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數據時代:機器學習該如何改變油氣行業?

數據時代:機器學習該如何改變油氣行業?

“機器學習”,除了字面意思,究竟有哪些值得一提的技能?

來自 | JPT
編譯 | 白小明 影子

機器學習不可一蹴而就,你必須清楚地了解數據是什么以及你希望從數據中得到什么,然后選擇適當的機器學習方法從這些數據中提取信息并建立兩者的關聯性?!蹦阈枰煜ぬ囟ǖ臄祿?,了解數據的來龍去脈,并選擇適當的方法從數據中學習。

在Intelie,公司許多油氣上游領域的客戶項目都涉及ML的應用,包括查看傳感器數據、識別模式,以及檢測它們與井眼的特定操作或事件的交互方式。

他表示,“這(機器學習的應用)還涉及機械鉆速(ROP)預測和優化模型,以及地質導向模型。從機器學習的角度來看,這些只是非常簡單的項目,之后我們進入了更加復雜的領域。我們有一個巴西鹽下項目,使用純數據進行泥漿密度預測?!?/span>

1.更復雜的應用

巴西國油是該案例中的作業公司。在過去的項目中,工作人員采用來自作業公司物理建模中的孔隙壓力數據來預測所需的泥漿密度,而在鉆穿鹽層時發現,這種方法顯然是不靠譜的。

Dumlao稱,“巴西國油過去共有53口井鉆出鹽層,他們從中獲得了大量數據。因此,使用隨機森林(Random Forest)方法將機器學習應用于這些數據,項目團隊為這些鉆出鹽層的井創建了孔隙壓力模型。巴西國油現在有了一個很好的模型,它可作為預測鹽上鹽下泥漿密度的物理建模的補充,公司正在使用這個新模型來鉆鹽下井?!?/span>

Intelie正在研究的另一個ML領域是強化學習,用于自動、自適應的設備控制。Dumlao強調,“這在石油工業的各個方面都有應用,對于鉆井而言,包括地質導向和及時發現井涌。地質導向類似于自動駕駛汽車,你需要獲取大量數據,而且要隨時確定工具的位置:剛才在哪、現在在哪、接下來會到哪?!?/span>

2.消除人為偏好

公司還在幫助作業公司開發數字決策助手。Dumlao稱,“我們正在創建一個機器學習平臺,如果來自油井傳感器的實時數據表明油井出現大規模漏失或者可能發生漏失,平臺將通知所有相關人員并獲取所有相關數據?!?/span>

在Apache,Fulford的小組開發了一種ML方法,對于非常規油氣井,它可以生成比人類更準確的實時產量預測數據。

Apache遇到的問題在整個行業普遍存在,通常預測的數值高于實際產量。這些預測不僅為管理決策提供了劣質的指導建議,而且長期不準確可能導致儲量賬面價值的減少。Fulford的小組認為,這一問題源自產量數據評估者的個人偏好,而不是通俗意義上的系統性錯誤,這種偏好僅僅是評估者個人想法的表達。

今年早些時候,Fulford在給SPE海灣分部(Gulf Coast Section)數據分析研究小組的一次演講中表示,“儲量總是被高估的問題,實際上是一個人為問題;人們往往傾向于樂觀?!?/span>

Fulford引用了1976年E.C.Capen在JPT上發表的研究文章,該研究描述了個體如何進行真/假測試,并要求他們說出對答案的置信水平。結果發現,90%置信水平的答案,平均準確率僅為65%。

Fulford表示,為了提高公司預測非常規油井未來產量的能力,需要通過量化這些預測中的偏差來校準預測,偏差定義為“評估者預期值與預測參數的真實值之間的差異”。

如果偏好代表評估者自己的想法,那么這種想法可能包含其他比較有名的評估者及其預測方法對自己的影響。但是,“這一切都沒有基于嚴謹的計算?!?/span>

Fulford表示,“我們并不是在預測已經看到的東西,而是在預測未見的東西。因此,使用歷史數據通常不是預測未來的最佳方法。預測未來的最佳方法來自機理模型,我們必須根據可理解的物理學知識描述接下來將發生的事情?!?/span>

結合這些機理模型,Apache開發了一種相對簡單、易于應用的ML建模工具,用于生成預測數據。它基于ML,使用Markov Chain Monte Carlo方法來量化過去公司所有預測者的預測偏差。

通過處理實時生產數據,工具所生成的預測數據代表對未觀察到的數據建模的“最佳擬合”。自2014年應用以來,ML預測結果比以前人為預測更加穩定和準確?,F在,使用該工具已成為標準做法。

工具還不斷用于進行新的預測。Fulford稱,“員工經過簡單學習建立模型后,預測20、100、1,000口井與預測10口井的工作量基本差不多。因此,每季度預測這些井的工作負荷已不再是問題。輸入新數據時,模型會不斷更新,之所能做到這一點是因為它的速度非???,為一口井生成20,000種預測并歸納總結這些結果大約需要10 – 100毫秒。因此,運行整個二疊紀盆地4,000口井的數據每月大約只需要1~2個小時?!?/span>

3.更好的預防性維護

AI和ML應用的另一個重要契機是預測設備故障,以優化預防性維護。在休斯敦大學的研討會上,NOV的首席營銷官David Reid談到了使用大數據來準確了解單個設備的使用情況并計算故障時間。

他說,“很長一段時間以來,我們遇到的問題是數據太多,數據量太大。而就在這個時候,大數據技術應運而生,我們開始有能力處理所有這些數據,知道設備什么時候、哪個部位會出現故障,我們開始讓系統學習以了解故障細節和故障發生的時間,從此,整個系統變得更好了?!?/span>

Reid表示,一臺機器可以知道什么時候即將出現故障并開始訂購零件,在全球范圍內查看庫存確認是否有零配件。雖然目前還不可能,但3D打印技術最終可以實現機器制造零件。

4.提高鉆井性能

鉆井性能是AI、ML和機器人技術正在變革的另一重要領域,特別是隨著定向井數量的增長,定向井起源于海上,并隨著陸地頁巖革命而迅速發展。

隨著井下傳感器的大規模應用和有線鉆桿的助力,行業產生了史無前例的海量實時數據而且具備了相應的數據處理能力,例如可以從數據中學習并做出響應的工具。

使用這些工具為鉆工省去了許多重復性工作,減輕了工作壓力?!般@工的角色實際上可以得到提升,可以隨時保持聯系。在使用有線鉆桿的情況下,鉆井系統類似于閉環系統。它可以使鉆井更加智能化,鉆出更優質的井眼。所鉆井眼不僅垂直,而且成本更低,鉆井速度更快?!盧eid如是說。

目前正在使用中的系統已顯示出高度的穩定性和可重復性。Reid表示,“當業務系統中的重復性工作可以獲得穩定的結果時,說明你的整個供應鏈非常高效,它知道何時工作,相關浪費就會減少?!?/span>

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