В ТПУ разработали методику оптимизации бурения неоднородных карбонатных коллекторов

Бурение может занимать 30–60 % стоимости строительства скважин. Новая методика на основе искусственного интеллекта подбирает режимы бурения, которые ускоряют проходку и снижают затраты.

В Томском политехническом университете (ТПУ) представили комплексный подход к бурению неоднородных карбонатных коллекторов — горных пород, преимущественно известняков и доломитов, в которых, по различным данным, сосредоточена значительная доля мировых запасов углеводородов. Подход объединяет глубокое обучение, объяснимый искусственный интеллект и многоцелевую эволюционную оптимизацию. Автор работы — доцент отделения нефтегазового дела Инженерной школы природных ресурсов ТПУ Шадфар Давуди.

Бурение составляет 30–60 % стоимости строительства скважин, а скорость проходки определяет его продолжительность. По словам автора, даже 10 % улучшения этого показателя дают заметную экономию, особенно на морских скважинах. Существующим моделям, по его оценке, не хватает интерпретируемости, они редко учитывают временные зависимости и не всегда физически осуществимы.

Для работы использовали данные трёх вертикальных нефтяных скважин, пробуренных в формации из известняка и доломита: параметры бурения, глубину и параметры механической модели грунта. Построили три прогнозные системы на основе моделей MLPNN, RF и LSTM. Для дальнейшего анализа выбрали модель с наименьшей ошибкой прогноза и интегрировали её с алгоритмом NSGA-III.

Оптимизировали три противоречащие друг другу цели: скорость бурения, крутящий момент и удельную механическую энергию. Получили набор Парето-оптимальных решений, по которому определили рабочие условия с наилучшим компромиссом между скоростью, энергоэффективностью и механической нагрузкой. По словам разработчика, наибольшую точность прогноза и воспроизводимость показала LSTM-модель. Анализ объяснимого ИИ показал, что частота вращения — доминирующий параметр для производительности бурения. Модель проверили на ранее не исследованной скважине.

Автор считает, что модель отражает общие взаимосвязи бурения, а не особенности одной скважины, и устойчива в разных литологических и эксплуатационных условиях. При этом подход пока остаётся методологией: для других типов скважин и месторождений нужны данные, охватывающие полный спектр геомеханических и эксплуатационных условий.

Результаты опубликованы в журнале Results in Engineering. Проект поддержан грантом Министерства экономического развития РФ.

Томский политех