tumnigИзвестия высших учебных заведений. Нефть и газOil and Gas Studies0445-01083033-8174Industrial University of Tyumen10.31660/0445-0108-2021-3-108-119tumnig-944Research ArticleБУРЕНИЕ СКВАЖИН И РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙDRILLING OF WELLS AND FIELDS DEVELOPMENTИсследование фактической информации по креплению скважин с применением машинного обучения и нейронных сетейResearch of actual information on well casing using machine learning and neural networksШаляпинД. В.ShalyapinD. V.

Шаляпин Денис Валерьевич, аспирант, Тюменский индустриальный университет, инженер 2 категории управления мониторинга строительства скважин, филиал ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «КогалымНИПИнефть»

Тюмень

Denis V. Shalyapin, Postgraduate, Industrial University of Tyumen, Engineer of 2nd grade of the Well Construction Monitoring Department, KogalymNIPIneft Branch of LUKOIL-Engineering LLC

Tyumen

БакировД. Л.BakirovD. L.

Бакиров Данияр Лябипович, кандидат технических наук, исполняющий обязанности заведующего базовой кафедры ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «КогалымНИПИнефть» в г. Тюмени, заместитель директора филиала, филиал ООО «ЛУКОЙЛИнжиниринг» «КогалымНИПИнефть»

Тюмень

Daniyar L. Bakirov, Candidate of Engineering, Acting Head of the Basic Department of KogalymNIPIneft Branch of LUKOILEngineering LLC in Tyumen, Assistant Director of Branch, KogalymNIPIneft Branch of LUKOIL-Engineering LLC

Tyumen

ФаттаховМ. М.FattahovM. M.

Фаттахов Марсель Масалимович, начальник отдела буровых и тампонажных растворов

Тюмень

Marsel M. Fattahov, Head of the Department of Drilling and Cement Muds

Tyumen

ШаляпинаА. Д.ShalyapinaA. D.

Шаляпина Аделя Данияровна, аспирант, ассистент кафедры бурения нефтяных и газовых скважин

Тюмень

Adelya D. Shalyapina, Postgraduate, Assistant at the Department of Drilling Oil and Gas Wells

Tyumen

shaljapinaad@tyuiu.ruКузнецовВ. Г.KuznetsovV. G.

Кузнецов Владимир Григорьевич, доктор технических наук, профессор кафедры бурения нефтяных и газовых скважин

Тюмень

Vladimir G. Kuznetsov, Doctor of Engineering, Professor at the Department of Drilling Oil and Gas Wells

Tyumen

Тюменский индустриальный университет; Филиал ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «КогалымНИПИнефть»РоссияIndustrial University of Tyumen; KogalymNIPIneft Branch of LUKOIL-Engineering LLCRussian FederationФилиал ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «КогалымНИПИнефть»РоссияKogalymNIPIneft Branch of LUKOIL-Engineering LLCRussian FederationТюменский индустриальный университетРоссияIndustrial University of TyumenRussian Federation20211507202103108119Copyright © Шаляпин Д.В., Бакиров Д.Л., Фаттахов М.М., Шаляпина А.Д., Кузнецов В.Г., 20212021Шаляпин Д.В., Бакиров Д.Л., Фаттахов М.М., Шаляпина А.Д., Кузнецов В.Г.Shalyapin D.V., Bakirov D.L., Fattahov M.M., Shalyapina A.D., Kuznetsov V.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tumnig.tyuiu.ru/jour/article/view/944

В отечественной и мировой практике, несмотря на применяемые и разрабатываемые меры по повышению качества крепления скважин, существует проблема возникновения негерметичности конструкции почти в 50 % законченных скважин. Исследование фактических данных с использованием классических методов статистического анализа (регрессионный и дисперсионные анализы) не позволяет моделировать процесс с достаточной точностью, что требует разработки нового подхода к изучению процесса крепления. Предлагается применение методов машинного обучения и нейросетевого моделирования для выявления наиболее значимых параметров и их синергетического воздействия на целевые переменные, влияющие на качество крепления скважин. Определены формулы, необходимые для перевода численных значений результатов акустической и гамма-гамма цементометрии в категориальные переменные для повышения качества вероятностных моделей. Сформирована база данных, состоящая из 93 параметров по 934 скважинам месторождений, расположенных в Западной Сибири. Проведен анализ результатов крепления эксплуатационных колонн горизонтальных скважин четырех стратиграфических сводов, установлены наиболее весомые переменные и закономерности их влияния на целевые показатели. На основании полученных результатов вычислительного эксперимента были сформулированы предложения, позволяющие повысить качество крепления скважин путем корректировки наиболее важных параметров.

In domestic and world practice, despite the measures applied and developed to improve the quality of well casing, there is a problem of leaky structures in almost 50 % of completed wells. The study of actual data using classical methods of statistical analysis (regression and variance analyses) doesn't allow us to model the process with sufficient accuracy that requires the development of a new approach to the study of the attachment process. It is proposed to use the methods of machine learning and neural network modeling to identify the most important parameters and their synergistic impact on the target variables that affect the quality of well casing. The formulas necessary for translating the numerical values of the results of acoustic and gamma-gamma cementometry into categorical variables to improve the quality of probabilistic models are determined. A database consisting of 93 parameters for 934 wells of fields located in Western Siberia has been formed. The analysis of fastening of production columns of horizontal wells of four stratigraphic arches is carried out, the most weighty variables and regularities of their influence on target indicators are established. Recommendations are formulated to improve the quality of well casing by correcting the effects of acoustic and gamma-gamma logging on the results.

крепь скважиныцементированиенейронные сетимашинное обучениеwell supportcementingneural networksmachine learningReferencesГорбачева, О. А. Разработка и внедрение методов контроля и исследований скважин с межколонными давлениями на Астраханском ГКМ : специальность 25.00.17 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», 05.26.03 «Пожарная и промышленная безопасность (по отраслям)» : автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Горбачева Ольга Анатольевна ; ГУП Институт проблем транспорта энергоресурсов. – Уфа, 2012. – 26 с. – Место защиты : Институт проблем транспорта энергоресурсов. – Текст : непосредственный.Gorbacheva, O. A. (2012). Razrabotka i vnedrenie metodov kontrolya i issledovaniy skvazhin s mezhkolonnymi davleniyami na Astrakhanskom GKM. Avtoref. diss. ... kand. tekhn. nauk. Ufa, 26 p. (In Russian).К вопросу оценки качества крепления скважин / Д. Л. Бакиров, В. А. Бурдыга, М. М. Фаттахов, Г. Н. Грицай. – DOI 10.30713/0207-2351-2019-9(609)-10-13. – Текст : непосредственный // Нефтепромысловое дело. – 2019. – № 9 (609). – С. 10–13.Bakirov, D. L., Burdyga, V. A., Fattakhov, M. M., & Gritsay, G. N. (2019). To the problem of the assessment of wells cementing quality. Oilfield Engineering, (9), pp. 10-13. (In Russian). DOI: 10.30713/0207-2351-2019-9(609)-10-13Эффективность внедрения технологии строительства многозабойных скважин с горизонтальным окончанием на месторождениях ООО «ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь» / Д. Л. Бакиров, М. М. Фаттахов, Л. С. Бондаренко [и др.]. – Текст : непосредственный // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. – 2014. – № 10. – С. 42–45.Bakirov, D. L., Fattakhov, M. M., Bondarenko, L. S., Malyutin, D. V., & Bagaev, P. A. (2014). Technology implementation efficiency of construction of multilateral wells with horizontal ending at the fields of "LUKOIL-THE WESTERN SIBERIA, LTD.". Geology, Geophysics and Development of Oil and Gas Fields, (10), pp. 42-45. (In Russian).Геомеханическое моделирование для решения задач строительства скважин на месторождениях ООО «ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь» (на примере Ватьеганского месторождения) / Д. В. Малютин, Д. Л. Бакиров, Э. В. Бабушкин, Д. С. Святухов. – Текст : непосредственный // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. – Москва : ОАО «ВНИИОЭНГ». – 2016. – № 11. – С. 23-26.Malyutin, D. V., Bakirov, D. L., Babushkin, E. V., & Svyatukhov, D. S. (2016). Geomechanical modeling to solve the problem of wells construction in LLC "LUKOIL-WESTERN SIBERIA" (on the example of Vategansky deposit). Geologiya, geofizika i razrabotka neftyanyh i gazovyh mestorozhdeniy, (11), pp. 23-26. (In Russian).Совершенствование технологии строительства боковых стволов с горизонтальным окончанием в сложных геолого-технических условиях / Д. Л. Бакиров, Г. В. Мазур, Э. В. Бабушкин [и др.]. – DOI 10.24887/0028-2448-2019-8-40-43. – Текст : непосредственный // Нефтяное хозяйство. – 2019. – № 8. – С. 40–43.Bakirov, D. L., Mazur, G. V., Babushkin, E. V., Bagaev, P. A., & Ovchinnikov, V. P. (2019). Improving technology of horizontal sidetracking in complicated geological-technical conditions. Oil Industry, (8), pp. 40-43. (In Russian). DOI: 10.24887/0028-2448-2019-8-40-43Повышение устойчивости крепи скважины динамическому воздействию / Д. Л. Бакиров, В. А. Бурдыга, М. М. Фаттахов [и др.]. – DOI 10.30713/0207-2351-2020-1(613)-65-70. – Текст : непосредственный // Нефтепромысловое дело. – 2020. – № 1. – С. 65–70.Bakirov, D. L., Burdyga, V. A., Fattakhov, M. M., Gritsay, G. N., & Antonov, V. V. (2020). Increase of a well cementing stability to dynamic influence. Oilfield Engineering, (1), pp. 65-70. (In Russian). DOI: 10.30713/0207-2351-2020-1(613)-65-70Самсоненко, Н. В. Пути повышения качества крепления скважин / Н. В. Самсоненко. – Текст : непосредственный // Булатовские чтения : сборник статей. – Краснодар, 2020. – Т. 3 – С. 331–335.Samsonenko, N. V. (2020). Ways to improve well attachment quality. Bulatovskie chteniya - Readings name of A. I. Bulatov, (3), pp. 331-335. (In Russian).Белоусов, Г. А. Особенности крепления наклонно направленных и горизонтальных стволов скважин / Г. А. Белоусов, Б. М. Скориков, И. В. Майгуров. – Текст : непосредственный // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2007. – № 4. – С. 47–50.Belousov, G. A., Skorikov, B. M. & Maygurov, I. V. (2007). Osobennosti krepleniya naklonno napravlennykh i gorizontal'nykh stvolov skvazhin. Construction of Oil and Gas Wells on Land and Sea, (4), pp. 47-50. (In Russian).Николаев, Н. И. Повышение качества крепления скважин с горизонтальными участками / Н. И. Николаев, Е. В. Кожевников. – Текст : непосредственный // Вестник ПНИПУ. Геология. Нефтегазовое горное дело. – 2014. – Т. 3, № 11. – С. 29–37.Nikolaev, N. I. & Kozhevnikov, E. V. (2014). Enhancing the cementing quality of the well with horizontal profile. Vestnik PNIPU. Geologiya. Neftegazovoe i gornoe delo, 3(11), pp. 29-37. (In Russian).Data-driven model for the identification of the rock type at a drilling bit / N. Klyuchnikov, A. Zaytsev, A. Gruzdev [et al.]. – DOI 10.1016/j.petrol.2019.03.041. – Direct text // Journal of Petroleum Science and Engineering. – 2019. – Vol. 178. – P. 506–516.Klyuchnikov, N., Zaytsev, A., Gruzdev, A., Ovchinnikov, G., Antipova, K., Ismailova, L., & Koroteev, D. (2019). Data-driven model for the identification of the rock type at a drilling bit. Journal of Petroleum Science and Engineering, (178), pp. 506-516. (In Russian). DOI: 10.1016/j.petrol.2019.03.041Toward Drilling Automation : On the Necessity of Using Sensors That Relate to Physical Models / E. Cayeux, B. Daireaux, E. W. Dvergsnes, F. Florence. – DOI 10.2118/163440-PA. – Direct text // SPE Drilling & Completion. – 2014. – Vol. 29, Issue 02. – P. 236–255.Cayeux, E., Daireaux, B., Dvergsnes, E. W. W., & Florence, F. (2014). Toward Drilling Automation: On the Necessity of Using Sensors That Relate to Physical Models. SPE Drilling & Completion, 29(02), pp. 236-255. (In English). DOI: 10.2118/163440-PAChen, T. XGBoost : A scalable tree boosting system / T. Chen, C. Guestrin – Direct text // Proceedings of the 22nd ACM SIGKDD International Conference on Knowledge Discovery and Data Mining. – 2016. – P. 785–794.Chen, T. & Guestrin, C. (2016). XGBoost: A scalable tree boosting system. Proceedings of the 22nd ACM SIGKDD International Conference on Knowledge Discovery and Data Mining, pp. 785-794. (In English). DOI: 10.1145/2939672.2939785Downton, G. C. Challenges of Modeling Drilling Systems For the Purposes of Automation and Control / G. C. Downton. – DOI 10.3182/20120531-2-NO-4020.00054. – Direct text // IFAC Proceedings Volumes. – 2012. – Vol. 45, Issue 8. – P. 201–210.Downton, G. C. (2012). Challenges of Modeling Drilling Systems For the Purposes of Automation and Control. IFAC Proceedings Volumes, 45(8), pp. 201-210. (In English). DOI 10.3182/20120531-2-NO-4020.00054.Detournay, E. A phenomenological model for the drilling action of drag bits / E. Detournay, P. Defourny. – DOI 10.1016/0148-9062(92)91041-3. – Direct text // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics. – 1992. – Vol. 29, Issue 1. – P. 13–23.Detournay, E. & Defourny, P. (1992). A phenomenological model for the drilling action of drag bits. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 29(1), pp. 13-23. (In English). DOI: 10.1016/0148-9062(92)91041-3Применение методов машинного обучения для повышения качества крепления скважин / Д. В. Шаляпин, Д. Л. Бакиров, М. М. Фаттахов [и др.]. – DOI 10.31660/0445-0108-2020-5-81-93. – Текст : непосредственный // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. – 2020. – № 5. – С. 81–93.Shalyapin, D. V., Bakirov, D. L., Fattakhov, M. M., Shalyapina, A. D., Melekhov, A. V., Sherbakov, A. V., & Kuznetsov, V. G. (2020). The applying of machine learning methods to improve the quality of well casing. Oil and Gas Studies, (5), pp. 81-93. (In Russian). DOI: 10.31660/0445-0108-2020-5-81-93Шаляпин, Д. В. Перспективы разработки математической модели для повышения качества крепления скважин на месторождениях Западной Сибири / Д. В. Шаляпин, А. Д. Бакирова, В. Г. Кузнецов. – Текст : непосредственный // Состояние, тенденции и проблемы развития нефтегазового потенциала Западной Сибири : материалы докладов Международной академической конференции. – Тюмень, 2020. – С. 142–146.Shalyapin, D. V., Bakirova, A. D., & Kuznetsov, V. G. (2020). Perspektivy razrabotki matematicheskoy modeli dlya povysheniya kachestva krepleniya skvazhin na mestorozhdeniyakh Zapadnoy Sibiri. Sostoyanie, tendentsii i problemy razvitiya neftegazovogo potentsiala Zapadnoy Sibiri: materialy dokladov Mezhdunarodnoy akademicheskoy konferentsii, pp. 142-146. (In Russian).Шаляпин, Д. В. Разработка технологических решений по подготовке ствола скважины к цементированию и повышению качества крепления с использованием искусственного интеллекта для Пякяхинского месторождения / Д. В. Шаляпин, А. Д. Бакирова. – Текст : непосредственный // Проблемы геологии и освоения недр : труды XXIV Международного симпозиума имени академика М. А. Усова студентов и молодых ученых, посвященного 75-летию Победы в Великой Отечественной войне. – Томск, 2020. – С. 436–437.Shalyapin, D. V. & Bakirova, A. D. (2020). Razrabotka tekhnologicheskikh resheniy po podgotovke stvola skvazhiny k tsementirovaniyu i povysheniyu kachestva krepleniya s ispol'zovaniem iskusstvennogo intellekta dlya Pyakyakhinskogo mestorozhdeniya. Problemy geologii i osvoeniya nedr: trudy XXIV Mezhdunarodnogo simpoziuma imeni akademika M. A. Usova studentov i molodykh uchenykh, posvyashchennogo 75-letiyu Pobedy v Velikoy Otechestvennoy voyne, pp. 436-437. (In Russian).Шаляпин, Д. В. Применение методов математического анализа для повышения качества крепления скважин / Д. В. Шаляпин, Э. В. Бабушкин, А. Д. Шаляпина. – Текст : непосредственный // Нефть и газ: технологии и инновации : материалы Национальной научно-практической конференции. В 3 томах / Отв. ред. Н. В. Гумерова. – Тюмень, 2020. – С. 107–110.Shalyapin, D. V. Babushkin, E. V. & Shalyapina, A. D. (2020). Primenenie metodov matematicheskogo analiza dlya povysheniya kachestva krepleniya skvazhin. Neft' i gaz: tekhnologii i innovatsii: materialy Natsional'noy nauchno-prakticheskoy konferentsii. V 3 tomakh, pp. 107-110. (In Russian).Шаляпин, Д. В. Разработка для Пякяхинского месторождения технологических решений по подготовке ствола скважины к цементированию и повышению качества крепления с использованием искусственного интеллекта / Д. В. Шаляпин, А. В. Щербаков, А. Д. Бакирова. – Текст : непосредственный // Булатовские чтения : сборник статей. Т. 3. – Краснодар, 2020. – С. 372–376.Shalyapin, D. V., Shcherbakov, A. V. & Bakirova, A. D. (2020). Razrabotka dlya Pyakyakhinskogo mestorozhdeniya tekhnologicheskikh resheniy po podgotovke stvola skvazhiny k tsementirovaniyu i povysheniyu kachestva krepleniya s ispol'zovaniem iskusstvennogo intellekta. Bulatovskie chteniya - Readings name of A.I. Bulatov, 3, pp. 372-376. (In Russian).Шаляпин, Д. В. Исследование и разработка технико-технологических решений по строительству скважин в условиях Большехетской впадины / Д. В. Шаляпин, А. Д. Бакирова, В. Г. Кузнецов. – Текст : непосредственный // Новые технологии — нефтегазовому региону : материалы Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых : в 2 томах. Том 1 / Отв. ред. П. В. Евтин. – Тюмень, 2020. – С. 53–55.Shalyapin, D. V., Bakirova, A. D., & Kuznetsov, V. G. (2020). Issledovanie i razrabotka tekhniko-tekhnologicheskikh resheniy po stroitel'stvu skvazhin v usloviyakh Bol'shekhetskoy vpadiny. Novye tekhnologii — neftegazovomu regionu : materialy Mezhdunarodnoy nauchnoprakticheskoy konferentsii studentov, aspirantov i molodykh uchenykh: v 2 tomakh. Tom 1, pp. 53-55. (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.