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人工智能信念體系 提效降本新概念

人工智能信念體系 提效降本新概念

信念體系這一術語在油氣領域或許還有些陌生,其與人工智能的結合在鉆井監測中已經顯現出了強大的優勢。

來自 | JPT
編譯 | 驚蟄

近年來,檢測和報警系統已經應用于多種鉆井故障中,包括卡鉆、井液流入/流失和鉆井狀態異常等。但是,鉆柱刺漏和泥漿泵故障的檢測還主要依賴于常規方法,即通過判斷立管壓力、泵入速率或MWD數據變化等。

作業人員通常使用簡單的液壓系數,將立管壓力與泵送速率關聯以檢測鉆柱刺漏。MWD壓力和泥漿馬達數據在一定程度上可以改善檢測效果,但是由于傳感器數據質量差,同時有存在諸多影響流量和壓力數據的各種因素,該方法極不穩定。因此,鉆井人員通常不會發現鉆柱裂縫,直至發生刺漏,隨后便需要設備更換和打撈作業,損失達數十萬美元。

作業人員還可以根據立管壓力變化,檢測泥漿泵故障及泵部件的損耗狀況。高頻泵壓力數據可以增強泵磨損檢測,此外,加速計數據可以用于閥泄漏的判斷,但受限于作業現場的條件,這些方法大多無法完成。

為了解決以上問題,油氣行業已經引入了全新的監測方案。通過使用基本的鉆機傳感器數據和相關信息,建立了檢測各種鉆井失效模式的方法。截至目前,該方法已經用于鉆柱刺漏和泵故障的檢測、警報。

該方法的檢測和警報系統以Bayesian(貝葉斯)網絡為基礎,Bayesian整合了關鍵傳感器輸入、輸出數據以及水力模型預測。隨后將這些輸入概率信念系統,其結果是輸出0到1之間的信念值,預示著特定的鉆井作業、設備或傳感器故障發生幾率。

就像人類大腦利用經驗智能的根據環境變化采取行動時產生的信息一樣,概率模型利用過去和現在的數據趨勢以及人工智能(AI)方法,產生關于鉆井問題和設備故障的預測。此外,該模型還會評估這些趨勢,通過自我學習和自校準提高其預測準確性,能夠針對失真傳感器數據、井況信息和模型的不確定性進行調整。因此,當信念值上升到指定的水平,并且系統觸發警報時,司鉆可以更加確定地采取行動,而不用擔心誤報。

Bayesian網絡由離散或連續數值的節點組成,節點通過條件概率表(CPT)連接,并通過箭頭指向的方式表示因果關系。根據每個CPT對特定結果的相對影響,每個CPT都分配得到了一個權重值。其中關鍵節點是作業中的“突發事件”,Bayesian網絡涵蓋多種事件類型及其相關概率。網絡布置可用于檢測與井控、液壓相關的各種事故,例如鉆柱刺漏、泵故障、液體漏失、封隔器故障等。

當然,Bayesian網絡還包括“計劃內事件”節點,以解決諸如泵啟動、泵入速率調節之類的事件。這種節點設計消除了可能發生的錯誤警報,例如,在泵啟動期間,立管壓力和流速數據變化可能被網絡錯誤地理解為刺漏。

此外,其他節點由處理后的實時輸入數據組成,例如當前和之前的泵壓力、沖程數據及周期性對比。還采用了統計和曲線擬合技術,用于確定趨勢是否恒定或存在增加、減少、不穩定等問題。自校準網絡匯總了數據變化趨勢,并推斷出諸如刺漏和泵故障等問題的個人信念(即數值)。 隨后信念值被編入警報和報告模塊,為操作人員提供實時數據。

為了檢測可能發生的鉆柱刺漏和泵故障并啟動警報,該方法的開發人員專注于將流速趨勢實時數據、模擬泵壓力與流速關聯,基于這些參數共同描述了設備的狀態,通過實時警報即可進行評估。

在檢測到刺漏和泵故障問題時,該系統的警報分為兩個階段。首先,系統會自動跟蹤刺漏和泵故障信念的波動平均值。如果其超過了某個閾值,系統向鉆井工程師發出警報。在第二階段,工程師根據趨勢分析結構,確定刺漏或泵故障發生的可能性。

由于刺漏和泵故障檢測模式具有許多相同點,因此,第一階段就能確定了刺漏或泵故障風險及可能的發生時間。隨后,將刺漏和泵故障信念值作為一個整體,而不是單獨識別,錯誤警報發生概率降低了一般。而第二階段就可用于精確識別警報代表的故障類型。

案例研究

北美的一個鉆井平臺上使用了AI信念系統,在一次鉆井作業中,該系統在鉆柱刺漏前發出了6次警報?;诖?,在問題惡化之前,作業人員及時進行了補救,防止了更大規模的經濟損失。除了“災難性”作業故障,該系統的早期事件檢測允許作業人員主動發現并解決問題,迅速的恢復正常操作,大大減少了非生產時間。另一口井中,該系統成功區分了鉆柱刺漏和泵故障。判斷故障發生的主要依據是立管壓力的突然降低,同時,流出速率發生了細微的變化,流出趨勢變化恒定,直到立管壓力降低發生很長時間后才減少。

在指出鉆柱刺漏風險后,作業人員繼續向前鉆進,明顯跡象表明,與每分鐘泵入速率相比,流出量正在減少。此外,液壓系數流出量保持不變,而流量減小。這些數據增加了泵故障的信念,隨后操作人員對旋轉裝置和鉆機的三個泥漿泵進行了必要的維護,避免了更大的損失。

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