. - Вип. 34(6). - С.200-206.

5. Данилюк М.О., Фадєєва І.Г. Розвиток моделей управління процесом буріння глибоких свердловин на базі нечіткої логіки. // Енергетика: економіка, технології, екологія. - Київ: НТУУ “КПІ”. - 2001. - №1. - C.61-65.

6. I.Chygur, I. Fadyeyeva, G. Sementsov. Application of Fuzzy Logic for the simulation of drilling tool wear process and short-term forecasting of well-drilling cost Proceeding. 10th Zittau Fuzzy Colloquium. - Zitttau (Germany), 2002. - P. 173-177.