專家系統(tǒng)在修井作業(yè)中的應用實現(xiàn)

鄒正偉　張小洪　鐘原　李強

摘 要

專家系統(tǒng)是一個具有智能特點的計算機程序，它的智能化主要表現(xiàn)為能夠在特定的領(lǐng)域內(nèi)模仿人類專家思維來求解復雜問題。修井作業(yè)是油田作業(yè)開發(fā)井中常見的操作，需要處理大量信息、專家指導，而現(xiàn)實情況是修井作業(yè)隨意性和盲目性較大、操作不規(guī)范、修井資料和修井工具沒有進行統(tǒng)一的分類管理、生產(chǎn)中遇到各種問題缺乏可以咨詢的專家。所以修井專家系統(tǒng)的應用研究與實現(xiàn)具有實際的行業(yè)意義。本文介紹專家系統(tǒng)在修井作業(yè)中的應用實現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】專家系統(tǒng) 修井作業(yè) 知識庫

1 專家系統(tǒng)概述

專家系統(tǒng)（Expert System）是一個具有智能特點的計算機程序，它的智能化主要表現(xiàn)為能夠在特定的領(lǐng)域內(nèi)模仿人類專家思維來求解復雜問題。因此，專家系統(tǒng)必須包含領(lǐng)域?qū)＜业拇罅恐R，擁有類似人類專家思維的推理能力，并能用這些知識來解決實際問題。

專家系統(tǒng)是當前人工智能應用中最成功的一個領(lǐng)域。

專家系統(tǒng)具有下面三個屬性：

（1）啟發(fā)性。它運用規(guī)范的專業(yè)知識和直覺的評判知識進行問題求解。

（2）透明性。它是用戶能夠在無需了解其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的情況下與專家系統(tǒng)直接交往，了解其知識內(nèi)容和推理過程。

（3）靈活性。它可以不但接受新知識，調(diào)整有關(guān)的控制信息，使其與整個知識庫協(xié)調(diào)。

2 修井專家系統(tǒng)應用及知識的獲取

修井專家系統(tǒng)針對實際石油工程領(lǐng)域，建造專家系統(tǒng)，用來輔助或代替領(lǐng)域?qū)＜医鉀Q實際問題。如何把修井專家的知識和經(jīng)驗轉(zhuǎn)化為計算機所具有的能力，這就需要用到知識獲取，知識獲取就是把用于求解專門領(lǐng)域的知識從擁有這些知識的知識源中抽取出來，并轉(zhuǎn)換為一特定的計算機表示。知識獲取為裝入、修改和擴充知識庫的知識提供手段；知識獲取過程可以看作是一類專業(yè)知識到知識庫之間的轉(zhuǎn)移過程。知識獲取策略是由知識的表示模式和知識庫的存儲結(jié)構(gòu)決定的。

修井作業(yè)專家系統(tǒng)知識獲取的主要來源是專家的經(jīng)驗和書本上的知識。主要途徑是通過事故井維修的書面資料比如設(shè)計書等。

本專家系統(tǒng)知識獲取的步驟如下：

第一步查找修井作業(yè)相關(guān)資料并請教修井領(lǐng)域的專家，尋找適當?shù)闹R表示方法；

第二步確定適當?shù)闹R庫存儲結(jié)構(gòu)；

第三步將書本和從專家那里得來得經(jīng)驗以第一步得來得表示方法凝聚成庫；

第四步調(diào)試精煉知識庫。

3 修井作業(yè)專家系統(tǒng)推理機的實現(xiàn)

軟件的開發(fā)的目的是應用，如何使修井作業(yè)專家系統(tǒng)具有修井專家所具有的處理事故的方式，必須建立完善的事故處理推理機制。推理是根據(jù)一定的原則（公理或規(guī)則）從已知的事實（或判斷）推出新的事實（或另外的判斷）的思維過程，其中推理所依據(jù)的事實叫做前提（或條件），由前提所推出的新事實叫做結(jié)論。基于知識的推理的計算機實現(xiàn)就構(gòu)成了推理機，推理機的功能是模擬領(lǐng)域?qū)＜业乃季S過程，控制并執(zhí)行對問題的求解。它能根據(jù)當前已知的事實，利用知識庫中的知識，按一定的推理方法和控制策略進行推理，直到得出相應的結(jié)論為止。如圖1所示。

在推理過程中，如果只有一條可用規(guī)則，該條規(guī)則將被采用，而實際上可用規(guī)則往往不止一條，必須做出唯一性選擇，即沖突消解。沖突消解的策略是將多條規(guī)則按優(yōu)先級排序，為了提高搜索效率，在該系統(tǒng)中采用的排序策略是分塊組織，即根據(jù)不同事故類型將知識庫進行分塊，在問題的求解過程中，根據(jù)事故的具體原因，從相應的知識庫中去選擇可用知識。

對于事實：[（落物事故）（落物為桿類）（落物為抽油桿）（落物曾被打撈過）（魚頭彎曲）]

將其存入全局數(shù)據(jù)庫，推理機開始“匹配-沖突消解-操作”，其詳細運行過程描述如表1。

于是得出適于本事故的工具有兩種彎曲魚頭抽油桿打撈筒和自制彎魚頭抽油桿打撈筒。在推理過程中，如果只有一條可用規(guī)則，該條規(guī)則將被采用，而實際上可用規(guī)則往往不止一條，必須做出唯一性選擇，即沖突消解。沖突消解的策略是將多條規(guī)則按優(yōu)先級排序，為了提高搜索效率，在本系統(tǒng)中采用的排序策略是：每次系統(tǒng)使用后，將會輔助作業(yè)人員對本次施工進行施工總結(jié)，此時會對所提供修井方案進行評價，在以后提供修井方案時會根據(jù)修井方案實施成功率和施工次數(shù)進行排序。

4 結(jié)束語

系統(tǒng)組織簡潔，可擴展性良好；不足之處在于對領(lǐng)域?qū)＜抑R的依賴性較高和知識提取方面。另外，基于規(guī)則的推理不會通過經(jīng)驗改善自身的性能，不會自動獲取和發(fā)現(xiàn)所需要的知識；而且修井井況與規(guī)則用自然語言描述有時不能很好的量化。不確定推理方法更能有效的用定性的規(guī)則實現(xiàn)不確定性推理。如果系統(tǒng)改進采用機器學習，對油田修井案例大數(shù)據(jù)進行云學習及云推理，系統(tǒng)應用將再上一個臺階。

參考文獻

[1]邢會民，周永宏等.專家系統(tǒng)原型概述[J].西南民族大學學報（自然科學版），2004，（04）.

[2]明柱平. 修井作業(yè)專家系統(tǒng)研究[D].西南石油大學，2006.

[3]明柱平，楊文領(lǐng)，劉清友.修井作業(yè)專家系統(tǒng)開發(fā)研究[J].石油機械，2006，（04）.

作者簡介

鄒正偉（1978-），男，四川省人。博士在讀。現(xiàn)為西南石油大學講師。研究方向為軟件工程、油田信息化、物聯(lián)網(wǎng)工程。

作者單位

西南石油大學 四川省成都市 610500endprint

摘 要

專家系統(tǒng)是一個具有智能特點的計算機程序，它的智能化主要表現(xiàn)為能夠在特定的領(lǐng)域內(nèi)模仿人類專家思維來求解復雜問題。修井作業(yè)是油田作業(yè)開發(fā)井中常見的操作，需要處理大量信息、專家指導，而現(xiàn)實情況是修井作業(yè)隨意性和盲目性較大、操作不規(guī)范、修井資料和修井工具沒有進行統(tǒng)一的分類管理、生產(chǎn)中遇到各種問題缺乏可以咨詢的專家。所以修井專家系統(tǒng)的應用研究與實現(xiàn)具有實際的行業(yè)意義。本文介紹專家系統(tǒng)在修井作業(yè)中的應用實現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】專家系統(tǒng) 修井作業(yè) 知識庫

1 專家系統(tǒng)概述

專家系統(tǒng)（Expert System）是一個具有智能特點的計算機程序，它的智能化主要表現(xiàn)為能夠在特定的領(lǐng)域內(nèi)模仿人類專家思維來求解復雜問題。因此，專家系統(tǒng)必須包含領(lǐng)域?qū)＜业拇罅恐R，擁有類似人類專家思維的推理能力，并能用這些知識來解決實際問題。

專家系統(tǒng)是當前人工智能應用中最成功的一個領(lǐng)域。

專家系統(tǒng)具有下面三個屬性：

（1）啟發(fā)性。它運用規(guī)范的專業(yè)知識和直覺的評判知識進行問題求解。

（2）透明性。它是用戶能夠在無需了解其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的情況下與專家系統(tǒng)直接交往，了解其知識內(nèi)容和推理過程。

（3）靈活性。它可以不但接受新知識，調(diào)整有關(guān)的控制信息，使其與整個知識庫協(xié)調(diào)。

2 修井專家系統(tǒng)應用及知識的獲取

修井專家系統(tǒng)針對實際石油工程領(lǐng)域，建造專家系統(tǒng)，用來輔助或代替領(lǐng)域?qū)＜医鉀Q實際問題。如何把修井專家的知識和經(jīng)驗轉(zhuǎn)化為計算機所具有的能力，這就需要用到知識獲取，知識獲取就是把用于求解專門領(lǐng)域的知識從擁有這些知識的知識源中抽取出來，并轉(zhuǎn)換為一特定的計算機表示。知識獲取為裝入、修改和擴充知識庫的知識提供手段；知識獲取過程可以看作是一類專業(yè)知識到知識庫之間的轉(zhuǎn)移過程。知識獲取策略是由知識的表示模式和知識庫的存儲結(jié)構(gòu)決定的。

修井作業(yè)專家系統(tǒng)知識獲取的主要來源是專家的經(jīng)驗和書本上的知識。主要途徑是通過事故井維修的書面資料比如設(shè)計書等。

本專家系統(tǒng)知識獲取的步驟如下：

第一步查找修井作業(yè)相關(guān)資料并請教修井領(lǐng)域的專家，尋找適當?shù)闹R表示方法；

第二步確定適當?shù)闹R庫存儲結(jié)構(gòu)；

第三步將書本和從專家那里得來得經(jīng)驗以第一步得來得表示方法凝聚成庫；

第四步調(diào)試精煉知識庫。

3 修井作業(yè)專家系統(tǒng)推理機的實現(xiàn)

軟件的開發(fā)的目的是應用，如何使修井作業(yè)專家系統(tǒng)具有修井專家所具有的處理事故的方式，必須建立完善的事故處理推理機制。推理是根據(jù)一定的原則（公理或規(guī)則）從已知的事實（或判斷）推出新的事實（或另外的判斷）的思維過程，其中推理所依據(jù)的事實叫做前提（或條件），由前提所推出的新事實叫做結(jié)論。基于知識的推理的計算機實現(xiàn)就構(gòu)成了推理機，推理機的功能是模擬領(lǐng)域?qū)＜业乃季S過程，控制并執(zhí)行對問題的求解。它能根據(jù)當前已知的事實，利用知識庫中的知識，按一定的推理方法和控制策略進行推理，直到得出相應的結(jié)論為止。如圖1所示。

在推理過程中，如果只有一條可用規(guī)則，該條規(guī)則將被采用，而實際上可用規(guī)則往往不止一條，必須做出唯一性選擇，即沖突消解。沖突消解的策略是將多條規(guī)則按優(yōu)先級排序，為了提高搜索效率，在該系統(tǒng)中采用的排序策略是分塊組織，即根據(jù)不同事故類型將知識庫進行分塊，在問題的求解過程中，根據(jù)事故的具體原因，從相應的知識庫中去選擇可用知識。

對于事實：[（落物事故）（落物為桿類）（落物為抽油桿）（落物曾被打撈過）（魚頭彎曲）]

將其存入全局數(shù)據(jù)庫，推理機開始“匹配-沖突消解-操作”，其詳細運行過程描述如表1。

于是得出適于本事故的工具有兩種彎曲魚頭抽油桿打撈筒和自制彎魚頭抽油桿打撈筒。在推理過程中，如果只有一條可用規(guī)則，該條規(guī)則將被采用，而實際上可用規(guī)則往往不止一條，必須做出唯一性選擇，即沖突消解。沖突消解的策略是將多條規(guī)則按優(yōu)先級排序，為了提高搜索效率，在本系統(tǒng)中采用的排序策略是：每次系統(tǒng)使用后，將會輔助作業(yè)人員對本次施工進行施工總結(jié)，此時會對所提供修井方案進行評價，在以后提供修井方案時會根據(jù)修井方案實施成功率和施工次數(shù)進行排序。

4 結(jié)束語

系統(tǒng)組織簡潔，可擴展性良好；不足之處在于對領(lǐng)域?qū)＜抑R的依賴性較高和知識提取方面。另外，基于規(guī)則的推理不會通過經(jīng)驗改善自身的性能，不會自動獲取和發(fā)現(xiàn)所需要的知識；而且修井井況與規(guī)則用自然語言描述有時不能很好的量化。不確定推理方法更能有效的用定性的規(guī)則實現(xiàn)不確定性推理。如果系統(tǒng)改進采用機器學習，對油田修井案例大數(shù)據(jù)進行云學習及云推理，系統(tǒng)應用將再上一個臺階。

參考文獻

[1]邢會民，周永宏等.專家系統(tǒng)原型概述[J].西南民族大學學報（自然科學版），2004，（04）.

[2]明柱平. 修井作業(yè)專家系統(tǒng)研究[D].西南石油大學，2006.

[3]明柱平，楊文領(lǐng)，劉清友.修井作業(yè)專家系統(tǒng)開發(fā)研究[J].石油機械，2006，（04）.

作者簡介

鄒正偉（1978-），男，四川省人。博士在讀。現(xiàn)為西南石油大學講師。研究方向為軟件工程、油田信息化、物聯(lián)網(wǎng)工程。

作者單位

西南石油大學 四川省成都市 610500endprint

摘 要

專家系統(tǒng)是一個具有智能特點的計算機程序，它的智能化主要表現(xiàn)為能夠在特定的領(lǐng)域內(nèi)模仿人類專家思維來求解復雜問題。修井作業(yè)是油田作業(yè)開發(fā)井中常見的操作，需要處理大量信息、專家指導，而現(xiàn)實情況是修井作業(yè)隨意性和盲目性較大、操作不規(guī)范、修井資料和修井工具沒有進行統(tǒng)一的分類管理、生產(chǎn)中遇到各種問題缺乏可以咨詢的專家。所以修井專家系統(tǒng)的應用研究與實現(xiàn)具有實際的行業(yè)意義。本文介紹專家系統(tǒng)在修井作業(yè)中的應用實現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】專家系統(tǒng) 修井作業(yè) 知識庫

1 專家系統(tǒng)概述

專家系統(tǒng)（Expert System）是一個具有智能特點的計算機程序，它的智能化主要表現(xiàn)為能夠在特定的領(lǐng)域內(nèi)模仿人類專家思維來求解復雜問題。因此，專家系統(tǒng)必須包含領(lǐng)域?qū)＜业拇罅恐R，擁有類似人類專家思維的推理能力，并能用這些知識來解決實際問題。

專家系統(tǒng)是當前人工智能應用中最成功的一個領(lǐng)域。

專家系統(tǒng)具有下面三個屬性：

（1）啟發(fā)性。它運用規(guī)范的專業(yè)知識和直覺的評判知識進行問題求解。

（2）透明性。它是用戶能夠在無需了解其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的情況下與專家系統(tǒng)直接交往，了解其知識內(nèi)容和推理過程。

（3）靈活性。它可以不但接受新知識，調(diào)整有關(guān)的控制信息，使其與整個知識庫協(xié)調(diào)。

2 修井專家系統(tǒng)應用及知識的獲取

修井專家系統(tǒng)針對實際石油工程領(lǐng)域，建造專家系統(tǒng)，用來輔助或代替領(lǐng)域?qū)＜医鉀Q實際問題。如何把修井專家的知識和經(jīng)驗轉(zhuǎn)化為計算機所具有的能力，這就需要用到知識獲取，知識獲取就是把用于求解專門領(lǐng)域的知識從擁有這些知識的知識源中抽取出來，并轉(zhuǎn)換為一特定的計算機表示。知識獲取為裝入、修改和擴充知識庫的知識提供手段；知識獲取過程可以看作是一類專業(yè)知識到知識庫之間的轉(zhuǎn)移過程。知識獲取策略是由知識的表示模式和知識庫的存儲結(jié)構(gòu)決定的。

修井作業(yè)專家系統(tǒng)知識獲取的主要來源是專家的經(jīng)驗和書本上的知識。主要途徑是通過事故井維修的書面資料比如設(shè)計書等。

本專家系統(tǒng)知識獲取的步驟如下：

第一步查找修井作業(yè)相關(guān)資料并請教修井領(lǐng)域的專家，尋找適當?shù)闹R表示方法；

第二步確定適當?shù)闹R庫存儲結(jié)構(gòu)；

第三步將書本和從專家那里得來得經(jīng)驗以第一步得來得表示方法凝聚成庫；

第四步調(diào)試精煉知識庫。

3 修井作業(yè)專家系統(tǒng)推理機的實現(xiàn)

軟件的開發(fā)的目的是應用，如何使修井作業(yè)專家系統(tǒng)具有修井專家所具有的處理事故的方式，必須建立完善的事故處理推理機制。推理是根據(jù)一定的原則（公理或規(guī)則）從已知的事實（或判斷）推出新的事實（或另外的判斷）的思維過程，其中推理所依據(jù)的事實叫做前提（或條件），由前提所推出的新事實叫做結(jié)論。基于知識的推理的計算機實現(xiàn)就構(gòu)成了推理機，推理機的功能是模擬領(lǐng)域?qū)＜业乃季S過程，控制并執(zhí)行對問題的求解。它能根據(jù)當前已知的事實，利用知識庫中的知識，按一定的推理方法和控制策略進行推理，直到得出相應的結(jié)論為止。如圖1所示。

在推理過程中，如果只有一條可用規(guī)則，該條規(guī)則將被采用，而實際上可用規(guī)則往往不止一條，必須做出唯一性選擇，即沖突消解。沖突消解的策略是將多條規(guī)則按優(yōu)先級排序，為了提高搜索效率，在該系統(tǒng)中采用的排序策略是分塊組織，即根據(jù)不同事故類型將知識庫進行分塊，在問題的求解過程中，根據(jù)事故的具體原因，從相應的知識庫中去選擇可用知識。

對于事實：[（落物事故）（落物為桿類）（落物為抽油桿）（落物曾被打撈過）（魚頭彎曲）]

將其存入全局數(shù)據(jù)庫，推理機開始“匹配-沖突消解-操作”，其詳細運行過程描述如表1。

于是得出適于本事故的工具有兩種彎曲魚頭抽油桿打撈筒和自制彎魚頭抽油桿打撈筒。在推理過程中，如果只有一條可用規(guī)則，該條規(guī)則將被采用，而實際上可用規(guī)則往往不止一條，必須做出唯一性選擇，即沖突消解。沖突消解的策略是將多條規(guī)則按優(yōu)先級排序，為了提高搜索效率，在本系統(tǒng)中采用的排序策略是：每次系統(tǒng)使用后，將會輔助作業(yè)人員對本次施工進行施工總結(jié)，此時會對所提供修井方案進行評價，在以后提供修井方案時會根據(jù)修井方案實施成功率和施工次數(shù)進行排序。

4 結(jié)束語

系統(tǒng)組織簡潔，可擴展性良好；不足之處在于對領(lǐng)域?qū)＜抑R的依賴性較高和知識提取方面。另外，基于規(guī)則的推理不會通過經(jīng)驗改善自身的性能，不會自動獲取和發(fā)現(xiàn)所需要的知識；而且修井井況與規(guī)則用自然語言描述有時不能很好的量化。不確定推理方法更能有效的用定性的規(guī)則實現(xiàn)不確定性推理。如果系統(tǒng)改進采用機器學習，對油田修井案例大數(shù)據(jù)進行云學習及云推理，系統(tǒng)應用將再上一個臺階。

參考文獻

[1]邢會民，周永宏等.專家系統(tǒng)原型概述[J].西南民族大學學報（自然科學版），2004，（04）.

[2]明柱平. 修井作業(yè)專家系統(tǒng)研究[D].西南石油大學，2006.

[3]明柱平，楊文領(lǐng)，劉清友.修井作業(yè)專家系統(tǒng)開發(fā)研究[J].石油機械，2006，（04）.

作者簡介

鄒正偉（1978-），男，四川省人。博士在讀。現(xiàn)為西南石油大學講師。研究方向為軟件工程、油田信息化、物聯(lián)網(wǎng)工程。

作者單位

西南石油大學 四川省成都市 610500endprint