【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)石油天然氣鉆井，具體涉及一種基于機器學(xué)習(xí)的扭擺定向鉆井鉆柱摩阻狀態(tài)識別方法。
技術(shù)介紹
1、鉆柱扭擺系統(tǒng)的工作原理是通過控制頂驅(qū)運動，實現(xiàn)井口鉆柱的順時針和逆時針扭轉(zhuǎn)運動，使上部鉆柱的靜摩擦力轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽Σ亮Γ瑴p少鉆柱軸向摩擦力對鉆柱傳遞鉆壓的損失。根據(jù)摩擦力分布情況，將鉆柱分為3個區(qū)域：地面扭擺作用的“地面波及區(qū)”、保持鉆柱周向靜止的“靜摩擦區(qū)”以及動力鉆具反扭矩影響的“反扭矩區(qū)”。
2、鉆柱扭擺系統(tǒng)主要包括軟件和硬件兩個部分。硬件部分為地面控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)與司鉆控制臺相連接，通過司鉆控制臺對頂驅(qū)發(fā)出控制指令，控制頂驅(qū)順時針、逆時針交替轉(zhuǎn)動。同時，該系統(tǒng)需要接入立管壓力、井口扭矩、工具面角、井斜角、方位角等信息。
3、控制系統(tǒng)軟件部分包括人機交互軟件和plc控制軟件，人機交互軟件用于設(shè)置控制系統(tǒng)的左擺和右擺的峰值扭矩、左撞和右撞的沖擊扭矩、左擺和右擺的井口扭轉(zhuǎn)角度和速度等控制參數(shù)，該系統(tǒng)還顯示立管壓力、井下工具面角度等鉆井信息。
4、定向鉆進時，鉆柱扭擺系統(tǒng)與常規(guī)滑動鉆進類似。首先，在施工前將鉆柱扭擺系統(tǒng)與頂驅(qū)模塊適配器連接，再用網(wǎng)線連接mwd，實現(xiàn)控制系統(tǒng)對立管壓力和井下工具面的監(jiān)測。然后，鉆柱下鉆到底、鉆頭還未接觸井底時，開動頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)鉆柱，測量鉆柱空載扭矩和立管壓力；打開控制系統(tǒng)人機交互軟件，將不超過鉆柱空載扭矩的50％設(shè)置為左擺極限扭矩、右擺極限扭矩，考慮平衡導(dǎo)向馬達的反扭矩，右擺極限扭矩要大于左擺極限扭矩。再次，擺好工具面，開泵下鉆到底，記錄立管壓力變化。最后，通過判斷、調(diào)整
5、調(diào)整工具面時，鉆柱扭擺系統(tǒng)與常規(guī)鉆井不同。在鉆進過程中，鉆柱扭擺系統(tǒng)直接通過向左或者向右以大于極限扭矩值“撞擊”工作面、無須停鉆從而實現(xiàn)工具面角的調(diào)整，撞擊工具面的扭矩數(shù)值依然根據(jù)工程師經(jīng)驗和試錯確定。由于工具面是漸進調(diào)整的，因此鉆柱扭擺系統(tǒng)實鉆的井眼軌跡較傳統(tǒng)定向鉆井更加光滑。立管壓力是了解鉆柱扭擺系統(tǒng)鉆頭鉆壓的重要參數(shù)，立管壓力信號的差值反應(yīng)了井底的鉆壓變化，依據(jù)工程師經(jīng)驗轉(zhuǎn)化后獲取鉆頭鉆壓，立管壓力的頻譜數(shù)據(jù)可以辨識出立管壓力與反扭矩?zé)o關(guān)的因素，比如：巖屑床堆積、噴嘴堵塞等原因。
6、現(xiàn)有扭擺定向鉆井技術(shù)的扭擺策略和參數(shù)確定困難，在定向鉆進過程中，井口的鉆柱左擺和右擺的最大扭矩需要有經(jīng)驗的現(xiàn)場工程師反復(fù)調(diào)試才能確定；地面波及區(qū)的深度、井下鉆柱反扭矩參數(shù)需要工程師依據(jù)經(jīng)驗去估計，無法做到鉆井參數(shù)優(yōu)選；工具面調(diào)整過程中，通過“撞”左右極限扭矩的控制策略過于保守，沒有充分挖掘出該技術(shù)的潛力。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于提供一種基于機器學(xué)習(xí)的扭擺定向鉆井鉆柱摩阻狀態(tài)識別方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)無法準確預(yù)測機械鉆速的變化趨勢導(dǎo)致扭擺定向鉆井鉆柱摩阻狀態(tài)辨識困難、精度低的問題。
2、為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)所提供的技術(shù)方案以及技術(shù)方案對應(yīng)的有益效果如下：
3、本專利技術(shù)的一種基于機器學(xué)習(xí)的扭擺定向鉆井鉆柱摩阻狀態(tài)識別方法，包括以下步驟：
4、在扭擺定向鉆井作業(yè)過程中，獲取當(dāng)前時刻和上n-1個時刻的井口扭矩，并將當(dāng)前時刻和上n-1個時刻的井口扭矩轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的井口扭矩序列輸入到鉆柱摩阻狀態(tài)識別機器學(xué)習(xí)模型中進行識別，預(yù)測得到下一時刻機械鉆速的變化趨勢，以確定鉆柱摩阻狀態(tài)的變化情況，n大于1；
5、其中，所述鉆柱摩阻狀態(tài)識別機器學(xué)習(xí)模型是通過以下方式訓(xùn)練而獲得：
6、s1.收集扭擺定向鉆井作業(yè)中的井口扭矩數(shù)據(jù)，包括扭矩和采集時刻；
7、s2.從井口扭矩數(shù)據(jù)中提取若干井口扭矩序列，每個井口扭矩序列包含連續(xù)n個采集時刻的井口扭矩；
8、s3.對每個井口扭矩序列進行狀態(tài)標注，包括對機械鉆速的變化趨勢進行標注，所述機械鉆速的變化趨勢包括上升趨勢和下降趨勢；
9、s4.將井口扭矩序列和對應(yīng)的機械鉆速的變化趨勢的標注狀態(tài)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)對構(gòu)建好的機器學(xué)習(xí)模型進行訓(xùn)練，以得到所述鉆柱摩阻狀態(tài)識別機器學(xué)習(xí)模型。
10、上述技術(shù)方案的有益效果為：
11、將多個井口扭矩序列輸入到構(gòu)建好的機器學(xué)習(xí)模型中進行訓(xùn)練，得到鉆柱摩阻狀態(tài)識別機器學(xué)習(xí)模型；然后將當(dāng)前時刻和上n-1個時刻對應(yīng)的井口扭矩序列輸入到鉆柱摩阻狀態(tài)識別機器學(xué)習(xí)模型中進行識別，預(yù)測得到機械鉆速的變化趨勢，根據(jù)機械鉆速的變化趨勢，確定鉆柱摩阻的變化狀態(tài)，即機械鉆速上升則鉆柱摩阻下降，機械鉆速下降則鉆柱摩阻上升，進而確定了鉆柱摩阻狀態(tài)；由此實現(xiàn)了對鉆柱摩阻狀態(tài)、機械鉆速的變化趨勢的準確識別，實現(xiàn)了對井口扭矩的實時監(jiān)控與優(yōu)化，解決了扭擺定向鉆井鉆柱摩阻狀態(tài)辨識困難、精度低的難題，進一步實現(xiàn)輔助司鉆人員調(diào)整扭擺策略以進行扭擺定向鉆進。
12、進一步地，采用如下方法獲取所述井口扭矩：獲取頂驅(qū)的變頻器扭矩，對變頻器扭矩進行修正以得到所述井口扭矩。
13、進一步地，步驟s4之前還需將每個井口扭矩序列進行歸一化處理和對對應(yīng)的井口扭矩序列的標注狀態(tài)進行編碼處理。
14、進一步地，步驟s3中所述機械鉆速的變化趨勢的判斷方法為：
15、對機械鉆速曲線進行線性表達式擬合，根據(jù)所述線性表達式的斜率得到機械鉆速的變化趨勢；線性表達式斜率大于0，則判定為上升趨勢；線性表達式斜率小于0，則判定為下降趨勢。
16、進一步地，機械鉆速的上升趨勢標注為1，機械鉆速的下降趨勢標注為0。
17、進一步地，步驟s3中所述對每個井口扭矩序列進行狀態(tài)標注還包括對錯誤數(shù)據(jù)進行標注；錯誤數(shù)據(jù)的標注方法為：對每個井口扭矩序列進行錯誤數(shù)據(jù)判斷，若不存在錯誤數(shù)據(jù)，則標記為0；若存在錯誤數(shù)據(jù)，則標記為錯誤數(shù)據(jù)在井口扭矩序列的序號。
18、進一步地，步驟s4中所述機器學(xué)習(xí)模型為bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。
19、進一步地，所述編碼處理為onehot編碼處理。
20、進一步地，所述歸一化處理方式為：將井口扭矩除以穩(wěn)定的井口扭矩；所述穩(wěn)定的井口扭矩采用如下方法獲得：
21、將鉆頭提離井底，旋轉(zhuǎn)鉆柱至變頻器扭矩處于穩(wěn)定狀態(tài)，記錄穩(wěn)定的變頻器扭矩；對穩(wěn)定的變頻器扭矩進行修正以得到所述穩(wěn)定的井口扭矩。
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1.一種基于機器學(xué)習(xí)的扭擺定向鉆井鉆柱摩阻狀態(tài)識別方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機器學(xué)習(xí)的扭擺定向鉆井鉆柱摩阻狀態(tài)識別方法，其特征在于，采用如下方法獲取所述井口扭矩：獲取頂驅(qū)的變頻器扭矩，對變頻器扭矩進行修正以得到所述井口扭矩。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機器學(xué)習(xí)的扭擺定向鉆井鉆柱摩阻狀態(tài)識別方法，其特征在于，步驟S4之前還需將每個井口扭矩序列進行歸一化處理和對對應(yīng)的井口扭矩序列的標注狀態(tài)進行編碼處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機器學(xué)習(xí)的扭擺定向鉆井鉆柱摩阻狀態(tài)識別方法，其特征在于，步驟S3中所述機械鉆速的變化趨勢的判斷方法為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于機器學(xué)習(xí)的扭擺定向鉆井鉆柱摩阻狀態(tài)識別方法，其特征在于，機械鉆速的上升趨勢標注為1，機械鉆速的下降趨勢標注為0。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的基于機器學(xué)習(xí)的扭擺定向鉆井鉆柱摩阻狀態(tài)識別方法，其特征在于，步驟S3中所述對每個井口扭矩序列進行狀態(tài)標注還包括對錯誤數(shù)據(jù)進行標注；錯誤數(shù)據(jù)的標注方法為：對每個井口扭矩序列進行錯誤數(shù)據(jù)判斷，若
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機器學(xué)習(xí)的扭擺定向鉆井鉆柱摩阻狀態(tài)識別方法，其特征在于，步驟S4中所述機器學(xué)習(xí)模型為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于機器學(xué)習(xí)的扭擺定向鉆井鉆柱摩阻狀態(tài)識別方法，其特征在于，所述編碼處理為Onehot編碼處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求3或8所述的基于機器學(xué)習(xí)的扭擺定向鉆井鉆柱摩阻狀態(tài)識別方法，其特征在于，所述歸一化處理方式為：將井口扭矩除以穩(wěn)定的井口扭矩；所述穩(wěn)定的井口扭矩采用如下方法獲得：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于機器學(xué)習(xí)的扭擺定向鉆井鉆柱摩阻狀態(tài)識別方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機器學(xué)習(xí)的扭擺定向鉆井鉆柱摩阻狀態(tài)識別方法，其特征在于，采用如下方法獲取所述井口扭矩：獲取頂驅(qū)的變頻器扭矩，對變頻器扭矩進行修正以得到所述井口扭矩。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機器學(xué)習(xí)的扭擺定向鉆井鉆柱摩阻狀態(tài)識別方法，其特征在于，步驟s4之前還需將每個井口扭矩序列進行歸一化處理和對對應(yīng)的井口扭矩序列的標注狀態(tài)進行編碼處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機器學(xué)習(xí)的扭擺定向鉆井鉆柱摩阻狀態(tài)識別方法，其特征在于，步驟s3中所述機械鉆速的變化趨勢的判斷方法為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于機器學(xué)習(xí)的扭擺定向鉆井鉆柱摩阻狀態(tài)識別方法，其特征在于，機械鉆速的上升趨勢標注為1，機械鉆速的下降趨勢標注為0。
<...【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李瑞剛，張家華，向幸運，溫偉，鄭威，劉陽，李紅偉，劉明雷，楊海東，黃玲，
申請(專利權(quán))人：中石化石油工程技術(shù)服務(wù)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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