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机理约束下钻井机械钻速智能预测泛化方法

天然气工业 2024年第9期44卷 179-189页

作者：祝兆鹏朱林宋先知李永钊张仕民柯迪丽娅·帕力哈提张诚恺王超尘中国石油大学(北京) 中国石油大学(北京)高端油气装备智能设计与制造研究中心中国石油大学(北京) 中国石油长城钻探工程公司工程技术研究院中国石油新疆油田公司工程技术研究院

钻井机械钻速的准确预测可辅助油气井钻井前科学配置资源,对制订更加合理的钻井作业方案以及钻井提效、降本增效具有重要现实意义.智能化预测钻井机械钻速已成为行业研究热点,为解决常规智能模型在不同井间迁移能力较差的问题,在对综合... 详细信息

钻井机械钻速的准确预测可辅助油气井钻井前科学配置资源,对制订更加合理的钻井作业方案以及钻井提效、降本增效具有重要现实意义.智能化预测钻井机械钻速已成为行业研究热点,为解决常规智能模型在不同井间迁移能力较差的问题,在对综合录井数据进行降噪、补全等预处理的基础上,利用钻井专业知识构造约束条件,引入了域对抗神经网络(DANN),建立了机械钻速模型在不同井间的迁移机制,结合滑动窗口、增量更新与实时录井数据,形成了机械钻速模型随井下工况的实时更新方法.研究结果表明:①数据层约束和网络层约束均可提高智能模型的精度与稳定性,且双机理约束下的BP模型相比于普通BP模型预测精度明显提高;②基于域对抗神经网络的机械钻速预测模型可有效地将邻井(源域)数据知识迁移到测试井(目标域);③基于增量学习算法建立的双滑动窗口数据更新机制,使模型实时适应地下钻进环境变化,预测精度和泛化能力进一步提升;④机理约束、迁移训练与实时更新对模型泛化性能的强化作用具有叠加效应,新井机械钻速预测平均相对误差降低至20.2％.结论认为,建立的机械钻速预测模型及迁移方法相较于传统钻速预测模型,具有更好的迁移性和更高的准确度,减少了迁移过程中重复训练时间,为机械钻速智能预测提供了新的思路和方向.

关键词：机械钻速机理约束域对抗神经网络迁移学习增量更新模型泛化

来源：博看期刊评论

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冲旋钻井机械钻速仿真研究

石油学报 2004年第5期25卷 88-92,98页

作者：林元华施太和梁政李润方油气藏地质及开发工程国家重点实验室重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044

结合三牙轮钻头有关的理论 ,建立了冲旋钻井钻头的真实数学模型、真实井底模型和钻头牙齿与井底岩石互作用模型 ,用计算机仿真方法预测出了冲旋钻井机械钻速。应用结果表明 ,该模型可靠 ,计算结果与实际机械钻速基本一致。

关键词：冲旋钻井钻头机械钻速仿真数学模型

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新型射流提高机械钻速机理及研究进展

天然气工业 2005年第9期25卷 51-53页

作者：熊继有吴芒杨令瑞胡永东陈远儒薛亮周鹏高朱君英甘升平余兴云西南石油学院"油气藏地质及开发工程"国家重点实验室四川石油管理局中国石油西南油气田分公司

在油气井钻井中,喷射钻井技术能够较大幅度地提高钻井速度,其实质是喷嘴射流辅助钻井破岩,提高了井底破岩效率。为此,文章在如何向井底输送能量和充分利用井下水力能量研究的基础上,进行了多种新型射流的研究与应用。文章对断续射流、... 详细信息

在油气井钻井中,喷射钻井技术能够较大幅度地提高钻井速度,其实质是喷嘴射流辅助钻井破岩,提高了井底破岩效率。为此,文章在如何向井底输送能量和充分利用井下水力能量研究的基础上,进行了多种新型射流的研究与应用。文章对断续射流、自激振荡脉冲射流、自振空化射流和它激振荡脉冲射流4种形成新型射流的理论和方法,提高机械钻速机理进行了分析。现场应用结果表明,新型射流能够较大幅度地提高机械钻速,具有广泛的研究和开发应用前景。

关键词：钻井新型射流机理机械钻速应用进展喷嘴射流自激振荡脉冲射流钻井速度开发应用前景

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空气冲旋钻井冲击力和机械钻速仿真研究

岩石力学与工程学报 2005年第18期24卷 3337-3341页

作者：林元华施太和李润方曾德智刘晓旭张德平西南石油学院石油管力学和环境行为重点实验室四川成都610500 重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044

在钻井机械钻速预测研究中,以前常根据现场数据或试验数据统计拟合得出经验或半经验方程,方程一般含有一些很难确定的系数甚至是不可靠的。为此,借鉴三牙轮钻头仿真理论,建立了冲击旋转钻井系统仿真模型,包括冲击器动力学模型、冲旋钻... 详细信息

在钻井机械钻速预测研究中,以前常根据现场数据或试验数据统计拟合得出经验或半经验方程,方程一般含有一些很难确定的系数甚至是不可靠的。为此,借鉴三牙轮钻头仿真理论,建立了冲击旋转钻井系统仿真模型,包括冲击器动力学模型、冲旋钻头真实仿真模型、动态变化的真实井底模型和牙齿与井底岩石相互作用模型,用计算机仿真方法预测出冲击器活塞的冲击力、冲击功和空气冲旋钻井机械钻速。仿真结果和试验数据吻合较好,模型可靠,研究成果可用于冲旋钻头、冲击器设计和钻井参数优选。

关键词：井巷工程空气冲击器冲旋钻井机械钻速

基于LSTM神经网络深度序列机械钻速实时预测

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西安石油大学学报（自然科学版） 2024年第1期39卷 122-128页

作者：冯义朱亮杨立军李慎越席俊卿陈芳纪慧中石油吐哈油田分公司工程技术研究院新疆哈密839000 油气钻完井技术国家工程研究中心湖北武汉430100 油气钻采工程湖北省重点实验室(长江大学) 湖北武汉430100 长江大学石油工程学院湖北武汉430100

机械钻速是钻井优化、缩短钻井周期的关键因素,传统的机械钻速预测大多是在钻井后进行钻井分析,预测效率和精度低、地层适用性不广。为了以更高效的方法预测得到高精度机械钻速,提出基于长短期记忆(LSTM)神经网络的深度序列机械钻速预... 详细信息

机械钻速是钻井优化、缩短钻井周期的关键因素,传统的机械钻速预测大多是在钻井后进行钻井分析,预测效率和精度低、地层适用性不广。为了以更高效的方法预测得到高精度机械钻速,提出基于长短期记忆(LSTM)神经网络的深度序列机械钻速预测方法。采集实时钻井数据集,使用皮尔逊相关系数衡量各特征之间的相关性,筛选出井深、伽玛射线、地层密度、孔隙压力、井径、钻时、排量、钻井液密度等8个参数。构建LSTM神经网络模型,训练LSTM模型并预测ROP,对预测结果进行分析,并用决定系数(R^(2))、均方根误差(RMSE)、平均绝对百分比误差(MAPE)等指标对LSTM模型、BP模型和SVM模型性能进行对比分析。结果表明:LSTM模型其R^(2)、RMSE和MAPE的值分别为0.948、1.151和17.075,相较于BP模型和SVM模型,其R^(2)更大,RMSE和MAPE较小,说明LSTM模型预测性能更好。该方法有助于钻井工程师和决策者提前获得钻井信息,从而更好地规划钻井作业,缩短钻井周期,同时为钻井参数预测提供新的途径,能改善以往预测方法在处理复杂地层问题时效率不高、预测精度低等问题。

关键词：机械钻速 LSTM神经网络深度序列实时预测人工智能深度学习

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基于Attention-LSTM时序模型的机械钻速预测方法

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西安石油大学学报（自然科学版） 2024年第5期39卷 85-95页

作者：王彬徐英卓刘烨李燕西安石油大学计算机学院陕西西安710065

针对石油天然气开采成本优化的需求,聚焦钻井作业中提速的关键技术,即机械钻速的预测。传统预测方法通常只考虑瞬时工程参数对机械钻速的影响,而未充分考虑钻井作业的时序性以及机械钻速在时间序列上的相关性。提出一种结合时序特征的... 详细信息

针对石油天然气开采成本优化的需求,聚焦钻井作业中提速的关键技术,即机械钻速的预测。传统预测方法通常只考虑瞬时工程参数对机械钻速的影响,而未充分考虑钻井作业的时序性以及机械钻速在时间序列上的相关性。提出一种结合时序特征的机械钻速预测模型,该模型基于Attention-LSTM架构。通过Attention机制,模型有效捕捉了工程参数与机械钻速之间的相关性,并利用LSTM网络提取参数的时序特征,增强了模型对时间依赖性的捕捉能力。实验结果证实,所提模型相较于传统深度神经网络在预测精度上有显著提升。添加的Attention机制进一步提升了模型的解释性、训练效率及预测准确性。采用实际油田钻井数据对提出的方法进行了验证,并与现有几种机械钻速预测模型进行了对比分析,证明了本文方法在准确性、可靠性及解释性方面的优势。

关键词：机械钻速预测模型时序性 Attention-LSTM

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空气冲旋钻井机械钻速仿真算法

重庆大学学报（自然科学版） 2004年第8期27卷 1-6页

作者：林元华李润方施太和梁政林腾蛟西南石油学院石油管力学和环境行为重点实验室成都610031 重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400030

钻井机械钻速预测是难题。以前,研究者们常根据现场数据或试验数据,用统计拟合分析方法得出机械钻速的经验或半经验关系式。这些经验或半经验公式包括一些很难确定的系数准确性和可靠性差。为此,作者结合三牙轮钻头有关的理论,建立了空... 详细信息

钻井机械钻速预测是难题。以前,研究者们常根据现场数据或试验数据,用统计拟合分析方法得出机械钻速的经验或半经验关系式。这些经验或半经验公式包括一些很难确定的系数准确性和可靠性差。为此,作者结合三牙轮钻头有关的理论,建立了空气冲旋钻井钻头的真实数学模型、真实井底模型和钻头牙齿与井底岩石互作用模型,用计算机仿真方法预测出了空气冲旋钻井机械钻速。使用表明,该模型可靠,计算结果与实际机械钻速基本一致,研究成果可用于冲旋钻头改进、优化设计和钻井参数优选。

关键词：空气冲旋钻井冲旋钻头机械钻速仿真岩石破碎

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基于灰色-加权马尔可夫的机械钻速动态预测

系统科学与数学 2022年第7期42卷 1727-1739页

作者：柳军严顾鑫郭晓强万敏罗鸣朱海燕西南石油大学机电工程学院成都610500 成都大学机械工程学院成都610106 中海石油(中国)有限公司湛江分公司湛江524057 成都理工大学能源学院成都610059

在钻井工程中,科学准确地预测机械钻速(Rate of Penetration,ROP)对高效钻井以及钻井智能化发展具有重要意义.针对ROP的预测实效性以及波动性大的问题,在灰色系统理论的基础上,结合马尔可夫理论,建立灰色-加权马尔可夫机械钻速动态预测... 详细信息

在钻井工程中,科学准确地预测机械钻速(Rate of Penetration,ROP)对高效钻井以及钻井智能化发展具有重要意义.针对ROP的预测实效性以及波动性大的问题,在灰色系统理论的基础上,结合马尔可夫理论,建立灰色-加权马尔可夫机械钻速动态预测模型.其方法是利用灰色预测模型对ROP进行模拟预测,根据预测值的误差范围划分几个误差分布的状态空间,以不同转移步长间的状态转移信息构建状态转移概率矩阵,再利用该矩阵和不同井段的状态信息,对下一井段的ROP值进行状态空间判断并修正,同时通过不断更新模型中的数据,实现动态实时预测.以南海莺歌海盆地M井进行实例分析.结果表明:经灰色预测模型与加权马尔可夫的有效结合,ROP预测值拟合曲线不仅更加贴近实测值,而且降低了误差的离散性,具有更高的预测可信度,进而有效验证了该模型的有效性.

关键词：钻井工程机械钻速灰色理论马尔可夫理论动态预测

苏丹Azraq地区提高机械钻速的钻井液技术

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钻井液与完井液 2015年第1期32卷 93-96,104页

作者：陈博赵后春徐心彤中国石油集团长城钻探工程公司钻井液公司北京化工大学

针对苏丹Azraq地区地层特点,对提高机械钻速的钻井液性能参数进行研究,根据理论和实验优化钻井液性能参数。调整钻井液滤失量为6~8 m L,塑性黏度为15~20 m Pa s,动切力为10~15 Pa,动塑比为0.75 Pa/m Pa s。根据优化的钻井液性能参数,采... 详细信息

针对苏丹Azraq地区地层特点,对提高机械钻速的钻井液性能参数进行研究,根据理论和实验优化钻井液性能参数。调整钻井液滤失量为6~8 m L,塑性黏度为15~20 m Pa s,动切力为10~15 Pa,动塑比为0.75 Pa/m Pa s。根据优化的钻井液性能参数,采用无土相的硅酸盐钻井液体系,并通过实验确定钻井液配方。现场应用证明,新的钻井液工艺能显著提高Abu Gbura地层的机械钻速,机械钻速由6~8 m/h提高到12-18 m/h,缩短了完井周期。Azraq K-9井创造了该地区完井时间的最短记录。

关键词：机械钻速水力参数钻井液性能苏丹