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机器学习在防漏堵漏中研究进展与展望

石油学报 2022年第1期43卷 91-100页

作者：孙金声刘凡程荣超冯杰郝惠军王韧白英睿刘钦政中国石油集团工程技术研究院有限公司北京102206 中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580 中国石油大学(北京)地球科学学院北京102249

随着大数据和人工智能技术在油气勘探开发领域应用不断拓展,数字化、智能化防漏堵漏技术已成为必然发展趋势,基于机器学习的算法模型及配套软件是核心内容。通过系统归纳分析了人工神经网络、支持向量机、随机森林、案例推理等机器算法... 详细信息

随着大数据和人工智能技术在油气勘探开发领域应用不断拓展,数字化、智能化防漏堵漏技术已成为必然发展趋势,基于机器学习的算法模型及配套软件是核心内容。通过系统归纳分析了人工神经网络、支持向量机、随机森林、案例推理等机器算法在井漏特征预测、井漏实时监测和应用决策模型的应用现状,对比了各类机器学习算法的输入参数、输出参数、测试准确率及应用效果。机器学习算法在漏失层位预测、井漏监测预警及防漏堵漏措施推荐等方面体现了良好的应用前景,相比人工统计分析,其时效性、准确性和规模化应用优势明显,但还无法科学预测计算漏失压力、孔缝尺寸等井漏特征关键参数以及优化施工工艺。国外油气公司数字化钻完井技术布局早,现已整合多种机器学习算法开发了防漏堵漏相关软件,并在现场取得了一定应用成效。中国井漏相关数据治理、机器学习算法开发及配套软件攻关研究起步较晚,尚未建立成熟可靠的防漏堵漏数字化平台和智能化专家系统。为加快中国防漏堵漏技术数字化、智能化转型发展,需重点开展3方面研究:(1)推进井漏相关的多维度数据整合,搭建包括地震、测井、录井、钻井、防漏堵漏室内评价、防漏堵漏现场施工等方面的数据湖,补齐数据短板;(2)加强机器学习算法模型的解释性研究,结合井漏相关机理,提升算法模型的科学性和准确性;(3)集成井漏数据湖和算法模块,分区域建立井漏智能预测预警及防漏堵漏辅助决策专家系统,制定精细的防漏堵漏作业标准,全面提高一次防漏堵漏成功率。

关键词：防漏堵漏机器学习井漏人工智能油气钻井

结合LSTM自编码器与集成学习的井漏智能识别方法

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石油钻探技术 2024年

作者：孙伟峰冯剑寒张德志李威桦刘凯戴永寿中国石油大学(华东)海洋与空间信息学院中国石油大学(华东)控制科学与工程学院

为了解决传统的井漏智能识别模型因井漏样本数量受限导致其识别准确率低的问题，提出了一种结合长短期记忆（Long Short-Term Memory， LSTM）网络与自编码器（auto-encoder， AE）的集成LSTM-AE井漏智能识别模型。首先，采用正常样本... 详细信息

为了解决传统的井漏智能识别模型因井漏样本数量受限导致其识别准确率低的问题，提出了一种结合长短期记忆（Long Short-Term Memory， LSTM）网络与自编码器（auto-encoder， AE）的集成LSTM-AE井漏智能识别模型。首先，采用正常样本训练多个包含不同隐藏层神经元数目的LSTM-AE模型，利用重构得分筛选出识别效果较好的几个模型作为基识别器；然后，采用集成学习对多个基识别器的识别结果进行加权融合，解决单一模型因对样本局部特征的过度学习导致其易发生误报与漏报的问题，提高模型的识别准确率。从某油田18口井的钻井数据中选取了6 000组正常钻进状态下的立压、出口流量、池体积数据，对集成LSTM-AE模型进行训练和测试，结果表明，提出方法的识别准确率达到了94.7%，优于其他常用的智能模型的识别结果，为井漏识别提供了一种新的技术途径。

关键词：井漏识别长短期记忆网络自编码器集成学习

基于DCC-LSTM的钻井液微量漏失智能监测方法

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天然气工业 2023年第9期43卷 141-148页

作者：孙伟峰卜赛赛张德志李威桦刘凯戴永寿中国石油大学(华东)海洋与空间信息学院山东省青岛市266580 中国石油大学(华东)控制科学与工程学院

钻井过程中发生钻井液漏失时,现有的井漏智能监测方法,难以获取长时数据序列特征,无法实现对微量漏失的及时监测和预警,进而容易导致更为严重的漏失发生。为此,提出了一种结合扩张因果卷积网络(Dilated and Causal Convolution,DCC)特... 详细信息

钻井过程中发生钻井液漏失时,现有的井漏智能监测方法,难以获取长时数据序列特征,无法实现对微量漏失的及时监测和预警,进而容易导致更为严重的漏失发生。为此,提出了一种结合扩张因果卷积网络(Dilated and Causal Convolution,DCC)特征映射能力和长短期记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)时序特征提取能力的DCC-LSTM钻井液微量漏失智能监测方法,弥补长短期记忆网络对于长期记忆衰减的不足,实现了对钻井液微量漏失的准确监测和预测。研究结果表明:①DCC-LSTM井漏智能监测模型利用扩张因果卷积网络提取监测参数的长时特征,并将其映射为短序列表示,利用长短期记忆网络处理特征短序列获取监测数据的长时变化趋势,实现了微量漏失的准确监测;②扩张因果卷积网络层数确定方法可以获得最佳网络层数,得到的DCC网络结构使LSTM对长时序列趋势信息的遗忘减少24%;③与其他井漏监测方法相比,DCC-LSTM网络能够准确监测早期微量漏失,井漏预警时间最长可提前26 min,监测准确率由96.9%提升至99.4%,漏报率由6.4%降低为1.1%。结论认为,该方法能够获取监测参数的长时趋势变化特征,经矿场试验验证与其他方法相比有明显优势,为微量漏失监测和预测提供一种可行的方法,对油气钻井井漏风险的防控具有重要指导意义。

关键词：井漏微量漏失长时趋势特征智能监测扩张因果卷积网络长短期记忆网络

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黔北正安地区页岩气钻探工程难点与对策研究

地质与勘探 2023年第1期59卷 162-169页

作者：王胜建迟焕鹏庞飞王都乐周志李龙姜鹍鹏中国地质调查局油气资源调查中心北京100083 中国地质调查局非常规油气工程技术中心北京100083 中国地质调查局北京100037 贵州页岩气勘探开发有限责任公司贵州遵义563499

黔北正安地区安页1井实现了多套层系油气、页岩气的重要发现,为我国南方油气增储上产开辟了新区和新层系,但在安页1井的实施中也发现该区存在诸多钻井难点,给后续页岩气勘探开发带来很大挑战。根据安页1井的钻井工程实践,结合安场向斜... 详细信息

黔北正安地区安页1井实现了多套层系油气、页岩气的重要发现,为我国南方油气增储上产开辟了新区和新层系,但在安页1井的实施中也发现该区存在诸多钻井难点,给后续页岩气勘探开发带来很大挑战。根据安页1井的钻井工程实践,结合安场向斜地质构造情况,分析了该地区钻井工程的难点,主要为:井场选择受限、上部地层井漏风险高、直井段防斜打直制约机械钻速、多套压力系统共存导致井控安全压力大等。在剖析造成难点的原因的基础上,提出了应对上部地层恶性漏失和易斜、下部防漏堵漏、合理井身结构设计、借鉴四川盆地“井工厂”钻井技术等措施和建议。本次研究可为正安地区页岩气钻井工程技术体系的建立,以及为该地区后续页岩气勘探开发提供借鉴。

关键词：钻探工程难点井身结构井漏页岩气正安地区黔北

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窄安全压力窗口地层精细控压下套管技术研究

西南石油大学学报（自然科学版） 2022年第6期44卷 54-61页

作者：徐璧华李俊蝠李斌田东诚饶福家油气藏地质及开发工程国家重点实验室·西南石油大学四川成都610500 中国石油西南油气田分公司工程技术研究院四川成都610017 中国石油大庆钻探工程公司钻井生产技术服务一公司黑龙江大庆163358 中国石油西南油气田分公司川中油气矿四川遂宁629000

针对窄安全压力窗口地层下套管存在高漏失风险的问题,以瞬态波动压力为基础,建立了窄安全压力窗口地层下套管过程井筒压力控制模型,进而提出了精细控压下套管方法。利用瞬态波动压力模型进行了下套管过程波动压力敏感性分析,结果表明,... 详细信息

针对窄安全压力窗口地层下套管存在高漏失风险的问题,以瞬态波动压力为基础,建立了窄安全压力窗口地层下套管过程井筒压力控制模型,进而提出了精细控压下套管方法。利用瞬态波动压力模型进行了下套管过程波动压力敏感性分析,结果表明,套管下放速度越大、套管下入深度越深、钻井液密度越大、环空间隙越小,下套管引起的井底波动压力越大。精细控压下套管实例应用表明,该方法既能保证套管下放速度,又能有效避免窄安全压力窗口地层下套管漏失的发生。此外,通过实例对比精细控压下套管与常规下套管发现,套管下放到井底附近,采用常规方法下套管时套管下放最大速度调节范围非常窄,很难将井筒压力维持在安全压力窗口内。

关键词：下套管窄安全压力窗口瞬态波动压力精细控压井漏

裂缝性储层环氧树脂自降解堵漏剂的制备与评价

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钻井液与完井液 2023年第2期40卷 163-168页

作者：魏安超刘书杰蒋东雷刘培锴曾春珉邱正松刘钲凯中海石油(中国)有限公司海南分公司海口570311 中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580

针对裂缝性储层承压封堵与保护储层技术难题,基于环氧树脂材料自降解机理分析,研制了一种新型环氧树脂自降解堵漏剂,并探究了固化剂及改性剂加量对新型环氧树脂自降解堵漏剂性能的影响。借助承压强度实验、长裂缝封堵模拟实验装置、储... 详细信息

针对裂缝性储层承压封堵与保护储层技术难题,基于环氧树脂材料自降解机理分析,研制了一种新型环氧树脂自降解堵漏剂,并探究了固化剂及改性剂加量对新型环氧树脂自降解堵漏剂性能的影响。借助承压强度实验、长裂缝封堵模拟实验装置、储层保护实验仪等,开展了抗压强度、裂缝封堵及储层保护性能测试。实验结果表明,新研制的环氧树脂自降解堵漏剂具有良好的降解性能,在不同温度下最终降解率均能达到90%以上,120℃下96 h降解率大于95%,且通过调整改性剂加量可实现降解速率可调,使其匹配施工时间窗口;同时自降解堵漏剂具有较高的弹性模量和良好的抗压破碎率,在30 MPa下抗压破碎率仅为6.2%,结合粒度级配优选,新型环氧树脂自降解堵漏剂可有效封堵0.5~4.0 mm之间的裂缝,具有较好的裂缝承压封堵效果,储层保护实验结果表明,自降解堵漏剂降解8 d后,岩心渗透率恢复率达99.1%,储层保护效果良好。

关键词：环氧树脂自降解堵漏剂裂缝封堵井漏储层保护

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裂缝封堵层结构形成与演化机制

石油勘探与开发 2021年第1期48卷 202-210页

作者：许成元张敬逸康毅力徐锋林冲闫霄鹏经浩然商翔宇油气藏地质及开发工程国家重点实验室西南石油大学成都610500 中国石油国际勘探开发有限公司北京100034 中国石油勘探开发研究院北京100086 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室中国矿业大学江苏徐州221116

采用耦合计算流体力学-离散元(CFD-DEM)方法模拟了裂缝封堵层结构形成过程,采用自主研制的表征封堵层细观力链网络的光弹实验系统模拟了裂缝封堵层结构承压演化过程,揭示了裂缝封堵层结构形成与演化机制,形成了堵漏材料优选与堵漏配方... 详细信息

采用耦合计算流体力学-离散元(CFD-DEM)方法模拟了裂缝封堵层结构形成过程,采用自主研制的表征封堵层细观力链网络的光弹实验系统模拟了裂缝封堵层结构承压演化过程,揭示了裂缝封堵层结构形成与演化机制,形成了堵漏材料优选与堵漏配方设计新方法,为提高裂缝性储集层漏失控制效果提供理论依据。CFD-DEM模拟结果表明,架桥概率是决定封堵层结构形成和裂缝封堵效率的关键因素。提出了临界架桥与绝对架桥加量指标,作为架桥材料加量设计的依据。随着绝对架桥加量的增加,架桥模式由材料粒径主导向粒径-摩擦力共同主导转变。光弹实验结果表明,细观力链网络是裂缝封堵层结构承压演化的内在机制并决定宏观封堵层强度,堵漏材料性能参数影响力链网络结构和强力链占比,进而影响封堵层承压稳定性。根据研究结果优选了新型高封堵强滞留堵漏材料、优化了堵漏配方,室内裂缝封堵实验结果表明可有效提高裂缝封堵效率与封堵强度。

关键词：井漏储集层保护裂缝封堵层封堵层结构封堵强度封堵效率 CFD-DEM模拟光弹实验堵漏材料

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川东南页岩气井岩溶浅表层安全高效钻井技术

石油钻探技术 2023年第2期51卷 22-28页

作者：曹华庆燕建成龙志平中石化华东石油工程有限公司江苏南京212003 中国石化华东油气分公司石油工程技术研究院江苏南京210030

四川盆地川东南构造带东胜背斜北部浅表地层岩溶发育,溶洞层级多,破碎带厚,尤其是嘉陵江组2段以上地层钻井液失返、井壁破碎带掉块严重,井下故障频发,多口井废弃。为了提高页岩气井的钻井效益,采取了优化井身结构、分井段优化钻具组合... 详细信息

四川盆地川东南构造带东胜背斜北部浅表地层岩溶发育,溶洞层级多,破碎带厚,尤其是嘉陵江组2段以上地层钻井液失返、井壁破碎带掉块严重,井下故障频发,多口井废弃。为了提高页岩气井的钻井效益,采取了优化井身结构、分井段优化钻具组合、分阶段优选钻井液,以及使用“组合法”注水泥固化破碎带井壁等技术措施,形成了川东南页岩气井岩溶浅表层安全高效钻井技术。该技术在东胜背斜北部区块10口井进行了现场应用,降低了浅表层井段发生井下故障的概率,提高了岩溶浅表层的钻井时效,浅表层成井率达到100%,机械钻速提高25.0%,钻井周期缩短63.2%。川东南页岩气井岩溶浅表层安全高效钻井技术为该区块高效开发提供了技术支撑。

关键词：页岩气井岩溶浅表层井漏钻具组合安全高效钻井周期

准噶尔盆地南缘超深井天X井尾管精细控压固井技术

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钻井液与完井液 2023年第3期40卷 391-396页

作者：费中明刘鑫张晔张小建蒋世伟沈磊杨祖富中国石油集团渤海钻探工程公司第一固井分公司河北任丘062552

天X井是准噶尔盆地南缘冲断带霍玛吐背斜带安集海背斜的一口集团公司风险探井。该井六开Ф139.7 mm尾管固井地层高低压并存、裸眼段长、环空间隙小,同时目的层砂岩段孔隙发育地层油气活跃,钻进期间多次发生漏失,地层压力窗口仅有0.02 g/... 详细信息

天X井是准噶尔盆地南缘冲断带霍玛吐背斜带安集海背斜的一口集团公司风险探井。该井六开Ф139.7 mm尾管固井地层高低压并存、裸眼段长、环空间隙小,同时目的层砂岩段孔隙发育地层油气活跃,钻进期间多次发生漏失,地层压力窗口仅有0.02 g/cm^(3),井筒压力无法动态平衡,容易出现下套管及固井期间溢流、井漏等复杂情况,固井质量无法保障。为了解决该井固井施工难题,尝试实践了精细控压固井技术,通过与精细控压装备配合,进行下套管、固井各阶段井口压力控制,保证漏点、溢点在安全密度窗口范围内,实现井筒内压力平衡的目的。该井固井采取精细控压一次上返的尾管固井工艺,制定针对性的固井技术措施,最终顺利完成了天X井固井施工,经IBC测井解释,封固段合格率为100%,降密度后喇叭口正常不窜气。该技术为南缘区块窄密度窗口井固井施工提供了宝贵的经验及借鉴意义。

关键词：精细控压固井尾管固井窄密度窗口溢流井漏