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数据时代:机器学习该如何改变油气行业?

数据时代:机器学习该如何改变油气行业?

“机器学习”,除了字面意思,究竟有哪些值得一提的技能?

来自 | JPT
编译 | 白小明 影子

机器学习不可一蹴而就,你必须清楚地了解数据是什么以及你希望从数据中得到什么,然后选择适当的机器学习方法从这些数据中提取信息并建立两者的关联性。”你需要熟悉特定的数据集,了解数据的来龙去脉,并选择适当的方法从数据中学习。

在Intelie,公司许多油气上游领域的客户项目都涉及ML的应用,包括查看传感器数据、识别模式,以及检测它们与井眼的特定操作或事件的交互方式。

他表示,“这(机器学习的应用)还涉及机械钻速(ROP)预测和优化模型,以及地质导向模型。从机器学习的角度来看,这些只是非常简单的项目,之后我们进入了更加复杂的领域。我们有一个巴西盐下项目,使用纯数据进行泥浆密度预测。”

1.更复杂的应用

巴西国油是该案例中的作业公司。在过去的项目中,工作人员采用来自作业公司物理建模中的孔隙压力数据来预测所需的泥浆密度,而在钻穿盐层时发现,这种方法显然是不靠谱的。

Dumlao称,“巴西国油过去共有53口井钻出盐层,他们从中获得了大量数据。因此,使用随机森林(Random Forest)方法将机器学习应用于这些数据,项目团队为这些钻出盐层的井创建了孔隙压力模型。巴西国油现在有了一个很好的模型,它可作为预测盐上盐下泥浆密度的物理建模的补充,公司正在使用这个新模型来钻盐下井。”

Intelie正在研究的另一个ML领域是强化学习,用于自动、自适应的设备控制。Dumlao强调,“这在石油工业的各个方面都有应用,对于钻井而言,包括地质导向和及时发现井涌。地质导向类似于自动驾驶汽车,你需要获取大量数据,而且要随时确定工具的位置:刚才在哪、现在在哪、接下来会到哪。”

2.消除人为偏好

公司还在帮助作业公司开发数字决策助手。Dumlao称,“我们正在创建一个机器学习平台,如果来自油井传感器的实时数据表明油井出现大规模漏失或者可能发生漏失,平台将通知所有相关人员并获取所有相关数据。”

在Apache,Fulford的小组开发了一种ML方法,对于非常规油气井,它可以生成比人类更准确的实时产量预测数据。

Apache遇到的问题在整个行业普遍存在,通常预测的数值高于实际产量。这些预测不仅为管理决策提供了劣质的指导建议,而且长期不准确可能导致储量账面价值的减少。Fulford的小组认为,这一问题源自产量数据评估者的个人偏好,而不是通俗意义上的系统性错误,这种偏好仅仅是评估者个人想法的表达。

今年早些时候,Fulford在给SPE海湾分部(Gulf Coast Section)数据分析研究小组的一次演讲中表示,“储量总是被高估的问题,实际上是一个人为问题;人们往往倾向于乐观。”

Fulford引用了1976年E.C.Capen在JPT上发表的研究文章,该研究描述了个体如何进行真/假测试,并要求他们说出对答案的置信水平。结果发现,90%置信水平的答案,平均准确率仅为65%。

Fulford表示,为了提高公司预测非常规油井未来产量的能力,需要通过量化这些预测中的偏差来校准预测,偏差定义为“评估者预期值与预测参数的真实值之间的差异”。

如果偏好代表评估者自己的想法,那么这种想法可能包含其他比较有名的评估者及其预测方法对自己的影响。但是,“这一切都没有基于严谨的计算。”

Fulford表示,“我们并不是在预测已经看到的东西,而是在预测未见的东西。因此,使用历史数据通常不是预测未来的最佳方法。预测未来的最佳方法来自机理模型,我们必须根据可理解的物理学知识描述接下来将发生的事情。”

结合这些机理模型,Apache开发了一种相对简单、易于应用的ML建模工具,用于生成预测数据。它基于ML,使用Markov Chain Monte Carlo方法来量化过去公司所有预测者的预测偏差。

通过处理实时生产数据,工具所生成的预测数据代表对未观察到的数据建模的“最佳拟合”。自2014年应用以来,ML预测结果比以前人为预测更加稳定和准确。现在,使用该工具已成为标准做法。

工具还不断用于进行新的预测。Fulford称,“员工经过简单学习建立模型后,预测20、100、1,000口井与预测10口井的工作量基本差不多。因此,每季度预测这些井的工作负荷已不再是问题。输入新数据时,模型会不断更新,之所能做到这一点是因为它的速度非常快,为一口井生成20,000种预测并归纳总结这些结果大约需要10 – 100毫秒。因此,运行整个二叠纪盆地4,000口井的数据每月大约只需要1~2个小时。”

3.更好的预防性维护

AI和ML应用的另一个重要契机是预测设备故障,以优化预防性维护。在休斯敦大学的研讨会上,NOV的首席营销官David Reid谈到了使用大数据来准确了解单个设备的使用情况并计算故障时间。

他说,“很长一段时间以来,我们遇到的问题是数据太多,数据量太大。而就在这个时候,大数据技术应运而生,我们开始有能力处理所有这些数据,知道设备什么时候、哪个部位会出现故障,我们开始让系统学习以了解故障细节和故障发生的时间,从此,整个系统变得更好了。”

Reid表示,一台机器可以知道什么时候即将出现故障并开始订购零件,在全球范围内查看库存确认是否有零配件。虽然目前还不可能,但3D打印技术最终可以实现机器制造零件。

4.提高钻井性能

钻井性能是AI、ML和机器人技术正在变革的另一重要领域,特别是随着定向井数量的增长,定向井起源于海上,并随着陆地页岩革命而迅速发展。

随着井下传感器的大规模应用和有线钻杆的助力,行业产生了史无前例的海量实时数据而且具备了相应的数据处理能力,例如可以从数据中学习并做出响应的工具。

使用这些工具为钻工省去了许多重复性工作,减轻了工作压力。“钻工的角色实际上可以得到提升,可以随时保持联系。在使用有线钻杆的情况下,钻井系统类似于闭环系统。它可以使钻井更加智能化,钻出更优质的井眼。所钻井眼不仅垂直,而且成本更低,钻井速度更快。”Reid如是说。

目前正在使用中的系统已显示出高度的稳定性和可重复性。Reid表示,“当业务系统中的重复性工作可以获得稳定的结果时,说明你的整个供应链非常高效,它知道何时工作,相关浪费就会减少。”

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