一种深水钻井气侵数据分析的高精度校准方法与流程

本发明涉及深水钻井，更具体地说，本发明涉及一种深水钻井气侵数据分析的高精度校准方法。

背景技术：

1、深水钻井，一般是指海上作业水深超过900米，工业上常用深水和极端水深来区别，极端水深指大于1500米的水深，当现有的石油储量开采比例不断增加，勘探新的石油资源就迫在眉睫，海洋深处是石油开发的宝域。

2、深水钻井气侵是指在进行深海石油或天然气钻井作业时，地层中的气体因各种原因进入钻井液中，导致气液混合在一起的过程，这种现象在深海钻井过程中比较常见，但也可能对钻井作业产生负面影响，因此需要进行精确的分析和应对，深水钻井气侵一旦发生，会对钻井作业产生不利影响，如影响钻井液的密度、粘度和流变性等参数，对设备的正常运行产生危害，还可能污染海洋环境，因此，需要通过对气侵数据的分析和预测，建立起有效的预防和应对措施，保障深海钻井作业的安全和顺利进行，而现有技术中针对深水钻井气侵数据分析缺少高精度校准方法，也使得对预测气侵的发生和变化趋势较为困难，影响钻井效率和安全性，进而造成因气侵造成的钻井事故和停工时间，从而增加钻井成本和风险。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种深水钻井气侵数据分析的高精度校准方法。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种深水钻井气侵数据分析的高精度校准方法，具体校准方法步骤如下：

3、s1、数据采集：通过传感器、监测设备采集深水钻井过程中的气侵数据；

4、s2、数据预处理：对采集到的原始数据进行预处理；

5、s3、数据转换：将预处理后的原始数据进行归一化处理，或者将工程单位转换为更直观的物理单位；

6、s4、气侵模型建立：根据深水钻井的气侵机理，建立数学模型来描述气侵过程；

7、s5、参数估计：利用历史数据和已知参数，通过最小二乘法、最大似然估计的方法对模型中的未知参数进行估计；

8、s6、模型验证：将估计出的参数代入模型，利用残差分析和拟合优度检验对模型进行验证；

9、s7、精度校准：使用来自实验室实验、现场测试方面的校准数据对模型进行精度校准；

10、s8、模型优化：根据校准结果对模型进行优化；

11、s9、结果分析：分析模型的预测结果，包括预测精度和误差分布来评估模型的性能；

12、s10、模型应用：将校准后的模型应用于深水钻井气侵数据分析，为实现气侵预警、优化钻井工艺提供支持。

13、作为本发明技术方案的进一步改进，所述s1中采集的气侵数据包括压力、温度和流量，同时还包括采集钻井现场的视频、音频数据，以及地质、天气信息来对后续构建气侵模型提供数据参照。

14、作为本发明技术方案的进一步改进，所述s2中，对原始数据的预处理包括去除异常值和填补缺失值，同时，也能采用特征选择、特征提取和特征构建的特征工程方法来对原始数据进行预处理。

15、作为本发明技术方案的进一步改进，所述s3中数据转换是将原始数据转换为便于分析的格式，包括将压力、温度和流量数据转换为工程单位。

16、作为本发明技术方案的进一步改进，所述s4中气侵模型既可选择基于物理的，也可选择基于数据的，气侵模型有darcy’s law、forchheimer equation和turbulent flowequation，同时，对于模型建立阶段，也可采用机器学习模型和深度学习模型，并结合实际情况选择最适合的模型即可。

17、作为本发明技术方案的进一步改进，所述s7中精度校准的方法包括：

18、a.交叉验证：将数据分成训练集和测试集，分别进行训练和测试，比较模型的预测结果和实际结果；

19、b. k折交叉验证：将数据分成k个子集，每次使用k-1个子集进行训练，剩下的一个子集进行测试，重复k次，最后比较模型的平均预测结果和实际结果。

20、作为本发明技术方案的进一步改进，所述s8中进行模型优化时，采用的优化方法包括：

21、a.调整模型参数：利用线性回归模型、决策树模型对模型中的参数进行调优，找到最佳的参数组合来对模型的预测效果进行改善，具体是通过交叉验证方法，将数据集分成训练集和测试集，在训练集上寻找最佳的参数，再在测试集上评估模型的预测效果；

22、b.特征选择：在存在大量特征的情况下进行特征选择，挑选出对模型预测效果影响最大的特征，基于统计学的方法包括卡方检验和相关性分析进行特征选择，基于机器学习的方法包括递归特征消除和特征重要性进行特征选择；

23、c.集成学习：采用bagging和boosting集成学习方法将多个模型进行融合，形成一个更强大的模型来预测精度和提高稳定性。

24、作为本发明技术方案的进一步改进，所述s9中结果分析，在结果分析阶段，也可采用可视化手段包括柱状图、折线图和热力图的方式直观地展示分析结果；所述s10中模型应用，在实际应用中，也可将模型部署到边缘设备或云端来进行实时、高效的气侵预警和分析。

25、本发明的有益效果：

26、1、通过数据采集、预处理、转换、建模、参数估计、模型验证和精度校准等步骤，可以构建一个高精度的气侵预测模型，这个模型可以更好地理解和描述气侵现象的规律和特征，从而更准确地预测气侵的发生和变化趋势；

27、2、通过模型应用，可以将高精度气侵预测模型应用于实际钻井过程中，通过对气侵过程的实时监测和预警，可以及时调整钻井参数和工艺，以降低气侵对钻井过程的影响，提高钻井效率和安全性；

28、3、通过对气侵数据的分析和预测，可以减少因气侵造成的钻井事故和停工时间，从而降低钻井成本和风险，同时，高精度的气侵预测模型可以帮助优化钻井液的配方和使用量，从而降低钻井液的成本；

29、4、通过高精度气侵预测模型，可以快速、准确地评估气侵风险和预测未来趋势，为钻井工程的决策提供重要参考依据，从而提高决策效率；

30、5、深水钻井过程中的气侵问题不仅影响钻井效率，还可能对海洋环境造成污染，通过高精度气侵预测模型，可以更好地管理和控制气侵现象，减少对环境的负面影响，提高海洋环境保护的效益。

技术特征：

1.一种深水钻井气侵数据分析的高精度校准方法，其特征在于，具体校准方法步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种深水钻井气侵数据分析的高精度校准方法，其特征在于：所述s1中采集的气侵数据包括压力、温度和流量，同时还包括采集钻井现场的视频、音频数据，以及地质、天气信息来对后续构建气侵模型提供数据参照。

3.根据权利要求1所述的一种深水钻井气侵数据分析的高精度校准方法，其特征在于：所述s2中，对原始数据的预处理包括去除异常值和填补缺失值，同时，也能采用特征选择、特征提取和特征构建的特征工程方法来对原始数据进行预处理。

4.根据权利要求1所述的一种深水钻井气侵数据分析的高精度校准方法，其特征在于：所述s3中数据转换是将原始数据转换为便于分析的格式，包括将压力、温度和流量数据转换为工程单位。

5.根据权利要求1所述的一种深水钻井气侵数据分析的高精度校准方法，其特征在于：所述s4中气侵模型既可选择基于物理的，也可选择基于数据的，气侵模型有darcy’s law、forchheimer equation和turbulent flow equation，同时，对于模型建立阶段，也可采用机器学习模型和深度学习模型，并结合实际情况选择最适合的模型即可。

6.根据权利要求1所述的一种深水钻井气侵数据分析的高精度校准方法，其特征在于：所述s7中精度校准的方法包括：

7.根据权利要求1所述的一种深水钻井气侵数据分析的高精度校准方法，其特征在于：所述s8中进行模型优化时，采用的优化方法包括：

8.根据权利要求1所述的一种深水钻井气侵数据分析的高精度校准方法，其特征在于：所述s9中结果分析，在结果分析阶段，也可采用可视化手段包括柱状图、折线图和热力图的方式直观地展示分析结果；所述s10中模型应用，在实际应用中，也可将模型部署到边缘设备或云端来进行实时、高效的气侵预警和分析。

技术总结
本发明公开了一种深水钻井气侵数据分析的高精度校准方法，具体涉及深水钻井技术领域，具体校准方法步骤如下：S1、数据采集；S2、数据预处理；S3、数据转换；S4、气侵模型建立；S5、参数估计；S6、模型验证；S7、精度校准；S8、模型优化；S9、结果分析；S10、模型应用。本发明方便更好地理解和描述气侵现象的规律和特征，从而更准确地预测气侵的发生和变化趋势，且可以将高精度气侵预测模型应用于实际钻井过程中，通过对气侵过程的实时监测和预警，可以及时调整钻井参数和工艺，以降低气侵对钻井过程的影响，提高钻井效率和安全性，减少因气侵造成的钻井事故和停工时间，从而降低钻井成本和风险。

技术研发人员：薛钰飞,佘炎,杨耀明,杨建鹏,甘冰
受保护的技术使用者：北京航天华腾科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16