1.一种基于改进型锯齿遗算法的页岩气钻井参数优选方法,其特征在于,具体步骤包括:S1,采集实际钻井问题参数,编码成位串;
S2,种群初始化设置,生成初始种群,种群规模按锯齿型周期性变化;
S3,定义以单位钻井成本为目标适应度函数,目标函数表达式:
tE—钻头与起下钻成本的折算时间,单位h;hf—钻头磨损量,牙齿磨损的相对高点;
Kd—岩石可钻性系数;W—钻压,单位kN;M—门限钻压,单位kN;CP—压差影响系数;CH—水力净化系数;n—转速,单位r/min;h—牙齿磨损高度,单位m;C2—钻头牙齿磨损系数;C1—牙齿磨损减慢系数;Cr—为钻井作业费;λ—钻速指数。Z2,Z1—钻压影响系数;a2,a1—转速影响系数;Af—地层研磨性系数;
S4,确定锯齿遗传策略,包括群体规模的周期性变化、选择算子的生成、交叉、变异算子及其概率;
S5,根据目标适应度函数,计算群体中各个体的适应度值及累计适应度值,选择适应度高的个体;
S6,按照遗传策略,筛选适应度高的个体产生子代种群,以所述子代种群为所述重新初始化种群作为下一迭代周期的开始,重复步骤S2至S6;
S7,重复次数达到设置迭代次数终止判定,输出钻井参数的最优配合及相应的单位钻井成本。
2.根据权利要求1所述的基于改进型锯齿遗传算法的页岩气钻井参数优选方法,其特征在于,步骤S2中,所述初始种群规模大小线性减少,在下一个周期开始,随机生成的个体被插入到所述初始种群,所述初始群规模按照种群代数呈锯齿周期性变化;所述初始种群规模大小线性减少包括当前种群大小nt和子代种群大小nt+1。
3.根据权利要求2所述的基于改进型锯齿遗传算法的页岩气钻井参数优选方法,其特征在于,所述种群规模大小算法与每20代进行8次重新初始化的种群进行比较,使用与Goldberg和Richardson多模态函数相同的平均数量的修改位建立以下关系:tmaxnpml=8n′pm′l
得出每次重新初始化时插入新的替换个体数量n'的求解关系,可以表示为:其中tmax=200是总代数,n=100是群体大小,pm=0.019是突变的概率,l是染色体的长度;n'是在每次重新初始化时用新的替换的个体的数量,其中它们的比特位以概率p′m=
0.5平均修改。
4.根据权利要求2所述的基于改进型锯齿遗传算法的页岩气钻井参数优选方法,其特征在于,所述子代种群大小nt+1代中个体选择重复操作,Pj是选择第j个体的概率,选择后的第j个体的预期拷贝数可以表示为:m(j,t+1)=m(j,t)Pjnt+1
其中m(j,t)是第j代个体第t代的拷贝数;第j代个体的预期数量与子代的种群大小成正比。因此,选择后与个体相关的群体部分关系可以表示为:
5.一种基于改进型锯齿遗传算法的页岩气钻井参数优选系统,其特征在于,数据输入模块:采集实际钻井问题参数,编码成位串;
数据处理模块:种群初始化设置,生成初始种群,种群规模按锯齿型周期性变化;定义以单位钻井成本为目标适应度函数,目标函数表达式:tE—钻头与起下钻成本的折算时间,单位h;hf—钻头磨损量,牙齿磨损的相对高点;
Kd—岩石可钻性系数;W—钻压,单位kN;M—门限钻压,单位kN;CP—压差影响系数;CH—水力净化系数;n—转速,单位r/min;h—牙齿磨损高度,单位m;C2—钻头牙齿磨损系数;C1—牙齿磨损减慢系数;Cr—为钻井作业费;λ—钻速指数。Z2,Z1—钻压影响系数;a2,a1—转速影响系数;Af—地层研磨性系数;根据目标适应度函数,计算群体中各个体的适应度值及累计适应度值,选择适应度高的个体;按照遗传策略,筛选适应度高的个体产生子代种群,以所述子代种群为所述重新初始化种群作为下一迭代周期的开始,重复以上步骤;
数据输出模块:重复次数达到设置迭代次数终止判定,输出钻井参数的最优配合及相应的单位钻井成本。
6.根据权利要求5所述的基于改进型锯齿遗传算法的页岩气钻井参数优选系统,其特征在于,所述初始种群规模大小线性减少,在下一个周期开始,随机生成的个体被插入到所述初始种群,所述初始群规模按照种群代数呈锯齿周期性变化;所述初始种群规模大小线性减少包括当前种群大小nt和子代种群大小nt+1。
7.根据权利要求5所述的基于改进型锯齿遗传算法的页岩气钻井参数优选系统,其特征在于,所述数据处理模块中所述种群规模大小算法与每20代进行8次重新初始化的种群进行比较,利用以下关系:tmaxnpml=8n′pm′l
得出每次重新初始化时插入新的替换的个体的数量n'的求解关系,可以表示为:其中tmax=200是总代数,n=100是群体大小,pm=0.019是突变的概率,l是染色体的长度;n'是在每次重新初始化时用新的替换的个体的数量,其中它们的比特位以概率p′m=
0.5平均修改。
8.根据权利要求5所述的基于改进型锯齿遗传算法的页岩气钻井参数优选系统,其特征在于,所述子代种群大小nt+1中个体选择重复操作,Pj是选择第j个体的概率,选择后的第j个体的预期拷贝数可以表示为:m(j,t+1)=m(j,t)Pjnt+1
其中m(j,t)是第j代个体第t代的拷贝数;第j代个体的预期数量与子代的种群大小成正比。因此,选择后与个体相关的群体部分关系可以表示为: