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基于机器学习和SHAP算法的声波测井曲线重构及可解释性分析

黎子豪 蒋恕

黎子豪, 蒋恕. 基于机器学习和SHAP算法的声波测井曲线重构及可解释性分析[J]. 地质科技通报. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230504
引用本文: 黎子豪, 蒋恕. 基于机器学习和SHAP算法的声波测井曲线重构及可解释性分析[J]. 地质科技通报. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230504
Reconstructing Sonic Well Log Curves based on Machine Learning and Analysis of Model Interpretability[J]. Bulletin of Geological Science and Technology. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230504
Citation: Reconstructing Sonic Well Log Curves based on Machine Learning and Analysis of Model Interpretability[J]. Bulletin of Geological Science and Technology. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230504

基于机器学习和SHAP算法的声波测井曲线重构及可解释性分析

doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230504
基金项目: 国家级-地质资源精准开发风险预测的大数据智能分析技术及平台建设(2022YFF0801200)

Reconstructing Sonic Well Log Curves based on Machine Learning and Analysis of Model Interpretability

  • 摘要: (目的)测井技术是查明地下岩性、地层及地质流体的关键技术手段,在石油勘探行业中发挥着至关重要的作用。然而,由于仪器损坏、井眼条件等因素,经常造成测井数据缺失、曲线不全等问题,传统多元线性回归或经验公式方法无法合理地构建测井曲线间的关系模型使得曲线重构精度相对较低,机器学习算法虽能在大量数据之间找到最为合适的数据映射关系进而提高了模型精度,但相较而言其所构建的黑箱模型无法得到良好的解释。近期,可解释性算法的运用使得机器学习在重构测井曲线中的应用更为合理。(方法)本文通过将Support Vector Regression(SVR),Random Forest(RF)以及eXtreme Gradient Boosting(XGBoost)和传统多元线性回归方法(Linear Regression,简称LR)对比对英国能源局22-30b-11号井声波测井曲线进行模型重构并基于Shapley Additive Explanations(SHAP)算法对XGBoost模型进行解释。(结果)结果表明,XGBoost在测试集上的R2和MSE分别为0.996、6.371优于SVR的0.990、15.755和RF的0.993、9.871,而传统多元线性回归方法则为0.969、48.895,表明XGBoost对声波时差曲线的重构具有更高的准确度和更好的泛化性能。本文创新性的采用SHAP算法对XGBoost黑箱模型进行解释,表明在模型构建选择重要特征时,XGBoost模型采用地层温度数据作为特征明显合理于多元线性回归方案采用的井径测井数据。最后基于SHAP对模型进行单点和全局特征交互解释。(结论)上述结果表明在声波测井曲线重构方面,机器学习算法明显优于传统的多元线性回归方法,并证明了SHAP算法在声波测井曲线重构机器学习模型解释方面的可行性,为后续机器学习在测井解释中的发展提供了新的思路。

     

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出版历程
  • 收稿日期:  2023-08-30
  • 网络出版日期:  2024-06-18

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