WO2023009027A1 - Method and system for warning of upcoming anomalies in a drilling process - Google Patents

Method and system for warning of upcoming anomalies in a drilling process Download PDF

Info

Publication number
WO2023009027A1
WO2023009027A1 PCT/RU2021/000623 RU2021000623W WO2023009027A1 WO 2023009027 A1 WO2023009027 A1 WO 2023009027A1 RU 2021000623 W RU2021000623 W RU 2021000623W WO 2023009027 A1 WO2023009027 A1 WO 2023009027A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
data
drilling
training
real
warning
Prior art date
Application number
PCT/RU2021/000623
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Виктор Александрович МАКАРОВ
Оксана Таалаевна ОСМОНАЛИЕВА
Игорь Владимирович СИМОН
Виталий Викторович КОРЯБКИН
Тимур Серикбаевич БАЙБОЛОВ
Артем Сергеевич СЕМЕНИХИН
Игорь Александрович ЧЕБУНЯЕВ
Василий Олегович ВАСИЛЬЕВ
Мария Вадимовна ГОЛИЦЫНА
Стивен ЛОРД
Original Assignee
Публичное Акционерное Общество "Газпром Нефть" (Пао "Газпромнефть")
Интернешенал Бизнес Машинс Корпорейшн (Ай Би Эм)
Виктор Александрович МАКАРОВ
Оксана Таалаевна ОСМОНАЛИЕВА
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU2021122723A external-priority patent/RU2772851C1/en
Application filed by Публичное Акционерное Общество "Газпром Нефть" (Пао "Газпромнефть"), Интернешенал Бизнес Машинс Корпорейшн (Ай Би Эм), Виктор Александрович МАКАРОВ, Оксана Таалаевна ОСМОНАЛИЕВА filed Critical Публичное Акционерное Общество "Газпром Нефть" (Пао "Газпромнефть")
Publication of WO2023009027A1 publication Critical patent/WO2023009027A1/en

Links

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B44/00Automatic control systems specially adapted for drilling operations, i.e. self-operating systems which function to carry out or modify a drilling operation without intervention of a human operator, e.g. computer-controlled drilling systems; Systems specially adapted for monitoring a plurality of drilling variables or conditions
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B17/00Systems involving the use of models or simulators of said systems
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06NCOMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N20/00Machine learning

Definitions

  • the described invention aims to detect abnormal parameters during the drilling process in order to predict potential accidents and provide operational personnel with sufficient time to make decisions and prevent real problems, thereby providing significant time and cost savings.
  • the system proposed by the described invention is based on a computerized method of warning about a future anomaly during drilling. This method includes:
  • the appropriate Regression Models (131) are selected from among the trained Regression Models.
  • the appropriate Regression Models (131) can be selected during the use phase depending on the composition of the pre-processed well data coming in real time.
  • Regression Models for the relevant drilling parameters eg, SPPA, TQA, and HKLA

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

A computerized method for warning of a future anomaly in a drilling process includes: generating a first training set of data for a first machine learning algorithm (MLA) on the basis of historic borehole data; training a first MLA using the first training set of data to generate a first normal response model; determining a potential drilling anomaly on the basis of the first normal response model and real-time borehole data; generating a second training set of data for a second MLA on the basis of historic borehole data and sample data generated by the first normal response model; training the second MLA using the second training set of data to generate a second normal response model; predicting the main parameters of a drilling process on the basis of the second normal response model and real-time borehole data; determining an actual drilling anomaly on the basis of the predicted main parameters of the drilling process and real-time borehole data; generating a warning on the basis of the potential drilling anomaly and/or the actual drilling anomaly.

Description

Способ и система для предупреждения о предстоящих аномалиях в процессе бурения Method and system for warning about upcoming anomalies during drilling
Область техники, к которой относится изобретение The field of technology to which the invention belongs
Изобретение в целом относится к средствам прогнозирования и индикации потенциальных проблем в процессе бурения скважин. В частности, изобретение относится к системе и способу предупреждения эксплуатационного персонала о будущей аномалии в процессе бурения, которая может привести к сбою. The invention generally relates to means for predicting and indicating potential problems during well drilling. In particular, the invention relates to a system and method for alerting operating personnel to a future anomaly in the drilling process that could lead to failure.
Известный уровень техники Prior Art
Бурение новой скважины - довольно сложная задача. Процесс бурения необходимо строго контролировать с целью предотвращения происшествий и аварий, что требует соответствующей подготовки эксплуатационного персонала и обеспечения его готовности к предотвращению аварий и быстрой ликвидации их последствий. Бурение является технологически сложным процессом, и поэтому любая неисправность в ходе буровых работ приводит к значительным потерям, связанным с затратами на анализ ситуации, ремонт и возобновление работ, включая рабочее время инженеров и другого персонала, необходимого для решения проблемы. Drilling a new well is quite a challenge. The drilling process must be strictly controlled in order to prevent incidents and accidents, which requires appropriate training of operating personnel and ensuring their readiness to prevent accidents and quickly eliminate their consequences. Drilling is a technologically complex process, and therefore any malfunction during drilling operations leads to significant losses associated with the costs of situation analysis, repair and resumption of work, including the working time of engineers and other personnel necessary to solve the problem.
В настоящее время некоторые компании имеют возможность прогнозировать определенные типы осложнений при бурении либо автоматически, либо с помощью экспертов-людей и их знаний. Однако из-за сложности этой задачи и отсутствия специалистов многие происшествия, сбои и аварии остаются непредвиденными до тех пор, пока они не произойдут. Более того, в связи с тем, что средства обнаружения таких сбоев и аварий часто основаны на анализе лишь косвенных признаков, иногда может быть даже трудно сказать наверняка, произошел уже сбой или нет. Currently, some companies have the ability to predict certain types of drilling complications either automatically or with the help of human experts and their knowledge. However, due to the complexity of this task and the lack of specialists, many incidents, failures and accidents remain unforeseen until they occur. Moreover, due to the fact that the means of detecting such failures and accidents are often based on the analysis of only indirect indicators, it can sometimes even be difficult to say for sure whether a failure has already occurred or not.
В патентном документе AU2013403353B2 содержится описание систем и способов оперативного прогнозирования рисков в процессе буровых работ с использованием скважинных данных, поступающих в режиме реального времени, обученной модели толстого слоя и обученной модели тонкого слоя для каждого соответствующего слоя обученной модели толстого слоя. Эти системы и способы могут также использоваться для отслеживания других незавершенных скважин и выполнения статистического анализа продолжительности каждого уровня риска для отслеживаемой скважины. AU2013403353B2 describes systems and methods for real-time risk prediction during drilling operations using real-time well data, a trained thick layer model, and a trained thin layer model for each respective layer of the trained thick layer model. These systems and methods can also be used to track other in-progress wells and perform a statistical analysis of the duration of each level of risk for the monitored well.
В патентном документе US6722450B2 содержится описание устройства и способа отслеживания состояния и обнаружения выхода из строя бурового долота. Датчики указанного устройства располагаются на вспомогательном узле (который снимается с бурового долота) и передают данные в нейронную сеть или другой адаптивный фильтр. Нейронная сеть использует предыдущие показания датчиков для прогнозирования дальнейших показаний датчиков. Для определения ошибки прогнозирования прогнозируемое значение вычитается из фактического значения. Увеличение ошибки прогнозирования является показателем, на основе которого оператор может сделать вывод о выходе из строя бурового долота. US6722450B2 describes an apparatus and method for monitoring and detecting a drill bit failure. Sensors said device is located on an auxiliary node (which is removed from the drill bit) and transmits data to a neural network or other adaptive filter. The neural network uses previous sensor readings to predict future sensor readings. To determine the prediction error, the predicted value is subtracted from the actual value. The increase in prediction error is an indicator based on which the operator can conclude that the drill bit has failed.
В патентном документе US9970266B2 содержится описание способов и систем повышения эффективности буровых работ за счет использования данных бурения, получаемых в режиме реального времени, с целью прогнозирования износа долота, литологического состава горной породы, порового давления, коэффициента трения при вращении, проницаемости горной породы и стоимости буровых работ в режиме реального времени, а также с целью корректировки параметров бурения в режиме реального времени на основе этих прогнозов. Оперативное прогнозирование литологического состава горной породы осуществляется путем обработки данных бурения, поступающих в режиме реального времени, многослойной нейронной сетью. Оперативное прогнозирование износа долота осуществляется с использованием данных бурения, поступающих в режиме реального времени, для прогнозирования коэффициента полезного действия долота и определения его изменения с течением времени. Эти прогнозы могут быть использованы для автоматической корректировки параметров бурения в процессе буровых работ с возможностью вмешательства со стороны оператора в ручном режиме. Такие способы и системы также могут включать средства определения различных параметров гидродинамических условий в скважине и коэффициента трения вращения. При этом наряду с данными, поступающими в режиме реального времени, здесь могут использоваться исторические данные с целью оказания экспертной помощи системе и выявления проблем производственной безопасности. US9970266B2 describes methods and systems for improving drilling efficiency by using real-time drilling data to predict bit wear, rock lithology, pore pressure, rotational friction coefficient, rock permeability, and drilling costs. operations in real time, as well as to adjust drilling parameters in real time based on these forecasts. Operational prediction of the lithological composition of the rock is carried out by processing drilling data received in real time by a multilayer neural network. Real-time bit wear prediction is performed using real-time drilling data to predict bit efficiency and determine how it changes over time. These forecasts can be used to automatically correct drilling parameters during drilling operations with the possibility of manual intervention by the operator. Such methods and systems may also include means for determining various parameters of the hydrodynamic conditions in the well and the coefficient of rotational friction. At the same time, along with real-time data, historical data can be used here to provide expert assistance to the system and identify industrial safety problems.
В патентном документе US20170308802A1 содержится описание способов и систем для прогнозирования исхода различных ситуаций, таких как отказы производственного оборудования, в тяжелой промышленности. Прогнозируемые исходы могут быть использованы владельцами и операторами буровых установок, шахт, заводов и других производственных объектов с целью выявления потенциальных сбоев и принятия превентивных и/или корректирующих мер в отношении промышленных объектов и оборудования. В одной общей реализации исторические данные, связанные с множеством исходов, поступают в один или несколько серверов на центральном объекте из одного или нескольких источников данных. На основе этих исторических данных система генерирует массивы данных, используя которые, набор моделей обучается прогнозировать исходы. Каждая модель включает в себя подмодели, соответствующие иерархии компонентов каждого промышленного объекта. Набор моделей объединяется в ансамблевую модель, которая передается на производственные объекты. US20170308802A1 describes methods and systems for predicting the outcome of various situations, such as production equipment failures, in heavy industry. The predicted outcomes can be used by the owners and operators of drilling rigs, mines, factories and other industrial facilities to identify potential failures and take preventive and/or corrective actions in relation to industrial facilities and equipment. In one common implementation, historical data associated with multiple selections is fed to one or more servers at a central site from one or more data sources. Based on this historical data, the system generates data arrays, using which a set of models is trained to predict outcomes. Each model includes sub-models corresponding to the hierarchy of components of each industrial object. The set of models is combined into an ensemble model, which is transferred to production facilities.
В патентном документе WO2015123591 А1 содержится описание системы оказания оперативной помощи эксплуатационному персоналу в процессе бурении скважин. Указанная система состоит из компьютера и машинного носителя для долговременного хранения информации, на котором записана программа, под управлением которой компьютер получает исходные данные, поступающие в режиме реального времени от датчиков, отслеживающих ход буровых работ и/или состояние скважины; очищает исходные данные, включая удаление всех исходных данных, полученных в следующих режимах: вспомогательные операции при бурении, спуск инструмента, подъем инструмента, разбуривание вперед, разбуривание назад и/или циклическое разбуривание - с целью получения очищенных данных; подает, как минимум, часть очищенных данных в нейронную сеть, обученную на основе информации, относящейся к процессу бурения, включая геологическую информацию в отношении региона, в котором ведутся буровые работы; получает от нейронной сети оперативный прогноз вероятности того, что в ходе буровых работ возникнут те или иные условия в будущем; и отображает данный прогноз. Patent document WO2015123591 A1 contains a description of a system for providing operational assistance to operating personnel in the process of drilling wells. Said system consists of a computer and a machine medium for long-term storage of information, on which a program is written, under the control of which the computer receives the initial data coming in real time from sensors that monitor the progress of drilling operations and/or the state of the well; clears the raw data, including deleting all raw data obtained in the following modes: auxiliary operations while drilling, running the tool, raising the tool, drilling forward, drilling back and/or cyclic drilling - in order to obtain cleaned data; feeds at least part of the cleaned data to a neural network trained on the basis of information related to the drilling process, including geological information in relation to the region in which drilling is carried out; receives from the neural network an operational forecast of the probability that certain conditions will arise in the course of drilling operations in the future; and displays this forecast.
В патентном документе CN109829561A содержится описание способа прогнозирования происшествий, сбоев и аварий, основанного на сглаживающей обработке данных и машинном обучении сетевой модели. Этот способ предусматривает построение системы раннего предупреждения о возможных сбоях в процессе бурения скважин и маркировку аварийных аномалий на основе сглаживающей обработки данных; создание обучающей сети скважин на основе модели машинного обучения с целью формирования аналогичной модели на основе моделей с несколькими классификациями, соответствующих смежным скважинам, путем минимизации целевой функции; использование измеренных данных, полученных из обучающей скважины, для обучения оптимизационной модели с целью получения параметрического решения для данной модели; поиск в сети соседней скважины, аналогичной тестовой скважине, с последующей оценкой параметров модели тестовой скважины на соответствие модели соседней скважины и прогнозирование сбоев и аварий тестовой скважины на основе оценочных параметров. Patent document CN109829561A contains a description of a method for predicting incidents, failures and accidents based on smoothing data processing and machine learning of a network model. This method involves building an early warning system for possible failures in the process of drilling wells and marking emergency anomalies based on smoothing data processing; creation of a training network of wells based on a machine learning model in order to form a similar model based on models with several classifications corresponding to adjacent wells by minimizing the objective function; using the measured data obtained from the training well to train the optimization model in order to obtain a parametric solution for this model; search in the network for an offset well similar to the test well, followed by evaluation of the parameters of the test well model for compliance with the offset well model, and prediction of failures and accidents of the test well based on the estimated parameters.
В патентном документе US20020120401A1 содержится описание системы прогнозирующего управления буровыми работами, основанной на использовании нейронной сети. Скважинный процессор управляет работой различных устройств в забойном узле, изменяя параметры бурения и направление бурения с целью автономной оптимизации эффективности буровых работ. Нейронная сеть итеративно обновляет модель прогнозирования буровых работ и выдает рекомендации по корректировке параметров бурения оператору. US20020120401A1 describes a predictive drilling management system based on the use of a neural network. The downhole processor controls the operation of various devices in downhole assembly by changing drilling parameters and drilling direction to autonomously optimize drilling efficiency. The neural network iteratively updates the drilling forecasting model and provides recommendations to the operator for adjusting the drilling parameters.
В патентном документе WO2019216891А1 содержится описание способа оптимизации процесса бурения в режиме реального времени на основе машинного обучения, предусматривающего использование многослойной глубокой нейронной сети, построенной на основе входных данных процесса бурения. Данная сеть позволяет извлекать большое количество различных параметров буровых работ, на основе которых строится модель линейной регрессии. Эта модель применяется для прогнозирования одного или нескольких параметров бурения. Patent document WO2019216891A1 describes a method for optimizing a drilling process in real time based on machine learning using a multilayer deep neural network built on the basis of input data from a drilling process. This network allows you to extract a large number of different drilling parameters, on the basis of which a linear regression model is built. This model is used to predict one or more drilling parameters.
В статье Ци Пенга и соавт. [1] содержится описание системы предупреждения об отклонениях технических параметров бурения, разработанной для отслеживания состояния процесса бурения в режиме реального времени и раннего предупреждения о возможных сбоях авариях при ведении буровых работ. Комплексный каротажный прибор позволяет системе оповещения собирать данные о параметрах бурения (нагрузке на долото, крутящем моменте, нагрузке на крюк), которые могут отображаться на экране компьютера, чтобы инженеры могли отслеживать тенденции их изменения. Для определения причин изменения параметров используются инструменты математической статистики (среднее время, дисперсия, амплитуда и т.д.). Наиболее важным принципом работы системы раннего предупреждения является установление взаимосвязи между сбоями в процессе бурении и техническими параметрами. Выбор аномальных параметров бурения основан на теории корреляции Грея. Данная система способна точно отслеживать аномальные параметры бурения и выдавать точные (точность свыше 80%) сигналы раннего предупреждения о наиболее распространенных сбоях и авариях при бурении (выброс, нарушение герметичности скважины, аномальное содержание H2S, отказ бурового инструмента и т.д.) либо непосредственно на буровой установке, либо в центре удаленного мониторинга. In an article by Qi Peng et al. [1] provides a description of a drilling deviation warning system designed to monitor the status of the drilling process in real time and provide early warning of possible failures and accidents during drilling operations. The integrated logging tool allows the alert system to collect data on drilling parameters (weight on bit, torque, hook load) that can be displayed on a computer screen so that engineers can track trends. To determine the causes of parameter changes, mathematical statistics tools (mean time, dispersion, amplitude, etc.) are used. The most important operating principle of an early warning system is to establish the relationship between failures in the drilling process and technical parameters. The choice of anomalous drilling parameters is based on the Gray correlation theory. This system is able to accurately track abnormal drilling parameters and provide accurate (over 80% accuracy) early warning signals of the most common drilling failures and accidents (blowout, well seal failure, abnormal H2S content, drilling tool failure, etc.) either directly on a drilling rig, or at a remote monitoring center.
В статье Джулио Гола и соавт. [2] рассматриваются два способа использования искусственного интеллекта для повышении эффективности мониторинга процессов бурения с точки зрения снижения неопределенности и повышения надежности прогнозирования. Первый способ основан на использовании объединенного мнения различных экспертов в рамках так называемого ансамблевого подхода; второй основан на так называемом подходе «серого ящика», который сочетает в себе физическую модель и искусственный интеллект. Эти два способа применяются для решения проблемы прогнозирования забойного давления в процессе бурения с динамическим контролем давления, чтобы повысить точность и надежность прогнозирования, а также избежать вводящей в заблуждение информации о ситуации в скважине или получения противоречивых отчетов о рабочих режимах. In an article by Giulio Gola et al. [2] considers two ways to use artificial intelligence to improve the efficiency of monitoring drilling processes in terms of reducing uncertainty and increasing the reliability of forecasting. The first method is based on the use of the combined opinion of various experts in the framework of the so-called ensemble approach; the second is based on the so-called "grey box" approach, which combines a physical model and artificial intelligence. These two methods are used to solve the problem of predicting bottom hole pressure during drilling with dynamic control. pressure to improve the accuracy and reliability of forecasting, as well as to avoid misleading information about the situation in the well or receiving inconsistent reports on operating conditions.
В статье Яна Аврейцевича и соавт. [3] описывается программный инструмент для анализа геологических причин поглощения бурового раствора. Классификация скважин на карте по интенсивности поглощения бурового раствора и построение новых узлов для каждого класса осуществляется с использованием искусственной нейронной сети. Вероятность отнесения новой скважины к определенному классу интенсивности поглощения рассчитывается на основе расстояния между скважиной и ближайшим узлом каждого класса. При учете технологических факторов вероятностный прогноз возникновения поглощений бурового раствора формируется путем обработки полевых данных с использованием теории нечетких множеств. Программное обеспечение позволяет прогнозировать поглощения бурового раствора, вызванные каждой группой рассматриваемых факторов. In the article by Jan Avreytsevich et al. [3] describes a software tool for analyzing the geological causes of lost circulation. Classification of wells on the map according to the intensity of lost circulation and the construction of new nodes for each class is carried out using an artificial neural network. The probability of assigning a new well to a particular loss intensity class is calculated based on the distance between the well and the nearest node of each class. When technological factors are taken into account, a probabilistic forecast of the occurrence of losses in the drilling fluid is formed by processing field data using the theory of fuzzy sets. The software makes it possible to predict losses caused by each group of considered factors.
В статье Шэннаня By и соавт. [4] рассматривается подход к определению условных вероятностей опасных событий и их последствий. Этот подход предусматривает использование моделей, учитывающих влияние естественной деградации оборудования и (если применимо) новую информацию об изменениях параметров модели (например, изменении плотности бурового раствора), поступающую в режиме реального времени. Данный подход основан на теории динамической байесовской сети (DBN) и предусматривает использование дополнительных узлов для устранения неопределенностей модели и неопределенностей параметров. Кроме того, учитывается эффект деградации. При наступлении опасного события модель может быть использована для прогнозирования эволюции риска и определения его коренных причин в процессе ведения буровых работ на шельфе. Для увязки возможных сценариев происшествий с параметрами работы оборудования и параметрами пласта создается модель «галстук-бабочка», которая затем преобразуется в DBN. Вывод, сформулированный DBN, адаптируется для выполнения прогнозирования и диагностики с целью динамической оценки риска, а затем проводится анализ чувствительности для определения относительного веса каждой коренной причины. In an article by Shennan Wu et al. [4] considers an approach to determining the conditional probabilities of dangerous events and their consequences. This approach involves the use of models that take into account the effects of natural degradation of equipment and (if applicable) new information about changes in model parameters (for example, changes in drilling fluid density) coming in real time. This approach is based on the theory of dynamic Bayesian network (DBN) and involves the use of additional nodes to eliminate model uncertainties and parameter uncertainties. In addition, the effect of degradation is taken into account. When a hazardous event occurs, the model can be used to predict the evolution of risk and determine its root causes in the process of offshore drilling. To link possible incident scenarios to equipment and reservoir parameters, a bow tie model is created, which is then converted to DBN. The conclusion formulated by the DBN is adapted to perform prediction and diagnostics for dynamic risk assessment, and then a sensitivity analysis is performed to determine the relative weight of each root cause.
В статье Кишуая Иня и соавт. [5] предлагается интеллектуальный метод, основанный на данных о пластовом давлении, пространственном расположении соседних скважин и пространственной непрерывности целевой области, который обеспечивает формирование профиля давления с высокой степенью достоверности, определение безопасного окна давлений и соответствующих плотностей бурового раствора, а также построение вероятностного профиля риска и интервала риска буровых работ. Таким образом, данный метод обеспечивает выявление и оценку рисков бурения в сложных пластах. Во-первых, вводится концепция матрицы пластового давления и определяется алгоритм эпитаксиальной стратиграфической миграции давления для расчета давления в целевых скважинах конкретной тектонической области на основе корректировки глубины и алгоритма взвешивания обратных расстояний. Во-вторых, рассчитывается вероятность риска бурения. В-третьих, с помощью теории нечетких множеств и с использованием данных о сбоях и авариях строится функция принадлежности с различными степенями интервалов. Наконец, определяется степень принадлежности риска буровых работ для обеспечения интеллектуальной идентификации риска бурения. In the article by Kishuay Inya et al. [5] proposes an intelligent method based on reservoir pressure data, spatial location of offset wells and spatial continuity of the target area, which provides the formation of a pressure profile with a high degree of certainty, the determination of a safe pressure window and the corresponding drilling fluid densities, as well as the construction of a probabilistic risk profile and drilling risk interval. Thus, given the method ensures the identification and assessment of the risks of drilling in complex formations. First, the concept of a reservoir pressure matrix is introduced and an epitaxial stratigraphic pressure migration algorithm is defined to calculate pressure in target wells of a particular tectonic area based on a depth adjustment and an inverse distance weighting algorithm. Secondly, the risk probability of drilling is calculated. Thirdly, with the help of fuzzy set theory and using data on failures and accidents, a membership function is constructed with different degrees of intervals. Finally, the degree of ownership of the risk of drilling operations is determined to provide intelligent identification of the risk of drilling.
В статье Екатерины Гуриной и соавт. [6] содержится описание интеллектуальной модели, обучаемой на основе исторических данных о сбоях и авариях при бурении. Она способна обнаруживать различные типы аварий, используя сигналы, поступающие в режиме реального времени. Используя сравнение временных рядов, основанное на агрегированной статистике и классификации градиентного повышения, она позволяет обнаружить аномалию процесса и определить ее тип путем сравнения текущих данных телеметрии (MWD) со значениями, сохраненными в базе данных аварий. In the article by Ekaterina Gurina et al. [6] contains a description of an intelligent model trained on the basis of historical data on failures and accidents during drilling. It is capable of detecting various types of accidents using real-time signals. Using time series comparison based on aggregated statistics and gradient boost classification, it detects process anomaly and determines its type by comparing current telemetry data (MWD) with values stored in the accident database.
В статье Ксении Антиповой и соавт. [7] содержится описание алгоритма машинного обучения, который позволяет обнаруживать аномалии с использованием данных процесса бурения (данных телеметрии). Указанный алгоритм автоматически извлекает паттерны симптомов-предвестников аномалии и затем распознает их в процессе бурения. Его обучающий массив данных поступает с более чем 20 нефтяных месторождений и состоит из разделов, связанных с более чем 80 авариями различных типов: прихват колонны, поглощение бурового раствора, газонефтеводопроявление, размыв колонны, выход из строя бурового инструмента, образование сальника, проблемы при подъеме и спуске инструмента, проблемы при разбуривании. Используемая модель машинного обучения основана на деревьях решений с градиентным повышением. Она анализирует параметры бурения в режиме реального времени внутри скользящего 4-часового окна. Для каждого измерения модель вычисляет вероятность аварии и предупреждает об аномалии определенного типа, когда вероятность превышает установленное пороговое значение. Данное решение обеспечивает прогнозирование сбоев и аварий при бурении, оптимизирует работу с данными и сокращает время простоев, связанных с авариями, на величину до 20%. In the article by Ksenia Antipova et al. [7] contains a description of a machine learning algorithm that allows you to detect anomalies using drilling process data (telemetry data). The specified algorithm automatically extracts patterns of anomaly precursor symptoms and then recognizes them during the drilling process. Its training data set comes from more than 20 oilfields and consists of sections related to more than 80 accidents of various types: stuck string, lost circulation, oil and gas show, string washout, drilling tool failure, stuffing box formation, lifting problems, and descent of the tool, problems when drilling out. The machine learning model used is based on gradient boosted decision trees. It analyzes drilling parameters in real time within a sliding 4-hour window. For each measurement, the model calculates the probability of an accident and warns of an anomaly of a certain type when the probability exceeds a set threshold. This solution provides prediction of failures and accidents during drilling, optimizes work with data and reduces downtime associated with accidents by up to 20%.
В статье Шридхарана Чандрасекарана и соавт. [8] описывается искусственная нейронная сеть (ANN), способная прогнозировать изменения механической скорости проходки путем использования параметров смещения поверхности вертикальной скважины в режиме реального времени в процессе бурения. Отображение ввода-вывода здесь осуществляется с помощью взаимосвязанной нейронной сети с обучением по алгоритму обратного распространения с прямой связью, что позволяет эффективно предсказывать МСП на долоте. Для обеспечения возможности эффективного обучения модели необработанные данные преобразуются в обработанные данные с помощью методов скрининга данных и методов конструирования признаков. Готовая ANN-модель проходит перекрестную проверку с целью генерализации по ряду входных данных и сравнивается с полевыми измерениями. Далее модель используется для оптимизации МСП с помощью метаэвристического алгоритма, что позволяет снизить общие затраты на метр проходки. Это достигается с помощью алгоритма оптимизации методом роя частиц (PSO), который находит наилучшее сочетание параметров бурения (нагрузка на долото, частота вращения долота, расход бурового раствора) для обеспечения максимальной производительности с учетом фактических условий. In an article by Sridharan Chandrasekaran et al. [8] describes an artificial neural network (ANN) capable of predicting ROP changes by using real-time vertical well surface displacement parameters while drilling. I/O mapping here is carried out using an interconnected neural network with training using a feedforward backpropagation algorithm, which makes it possible to effectively predict ROP on the bit. To enable the model to be trained efficiently, raw data is transformed into processed data using data screening techniques and feature engineering techniques. The completed ANN model is cross-validated to generalize across a range of inputs and compared with field measurements. The model is then used to optimize the ROP using a metaheuristic algorithm, which reduces the overall cost per meter of penetration. This is achieved using a Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm that finds the best combination of drilling parameters (weight on bit, bit RPM, mud consumption) to provide maximum performance under actual conditions.
В отличие от вышеприведенных патентных документов и статей, изобретение, описанное в заявке, обеспечивает оценку общего «здоровья» процесса бурения, не ограничиваясь прогнозированием определенных типов сбоев и аварий. Модели, предусмотренные данным изобретением, основаны на ряде параметров, регистрируемых в режиме реального времени, и учитывают все из них. Кроме того, в дополнение к необработанным данным используются производные элементы, которые включают, в том числе, экспертные знания человека. Такие модели не нуждаются в какой-либо разметке данных; вместо этого они используют методики неконтролируемого обучения, что позволяет работать с более крупными обучающими массивами данных и добиться более точного обобщения. Описываемое изобретение обеспечивает не только предупреждение о возможных авариях, но и прогнозирование основных параметров процесса бурения. Unlike the above patent documents and articles, the invention described in the application provides an assessment of the overall "health" of the drilling process, not limited to predicting certain types of failures and accidents. The models provided by this invention are based on a number of parameters recorded in real time, and take into account all of them. In addition, derived elements are used in addition to the raw data, which include, among other things, human expertise. Such models do not need any data markup; instead, they use unsupervised learning techniques, which allow them to work with larger training datasets and achieve more accurate generalizations. The described invention provides not only a warning about possible accidents, but also a prediction of the main parameters of the drilling process.
Краткое изложение сущности изобретения Brief summary of the invention
Описываемое изобретение направлено на выявление аномальных параметров в процессе бурения с целью прогнозирования потенциальных аварий и предоставления эксплуатационному персоналу достаточного времени для принятия решений и предотвращения реальных проблем, тем самым обеспечивая значительную экономию времени и средств. The described invention aims to detect abnormal parameters during the drilling process in order to predict potential accidents and provide operational personnel with sufficient time to make decisions and prevent real problems, thereby providing significant time and cost savings.
Вместо прогнозирования конкретных сбоев и аварий предлагается отслеживать ряд основных параметров процесса бурения и оценивать его общее «здоровье». Это позволяет прогнозировать широкий спектр возможных проблем при бурении, включая проблемы, непосредственно не связанные с известными типами сбоев и аварий. Instead of predicting specific failures and accidents, it is proposed to monitor a number of key parameters of the drilling process and evaluate its overall "health". This makes it possible to predict a wide range of possible drilling problems, including problems not directly related to known types of failures and accidents.
Оценка «здоровья» процесса бурения производится с помощью модели прогнозирования. Одной из основных трудностей при обучении моделей прогнозирования аварий является отсутствие размеченных данных. Объем данных, связанных с правильно обозначенными авариями (именно такие данные считаются размеченными), обычно невелик, поэтому обученные модели плохо поддаются обобщению. Для преодоления этой проблемы описываемое изобретение реализует технологию неконтролируемого обучения, в рамках которой модель сама решает, какие данные подходят для обучения, а какие содержат аномалии. Такой подход позволяет избежать субъективности, вызванной индивидуальными экспертными заключениями, и не нуждается в какой-либо разметке данных о конкретных сбоях и авариях или других аномалиях в имеющихся (ранее накопленных) данных. Благодаря этому, модель может быть обучена на достаточно больших массивах обучающих данных. The assessment of the "health" of the drilling process is carried out using a predictive model. One of the main difficulties in training predictive models crashes is the lack of labeled data. The volume of data associated with correctly labeled accidents (it is such data that is considered labeled) is usually small, so trained models are difficult to generalize. To overcome this problem, the described invention implements the technology of unsupervised learning, in which the model itself decides which data is suitable for training and which contains anomalies. This approach avoids the subjectivity caused by individual expert opinions and does not require any labeling of data on specific failures and accidents or other anomalies in the available (previously accumulated) data. Due to this, the model can be trained on sufficiently large arrays of training data.
Для определения обучающего массива данных используется поэлементная модель нормального поведения (называемая здесь «Внутренней моделью»), которая охватывает как исходные данные бурения, так и производные элементы. Модель нормального реагирования основана на «нормальных» фрагментах данных, относящихся к «нормальному» рабочему процессу, протекающему без существенных сбоев, аварий, неисправностей или любых других отклонений, вызывающих проблемы. Для выбора «нормальных» фрагментов данных из общего массива данных исключаются фрагменты, соответствующие сбоям и условиям, предшествующим сбоям, либо содержащие предвестники сбоев (например, повышенное тяговое усилие или повышенное сопротивление вращению перед прихватом инструмента под действием перепада давления), фрагменты с аномальными или ошибочно записанными данными (например, поврежденными или запоздавшими данные) и т.д. После исключения таких «ненормальных» фрагментов данных оставшиеся данные считаются «нормальными» и группируются в кластеры «нормальных» данных. An element-by-element normal behavior model (herein referred to as the "Internal Model") is used to define the training dataset, which encompasses both the original drilling data and the derived elements. The normal response model is based on "normal" pieces of data that refer to a "normal" workflow that occurs without significant disruptions, crashes, malfunctions, or any other anomalies that cause problems. To select “normal” data fragments, fragments corresponding to failures and conditions preceding failures, or containing failure precursors (for example, increased traction or increased resistance to rotation before the tool is stuck under the action of a pressure drop), fragments with abnormal or erroneous written data (for example, corrupted or late data), etc. After eliminating such "abnormal" data fragments, the remaining data is considered "normal" and is grouped into clusters of "normal" data.
Производные элементы включают в себя экспертные знания, связанные со всеми известными сбоями и авариями, благодаря чему устраняется необходимость специально указывать модели на то место, в котором возникает аномалия (или происходит сбой), но вместо этого модель информируется о том, какие сигналы должны приниматься во внимание помимо необработанных данных бурения. Затем отобранные данные кластеризуются с помощью отдельной модели, и некоторые кластеры определяются в качестве эталонных кластеров. Данные из эталонных кластеров считаются свободными от аномалий и в дальнейшем используются для обучения ряда других поэлементных моделей нормального поведения (называемых здесь «Регрессионными моделями»). Derived elements include expert knowledge related to all known failures and accidents, which eliminates the need to specifically tell the model where an anomaly (or failure) occurs, but instead informs the model which signals should be received in attention beyond the raw drilling data. The selected data is then clustered using a separate model, and some clusters are defined as reference clusters. The data from the reference clusters are considered free from anomalies and are further used to train a number of other element-wise normal behavior models (referred to here as "Regression Models").
Регрессионные модели предсказывают ряд основных параметров бурения. В частности, в данной заявке приведен наглядный пример прогнозирования среднего давления в стояке (SPPA), среднего крутящего момента (TQA) и средней нагрузки на крюк (HKLA). Поскольку эти модели обучаются только на данных из эталонных кластеров, прогнозируемые параметры представляют собой некоторый «здоровый» процесс бурения. Прогноз выполняется в режиме реального времени, и прогнозируемые значения параметров вместе с соответствующими фактическими значениями параметров отображаются на системном дисплее. Эксплуатационный персонал может в любой момент определить, что в процессе бурения что-то идет не так, просто взглянув на экран дисплея. Для обеспечения возможности своевременного снижения рисков система также автоматически прогнозирует возможные аварии и предупреждает о них. Regression models predict a number of key drilling parameters. In particular, this application provides an illustrative example of predicting the average riser pressure (SPPA), average torque (TQA) and average hook load (HKLA). Since these models are trained only on data from the reference clusters, the predicted parameters represent a kind of "healthy" drilling process. The prediction is performed in real time and the predicted parameter values along with the corresponding actual parameter values are displayed on the system display. Operations personnel can tell at any time that something is going wrong while drilling, just by looking at the display screen. To ensure timely risk mitigation, the system also automatically predicts and warns of possible accidents.
Система указывает, по какому параметру наблюдается наибольшая разница между прогнозируемым значением и фактическим значением, и запускает индикатор вероятности аварии, чтобы обозначить потенциальную проблему (например, с помощью сигнальных цветов - желтого или красного). Аномалии определяются Регрессионными моделями и Внутренней моделью независимо. Результаты определения аномалий включаются в общую сигнализацию о проблеме. The system indicates for which parameter there is the largest difference between the predicted value and the actual value, and triggers an accident probability indicator to indicate a potential problem (for example, using signal colors - yellow or red). Anomalies are determined by the Regression Models and the Internal Model independently. The results of anomaly detection are included in the general signaling of the problem.
Система, предлагаемая описываемым изобретением, основана на компьютеризованном способе предупреждения о будущей аномалии в процессе бурения. Этот способ включает в себя: The system proposed by the described invention is based on a computerized method of warning about a future anomaly during drilling. This method includes:
- формирование первого обучающего набора данных для первого алгоритма машинного обучения (MLA) на основе исторических данных скважин; - formation of the first training data set for the first machine learning algorithm (MLA) based on historical well data;
- обучение первого алгоритма MLA с использованием первого обучающего набора данных для формирования первой модели нормального отклика; - training the first MLA algorithm using the first training data set to form the first normal response model;
- определение потенциальной аномалии бурения на основе первой модели нормального отклика и данных реального времени скважин; - determination of a potential drilling anomaly based on the first normal response model and real-time well data;
- формирование второго обучающего набора данных для второго алгоритма MLA на основе исторических данных скважин и образцовых данных, сформированных первой моделью нормального отклика; - generating a second training data set for the second MLA algorithm based on historical well data and sample data generated by the first normal response model;
- обучение второго алгоритма MLA с использованием второго обучающего набора данных для формирования второй модели нормального отклика; - training the second MLA algorithm using the second training data set to form the second normal response model;
- предсказание основных параметров процесса бурения на основе второй модели нормального отклика и данных реального времени скважин; - prediction of the main parameters of the drilling process based on the second normal response model and real-time data of wells;
- определение фактической аномалии бурения на основе предсказанных основных параметров процесса бурения и данных реального времени скважин; - determination of the actual drilling anomaly based on the predicted main parameters of the drilling process and real-time data of wells;
- формирование предупреждения на основе потенциальной аномалии бурения и/или фактической аномалии бурения. Системы для предупреждения о предстоящих аномалиях в процессе бурения, включает по крайней мере один процессор, оперативную память и машиночитаемые инструкции для выполнения способа предупреждения о будущей аномалии в процессе бурения, указанный выше. - generating a warning based on a potential drilling anomaly and/or an actual drilling anomaly. A drilling anomaly warning system includes at least one processor, RAM, and computer readable instructions for executing the drilling anomaly warning method described above.
Системы для предупреждения о предстоящих аномалиях в процессе бурения также дополнительно может включать устройства для бурения скважин, по крайней мере боровое долото. Systems for warning about upcoming anomalies during drilling may also additionally include devices for drilling wells, at least a drill bit.
Описываемое изобретение предусматривает возможность генерирования нескольких обучающих массивов данных для второго MLA, после чего один или несколько из этих массивов могут быть выбраны на основе операций и этапов, соответствующих данным бурения, поступающим в режиме реального времени. Соответственно, данные бурения, поступающие в режиме реального времени, могут быть предварительно обработаны для определения операций и этапов. The described invention provides for the possibility of generating multiple training datasets for the second MLA, after which one or more of these arrays can be selected based on operations and steps corresponding to real-time drilling data. Accordingly, real-time drilling data can be pre-processed to determine operations and steps.
Прогнозирование ключевых параметров процесса бурения может быть выполнено в режиме реального времени. В рамках одного из вариантов осуществления описываемого изобретения ключевыми параметрами процесса бурения могут быть средняя нагрузка на крюк (HKLA), средний крутящий момент (TQA) и среднее давление в стояке (SPPA). Prediction of key parameters of the drilling process can be performed in real time. Within one embodiment of the described invention, average hook load (HKLA), average torque (TQA) and average riser pressure (SPPA) can be key parameters of the drilling process.
Для формирования предупреждения данные потенциальной аномалии бурения и данные фактической аномалиях бурения могут быть объединены. Объединение данных потенциальной аномалии бурения и данных фактической аномалии бурения может выполняться с использованием отдельного алгоритма объединения. Например, алгоритм объединения может быть реализован отдельным MLA. В некоторых вариантах осуществления описываемого изобретения алгоритм объединения может быть реализован в виде нейронной сети. To generate an alert, potential drilling anomaly data and actual drilling anomaly data can be combined. The merging of the potential drilling anomaly data and the actual drilling anomaly data may be performed using a separate merging algorithm. For example, the join algorithm may be implemented by a separate MLA. In some embodiments of the described invention, the combining algorithm may be implemented as a neural network.
Первая и/или вторая модель нормального поведения может быть обновлена на основе объединенных данных аномалий бурения. Обновление моделей позволяет повысить показатели качества прогнозов. The first and/or second normal behavior model may be updated based on the combined drilling anomaly data. Updating models allows you to improve the quality of forecasts.
Предупреждения, генерируемые системой, предусмотренной описываемым изобретением, могут быть визуальными и/или звуковыми. Визуальные предупреждения могут быть основаны на использовании сигнальных цветов (например, аналогичных сигналам светофора). Визуальные предупреждения также могут быть основаны на использовании текстовых сообщений, описывающих предсказанную или обнаруженную аномалию. Визуальные предупреждения также могут быть основаны на показе изображений (например, пиктограмм), указывающих на предсказанную или обнаруженную аномалию. Звуковые предупреждения могут быть основаны на использовании специальных звуковых сигналов, например, сигнала тревоги. Звуковые предупреждения также могут быть основаны на использовании голосовых сообщений, указывающих на предсказанную или обнаруженную аномалию. Warnings generated by the system provided by the described invention may be visual and/or audible. Visual warnings may be based on the use of signal colors (eg, similar to traffic lights). Visual warnings can also be based on the use of text messages describing a predicted or detected anomaly. Visual warnings may also be based on the display of images (eg, icons) indicating a predicted or detected anomaly. Sound warnings can be based on the use of special audible signals such as an alarm. Audible warnings can also be based on the use of voice messages indicating a predicted or detected anomaly.
Краткое описание рисунков Brief description of the drawings
На рис. 1 показана общая принципиальная схема способа предупреждения, реализованного в соответствии с описываемым изобретением. On fig. 1 shows a general schematic diagram of a warning method implemented in accordance with the described invention.
На рис. 2 показана принципиальная схема этапа генерации моделей. On fig. 2 shows a schematic diagram of the model generation stage.
На рис. 3 показана принципиальная схема этапа обучения моделей. On fig. 3 shows a schematic diagram of the model training phase.
На рис. 4 показана принципиальная схема этапа использования моделей для обработки данных, поступающих в режиме реального времени. On fig. 4 shows a schematic diagram of the stage of using models to process real-time data.
На рис. 5 показана принципиальная схема системы предупреждения, реализованной в соответствии с описываемым изобретением. On fig. 5 shows a schematic diagram of a warning system implemented in accordance with the described invention.
На рис. 6 показан пример определения потенциальных аномалий. On fig. 6 shows an example of identifying potential anomalies.
На рис. 7 показан пример пользовательского интерфейса в системе, реализованной в соответствии с описываемым изобретением. On fig. 7 shows an example of a user interface in a system implemented in accordance with the described invention.
На рис. 8 показан увеличенный фрагмент интерфейса, показанного на рис. 7, содержащий указания на значения ключевых параметров «здоровья» скважины (сравнение фактических значений с прогнозируемыми) и указания на возможные риски. On fig. 8 shows an enlarged fragment of the interface shown in fig. 7, containing indications of the values of the key parameters of the "health" of the well (comparison of actual values with predicted ones) and indications of possible risks.
Подробное описание вариантов осуществления описываемого изобретенияDetailed description of embodiments of the described invention
Детали реализации способа предупреждения (10) и системы предупреждения (200) в соответствии с описываемым изобретением приведены ниже со ссылкой на рис. 1-8. Implementation details of the warning method (10) and the warning system (200) in accordance with the described invention are given below with reference to Fig. 1-8.
На рис. 1 показана общая принципиальная схема способа предупреждения (10) в соответствии с описываемым изобретением. Как правило, метод предупреждения (10) включает в себя следующие этапы: On fig. 1 shows a general schematic diagram of a warning method (10) in accordance with the described invention. As a rule, the warning method (10) includes the following steps:
- этап (11) генерации моделей, на котором генерируется Внутренняя модель и несколько Регрессионных моделей; - stage (11) generation of models, which generates the Internal model and several Regression models;
- этап (12) обучения моделей, на котором производится обучение сгенерированных моделей; и - stage (12) training models, which trains the generated models; And
- этап (13) использования обученных моделей для обработки данных, поступающих в режиме реального времени, на котором определяются фактические и потенциальные аномалии; - step (13) using trained models to process real-time data, at which actual and potential anomalies are determined;
- этап (14) генерации предупреждений, на котором генерируются и выводятся предупреждения, сигналы и/или указания; и опционально - этап (15) обновления используемых моделей, на котором используемые модели обновляются на основе обратной связи. - step (14) generating warnings, which generates and outputs warnings, signals and/or indications; and optional - step (15) updating the used models, in which the used models are updated based on the feedback.
Принципиальная схема этапа (11) создания моделей показана на рис. 2, а принципиальная схема этапа (12) обучения моделей показана на рис. 3. Внутренняя модель и Регрессионные модели генерируются и обучаются на основе исторических скважинных данных и экспертных знаний. The schematic diagram of stage (11) of creating models is shown in fig. 2, and the schematic diagram of stage (12) of model training is shown in fig. 3. Internal Model and Regression Models are generated and trained based on historical well data and expert knowledge.
Исторические скважинные данные и экспертные знания Historical well data and expertise
Как показано на рис. 2, в рамках этапа создания моделей формируется исходный массив исторических данных о скважине (111). Чтобы сформировать исходный массив, необходимо собрать скважинные данные конкретных месторождений, представляющих интерес. Под месторождением здесь понимается определенное место скопления углеводородов, где расположена одна или несколько скважин. Например, месторождения могут принадлежать определенной компании или разрабатываться определенной компанией. Поскольку такие скважинные данные предназначены для обучения компьютерных эксплуатационных моделей, данные, подлежащие включению в массив исторических скважинных данных, выбираются из необработанных исходных данных таким образом, чтобы обеспечить максимальную репрезентативность с учетом параметров, полученных в результате геолого-технологических исследований (ГТИ), в частности, с помощью телеметрии (MWD) и/или инклинометрии, или полученных из любого другого соответствующего источника. Значения параметров могут быть зафиксированы (например, путем непосредственных измерений) в режиме реального времени или рассчитаны впоследствии на основе результатов измерений. Перечень типичных параметров, получаемых в результате ГТИ, представлен в таблице 1. As shown in fig. 2, within the framework of the modeling stage, an initial array of historical well data (111) is formed. To form the initial array, it is necessary to collect well data from specific fields of interest. A field here refers to a certain place where hydrocarbons accumulate, where one or more wells are located. For example, deposits may be owned by a particular company or developed by a particular company. Since such well data is intended to train computer production models, the data to be included in the historical well data set is selected from the raw input data in such a way as to ensure maximum , using telemetry (MWD) and/or inclinometry, or obtained from any other appropriate source. Parameter values can be recorded (for example, by direct measurements) in real time or calculated later on the basis of the measurement results. The list of typical parameters obtained as a result of the GTI is presented in Table 1.
Таблица 1
Figure imgf000014_0001
Figure imgf000015_0001
Figure imgf000016_0001
Table 1
Figure imgf000014_0001
Figure imgf000015_0001
Figure imgf000016_0001
Для обнаружения и/или прогнозирования различных сбоев или других неисправностей в скважинах могут использоваться различные параметры. Например, проблема «прихват инструмента под действием перепада давления» может быть связана с параметрами HKLA, ВРО, DBTM, DMEA, TQA, WOB, RPMA, SPPA и MFIA, в то время как проблема «газонефтеводопроявление» может быть связана с параметрами HKLA, TQA, SPPA и ROPA, а проблема «потеря циркуляции» может быть связана с параметрами TQA, ROPA, SPM1, SPM2, TV01-TV04 и ТУТ. Various parameters may be used to detect and/or predict various failures or other failures in wells. For example, the problem "sticking tool due to differential pressure" can be associated with parameters HKLA, BPO, DBTM, DMEA, TQA, WOB, RPMA, SPPA and MFIA, while the problem "gas-oil-water show" can be associated with parameters HKLA, TQA , SPPA and ROPA, and the "loss of circulation" problem can be associated with the parameters TQA, ROPA, SPM1, SPM2, TV01-TV04 and HERE.
Следует отметить, что приведенный выше перечень параметров не является исчерпывающим или всеобъемлющим. Например, некоторые параметры, такие как MDOA (Плотность бурового раствора на выходе (среди.)), МТОА (Температура бурового раствора на выходе (среди.)) или MFOA (Расход бурового раствора на выходе (среди.)), могут довольно редко отображаться в данных MWD; однако они могут быть включены в перечень параметров, которые следует учитывать в связи с некоторыми типами сбоев, которые должны прогнозироваться моделями. Чем более репрезентативен массив данных в отношении ключевых параметров, тем более прогностичной может быть модель, обученная с помощью этого массива данных. В связи с этим список параметров, на которые следует обратить внимание при формировании массива исторических скважинных данных, может быть скорректирован в зависимости от наиболее важных сбоев и аварий, которые требуется предотвратить, которые, в свою очередь, часто зависят от характера, конструкции и возраста скважины, а также от геологических условий месторождения. Список параметров также может быть скорректирован в зависимости от назначения модели, которая будет обучаться с помощью формируемого массива данных. It should be noted that the above list of parameters is not exhaustive or comprehensive. For example, some parameters such as MDOA (Drilling Fluid Outlet Density (avg.)), MTOA (Drilling Fluid Outlet Temperature (avg.)) or MFOA (Mud. in MWD data; however, they can be included in the list of parameters that should be considered in relation to some types of failures that should be predicted by the models. The more representative the dataset is with respect to key parameters, the more predictive a model trained on that dataset can be. In this regard, the list of parameters that should be taken into account when generating an array of historical well data can be adjusted depending on the most important failures and accidents that need to be prevented, which, in turn, often depend on the nature, design and age of the well. , as well as on the geological conditions of the deposit. The list of parameters can also be adjusted depending on the purpose of the model that will be trained using the generated data array.
Кроме того, массив исторических скважинных данных предварительно обрабатывается с целью исключения некоторых видов сбоев с учетом доступности данных об этих сбоях, частоты их возникновения, тяжести последствий и т.д. Исключение может быть реализовано с помощью пороговых значений, которые могут быть статическими или динамическими. Статическое пороговое значение может определяться, например, доступностью данных. Динамическое пороговое значение может быть реализовано, например, в зависимости от частоты возникновения сбоя, тяжести его последствий и т.д. In addition, the array of historical well data is pre-processed in order to exclude certain types of failures, taking into account the availability of data on these failures, the frequency of their occurrence, the severity of the consequences, etc. An exception can be implemented using thresholds, which can be static or dynamic. The static threshold may be determined, for example, by data availability. A dynamic threshold value can be implemented, for example, depending on the frequency of occurrence of a failure, the severity of its consequences, etc.
Количество случаев сбоев или аварий, охватываемых массивом исторических скважинных данных, может составлять от нескольких десятков до нескольких тысяч. Однако в некоторых вариантах осуществления описываемого изобретения массив исторических скважинных данных может не включать ни одного случая сбоев (в частности, это относится к массивам данных модели нормального поведения). Кроме того, некоторые случаи сбоев, отсутствующие в исходном массиве исторических скважинных данных, могут быть намеренно добавлены в массив данных (в частности, это относится к тестовым массивам данных). Исключение и/или включение данных о сбоях и авариях может быть выполнено с использованием экспертных знаний человека (112). The number of failures or accidents covered by the array of historical well data can range from several tens to several thousand. However, in some embodiments of the described invention, the historical well data set may not include any failures (in particular, this applies to data sets of the normal behavior model). In addition, some failures that are not present in the original historical well dataset may be deliberately added to the dataset (in particular, this applies to test datasets). Exclusion and/or inclusion of data on failures and accidents can be done using human expertise (112).
Экспертные знания включают знания ученых и реальный опыт строительства и эксплуатации скважин. Например, экспертные знания используются для выбора скважин- кандидатов, определения важности конкретных параметров, которые должны быть включены в массив исторических скважинных данных, разделения рабочего процесса на операции и/или секции и/или этапы и определения того, какие операции и/или секции и/или этапы должны быть включены в массив исторических скважинных данных или исключены из него для каждого конкретного проекта. Экспертные знания также используются для определения и анализа аномальных фрагментов в исторических скважинных данных. Кроме того, экспертные знания могут быть использованы для расширения набора элементов, используемых для характеристики моделей, учитывая опыт экспертов, технологии бурения и передовые практики. Во время тестирования моделей экспертные знания также могут быть использованы для анализа результатов прогнозирования. Предварительная обработка исторических скважинных данных Expert knowledge includes the knowledge of scientists and real experience in the construction and operation of wells. For example, expertise is used to select candidate wells, determine the importance of specific parameters to be included in the historical well data set, divide the workflow into operations and/or sections and/or steps, and determine which operations and/or sections and /or stages must be included in or excluded from the historical well data set for each specific project. Expert knowledge is also used to identify and analyze anomalous patterns in historical well data. In addition, expert knowledge can be used to expand the set of elements used to characterize models, taking into account expert experience, drilling technologies and best practices. During model testing, expert knowledge can also be used to analyze prediction results. Pre-processing of historical well data
Перед использованием исторических скважинных данных (111) для создания моделей эти данные могут быть подвергнуты предварительной обработке. В частности, предварительная обработка может включать (но не ограничиваться этим) определение операций и этапов, к которым относятся данные, фильтрацию и/или усреднение значений данных, сбор статистической информации и т.д. Before using historical well data (111) to create models, this data can be pre-processed. In particular, pre-processing may include (but not be limited to) determining the operations and steps to which the data relates, filtering and/or averaging data values, collecting statistical information, etc.
Обучающий массив данных для Внутренней модели Training data set for the Internal model
На этапе (115) создается обучающий массив данных для Внутренней модели. Предварительно обработанные исторические скважинные данные делятся на фрагменты, соответствующие конкретным месторождениям, операциям, секциям и этапам, чтобы обеспечить включение в обучающие массивы наиболее релевантных и репрезентативных данных. Под месторождением здесь понимается определенное место скопления углеводородов, где расположена одна или несколько скважин. Обычно все или большинство скважин конкретного месторождения обладают одинаковыми или сходными свойствами. Под секцией здесь понимается обособленная часть скважинного оборудования, например, кондуктор, бурильная колонна, эксплуатационная колонна, хвостовик и т.д. Под этапом здесь понимается часть операции, например, бурение, подъем инструмента, спуск инструмента и т.д. In step (115), a training data set for the Internal Model is created. The pre-processed historical well data is divided into fragments corresponding to specific fields, operations, sections and stages to ensure that the most relevant and representative data is included in the training sets. A field here refers to a certain place where hydrocarbons accumulate, where one or more wells are located. Typically, all or most of the wells in a particular field have the same or similar properties. A section here means a separate part of the downhole equipment, for example, a conductor, a drill string, a production string, a liner, etc. A stage here refers to a part of an operation, such as drilling, raising a tool, running a tool, etc.
Кроме того, обработанные исторические скважинные данные разделяются на отрезки определенной продолжительности по времени. Поскольку по-настоящему «идеальных» скважин для извлечения справочных обучающих данных не существует, пакеты данных делятся на отрезки продолжительностью по несколько минут каждый. Длина каждого отрезка может зависеть от частоты дискретизации, количества отслеживаемых параметров, цели обучаемой модели и т.д. После анализа на предмет актуальности и целостности данных и соответствующего скрининга отрезки всех скважин кластеризуются. Во время кластеризации может быть выполнено уменьшение размерности данных с целью уменьшения вычислительной нагрузки и сокращения времени выполнения модели. Для уменьшения размерности может быть использован любой соответствующий подход. Выбор метода уменьшения размерности является тривиальной задачей для специалиста в данной области, поэтому ее описание здесь опущено для краткости. In addition, the processed historical well data is divided into segments of a certain duration in time. Since there are no truly “perfect” wells for extracting reference training data, the data packets are divided into segments of several minutes each. The length of each segment may depend on the sampling rate, the number of parameters to track, the target of the model being trained, and so on. After analysis for the relevance and integrity of the data and appropriate screening, the segments of all wells are clustered. During clustering, data dimensionality reduction can be performed in order to reduce the computational load and reduce the model execution time. Any appropriate approach may be used to reduce the dimensionality. The choice of a dimensionality reduction method is a trivial task for a person skilled in the art, so its description is omitted here for brevity.
Некоторые показатели могут быть использованы для оценки результатов кластеризации. Метрики могут включать такие параметры, как размер кластера, работоспособность кластера, распределение данных, временной охват и т.д. Показатели могут включать некоторые весовые коэффициенты и/или функции. На основе выбранных показателей принимается наиболее репрезентативный пул кластеров, и данные всех отрезков в этих кластерах считаются эталонными данными, в то время как остальные данные считаются данными, связанными с аномалиями. Some indicators can be used to evaluate the results of clustering. Metrics can include parameters such as cluster size, cluster health, data distribution, time coverage, and so on. Metrics may include some weights and/or features. Based on the selected indicators, the most representative pool of clusters is accepted, and the data of all The segments in these clusters are considered reference data, while the rest of the data are considered anomaly-related data.
Затем кластеризованные эталонные данные используются для обучения Внутренней модели. The clustered reference data is then used to train the Internal Model.
Обучение внутренней модели Internal model training
Процесс обучения (122) для Внутренней модели основан на алгоритме машинного обучения (MLA), реализующем подход неконтролируемого обучения. Этот подход используется, когда существует множество объектов (ситуаций) и множество реакций (вариантов поведения). Набор пар «объект-реакция» называется обучающим набором. Обучение направлено на формирование нейронной сетью своего рода «восприятия», которое могло бы дать достаточно хорошую реакцию на любой объект. Например, показания датчиков для параметров ВРО, TQA, SPPA (и/или их производных, таких как среднее арифметическое, медиана, дисперсия, квантили и т.д.) используются в качестве объектов для определения значений HKLA, рассматриваемых как реакции. В частности, в качестве MLA может быть использован алгоритм градиентного повышения. The learning process (122) for the Internal Model is based on a machine learning algorithm (MLA) implementing an unsupervised learning approach. This approach is used when there are many objects (situations) and many reactions (behaviors). The set of object-response pairs is called the training set. Training is aimed at forming a kind of "perception" by the neural network, which could give a fairly good response to any object. For example, sensor readings for WPO, TQA, SPPA (and/or their derivatives such as arithmetic mean, median, variance, quantiles, etc.) are used as objects to determine HKLA values considered as responses. In particular, the gradient boosting algorithm can be used as the MLA.
Основная идея метода градиентного повышения заключается в последовательном добавлении некоторых новых моделей в ансамбль моделей, где на каждой итерации новая слабая базовая прогностическая модель обучается в отношении ошибки, которую уже изучил весь ансамбль. Другими словами, цель состоит в том, чтобы получить новые обучающиеся модели, которые максимально коррелируют с отрицательным градиентом функции потерь, связанной с ансамблем. Как правило, любой метод повышения градиента стремится к аппроксимации в виде взвешенной суммы слабых прогностических моделей. В некоторых приложениях этой технологии могут использоваться различные виды алгоритмов повышения градиента, например, повышение градиента на основе дерева решений, стохастическое повышение градиента, повышение на основе вероятностей, повышение AdaBoost или Gentle Boost, и другие. The main idea of the gradient boosting method is to sequentially add some new models to the ensemble of models, where at each iteration a new weak base predictive model is trained against the error that the entire ensemble has already learned. In other words, the goal is to obtain new learning models that correlate as much as possible with the negative gradient of the ensemble-related loss function. As a general rule, any gradient boosting method tends to approximate as a weighted sum of weak predictive models. Some applications of this technology may use various kinds of gradient boosting algorithms, such as decision tree-based gradient boosting, stochastic gradient boosting, probability-based boosting, AdaBoost or Gentle Boost, and others.
Обучающие массивы данных для Регрессионных моделей Training Datasets for Regression Models
После того, как Внутренняя модель будет обучена, она также может быть использована для генерации (114) массивов данных для обучения Регрессионных моделей. В частности, обученная Внутренняя модель позволяет создавать эталонные данные, сгруппированные в эталонные кластеры. Данные, формирующие эталонные кластеры, считаются свободными от каких-либо аномалий и в дальнейшем используются для обучения Регрессионных моделей. Once the Internal Model has been trained, it can also be used to generate (114) datasets for training Regression Models. In particular, the trained Internal Model allows you to create reference data grouped into reference clusters. The data that form the reference clusters are considered free from any anomalies and are further used to train the Regression Models.
Кроме того, аналогично кластеризованным данным, используемым для обучения Внутренней модели, некоторые специальные элементы могут бьггь рассчитаны дополнительно. Эти элементы, как правило, зависят от конкретных месторождений, скважин, операций и этапов и обычно могут быть получены из кластеризованных данных прямо или косвенно. Например, эти элементы могут включать нормализованные данные для некоторого периода времени или условия, статистические параметры, значения скорости, расхода, веса или смещения, триггеры, пороговые значения и т.д., которые рассчитываются на основе кластеризованных данных. Следует отметить, что для разных Регрессионных моделей могут потребоваться различные элементы. В дальнейшем кластеризованные данные, агрегированные с объектами, используются для обучения Регрессионных моделей. Also, similar to the clustered data used to train the Inner Model, some special features can be computed additionally. These elements are typically field, well, operation, and stage specific and can usually be derived directly or indirectly from the clustered data. For example, these elements may include normalized data for a period of time or condition, statistics, velocity, flow, weight or displacement values, triggers, thresholds, etc. that are calculated from the clustered data. It should be noted that different Regression Models may require different elements. In the future, clustered data aggregated with objects is used to train Regression models.
Следует также отметить, что помимо обучающих массивов данных также могут быть дополнительно сгенерированы другие массивы данных для тестирования, валидации и т.д. В отличие от обучающих массивов данных, тестовые массивы данных для одних и тех же моделей могут включать данные, относящиеся к скважинам с некоторыми отклонениями, например, с высоким значением непроизводительного времени (или простоев), сбоев, аварий и т.д. It should also be noted that in addition to the training datasets, other datasets for testing, validation, etc. can also be additionally generated. Unlike training datasets, test datasets for the same models may include data related to wells with some deviations, for example, high non-productive time (or downtime), failures, accidents, etc.
Обучение Регрессионных моделей Training Regression Models
Обучение Регрессионных моделей предназначено для генерирования потока прогнозируемых значений определенных параметров, таких как HKLA, SPPA и TQA, на основе скважинных данных, поступающих в режиме реального времени, прогнозируемые значения которых будут использоваться в качестве эталонных значений, указывающих на «нормальное» протекание рабочего процесса. Возникновение аномалий может быть определено путем сравнения прогнозируемых значений и фактических значений, полученных от скважинных датчиков и/или рассчитанных на основе фактических значений. Training Regression Models is designed to generate a stream of predicted values of certain parameters, such as HKLA, SPPA and TQA, based on real-time well data, the predicted values of which will be used as reference values indicating the "normal" workflow. The occurrence of anomalies can be determined by comparing predicted values and actual values obtained from downhole sensors and/or calculated from actual values.
Процесс обучения (121) для Регрессионных моделей может быть по существу таким же, как и для Внутренней модели. Однако здесь используются различные обучающие массивы данных, и целью обучения является выявление проблем на основе скважинных данных, поступающих в режиме реального времени. Для разных секций и этапов обучаются собственные (отдельные) Регрессионные модели. Это позволяет в каждом случае выбрать соответствующие Регрессионные модели для обучения (123) в зависимости от обучающих массивов данных, используемых на этом этапе. The learning process (121) for Regression Models can be essentially the same as for an Internal Model. However, different training data sets are used here, and the goal of training is to identify problems based on real-time well data. For different sections and stages, own (separate) Regression models are trained. This allows in each case to select the appropriate regression models for training (123) depending on the training data sets used at this stage.
Следует отметить, что определять аномалии способны как Внутренняя модель, так и любая из Регрессионных моделей, но они делают это по-разному, что будет рассмотрено ниже. It should be noted that both the Internal model and any of the Regression models are able to detect anomalies, but they do it in different ways, which will be discussed below.
Этап (13) использования моделей схематично показан на рис. 4. Stage (13) of using models is schematically shown in fig. 4.
Выбор Регрессионных моделей Поскольку отдельные Регрессионные модели обучаются для различных операций, секций и этапов, среди обученных Регрессионных моделей выбираются соответствующие Регрессионные модели (131). Как упоминалось выше в отношении выбора Регрессионных моделей на этапе обучения, на этапе использования могут быть выбраны соответствующие Регрессионные модели (131) в зависимости от состава предварительно обработанных скважинных данных, поступающих в режиме реального времени. В частности, когда предварительно обработанные скважинные данные, поступающие в режиме реального времени, относятся к буровым работам, могут быть выбраны Регрессионные модели для соответствующих параметров бурения (например, SPPA, TQA и HKLA). Selecting Regression Models Since individual Regression Models are trained for different operations, sections, and stages, the appropriate Regression Models (131) are selected from among the trained Regression Models. As mentioned above with respect to the selection of Regression Models during the training phase, the appropriate Regression Models (131) can be selected during the use phase depending on the composition of the pre-processed well data coming in real time. In particular, when real-time pre-processed well data is related to drilling operations, Regression Models for the relevant drilling parameters (eg, SPPA, TQA, and HKLA) can be selected.
Скважинные данные, поступающие в режиме реального времени Downhole data in real time
Скважинные данные, поступающие в режиме реального времени (135), представляют собой поток по существу тех же параметров, что и исторические скважинные данные, рассмотренные выше. Следует отметить, что сохраненные скважинные данные, поступившие в режиме реального времени, становятся историческими скважинными данными только в отношении будущих периодов. Однако скважинные данные, поступающие в режиме реального времени, могут иметь более высокую частоту дискретизации, например, они могут обновляться каждую секунду, в то время как исторические скважинные данные могут усредняться и сохраняться раз в каждые десять секунд. Предполагается, что скважинные данные, поступающие в режиме реального времени, поступают без существенных задержек и/или существенных пропусков. The real-time downhole data (135) is a stream of essentially the same parameters as the historical well data discussed above. It should be noted that real-time stored well data only becomes historical well data for future periods. However, real-time well data may have a higher sampling rate, such as being updated every second, while historical well data may be averaged and stored once every ten seconds. Real-time well data is assumed to arrive without significant delays and/or significant gaps.
Предварительная обработка скважинных данных, поступающих в режиме реального времени Pre-processing of well data in real time
Подобно предварительной обработке исторических скважинных данных скважинные данные, поступающие в режиме реального времени, также подвергаются предварительной обработке (136) с целью определения операций, секций и этапов, к которым они относятся. Кроме того, для некоторых параметров в скважинных данных, поступающих в режиме реального времени, обычно вычисляется статистическая информация, такая, как, например, минимальное значение, максимальное значение, среднее значение и стандартное отклонение. Параметры, подлежащие статистическому анализу, могут быть целевыми параметрами, которые должны отслеживаться и прогнозироваться с помощью способа, предусмотренного описываемым изобретением. В зависимости от условий проекта из скважинных данных, поступающих в режиме реального времени, с помощью предварительной обработки может быть получена и другая информация (например, определение некоторых характеристик, как описано ниже). Статистическая информация может генерироваться в отношении заданных временных интервалов (например, каждого отрезка длительностью 10 минут). Однако для разных временных интервалов может быть сгенерирована разная статистическая информация для одного и того же параметра и/или одна и та же статистическая информация может быть сгенерирована для разных параметров. Similar to historical well data pre-processing, real-time well data is also pre-processed (136) to determine the operations, sections, and steps to which they relate. In addition, for some parameters in the real-time well data, statistical information is usually calculated, such as, for example, the minimum value, maximum value, average value and standard deviation. The parameters to be statistically analyzed may be target parameters to be tracked and predicted using the method provided by the described invention. Depending on the conditions of the project, other information can be obtained from the real-time well data using pre-processing (for example, the definition of some characteristics, as described below). Statistical information can be generated in relation to given time intervals (for example, each segment lasting 10 minutes). However, different statistics for the same parameter may be generated for different time intervals and/or the same statistics may be generated for different parameters.
Как правило, предварительная обработка скважинных данных, поступающих в режиме реального времени, предназначенных для Внутренней модели, может отличаться от предварительной обработки тех же скважинных данных, поступающих в режиме реального времени, предназначенных для Регрессионных моделей. Внутренняя модель и Регрессионные модели являются моделями нормального поведения (NRM). Это означает, что они предназначены для представления нормального рабочего процесса без существенных сбоев, аварий, неисправностей или любых других отклонений, вызывающих проблемы в процессе бурения. Таким образом, и Внутренняя модель, и каждая из Регрессионных моделей определяется массивом данных, используемым для обучения соответствующей модели. Typically, the pre-processing of real-time well data destined for the Internal Model may differ from the pre-processing of the same real-time well data destined for Regression Models. Internal Model and Regression Models are Normal Behavior Models (NRMs). This means that they are designed to represent a normal workflow without significant failures, accidents, malfunctions or any other anomalies that cause problems in the drilling process. Thus, both the Internal Model and each of the Regression Models are defined by the data set used to train the respective model.
Прогнозирование ключевых параметров процесса бурения Prediction of key parameters of the drilling process
Ключевые параметры процесса бурения - это целевые параметры, которые должны быть предсказаны Регрессионными моделями. Целевые параметры прогнозируются (132) каждый раз, когда в соответствующую обученную Регрессионную модель вводятся новые скважинные данные, поступающие в режиме реального времени. Например, могут быть сгенерированы новые эталонные значения параметров HKLA, SPPA и TQA. Эталонные значения - это значения, которые будут наблюдаться в «идеальной» скважине, когда другие отслеживаемые значения параметров равны введенным значениям. The key parameters of the drilling process are the target parameters that must be predicted by the Regression Models. Target parameters are predicted (132) each time new real-time well data is entered into the respective trained Regression Model. For example, new reference values for the HKLA, SPPA and TQA parameters can be generated. Reference values are the values that would be observed in an "ideal" well when other monitored parameter values are equal to the entered values.
Определение фактических аномалий Definition of actual anomalies
Если разница между сгенерированными эталонными значениями и фактическими значениями скважинных данных, поступающих в режиме реального времени, превышает пороговое значение, Регрессионная модель определяет наличие аномалии (133). Определение фактических аномалий может включать изменение масштаба в скользящем окне. Размер скользящего окна определяется автоматически, в зависимости от достижения максимальных значений метрик. Например, размер скользящего окна может находиться в диапазоне от 10 минут до 6 часов. Изменение масштаба в скользящем окне позволяет свести к минимуму ложные срабатывания. Определение потенциальных аномалий If the difference between the generated reference values and the actual real-time well data exceeds a threshold, the Regression Model determines the presence of an anomaly (133). Determination of actual anomalies may include zooming in a sliding window. The size of the sliding window is determined automatically, depending on the achievement of the maximum values of the metrics. For example, the sliding window size can range from 10 minutes to 6 hours. Zooming in the sliding window minimizes false positives. Identifying Potential Anomalies
Обученная Внутренняя модель может быть использована для определения потенциальных аномалий. Скважинные данные, поступающие в режиме реального времени, вводятся во Внутреннюю модель. Новые данные объединяются с ранее известными данными и кластеризуются. Вновь определенные кластеры анализируются, и кластеры, связанные с аномалиями, отделяются от эталонных кластеров. Данные отделенных кластеров сравниваются со скважинными данными, поступающими в режиме реального времени, и на основе результатов сравнения определяются потенциальные аномалии (137). The trained Internal Model can be used to identify potential anomalies. Real-time well data is entered into the Internal Model. New data is combined with previously known data and clustered. The newly defined clusters are analyzed and the clusters associated with anomalies are separated from the reference clusters. The separated cluster data are compared with real-time well data and potential anomalies are identified based on the results of the comparison (137).
Как правило, и каждая из Регрессионных моделей, и Внутренняя модель работают в отношении каждого целевого параметра, определенного на основе результатов ГТИ, следующим образом: Typically, both the Regression Models and the Internal Model work for each target parameter determined from the results of the GTI as follows:
- извлекаются данные ГТИ за всю историю бурения скважины; - mud logging data is extracted for the entire history of well drilling;
- фрагменты данных, не подлежащие рассмотрению моделью, отфильтровываются;- fragments of data that are not subject to consideration by the model are filtered out;
- определяется скользящее временное окно; - a sliding time window is determined;
- соответствующие значения параметров нормализуются на основе среднего (или медианного) значения параметра в скользящем окне; - the corresponding parameter values are normalized based on the average (or median) value of the parameter in the sliding window;
- вычисляются дополнительные (производные) элементы (например, скорость изменения значения параметра); - additional (derivative) elements are calculated (for example, the rate of change of the parameter value);
- значения производных элементов, определенные на основе данных, содержащихся в последних 10 минутах (значение смещения) кривой изменения целевого параметра, отбрасываются, чтобы избежать чрезмерного обучения модели; - derived element values determined from the data contained in the last 10 minutes (offset value) of the target parameter change curve are discarded to avoid overtraining the model;
- оставшиеся значения параметров и их производные элементы за последние 10 минут используются для прогнозирования. - the remaining values of the parameters and their derived elements for the last 10 minutes are used for forecasting.
Прогнозируемые значения целевых параметров (например, HKLA, SPPA и TQA) сравниваются с соответствующими параметрами, определенными в режиме реального времени. Сравнение основано на метрике для каждого считывания времени. Метрика накапливается в скользящем окне. Результат сравнения дополнительно сравнивается с пороговым значением. Размер скользящего окна и пороговое значение определяются после обучения модели. The predicted values of the target parameters (eg HKLA, SPPA and TQA) are compared with the corresponding parameters determined in real time. The comparison is based on a metric for each time reading. The metric is accumulated in a sliding window. The comparison result is additionally compared with a threshold value. The sliding window size and threshold are determined after the model has been trained.
Объединение данных об аномалиях Combining Anomaly Data
Прогнозы аномалий, сделанные Внутренней моделью и Регрессионными моделями, объединяются (134) таким образом, чтобы генерировать соответствующие предупреждения, сигналы и указания. При этом следует помнить, что прогнозы Внутренней модели и Регрессионных моделей имеют разную природу, поэтому для агрегирования этих прогнозов и принятия решения относительно предупреждений может использоваться отдельная модель. В некоторых вариантах осуществления описываемого изобретения этап объединения данных может выполняться отдельной специальной моделью. The anomaly predictions made by the Internal Model and the Regression Models are combined (134) in such a way as to generate appropriate warnings, signals and indications. At the same time, it should be remembered that the forecasts of the Internal Model and Regression Models are of a different nature, therefore, to aggregate these forecasts and decision making regarding warnings, a separate model can be used. In some embodiments of the described invention, the data merging step may be performed by a separate ad hoc model.
Как правило, Внутренняя модель показывает наличие ненормального фрагмента данных, который указывает на возможное ненормальное протекание рабочего процесса. Регрессионные модели фокусируются на определенных параметрах (например, HKLA, SPPA и TQA), где разница между прогнозируемым значением параметра и соответствующим значением параметра, определяемого в режиме реального времени, также указывает на возможное ненормальное протекание рабочего процесса. Когда показания Внутренней модели и одной или нескольких Регрессионных моделей совпадают, может быть сгенерировано и выведено одно или несколько предупреждений. Вид предупреждений может зависеть от серьезности нештатной ситуации, которая, в свою очередь, может зависеть от степени соответствия между показаниями различных моделей. As a rule, the Internal Model shows the presence of an abnormal piece of data, which indicates a possible abnormal course of the workflow. Regression models focus on specific parameters (eg, HKLA, SPPA, and TQA), where the difference between the predicted parameter value and the corresponding real-time parameter value also indicates a possible abnormal workflow. When the readings of the Internal Model and one or more Regression Models match, one or more warnings may be generated and displayed. The type of warnings may depend on the severity of the abnormal situation, which, in turn, may depend on the degree of agreement between the indications of different models.
Однако этап объединения данных в любом случае не является абсолютно необходимым, поэтому его можно опустить или заменить другими решениями. В частности, в некоторых вариантах осуществления описываемого изобретения предупреждения могут генерироваться отдельно на основе прогнозов Внутренней модели и прогнозов Регрессионных моделей. However, the data aggregation step is not absolutely necessary anyway, so it can be omitted or replaced by other solutions. In particular, in some embodiments of the described invention, alerts may be generated separately based on Inner Model predictions and Regression Model predictions.
Генерация предупреждений Alert generation
Предупреждения, сигналы и указания генерируются (14) для привлечения внимания эксплуатационного персонала к возможным проблемам, обнаруженным системой предупреждения. Предупреждения могут иметь любую подходящую форму, включая, но не ограничиваясь этим, различные звуковые сигналы, голосовые сообщения через громкоговоритель, текстовые сообщения, передаваемые на пейджер, голосовые и/или текстовые сообщения, передаваемые через систему сотовой связи (например, рассылки сообщений на мобильные телефоны), световую сигнализацию (например, аналогичную сигналам светофора), сигналы проблесковых маяков и т.д. Предупреждения или другие указания также могут иметь любую соответствующую форму, включая, но не ограничиваясь этим, интерфейсные сообщения, пиктограммы и сигналы, отображаемые на пользовательском интерфейсе системы предупреждения в соответствии с описываемым изобретением. Warnings, signals and instructions are generated (14) to draw the attention of the operating personnel to possible problems detected by the warning system. Alerts may take any suitable form, including, but not limited to, various audible signals, voice messages through a loudspeaker, text messages sent to a pager, voice and/or text messages sent over a cellular communication system (for example, sending messages to mobile phones). ), light signaling (for example, similar to traffic lights), flashing beacon signals, etc. Warnings or other indications may also take any appropriate form, including, but not limited to, interface messages, icons, and signals displayed on the user interface of the warning system in accordance with the described invention.
Обновление Внутренней и Регрессионных моделей (опционально) Updating Internal and Regression Models (Optional)
Как правило, обновление (15) Внутренней модели и Регрессионных моделей осуществляется с участием трех специалистов: эксперта по буровым работам, системного аналитика и инженер по развертыванию. Эксперт по буровым работам инициирует запрос на обновление моделей при возникновении ошибок (неправильных результатов) в работе моделей. Эксперт по бурению имеет право утвердить или отклонить обновленную модель. Системный аналитик отвечает за обработку запросов от эксперта по бурению и за разработку новых моделей. Системный аналитик также может инициировать обновление модели, если будет установлено, что показатели работы модели ниже ожидаемых. Инженер по развертыванию отвечает за развертывание обновленной модели в тестовой или производственной среде. As a rule, updating (15) of the Internal Model and Regression Models is carried out with the participation of three specialists: a drilling expert, a systems analyst and a deployment engineer. Drilling expert initiates request to update models in case of errors (incorrect results) in the work of models. The drilling expert has the right to approve or reject the updated model. The system analyst is responsible for handling requests from the drilling expert and for developing new models. The systems analyst can also initiate a model update if the model is found to be performing less than expected. The deployment engineer is responsible for deploying the updated model to a test or production environment.
Таким образом, обновление моделей может быть инициировано либо заказчиком, либо поставщиком, либо ими обоими. В любом случае системный аналитик получает артефакты неправильной работы модели, например, номер версии, результаты прогнозирования, фактические значения параметров, примечания и комментарии персонала и т.д. Системный аналитик обобщает полученную информацию и анализирует инцидент. Также может быть использована некоторая дополнительная информация, такая как системные логи. Основываясь на собранной информации, системный аналитик воспроизводит поведение системы и находит причину сбоя в ее работе. Если сбой вызван другими системами, например, повреждением данных вследствие ошибок передачи данных из скважины, системный аналитик передает проблему сторонам, ответственным за такие системы. Thus, model updates can be initiated by either the customer, the supplier, or both. In any case, the system analyst receives artifacts of incorrect model operation, for example, version number, prediction results, actual parameter values, notes and comments from staff, etc. The system analyst summarizes the information received and analyzes the incident. Some additional information may also be used, such as system logs. Based on the information collected, the system analyst reproduces the behavior of the system and finds the cause of the failure in its operation. If the failure is caused by other systems, such as data corruption due to data transmission errors from the well, the systems analyst escalates the problem to the parties responsible for such systems.
В том случае, если сбой вызван внутренними условиями, системный аналитик выполняет анализ коренных причин сбоя с целью поиска путей их устранения. В большинстве случаев сбои бывают вызваны возникновением ситуации, которая не предусмотрена текущим выпуском системы предупреждения. Для устранения такого сбоя системный аналитик добавляет данные наблюдений в обучающий массив данных и начинает повторное обучение соответствующей модели. После переобучения системный аналитик получает показатели качества для переобученной модели, проверяет работу модели и выполняет регрессионное тестирование. In the event that the failure is caused by internal conditions, the system analyst performs an analysis of the root causes of the failure in order to find ways to eliminate them. In most cases, failures are caused by a situation that is not covered by the current release of the warning system. To resolve this failure, the systems analyst adds observational data to the training dataset and starts retraining the corresponding model. After retraining, the system analyst obtains quality scores for the retrained model, validates the performance of the model, and performs regression testing.
После того, как проблема обнаружена, локализована и устранена, системный аналитик готовит отчет для эксперта по буровым работам, включающий информацию о внесенных изменениях, обновленных принципах модели, иллюстрациях, обновленных показателях качества модели и других соответствующие сведения. After the problem is found, isolated and fixed, the system analyst prepares a report for the drilling expert, including information about the changes made, updated model principles, illustrations, updated model quality scores, and other relevant information.
Эксперт по бурению утверждает или отклоняет обновленную модель. Если эксперт по бурению отклоняет обновленную модель, он обязан указать веские причины для обоснования такого решения. В этом случае системный аналитик запускает новую процедуру обновления. Если обновленная модель утверждена, системный аналитик передает ее инженеру по развертыванию вместе с дополнительной информацией (например, описанием новых параметров и функций модели и т.д.), которая может оказаться полезной при развертывании модели. The drilling expert approves or rejects the updated model. If the drilling expert rejects the updated model, he must provide good reasons to justify such a decision. In this case, the system analyst starts a new update procedure. If the updated model is approved, the system analyst passes it to the deployment engineer along with additional information (for example, a description of new parameters and features of the model, etc.) that may be useful when deploying the model.
Инженер по развертыванию выполняет дополнительные функциональные тесты и, если они успешно пройдены, обновляет модель в тестовой или производственной среде. При необходимости инженер по развертыванию также обновляет значения статистических параметров, например, пороговые значения, используемые в модели. The deployment engineer performs additional functional tests and, if they pass, updates the model in a test or production environment. If necessary, the deployment engineer also updates the values of statistical parameters, such as the thresholds used in the model.
На рис. 5 показана обобщенная схема системы предупреждения (200) в соответствии с описываемым изобретением. On fig. 5 shows a generalized diagram of a warning system (200) in accordance with the described invention.
Система предупреждения (200) обычно включает подсистему исторических скважинных данных (201), подсистему экспертных знаний (202), подсистему моделирования (203), подсистему обработки (204) и пользовательский интерфейс (205). Скважинные данные, поступающие в режиме реального времени, направляются в подсистему обработки по линии связи (206). The warning system (200) typically includes a historical well data subsystem (201), an expert knowledge subsystem (202), a modeling subsystem (203), a processing subsystem (204), and a user interface (205). Downhole data in real time are sent to the processing subsystem via a communication line (206).
Подсистема исторических скважинных данных реализует сбор, обработку, хранение, поддержание и обновление исторических скважинных данных, используемых в качестве входных данных для системы предупреждения в соответствии с описываемым изобретением. Реализация подсистемы исторических скважинных данных не имеет каких- либо особых ограничений. В одном варианте осуществления описываемого изобретения подсистема исторических скважинных данных может содержать один или несколько серверов и/или одну или несколько баз данных. В другом варианте осуществления описываемого изобретения подсистема исторических скважинных данных может быть реализована с использованием другой архитектуры, например, в виде пиринговой сети. The historical well data subsystem implements the collection, processing, storage, maintenance and updating of historical well data used as input to the warning system in accordance with the described invention. The implementation of the historical well data subsystem does not have any particular limitations. In one embodiment of the described invention, the historical well data subsystem may comprise one or more servers and/or one or more databases. In another embodiment of the described invention, the historical well data subsystem may be implemented using a different architecture, such as a peer-to-peer network.
Подсистема экспертных знаний осуществляет сбор, обработку, хранение, поддержание и обновление информации, которая представляет собой экспертные знания, обычно относящиеся к бурению, заканчиванию, вводу в эксплуатацию и эксплуатации скважин и т.д. Реализация аппаратных/программных компонентов подсистемы исторических данных скважин не имеет каких-либо особых ограничений. Следует отметить, что человеческий компонент подсистемы исторических скважинных данных имеет особое значение для обеспечения актуальности моделей, построенных на основе экспертных знаний; однако этот аспект находится вне фокуса данной патентной заявки. The expert knowledge subsystem collects, processes, stores, maintains and updates information, which is expert knowledge, usually related to drilling, completion, commissioning and operation of wells, etc. The implementation of the hardware/software components of the historical well data subsystem does not have any particular limitations. It should be noted that the human component of the historical well data subsystem is of particular importance to ensure the relevance of models built on the basis of expert knowledge; however, this aspect is outside the focus of this patent application.
Подсистема моделирования реализует генерацию обучающих массивов данных для Внутренней модели и Регрессионных моделей на основе исторических скважинных данных и экспертных знаний, а также обучение Внутренней модели и Регрессионных моделей с использованием обучающих массивов данных. Реализация подсистемы моделирования не имеет каких-либо особых ограничений. В одном варианте осуществления описываемого изобретения подсистема моделирования может содержать один или несколько серверов и/или одну или несколько баз данных. В другом варианте осуществления описываемого изобретения подсистема моделирования может быть реализована с использованием другой архитектуры, например, в виде пиринговой сети. The modeling subsystem implements the generation of training datasets for the Internal Model and Regression Models based on historical well data and expert knowledge, as well as training of the Internal Model and Regression Models using training datasets. The implementation of the modeling subsystem does not have any particular limitations. In one embodiment described of the invention, the modeling subsystem may comprise one or more servers and/or one or more databases. In another embodiment of the described invention, the modeling subsystem can be implemented using a different architecture, for example, in the form of a peer-to-peer network.
Подсистема обработки осуществляет предварительную обработку скважинных данных, поступающих в режиме реального времени, для определения операций, секций и этапов, к которым относятся данные; определение потенциальных аномалий на основе результатов Внутренней модели; выбор Регрессионных моделей на основе секций и этапов, подлежащих моделированию; прогнозирование ключевых параметров процесса бурения с использованием результатов Регрессионных моделей; определение фактических аномалий на основе прогнозируемых ключевых параметров процесса бурения; и объединение данных об аномалиях, полученных в результате определения потенциальных и фактических аномалий, как описано выше. Реализация подсистемы обработки не имеет каких-либо особых ограничений. В одном варианте реализации описываемого изобретения подсистема обработки может содержать один или несколько серверов и/или одну или несколько баз данных. В другом варианте реализации описываемого изобретения подсистема обработки может быть реализована с использованием другой архитектуры, например, в виде пиринговой сети. The processing subsystem performs pre-processing of real-time downhole data to determine the operations, sections and stages to which the data belongs; identification of potential anomalies based on the results of the Internal Model; selection of Regression Models based on the sections and steps to be modeled; prediction of key parameters of the drilling process using the results of Regression Models; determination of actual anomalies based on predicted key parameters of the drilling process; and combining the anomaly data resulting from the determination of potential and actual anomalies as described above. The implementation of the processing subsystem does not have any particular restrictions. In one embodiment of the described invention, the processing subsystem may contain one or more servers and/or one or more databases. In another embodiment of the described invention, the processing subsystem can be implemented using a different architecture, for example, in the form of a peer-to-peer network.
Следует отметить, что вышеуказанные подсистемы описаны как отдельные сущности только для облегчения понимания концепции изобретения. Специалист в данной области должен понимать, что эти функции могут быть объединены или распределены между одним или несколькими объектами без каких-либо особых ограничений. It should be noted that the above subsystems are described as separate entities only to facilitate understanding of the concept of the invention. One skilled in the art would understand that these functions may be combined or distributed among one or more entities without any particular limitation.
Доставка скважинных данных, поступающих в режиме реального времени, в подсистему обработки осуществляется посредством линии связи. Реализация линии связи не имеет каких-либо особых ограничений. В различных вариантах осуществления описываемого изобретения линия связи может иметь один из следующих способов реализации: Ethernet, шина Fieldbus, беспроводная сеть передачи данных, сеть передачи данных 1оТ. Единственным ограничением, связанным с реализацией линии связи, является возможность передачи данных, поступающих в режиме реального времени, с требуемой степенью надежности. Real-time well data is delivered to the processing subsystem via a communication line. The implementation of the communication line does not have any particular limitations. In various embodiments of the described invention, the communication line may have one of the following implementation methods: Ethernet, Fieldbus, wireless data network, 1oT data network. The only limitation associated with the implementation of the communication line is the ability to transmit real-time data with the required degree of reliability.
Пользовательский интерфейс реализует выдачу предупреждений, сигналов и указаний, которые передаются эксплуатационному персоналу и, возможно, другим заинтересованным сторонам. В зависимости от характера предупреждений, сигналов и указаний пользовательский интерфейс может включать один или несколько дисплеев, громкоговорители, источников звуковых сигналов тревоги, зуммеров, устройств цветовой сигнализации, сигнальных индикаторов, проблесковых маяков и т.д. Он также может включать в себя любые средства доставки текстовых сообщений с помощью пейджинговой системы, средства доставки текстовых и/или голосовых сообщений с помощью локальной беспроводной системы связи, системы сотовой связи, спутниковой системы связи и т.д. Некоторые предупреждения и указания могут подаваться и маршрутизироваться в корпоративной локальной сети (LAN). The user interface implements the issuance of warnings, signals and instructions that are communicated to operational personnel and possibly other interested parties. Depending on the nature of the warnings, signals, and instructions, the user interface may include one or more displays, loudspeakers, sources of audible alarms, buzzers, color alarms, signal indicators, flashing beacons, etc. It may also include any means of delivering text messages using a paging system, means of delivering text and/or voice messages using a local wireless communication system, a cellular communication system, a satellite communication system, and so on. Some alerts and guidance may be issued and routed on a corporate local area network (LAN).
Иллюстративный вариант Illustrative variant
Ниже приведен пример реализации способа предупреждения об аномалиях в процессе бурения, схематически представленного на рис. 1-4. Следует понимать, что данный пример предназначен лишь для облегчения понимания сущности описываемого изобретения и никоим образом не ограничивает его содержания. Below is an example of the implementation of the method of warning about anomalies during the drilling process, schematically presented in fig. 1-4. It should be understood that this example is intended only to facilitate understanding of the essence of the described invention and in no way limits its content.
В рассмотренном ниже примере в качестве исторических скважинных данных (111) использованы данные по 60 скважинам, в которых в процессе бурения не возникло никаких существенных сбоев или аварий, а непроизводительное время было минимальным. Отбор проводился командой экспертов, обладающих глубокими научными знаниями и обширным практическим опытом в области технологий строительства скважин (112). Полученный массив исторических скважинных данных использовался для обучения Внутренней модели и Регрессионных моделей, предназначенных для прогнозирования текущих значений HKLA, SPPA и TQA, поступающих в режиме реального времени, с целью обнаружения аномальных ситуаций в процессе бурения. In the example below, historical well data (111) is taken from 60 wells that did not experience any significant disruptions or accidents while drilling and had minimal non-productive time. The selection was conducted by a team of experts with deep scientific knowledge and extensive practical experience in the field of well construction technologies (112). The resulting array of historical well data was used to train the Internal Model and Regression Models designed to predict the current values of HKLA, SPPA and TQA coming in real time in order to detect abnormal situations during drilling.
Исторические данные по каждой скважине были разделены на фрагменты продолжительностью 10 минут, проанализированы на предмет актуальности, а затем соответствующие фрагменты были кластеризованы. При 10-секундной дискретизации исторических данных каждый 10-минутный фрагмент содержит их 10x6 значений параметров, где п - количество элементов, которые будут использоваться в модели. В зависимости от подхода, используемого в каждом конкретном проекте, п может находиться в диапазоне от 5 до 21, поэтому задача кластеризации должна решаться при размерности в диапазоне от 300 до 1200, что потребует чрезмерных вычислительных ресурсов. Поэтому для уменьшения размерности задачи кластеризации был использован алгоритм UMAP (https://umap-leam.readthedocs.io/en/latest/). Окончательная размерность определяется оценочно или путем испытания в процессе выполнения алгоритма UMAP. Historical data for each well was divided into 10 minute chunks, analyzed for relevance, and then the respective chunks were clustered. With a 10-second sampling of historical data, each 10-minute fragment contains their 10x6 parameter values, where n is the number of elements to be used in the model. Depending on the approach used in each specific project, n can be in the range from 5 to 21, so the clustering problem must be solved with a dimension in the range from 300 to 1200, which will require excessive computing resources. Therefore, to reduce the dimension of the clustering problem, the UMAP algorithm (https://umap-leam.readthedocs.io/en/latest/) was used. The final dimension is determined by estimation or by testing during the execution of the UMAP algorithm.
Затем полученный обучающий массив данных уменьшенной размерности был кластеризован с использованием метода DBSCAN (https://en.wikipedia.org/wiki/DBSCAN). Оценка набора кластеров производилась на основе размера кластера (т.е. количества фрагментов длительностью 10 минут в каждом кластере) и работоспособности кластера (доли фрагментов, содержащих сбои, в каждом кластере). Задача кластеризации выполнялась с различными комбинациями параметров задачи до тех пор, пока не был получен наилучший результат, при котором «нормальные» фрагменты без существенных сбоев, артефактов или других нарушений были сгруппированы в большие кластеры. Все фрагменты внутри этих кластеров впоследствии считались эталонными фрагментами, в то время как остальные фрагментами считались аномальными фрагментами. Таким образом, был сгенерирован обучающий массив данных для Внутренней модели (115). Then, the resulting reduced-dimensional training dataset was clustered using the DBSCAN method (https://en.wikipedia.org/wiki/DBSCAN). The set of clusters was evaluated based on the size of the cluster (i.e. the number of fragments lasting 10 minutes in each cluster) and the health of the cluster (percentage of fragments containing failures in each cluster). The clustering task was performed with various combinations of task parameters until the best result was obtained, in which "normal" fragments without significant failures, artifacts or other violations were grouped into large clusters. All fragments within these clusters were subsequently considered reference fragments, while the remaining fragments were considered anomalous fragments. Thus, the training dataset for the Internal Model (115) was generated.
Аналогично подготовке обучающих данных для Внутренней модели исторические данные по каждой скважине были разделены на 10-минутные фрагменты для создания обучающего массива данных для каждой Регрессионной модели. Затем исторические данные были проанализированы на предмет надежности, и ненадежные данные (например, отрицательные значения HKLA, SPPA и TQA) были отфильтрованы. Для каждого момента времени были определены соответствующая операция и этап. В скользящих временных окнах различной ширины были рассчитаны следующие характеристики, которые определялись автоматически в зависимости от достижения максимальных значений вышеупомянутых показателей: Similar to preparing the training data for the Internal Model, the historical data for each well was divided into 10-minute chunks to create a training dataset for each Regression Model. Historical data was then analyzed for reliability, and unreliable data (eg, negative HKLA, SPPA, and TQA values) were filtered out. For each point in time, the corresponding operation and stage were defined. In sliding time windows of various widths, the following characteristics were calculated, which were determined automatically depending on the achievement of the maximum values of the above indicators:
- скорость изменения расстояния между долотом и забоем скважины; - rate of change of the distance between the bit and the bottom of the well;
- скорость изменения глубины забоя скважины без учета фрагментов, соответствующих наращиваниям инструмента; - the rate of change in the depth of the bottomhole of the well without taking into account the fragments corresponding to the build-up of the tool;
- нормализованные значения для скользящих окон; - normalized values for sliding windows;
- стандартное отклонение для значений HKLA в небольшом скользящем окне; - standard deviation for HKLA values in a small sliding window;
- скорость изменения положения блока (ВРО); - the rate of change of the position of the block (VRO);
- значение смещения для всех производных элементов, связанных с целевым элементом; значение смещения, используемое для предотвращения избыточного обучения модели; - offset value for all derived elements associated with the target element; an offset value used to prevent overtraining of the model;
- средняя частота преобразования Фурье. is the average frequency of the Fourier transform.
Затем Внутренняя модель использовалась для кластеризации обучающих данных с целью формирования обучающего массива данных для каждой Регрессионной модели. Вышеуказанные данные были агрегированы, в результате чего был сгенерирован обучающий массив данных для каждой Регрессионной модели (114). The Internal Model was then used to cluster the training data to form a training dataset for each Regression Model. The above data was aggregated to generate a training dataset for each Regression Model (114).
В представленном иллюстративном варианте Внутренняя модель была обучена (122) в отношении кластеризации только для определения эталонных фрагментов. Регрессионные модели были обучены (121) в отношении прогнозирования аномалий в целевых параметрах (HKLA, SPPA и TQA) скважинных данных, поступающих в режиме реального времени, которые вводятся в Регрессионные модели после их обучения. Для каждой секции и этапа производится обучение отдельных Регрессионных моделей. In the exemplary embodiment shown, the Inner Model has been trained (122) for clustering only to determine reference tiles. Regression models were trained (121) to predict anomalies in the target parameters (HKLA, SPPA and TQA) of well data coming in real-time, which are introduced into the Regression models after they have been trained. For each section and stage, separate Regression models are trained.
Скважинные данные (135), содержащие параметры HKLA, SPPA, TQA, WOB, ТУТ, MFIA и ROPA, поступают один раз в секунду в режиме реального времени. Статистические параметры для HKLA, SPPA и TQA, а именно минимальное значение, максимальное значение, среднее значение и стандартное отклонение, рассчитываются для каждого 10- минутного фрагмента (136). Downhole data (135) containing HKLA, SPPA, TQA, WOB, TUT, MFIA and ROPA parameters are received once per second in real time. Statistical parameters for HKLA, SPPA and TQA, namely minimum value, maximum value, mean value and standard deviation, are calculated for each 10-minute fragment (136).
На рис. 6 показан наглядный пример определения потенциальных аномалий (137). Кривая N° 1 отображает фактическое (т.е. измеренное) значение HKLA; кривая N° 2 показывает прогнозируемое значение HKLA; кривая N° 3 показывает пороговое значение HKLA; и кривая o 4 показывает разницу между фактическим и прогнозируемым значениями HKLA. Как видно из приведенной диаграммы, возможная проблема «прихват инструмента под действием перепада давления» была определена в момент времени ti, а фактически проблема возникла в момент времени t2 примерно через 1,5 часа, что дает эксплуатационному персоналу достаточно времени для выполнения превентивных действий. On fig. 6 shows an illustrative example of identifying potential anomalies (137). Curve N° 1 represents the actual (i.e. measured) HKLA value; curve N° 2 shows the predicted value of HKLA; curve N° 3 shows the threshold value of HKLA; and curve o 4 shows the difference between the actual and predicted HKLA values. As can be seen from the above diagram, a possible problem "sticking tool due to differential pressure" was identified at time ti, and the actual problem occurred at time t2 after about 1.5 hours, which gives the operating personnel enough time to take preventive action.
На рис. 7 показан пример пользовательского интерфейса (на русском языке) системы предупреждения, предусмотренной описываемым изобретением. Интерфейс содержит диаграмму, показывающую ход бурения скважины во времени, а также значения целевых параметров «здоровья» скважины и потенциальных рисков. On fig. 7 shows an example of the user interface (in Russian) of the warning system provided by the described invention. The interface contains a chart showing the progress of drilling a well over time, as well as the values of the target parameters of the "health" of the well and potential risks.
На рис. 8 показана увеличенная правая часть интерфейса, показанного на рис. 7 (на английском языке), содержащая указания целевых параметров (фактические и прогнозируемые значения HKLA, SPPA и TQA и соответствующие пиктограммы, если значение увеличивается или падает) и указания на потенциальные риски. В частности, красный цвет указывает на возможные проблемы. При обнаружении риска указываются некоторые последние соответствующие события. On fig. 8 shows an enlarged right side of the interface shown in fig. 7 (in English), containing indications of target parameters (actual and predicted values of HKLA, SPPA and TQA and corresponding pictograms if the value increases or falls) and indications of potential risks. In particular, red color indicates possible problems. When a risk is detected, some recent relevant events are indicated.
Следует понимать, что данный способ предупреждения и данная система предупреждения описаны в настоящей заявке просто в качестве примерной реализации технологии изобретения. Таким образом, их описание предназначено только для того, чтобы привести иллюстрирующие примеры. Это описание не предназначено для определения области применения или установления каких-либо границ технологии изобретения. В некоторых случаях, когда это признано целесообразным, приведены примеры модификаций способа предупреждения и системы предупреждения, предусмотренных описываемым изобретением. Это сделано исключительно для того, чтобы облегчить понимание сути изобретения, но не для того, чтобы определить область применения или установить границы технологии изобретения. Эти модификации не являются исчерпывающими, в связи с чем любой специалист в данной области должен понимать, что возможны другие и/или дальнейшие модификации. В тех случаях, когда примеры модификаций не приведены, этот факт не следует толковать таким образом, что никакие модификации невозможны, и/или что приведенное описанное является единственным способом реализации соответствующей части, компонента или элемента технологии изобретения. Кроме того, следует понимать, что способ предупреждения и система предупреждения, предусмотренные описываемым изобретением, могут в определенных случаях представлять собой упрощенные реализации технологии описываемого изобретения, и что их описание, таким образом, предоставляется в качестве вспомогательного средства для лучшего понимания технологии изобретения. В связи с этим любому специалисту в данной области следует понимать, что другие реализации технологии изобретения могут быть более сложными, чем описываемые в настоящей заявке. It should be understood that this warning method and this warning system are described herein merely as an exemplary implementation of the technology of the invention. Thus, their description is only intended to provide illustrative examples. This description is not intended to define the scope or establish any boundaries of the technology of the invention. In some cases, where it is considered appropriate, examples of modifications to the warning method and warning system provided by the described invention are given. This is done solely to facilitate understanding of the essence of the invention, and not to determine the scope applications or set the boundaries of the technology of the invention. These modifications are not intended to be exhaustive, and therefore any person skilled in the art should understand that other and/or further modifications are possible. Where examples of modifications are not given, this fact should not be interpreted to mean that no modifications are possible and/or that what has been described is the only way to implement the relevant part, component, or element of the technology of the invention. In addition, it should be understood that the warning method and warning system provided by the described invention may, in certain cases, be simplified implementations of the technology of the described invention, and that their description is thus provided as an aid to a better understanding of the technology of the invention. In this regard, any person skilled in the art should understand that other implementations of the technology of the invention may be more complex than described in this application.
Приведенные здесь примеры и условный язык в основном предназначены для того, чтобы помочь читателю понять основы технологии описываемого изобретения и не ограничивать ее сферу применения такими конкретно приведенными примерами и условиями. Следует понимать, что специалист в данной области может разработать различные механизмы, которые, хотя и явно не описаны или не показаны в настоящей заявке, тем не менее, воплощают суть и сущность технологии описываемого изобретения и соответствуют ее духу, поэтому такие механизмы также включены в сферу правовой охраны описываемого изобретения. The examples and conventions provided herein are primarily intended to help the reader understand the underlying technology of the invention described and not to limit its scope to such specific examples and terms. It should be understood that a person skilled in the art can develop various mechanisms that, although not explicitly described or shown in this application, nevertheless embody the essence and essence of the technology of the described invention and are consistent with its spirit, therefore, such mechanisms are also included in the scope legal protection of the described invention.
Более того, все заявления, в которых излагаются принципы, аспекты и реализации технологии описываемого изобретения, а также их конкретные примеры предназначены для охвата как структурных, так и функциональных эквивалентов, независимо от того, известны ли они в настоящее время или могут быть разработаны в будущем. Таким образом, например, следует понимать, что любые функциональные схемы, содержащиеся в настоящей заявке, представляют собой концептуальное видение иллюстрирующих схем и/или алгоритмов, воплощающих принципы технологии описываемого изобретения. Аналогичным образом следует понимать, что любые блок-схемы, диаграммы переходов состояний, псевдокод и т.п. являются отображением различных процессов, которые могут быть представлены на машиночитаемых носителях и, соответственно, выполняться компьютером, процессором или контроллером независимо от того, показан или упомянут ли такой компьютер, процессор или контроллер явным образом или нет. Любые функции различных элементов, показанных на рисунках, содержащихся в настоящей заявке, включая любой функциональный блок, обозначенный или называемый «процессором» или «блоком обработки данных», могут быть реализованы с использованием специального оборудования, а также оборудования, способного выполнять программный код в сочетании с соответствующими программными компонентами. Функции же процессора могут выполняться одним выделенным процессором, одним общим процессором или множеством отдельных процессоров, некоторые из которых могут быть общими. В некоторых вариантах осуществления технологии описываемого изобретения, не ограничивающих его сущность и содержание, функции процессора могут выполняться процессором общего назначения, таким как центральный процессор (CPU) или процессором, предназначенным для определенной цели, таким как графический процессор (GPU). Кроме того, явное использование термина «процессор» или «контроллер» не следует толковать исключительно как относящееся к оборудованию, способному выполнять программный код, и такие термины могут в неявной форме включать, не ограничиваясь ими, процессор цифровых сигналов (DSP), сетевой процессор, специализированную интегральную схему (ASIC), программируемую логическую интегральную схему (FPGA), постоянное запоминающее устройство (ROM) для хранения программного кода, запоминающее устройство с произвольным доступом (RAM) для хранения данных и/или программного года и любое энергонезависимое хранилище данных. Также эти термины могут включать любое другое серийное оборудование и/или оборудование, выполненное по специальному заказу. Moreover, all statements that set forth the principles, aspects, and implementations of the technology of the described invention, as well as specific examples thereof, are intended to cover both structural and functional equivalents, whether they are currently known or may be developed in the future. . Thus, for example, it should be understood that any functional diagrams contained in this application are a conceptual vision of illustrating circuits and/or algorithms embodying the principles of the technology of the described invention. Likewise, it should be understood that any block diagrams, state transition diagrams, pseudocode, and the like. are representations of various processes that may be represented on computer-readable media and, accordingly, executed by a computer, processor, or controller, whether such computer, processor, or controller is explicitly shown or referred to or not. Any functions of the various elements shown in the drawings contained in this application, including any functional unit designated or referred to as "processor" or "data processing unit", can be implemented using special equipment, as well as equipment capable of executing program code in combination with the corresponding software components. The functions of a processor may be performed by a single dedicated processor, a single shared processor, or multiple individual processors, some of which may be shared. In some non-limiting embodiments of the technology of the invention described, the functions of a processor may be performed by a general purpose processor such as a central processing unit (CPU) or a processor dedicated to a specific purpose such as a graphics processing unit (GPU). In addition, explicit use of the term "processor" or "controller" should not be construed solely as referring to hardware capable of executing program code, and such terms may implicitly include, but are not limited to, digital signal processor (DSP), network processor, application specific integrated circuit (ASIC), field-programmable logic integrated circuit (FPGA), read-only memory (ROM) for storing program code, random access memory (RAM) for storing data and/or program year, and any non-volatile data storage. Also, these terms may include any other serial equipment and / or equipment made to special order.
В контексте настоящей заявки «сервер» представляет собой аппаратно- программный комплекс, способный принимать данные и/или сигналы непосредственно и/или по сети, обрабатывать данные и выдавать некоторые результирующие данные и/или сигналы. Аппаратным обеспечением в составе такого комплекса может быть один физический компьютер или одна физическая компьютерная система либо несколько физических компьютеров или несколько физических компьютерных систем. В контексте настоящей заявки любое использование термина «сервер» не означает, что все задачи (например, все полученные данные, сигналы, инструкции или запросы) или какая-либо одна конкретная задача должны быть получены, выполнены или обработаны одним и тем же сервером (т.е. одним и тем же программным и/или аппаратным обеспечением); это означает, что в получении/отправке, выполнении или обработке любой задачи или запроса или результатов любой задачи или запроса или обработке любых данных или сигналов может быть задействовано любое количество программных элементов или аппаратных устройств; и вся совокупность такого программного и аппаратного обеспечение может быть одним сервером или несколькими серверами, при этом и тот, и другой вариант подразумевают «по крайней мере один сервер». In the context of the present application, a "server" is a hardware/software system capable of receiving data and/or signals directly and/or over a network, processing the data, and producing some resulting data and/or signals. The hardware in such a complex may be one physical computer or one physical computer system, or several physical computers or several physical computer systems. In the context of this application, any use of the term “server” does not imply that all tasks (e.g., all received data, signals, instructions, or requests) or any one particular task must be received, executed, or processed by the same server (i.e., i.e. the same software and/or hardware); this means that any number of software elements or hardware devices may be involved in receiving/sending, executing or processing any task or request or the results of any task or request, or processing any data or signals; and the entirety of such software and hardware may be one server or multiple servers, both of which mean "at least one server".
В контексте настоящей заявки термин «компонент» означает программное обеспечение (соответствующее конкретному оборудованию), которое является необходимым и достаточным для выполнения конкретной функции (функций), о которой (которых) идет речь. In the context of this application, the term "component" means software (corresponding to specific equipment) that is necessary and sufficient to perform the specific function(s) in question.
В контексте настоящей заявки термин «компьютерный носитель информации» используется для обозначения носителей любой природы и вида, включая оперативную память, ПЗУ, диски (CD-ROM, DVD-диски, дискеты, жесткие диски и т.д.), USB- накопители, твердотельные накопители, ленточные накопители, карты флэш-памяти и т.д. In the context of this application, the term "computer storage media" is used to refer to media of any nature and type, including RAM, ROM, disks (CD-ROMs, DVDs, floppy disks, hard drives, etc.), USB drives, solid state drives, tape drives, flash memory cards, etc.
В контексте настоящей заявки порядковые числительные «первый», «второй», «третий» и т.д. могут использоваться исключительно для того, чтобы проводить различие между существительными, к которым они относятся, а не для описания каких-либо конкретных отношений между этими существительными. Таким образом, например, следует понимать, что использование терминов «первый элемент» и «третий элемент» не подразумевает какого-либо конкретного порядка, типа, хронологии, иерархии или ранжирования (например) элементов, и их использование (само по себе) не подразумевает, что любой «второй элемент» обязательно должен существовать в любой конкретной ситуации. Кроме того, ссылка на «первый» элемент и «второй» элемент не исключает того, что эти два элемента являются одним и тем же фактическим элементом реального мира. Таким образом, например, в некоторых случаях «первое» компьютерное устройство и «второе» компьютерное устройство могут быть одним и тем же программным и/или аппаратным обеспечением, а в других случаях они могут быть разным программным и/или аппаратным обеспечением. In the context of the present application, the ordinal numbers "first", "second", "third", etc. can be used solely to distinguish between the nouns they refer to, and not to describe any particular relationship between those nouns. Thus, for example, it should be understood that the use of the terms "first element" and "third element" does not imply any particular order, type, chronology, hierarchy, or ranking of (for example) elements, and their use (by itself) does not imply that any "second element" must necessarily exist in any particular situation. Also, referring to a "first" element and a "second" element does not preclude that the two elements are the same actual real world element. Thus, for example, in some cases the "first" computing device and the "second" computing device may be the same software and/or hardware, and in other cases they may be different software and/or hardware.
В контексте настоящей заявки термин «база данных» - это любой структурированный массив данных независимо от его конкретной структуры, программного обеспечения для управления данными или компьютерного оборудования, на котором данные хранятся, реализованы или иным образом предоставляются для использования. База данных может располагаться на том же оборудовании, что и процесс, который предусматривает хранение или использование данных, хранящихся в базе данных, или же она может располагаться на отдельном оборудовании, таком как выделенный сервер или несколько серверов. In the context of this application, the term "database" is any structured data set, regardless of its specific structure, data management software, or computer hardware on which the data is stored, implemented, or otherwise made available for use. The database may reside on the same hardware as the process that stores or uses the data stored in the database, or it may reside on separate hardware such as a dedicated server or multiple servers.
В контексте настоящей заявки термины «информация» и «данные» включают информацию любого характера и любого рода, которая может храниться в базе данных. Таким образом, информация включает, не ограничиваясь ими, данные (пространственные данные, временные данные, данные телеметрии, данные базы знаний и т.д.), текстовую информацию (заключения, комментарии, заметки, вопросы, сообщения и т.д.), изображения, звуковые записи, документы, электронные таблицы и т.д. In the context of this application, the terms "information" and "data" include information of any nature and of any kind that may be stored in a database. Thus, information includes, but is not limited to, data (spatial data, time data, telemetry data, knowledge base data, etc.), textual information (conclusions, comments, notes, questions, messages, etc.), images, sound recordings, documents, spreadsheets, etc. .
Следует отметить, что приведенное выше описание охватывает и те действия, которые являются наиболее важными для достижения цели описываемого изобретения. Специалисту в данной области должно быть очевидно, что для обеспечения функционирования системы, предусмотренной описываемым изобретением, также должны выполняться и другие действия, например, подключение оборудования, его инициализация, запуск соответствующего программного обеспечения, передача и получение инструкций и подтверждений, обмен вспомогательными данными, синхронизация и т.д., и их описание здесь опущено для краткости. It should be noted that the above description covers those actions that are most important for achieving the goal of the described invention. It should be obvious to a person skilled in the art that other actions must also be performed in order to ensure the operation of the system provided by the described invention, for example, connecting equipment, initializing it, starting the appropriate software, sending and receiving instructions and confirmations, exchanging auxiliary data, synchronizing etc., and their description is omitted here for brevity.
Также следует отметить, что приведенное выше описание охватывает и те элементы и компоненты, которые являются наиболее важными для достижения цели изобретения. Специалисту в данной области должно быть очевидно, что эти элементы и компоненты должны или могут включать другие части, необходимые для обеспечения функционирования системы предупреждения и метода предупреждения, и их описание здесь опущено для краткости. It should also be noted that the above description covers those elements and components that are most important for achieving the purpose of the invention. One skilled in the art will appreciate that these elements and components must or may include other parts necessary to enable the warning system and warning method to function, and their description is omitted here for brevity.
Устройства и их компоненты или части, а также способы и их этапы, упомянутые в приведенном выше описании и показанные на относящихся к нему схемах, относятся к одному или нескольким конкретным вариантам осуществления описываемого изобретения, когда они даются со ссылкой на числовое обозначение, или относятся ко всем применимым вариантам осуществления изобретения, когда они даются без ссылки на числовое обозначение. The devices and their components or parts, as well as the methods and steps thereof, mentioned in the above description and shown in the diagrams related to it, refer to one or more specific embodiments of the described invention when they are given with reference to a numerical designation, or refer to all applicable embodiments of the invention when given without reference to a numerical designation.
Устройства и их части, упомянутые в приведенном выше описании, схемах и формуле изобретения, могут представлять собой комбинированные аппаратные/программные средства, в которых аппаратное обеспечение некоторых устройств может отличаться или же частично или полностью совпадать с аппаратным обеспечением других устройств, если явно не указано иное. Аппаратное обеспечение некоторых устройств может располагаться в разных частях других устройств, если прямо не указано иное. Программное обеспечение может быть реализовано в виде компьютерного кода, записанного в устройстве хранения или носителе данных. Devices and their parts mentioned in the above description, diagrams and claims may be combined hardware/software, in which the hardware of some devices may differ or partially or completely coincide with the hardware of other devices, unless expressly stated otherwise. . The hardware of some devices may be located in different parts of other devices, unless expressly stated otherwise. The software may be implemented as computer code stored in a storage device or storage medium.
Последовательность этапов в описании способа предупреждения, приведенном в настоящей заявке, является лишь иллюстрацией и может отличаться в некоторых вариантах осуществления описываемого изобретения, если соответствующая функция поддерживается и обеспечивается достижение требуемого результата. Некоторые этапы этого способа могут быть объединены вместе, в то время как некоторые другие этапы могут быть разделены на подэтапы или отдельные этапы. Таким образом, порядок выполнения этапов не является ограничивающим для описываемой технологии; в ином случае этот порядок не указывается явным образом или изначально не предусмотрен. The sequence of steps in the description of the warning method given in this application is only an illustration and may differ in some embodiments of the described invention, if the corresponding function is supported and the desired result is achieved. Some stages of this method may be combined together, while some of the other steps may be divided into sub-steps or separate steps. Thus, the order of the steps is not limiting for the described technology; otherwise, this order is not explicitly specified or not originally provided.
Компоненты или части и элементы описываемого изобретения могут быть объединены в различных вариантах осуществления изобретения, если они не противоречат друг другу. Варианты осуществления изобретения, рассмотренные выше, представлены только в качестве иллюстраций, и они не предназначены для ограничения сущности и содержания изобретения, описанного в формуле изобретения. Все и любые разумные модификации, изменения и эквивалентные замены в конструкции, конфигурации и режимах работы, соответствующие сути изобретения, включены в область применения описываемого изобретения, указанную в прилагаемой формуле изобретения. Components or parts and elements of the described invention can be combined in various embodiments of the invention, if they do not contradict each other. The embodiments of the invention discussed above are presented by way of illustration only, and they are not intended to limit the essence and content of the invention described in the claims. All and any reasonable modifications, changes and equivalent substitutions in design, configuration and modes of operation, corresponding to the essence of the invention, are included in the scope of the described invention, indicated in the attached claims.
Каждая реализация технологии описываемого изобретения имеет, по меньшей мере, одну из вышеупомянутых целей и/или аспектов, но не обязательно имеет их все. Следует понимать, что некоторые варианты осуществления технологии описываемого изобретения, которые явились результатом попытки достижения любой из вышеупомянутых целей, могут не удовлетворять этой цели и/или могут удовлетворять другим целям, конкретно не перечисленным в настоящей патентной заявке. Each implementation of the technology of the described invention has at least one of the above objectives and/or aspects, but not necessarily all of them. It should be understood that some embodiments of the technology of the described invention that result from an attempt to achieve any of the aforementioned objectives may not serve that purpose and/or may serve other purposes not specifically listed in this patent application.
Ссылки Links
1. Qi Peng, Honghai Fan, Shuguo Xu, Haobo Zhou, Minbin Lai, Guangxi Ma, Suiyi Fu. A Real-Time Warning System for Identifying Drilling Accidents. SPE Annual Caspian Technical Conference and Exhibition, 12-14 November, 2014, Astana, Kazakhstan, DOI: 10.2118/172303- MS 1. Qi Peng, Honghai Fan, Shuguo Xu, Haobo Zhou, Minbin Lai, Guangxi Ma, Suiyi Fu. A Real-Time Warning System for Identifying Drilling Accidents. SPE Annual Caspian Technical Conference and Exhibition, 12-14 November, 2014, Astana, Kazakhstan, DOI: 10.2118/172303-MS
2. Giulio Gola, Roar Nybo, Dan Sui, Davide Roverso. Improving Management and Control of Drilling Operations with Artificial Intelligence. SPE Intelligent Energy International, 27-29 March, 2012, Utrecht, The Netherlands, DOI: 10.2118/150201-MS 2. Giulio Gola, Roar Nybo, Dan Sui, Davide Roverso. Improving Management and Control of Drilling Operations with Artificial Intelligence. SPE Intelligent Energy International, 27-29 March, 2012, Utrecht, The Netherlands, DOI: 10.2118/150201-MS
3. J. Awrejcewicz, Yu.B. Lind, A.R. Kabirova, L.F. Nurislamova, I.M. Gubaidullin, R.A. Mulyukov. Prediction of drilling fluids loss during oil and gas wells construction. lPh Conference on Dynamical Systems - Theory and Applications, December 5-8, 2011, Lodz, Poland 3. J. Awrejcewicz, Yu.B. Lind, AR Kabirova, LF Nurislamova, IM Gubaidullin, RA Mulyukov. Prediction of drilling fluids loss during oil and gas wells construction. lP h Conference on Dynamical Systems - Theory and Applications, December 5-8, 2011, Lodz, Poland
4. Shengnan Wu, Laibin Zhang, Wenpei Zheng, Yiliu Liu, Mary Arm Lundteigen. A DBN- based risk assessment model for prediction and diagnosis of offshore drilling incidents. Journal of Natural Gas Science and Engineering, vol. 34, August 2016, pp. 139-158, DOI: 10.1016/j.jngse.2016.06.054 5. Qishuai Yin, Jin Yang, Shujie Liu (CNOOC) | Ting Sun, Wenlong Li, Lilin Li, Nanding Hu, Gang Tong, Xiaoliang Chen, He Deng. Intelligent Method of Identifying Drilling Risk in Complex Formations Based on Drilled Wells Data. SPE Intelligent Oil and Gas Symposium, 9-10 May, 2017, Abu Dhabi, UAE, DOI: 10.2118/187472-MS 4. Shengnan Wu, Laibin Zhang, Wenpei Zheng, Yiliu Liu, Mary Arm Lundteigen. A DBN-based risk assessment model for prediction and diagnosis of offshore drilling incidents. Journal of Natural Gas Science and Engineering, vol. 34, August 2016, pp. 139-158, DOI: 10.1016/j.jngse.2016.06.054 5. Qishuai Yin, Jin Yang, Shujie Liu (CNOOC) | Ting Sun, Wenlong Li, Lilin Li, Nanding Hu, Gang Tong, Xiaoliang Chen, He Deng. Intelligent Method of Identifying Drilling Risk in Complex Formations Based on Drilled Wells Data. SPE Intelligent Oil and Gas Symposium, 9-10 May, 2017, Abu Dhabi, UAE, DOI: 10.2118/187472-MS
6. Екатерина Гурина, Никита Ключников, Алексей Зайцев, Евгения Романенкова, Ксения Антипова, Игорь Симон, Виктор Макаров, Дмитрий Коротеев. Обнаружение отказов при наклонно-направленном бурении с использованием поиска аналогов в реальном времени. Препринт, представленный в Journal of Petroleum Science and Engineering, 7 июня 2019 г. 6. Ekaterina Gurina, Nikita Klyuchnikov, Alexei Zaitsev, Evgenia Romanenkova, Ksenia Antipova, Igor Simon, Viktor Makarov, Dmitry Koroteev. Detection of failures in directional drilling using real-time analogue search. Preprint presented in the Journal of Petroleum Science and Engineering, June 7, 2019.
7. Ксения Антипова, Никита Ключников, Алексей Зайцев, Екатерина Гурина, Евгения Романенкова, Дмитрий Коротеев. Основанная на данных модель для прогнозирования аварий при бурении. Ежегодная техническая конференция и выставка SPE, 30 сентября - 2 октября 2019 года, Калгари, Альберта, Канада, DOI: 10.2118/195888- MS 7. Ksenia Antipova, Nikita Klyuchnikov, Alexei Zaitsev, Ekaterina Gurina, Evgenia Romanenkova, Dmitry Koroteev. Data-based model for predicting drilling accidents. SPE Annual Technical Conference and Exhibition, September 30 - October 2, 2019, Calgary, Alberta, Canada, DOI: 10.2118/195888- MS
8. Sridharan Chandrasekaran, G. Suresh Kumar. Optimization of Rate of Penetration with Real Time Measurements Using Machine Learning and Meta-Heuristic Algorithm. International Journal of Scientific & Technology Research, vol. 8, issue 9, September 2019 8. Sridharan Chandrasekaran, G. Suresh Kumar. Optimization of Rate of Penetration with Real Time Measurements Using Machine Learning and Meta-Heuristic Algorithm. International Journal of Scientific & Technology Research, vol. Issue 9, September 2019

Claims

Формула изобретения Claim
1. Компьютерный способ предупреждения о будущей аномалии в процессе бурения, включающий в себя: 1. A computerized method of warning about a future anomaly during drilling, including:
- формирование первого обучающего набора данных для первого алгоритма машинного обучения (MLA) на основе исторических данных скважин; - formation of the first training data set for the first machine learning algorithm (MLA) based on historical well data;
- обучение первого алгоритма MLA с использованием первого обучающего набора данных для формирования первой модели нормального отклика; - training the first MLA algorithm using the first training data set to form the first normal response model;
- определение потенциальной аномалии бурения на основе первой модели нормального отклика и данных реального времени скважин; - determination of a potential drilling anomaly based on the first normal response model and real-time well data;
- формирование второго обучающего набора данных для второго алгоритма MLA на основе исторических данных скважин и образцовых данных, сформированных первой моделью нормального отклика; - generating a second training data set for the second MLA algorithm based on historical well data and sample data generated by the first normal response model;
- обучение второго алгоритма MLA с использованием второго обучающего набора данных для формирования второй модели нормального отклика; - training the second MLA algorithm using the second training data set to form the second normal response model;
- предсказание основных параметров процесса бурения на основе второй модели нормального отклика и данных реального времени скважин; - prediction of the main parameters of the drilling process based on the second normal response model and real-time data of wells;
- определение фактической аномалии бурения на основе предсказанных основных параметров процесса бурения и данных реального времени скважин; - determination of the actual drilling anomaly based on the predicted main parameters of the drilling process and real-time data of wells;
- формирование предупреждения на основе потенциальной аномалии бурения и/или фактической аномалии бурения. - generating a warning based on a potential drilling anomaly and/or an actual drilling anomaly.
2. Способ по п. 1, в котором формируется несколько вторых обучающих наборов данных для второго алгоритма MLA. 2. The method of claim. 1, which generates several second training data sets for the second MLA algorithm.
3. Способ по п. 2, в котором один или несколько обучающих наборов данных из нескольких вторых обучающих наборов данных для второго алгоритма MLA выбирается на основе операций и фаз в данных реального времени скважин. 3. The method of claim 2, wherein one or more training datasets from multiple second training datasets for the second MLA algorithm are selected based on operations and phases in real-time well data.
4. Способ по п. 3, в котором для определения операций и фаз данные реального времени скважин подвергаются предварительной обработке. 4. The method of claim 3, wherein real-time well data is pre-processed to determine operations and phases.
5. Способ по п. 1, в котором предсказание выполняется в реальном времени. 5. The method of claim 1 wherein the prediction is performed in real time.
6. Способ по п. 1, в котором основные параметры процесса бурения представляют собой средний вес на крюке, средний крутящий момент и среднее давление на входе. 6. The method of claim. 1, in which the main parameters of the drilling process are the average weight on the hook, the average torque and the average inlet pressure.
7. Способ по п. 1, до формирования предупреждения дополнительно включающий в себя объединение данных потенциальной аномалии бурения и данных фактической аномалии бурения. 7. The method of claim. 1, prior to generating an alert, further comprising combining the potential drilling anomaly data and the actual drilling anomaly data.
8. Способ по п. 7, дополнительно включающий в себя обновление первой и/или второй модели нормального отклика на основе объединенных данных аномалии. 8. The method of claim 7, further comprising updating the first and/or second normal response model based on the combined anomaly data.
9. Способ по п. 1, в котором предупреждение является видимым. 9. The method of claim 1, wherein the warning is visible.
10. Способ по п. 9, в котором видимое предупреждение основано на окрашенном свете. 10. The method of claim 9 wherein the visible warning is based on colored light.
11. Способ по п. 9, в котором видимое предупреждение основано на тексте. 11. The method of claim 9, wherein the visible warning is text-based.
12. Способ по п. 9, в котором видимое предупреждение основано на изображении. 12. The method of claim 9, wherein the visible warning is based on an image.
13. Способ по п. 1, в котором предупреждение является слышимым. 13. The method of claim 1 wherein the warning is audible.
14. Способ по п. 13, в котором слышимое предупреждение основано на особом звуке. 14. The method of claim 13, wherein the audible warning is based on a particular sound.
15. Способ по п. 13, в котором слышимое предупреждение основано на голосовом сообщении. 15. The method of claim 13, wherein the audible warning is based on a voice message.
PCT/RU2021/000623 2021-07-30 2021-12-29 Method and system for warning of upcoming anomalies in a drilling process WO2023009027A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021122723A RU2772851C1 (en) 2021-07-30 Method and system for warning about upcoming anomalies in the drilling process
RU2021122723 2021-07-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023009027A1 true WO2023009027A1 (en) 2023-02-02

Family

ID=85087131

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2021/000623 WO2023009027A1 (en) 2021-07-30 2021-12-29 Method and system for warning of upcoming anomalies in a drilling process

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023009027A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116305588A (en) * 2023-05-17 2023-06-23 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 Wind tunnel test data anomaly detection method, electronic equipment and storage medium
CN117662106A (en) * 2024-01-30 2024-03-08 四川霍尼尔电气技术有限公司 Drilling machine electric control system and electric control method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015123591A1 (en) * 2014-02-13 2015-08-20 Intelligent Solutions, Inc. System and method providing real-time assistance to drilling operation
US20170308802A1 (en) * 2016-04-21 2017-10-26 Arundo Analytics, Inc. Systems and methods for failure prediction in industrial environments
WO2019216891A1 (en) * 2018-05-09 2019-11-14 Landmark Graphics Corporation Learning based bayesian optimization for optimizing controllable drilling parameters

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015123591A1 (en) * 2014-02-13 2015-08-20 Intelligent Solutions, Inc. System and method providing real-time assistance to drilling operation
US20170308802A1 (en) * 2016-04-21 2017-10-26 Arundo Analytics, Inc. Systems and methods for failure prediction in industrial environments
WO2019216891A1 (en) * 2018-05-09 2019-11-14 Landmark Graphics Corporation Learning based bayesian optimization for optimizing controllable drilling parameters

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116305588A (en) * 2023-05-17 2023-06-23 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 Wind tunnel test data anomaly detection method, electronic equipment and storage medium
CN116305588B (en) * 2023-05-17 2023-08-11 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 Wind tunnel test data anomaly detection method, electronic equipment and storage medium
CN117662106A (en) * 2024-01-30 2024-03-08 四川霍尼尔电气技术有限公司 Drilling machine electric control system and electric control method
CN117662106B (en) * 2024-01-30 2024-04-19 四川霍尼尔电气技术有限公司 Drilling machine electric control system and electric control method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9280517B2 (en) System and method for failure detection for artificial lift systems
AU2012370482B2 (en) Determining optimal parameters for a downhole operation
US8988236B2 (en) System and method for failure prediction for rod pump artificial lift systems
US20210406792A1 (en) Hydraulic fracturing operation planning using data-driven multi-variate statistical machine learning modeling
EP2893378B1 (en) Model-driven surveillance and diagnostics
CN109508827B (en) Drilling accident early warning method based on time recursion neural network
US20180357343A1 (en) Optimization methods for physical models
Gupta et al. Applying big data analytics to detect, diagnose, and prevent impending failures in electric submersible pumps
US20210348490A1 (en) Oilfield system
WO2023009027A1 (en) Method and system for warning of upcoming anomalies in a drilling process
CN105900022A (en) Method and system for artificially intelligent model-based control of dynamic processes using probabilistic agents
Li et al. Diagnosis of downhole incidents for geological drilling processes using multi-time scale feature extraction and probabilistic neural networks
WO2018029454A1 (en) Method and system for analysing drilling data
US20220027538A1 (en) Hydraulic fracturing job plan real-time revisions utilizing detected response feature data
Leng et al. A hybrid data mining method for tunnel engineering based on real-time monitoring data from tunnel boring machines
Dmitrievsky et al. On increasing the productive time of drilling oil and gas wells using machine learning methods
Noshi Application of data science and machine learning algorithms for ROP optimization in West Texas: turning data into knowledge
Li et al. Abnormality detection for drilling processes based on Jensen–Shannon divergence and adaptive alarm limits
RU2745136C1 (en) Automated system for identification and prediction of complications in the process of construction of oil and gas wells
Li et al. Rescaling method for improved machine-learning decline curve analysis for unconventional reservoirs
Chernikov et al. Application of artificial intelligence methods for identifying and predicting complications in the construction of oil and gas wells: problems and solutions
Aslam et al. Anomaly detection using explainable random forest for the prediction of undesirable events in oil wells
JP2023547849A (en) Method or non-transitory computer-readable medium for automated real-time detection, prediction, and prevention of rare failures in industrial systems using unlabeled sensor data
Li et al. Detection of downhole incidents for complex geological drilling processes using amplitude change detection and dynamic time warping
US20230222397A1 (en) Method for automated ensemble machine learning using hyperparameter optimization

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21952044

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE