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人工智能改变完井方式

人工智能改变完井方式

利用人工智能技术优化完井设计,可使作业者合理分配压裂作业成本,实现完井作业效率的最大化。

来自丨E&P
编译丨TOM

在过去的几年里,基于裂缝模型与测试验证(如示踪剂与微地震勘测)的完井设计方法是业内公认的最优方法。但该方法需要昂贵且耗时的测试,并且往往无法充分揭示出影响非常规油气藏产量参数之间的复杂关系,如流体化学反应与薄叠层对压裂作业的影响。

过去五年中,人工智能(AI)在油气行业内取得了巨大成功,但主要应用于能够提供大量数据来培训人工智能的情况下。地下环境的复杂性会给作业者带来大量的支出与风险,使之成为人工智能需要攀登的珠穆朗玛峰。为了克服地下“数据稀疏”的挑战,Quantico公司开发出一套独特的数据科学工具。

以地下为研究重点的AI技术正引领业内的巨变,以满足现代页岩开发的需求。直接收集井下测量数据,来建立储层的显式物理模型,这种成本高昂又耗时的模式,正在逐步且明显地转变为隐式的物理学统计法。Quantico公司将地下AI技术与传统的地球物理约束相结合,提供了一个精确的统计解决方案。与常规确定性方法不同的是, 它是基于储层的固有物理特性,无需耗费大量的成本与时间。

压裂设计的演变

页岩的早期开发方法借鉴了常规储层的软件技术与工作流程,包括裂缝模拟、广泛的岩石实验室测试以及天然裂缝模型。随着时间的推移,业内已经转向使用聚类分析工具(如Spotfire),利用统计方法来确定压裂作业的设计与段间距。这些软件功能强大,但可能会产生误导性结果。而且这些软件包也受到稀疏、不准确的公共数据集影响,对少数直观联系(但不一定是因果)的分析存在一定的局限性,例如支撑剂尺寸、压裂液体积等对作业的影响。

下一代用于压裂设计的统计工具可利用AI技术,将静态模型与地球物理解释紧密耦合。还可借助AI技术对不良数据进行质量控制,形成高精度预测模型,用于压裂设计与估算最终产量。在缺乏足够直接测量数据的情况下,该模型还可提供合成的地层特性,揭示因果关系,并生成裂缝发育情况与净现值之间的优化曲线(图1)。

人工智能改变完井方式

图1.该结果展示了非均匀射孔的不同压裂段,这是基于神经网络法与合成测井数据计算出的最小水平应力。

美国国防部高级研究计划局着眼于油气行业,针对解释性AI(XAI)推出了最新的AI技术。该技术最早应用于压裂设计,XAI可以帮助作业者优化储层与完井参数的设计,并分析这些参数的相对重要性。使作业者能够集中时间,将完井预算分配给最重要的价值驱动因素。

地下AI技术

Quantico公司在2012年就把目光投向了应用于地下的AI技术,利用现有数据生成声波与密度测井曲线。这些基于AI的测井曲线已被实时利用,以改善钻井效率与地质导向,以及改善完井的钻后作业。该公司已经获得了作业者的认可,在深水作业中,地下AI技术生成的测井曲线,拥有与随钻测井工具相同的精度。该公司还开发了用于地震数据的AI工作流,以展示高分辨率的静态模型,并绘制整个地震体的测井特征(图2)。

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图2. 基于AI的反演可以以10英尺的分辨率映射三维地震体的地质力学特征,优化完井设计。

从基于AI的测井曲线与直接测量的数据中可知,相比于横向距离2134米(7000英尺)的岩石,试验井的岩石特性显著不同。

不少作业者都已经绘制了地层图,以观察在同一个井平台上,沿着给定水平段与沿着多个水平段的显著应力变化。在Permian盆地的Wolfcamp组中,作业者要求Quantico公司提供一套经济的完井方案,分别为每个压裂段布置射孔簇。Quantico公司提供了从钻井数据中提取的地质力学测井曲线,使作业者在每个压裂段,平均缩短11%的时间来实现设计的注入率。由于压裂段位于相似应力区,每段的压裂作业几乎都作用在射孔簇上。与邻井相比,优化井的产量增加了27%。

最近,完井工程师的目光更加长远,不只是关注优化完井设计来增加产量,还关注作业与成本效益。这就需要尽可能降低压裂冲击的风险,因为在相邻射孔簇开始压裂前,该风险会引起低应力射孔簇不受控制的裂缝增长。通过合并压裂段,作业者可以减少下电缆、磨铣与打捞作业,每口井能够节省数十万美元。与下入常规裸眼测井工具的成本相比,AI解决方案还可为作业者节省80%的地层评价成本。

Quantico公司在美国100多口陆地油井中使用了AI技术。与所有邻井进行对比,优化后的完井方案被证明可以增加产量,使压裂作业更加顺利,还降低整体作业成本。在Permian Basin与Bakken的实例中,与常规完井设计相比,优化后的完井作业产量提高了10%至40%。

AI深入了解油藏

下一代AI工具将更深入的研究流体化学、支撑剂类型、泵速与压裂液体积等因素,从而在专有与公共数据集的基础上,为作业者提供准确性超过90%的产量预测。

Quantico的XAI技术可以利用公共数据库的100多万条测井资料,以及专有的测井资料、钻井资料、采油数据以及来自作业者的地震数据,来预测产量。与经验观测值一致,XAI已经发现,在Permian盆地井位是一个更重要的参数,而压裂设计在Bakken盆地更为重要。储层特性与裂缝设计都是优化的重要决策点,但是这种XAI工作流程可以揭示各种参数的相对重要性。这不仅有助于作业者优先考虑将资源集中于容易实现的目标,而且它还能创建连贯的作业流程,使作业者更加了解未知的情况。AI项目能够识别压裂作业的主要价值驱动因素,以尽快提高成本效益,这一点至关重要。另一种情况是开放式的数据科学实验。

无论是用于设计增产作业还是决定压裂段的分布,AI的核心都是创建一个框架,将隐式物理的统计学与显式的地球物理学连接起来。这样的框架需要依赖于专门的地下AI工作流程,这些工作流程能够可靠地使用稀疏、质量差的公共数据集,并结合使用垂直与水平测井曲线、取芯、地震数据以及压裂数据等专有数据集。

下一代地下AI工具将会给压裂设计带来革命性的进步,从传统聚类分析发展至更强大的预测模型。这将使作业者能够合理分配压裂作业成本,同样重要的是,可以帮助完井工程师确定他们关注的最具影响力与可塑性的参数,从而实现完井作业效率的最大化。

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