Моделирование скорости проходки при бурении с использованием моделей RBF, MLP, LSSVM и DT.

Nov 05, 2023

Том 12 научных докладов, номер статьи: 11650 (2022 г.) Цитировать эту статью

1338 Доступов

4 цитаты

Подробности о метриках

Одной из наиболее важных проблем, с которыми сталкивается буровая отрасль, является стоимость бурения. На стоимость бурения влияет множество факторов. Увеличение времени бурения играет значительную роль в увеличении затрат на бурение. Одним из решений сокращения времени бурения является оптимизация скорости бурения. Бурение скважин в оптимальные сроки позволит сократить время и тем самым снизить стоимость бурения. Скорость бурения зависит от различных факторов, некоторые из которых являются контролируемыми, а некоторые неконтролируемыми. В этом исследовании было предложено несколько интеллектуальных моделей и корреляций для прогнозирования скорости проходки (МСП), что очень важно для планирования операции бурения. Было использовано 5040 реальных точек данных с месторождения на юге Ирана. ROP была смоделирована с использованием радиальной базисной функции, дерева решений (DT), машины наименьших квадратов векторов (LSSVM) и многослойного персептрона (MLP). Алгоритм байесовской регуляризации (BRA), алгоритм масштабированного сопряженного градиента и алгоритм Левенберга-Марквардта использовались для обучения MLP, а повышение градиента (GB) использовалось для DT. Для оценки точности разработанных моделей использовались как графические, так и статистические методы. Результаты показали, что модель DT-GB с R2 0,977 имеет лучшую производительность, за ней следуют LSSVM и MLP-BRA с R2 0,971 и 0,969 соответственно. Кроме того, предложенная эмпирическая корреляция, несмотря на простоту, имеет приемлемую точность. Более того, анализ чувствительности показал, что глубина и давление насоса оказывают наибольшее влияние на скорость проходки. Кроме того, подход с использованием рычага подтвердил, что разработанная модель DT-GB статистически действительна и около 1% данных находятся под подозрением или выходят за пределы области применимости модели.

Одной из наиболее важных проблем, стоящих перед нефтяной промышленностью, особенно буровой, является стоимость бурения, и в последние десятилетия она привлекла большое внимание. На стоимость бурения может повлиять множество факторов, наиболее важным из которых является время бурения скважины, что может увеличить затраты на бурение в несколько раз. Поэтому сокращение времени бурения является одной из важнейших целей инженеров-бурильщиков1,2,3. Другими словами, одной из основных целей оптимизации бурения является сокращение общего времени4. Для этой цели были предложены два способа: выбор оптимальных параметров бурения (например, выбор подходящего типа бурового раствора и бурового долота) и мгновенный анализ для оптимизации рабочих параметров, таких как скорость вращения и вес долота во время бурения4.

Основным фактором, влияющим на время бурения, является скорость проходки (МСП)5. Следовательно, точность модели ROP имеет решающее значение6. На скорость бурения влияют многие параметры, в том числе свойства бурового раствора, характеристики пласта, скорость вращения и характеристики долота2,7. Основные параметры, влияющие на скорость проходки, представлены на рис. 1. Некоторые из этих параметров являются неконтролируемыми, например, характеристики пласта, а другие - управляемыми, например, свойства бурового раствора. Можно легко изучить влияние различных параметров по отдельности на скорость проходки, таких как прочность горной породы, число оборотов в минуту (об/мин) и вес долота (WOB)8. Увеличение прочности на одноосное сжатие пород пласта вызывает упрочнение и, таким образом, снижает скорость проникновения8,9. Параметры бурения также являются контролируемыми факторами изменения скорости бурения. Тип долота и его род10, а также соответствие долота и породы эффективны для увеличения скорости бурения. Хотя увеличение числа оборотов в минуту увеличивает скорость бурения в мягких породах, в твердых породах это не заметно напрямую, а низкие скорости вращения могут привести к повышению скорости бурения. Скорость потока и характеристики бурового раствора, такие как пластическая вязкость (PV), вес раствора (MW) и предел текучести (YP), определяют способность раствора переносить буровой шлам на поверхность. Лучшая транспортировка шлама на поверхность предотвращает скопление шлама и переизмельчение, а также увеличивает скорость бурения. WOB определяет степень контакта и проникновения долота в пласт, которая зависит от типа горной породы и может увеличить скорость бурения, но WOB в определенной степени имеет прямое отношение к скорости бурения, а затем не имеет большого значения. влияние на скорость бурения12,13. Для прогнозирования МСП было предложено множество моделей, но они проблематичны, поскольку получены либо в лаборатории, либо с использованием неполных полевых данных2,14. Другими словами, влияние переменных бурения на скорость проходки еще полностью не изучено15. К настоящему времени предложены различные методы оптимизации скорости бурения, но из-за того, что на скорость бурения влияет большое количество параметров, разработка эффективной и комплексной модели очень затруднена. С другой стороны, сложная взаимосвязь между этими параметрами привела к отсутствию комплексной модели2,14.