钻井异常智能预警系统研究
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各 异 的风 险 ， 钻 井 异 常情 况 随 时都 有 可 能发 生 ， 严 重 家对 现场 作业 的 实时指 导 。
威胁着钻井的安全 。目前对钻井异常的预警主要依靠
综 合录 井 仪对 工程 参 数变 化 的监 测 来 获得 异 常 结果 ， 但对 于 各种 异 常 的分析 大 多 以人 工 经验 判 断 为主 ， 仅 有 少 量 监测 分析 工 作 由计 算 机 自动 完 成『 １ ］ ， 迫切 需要 系 统 而 全 面 且 能 反 映钻 井 工 程 事 故 复 杂 多变 特 性 的
基金项 目： ２ ０ １ ２年国家级大学生创新训练计 划项 目“ 钻 井异常动 态 自适应智能预警 系统研 究” 、 陕西省教育厅专项科研 项 目“ 油田事故应急救援 可视化协 同动态管理与决策 系统研究” （ 编号 ： １ １ Ｊ Ｋ ０ ７ ９ ０ ） 、 国家 自然科 学基金项 目“ 基于随钻信息和知识 集成的钻 井风险动态管理 与决策控制研究” （ 编号 ５ １ ０ ７ ４ １ ２ ５ ）
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零 建 电 肇
钻 井异常智能预警 系统研究 ★
李 晓 桐 ，徐 英 卓 ，何 坤 鹏 ，花 凌 锋 ，郑黎 峰 ，张 忠 良
（ 西安 石 油 大学计 算机 学 院 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ６ ５ ）
【 摘 要】 ： 针对 目前石油行业钻井异常预警智能化程度低的问题 ， 提 出一种基于支持 向量机 的钻
黑 恫 仆
智 能化 预警 手段 ， 以满 足 安全 、 快速 钻井 的需求 。近 年 来， 随着 综合 录 井 技 术 、 人 工智 能技 术 以及 钻 井 工 程
信 息化 的 迅猛 发展 ， 钻 井 异常 智 能 预警 系 统越 来 越 引 起 钻井 技 术人 员 的关 注 。为 此 ， 我 们在 国家 大学 生 创
３钻 井异 常预 测模 型的构 建
立 。针 对钻 井 作业 的特 殊性 与 复杂 性 ， 本系 统采 用 支 持 向量机 （ Ｓ ｕ ｐ ｐ ｏ ｒ ｔ Ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ， Ｓ ＶＭ ） 方 法建 立 钻
把 它转化 为下述 优化 问题 ： 实 现 钻井 异 常智 能 预 警 的 关键 是 预 测 模 型 的建 问题 ，
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２ ０ １ ３ 年 第４ 期 Ｉ 福建电脑 ． １．
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控及 异常控 制 等 。
臻 电 脑
惩 罚 因子 ， 昏和 昏 度 量 不敏 感损 失误差 ￡的程 度 ， 缸
为上 偏离 ， 为 下偏 离 。采用对 偶理 论求解 上述 最优
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Ｊ ｌ ＡＮ ＣＯ Ｍ ＰＵＴＥ鞠
隐蔽 性 地 下 工程 ， 存 在着 大量 复杂 、 随 机 和 不确 定性 ｖ ｉ ｃ ｅ ） 通 讯等 方式 实 时传 输到 油 田基地 ， 使现场 技 术人 因素 ， 在 工 程 施 工 的 各个 阶段 均 存 在 不 同程 度 、 形 式 员 既可 实现 对现 场 作业 的监 控 ， 又 能得 到 后方 基 地专
彗 菇 麟
新 训练 项 目与 陕西 省 教育 厅专 项 科 研项 目的资助 下 ， 开展 了钻井 异 常智 能预警 系 统 的研 究 。
２系统 总体 架构设 计 考 虑 到钻井 工 程 的特 殊 性 与复 杂 性 ， 通 常钻 井 决
图 １ 钻 井 异 常 智 能预 警 系统 总体 框 架
提 供技 术 与方 法 支持 。
【 关键词】 ： 钻井异常； 预警； 智能 ； 支持 向量机
１引言
息 ，进 行处 理后 图文 并 茂地 展 现给 现 场 技术 人 员 ， 同
Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ （ Ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ Ｐ ａ ｃ ｋ ｅ ｔ Ｒ ａ ｄ ｉ ｏ Ｓ ｅ ｒ — 石 油钻 井是 一 项 高投 入 、 高 风 险和 高 技术 水 平 的 时通 过 卫 星 通 讯 、
井异常预警方法。根据钻 井工程的特殊性设计 了一个两级（ 即井场级和基地级） 的 系统总体架构 ， 基于 Ｓ Ｖ Ｍ 建立了异常状态预测模 型， 并构建 了一种动 态智能预警机制 ， 可对钻井过程 中各种异常情况进行 智能预警。 本 系统的研究， 能有效地提 高预警的效率与准确性 ， 并可为实现钻井异常 自 动化预警的 目 的
（ ２ ） 基地 级 ： 面 向油 田基 地 的领 导 、 专家 及技 术 人
策 指 导在 油 田基地 完 成 ， 而钻 井 作 业 分布 在 远 离油 田 员 。 将 远程 实 时传 输 的井场 信 息与邻 井及 区块 的信 息 基 地 的现 场 ， 因此 将 系 统 设 计 为 两级 ： 井 场 级 和 基地 以及 以往 钻井 异 常 识 别 、 诊 断、 预测 的经 验 知 识 及 案 级， 其 总体 架构 如 图 １ 所示。 例等 多源 信 息 ， 利 用 多源 信息 融 合技 术 进行 融 合集 成 （ １ ） 井 场级 ： 面 向施工 现场 的钻 井 技术人 员 。通 过 后 ， 存 入数 据 仓 库 ； 在 此 基 础 上 实 现 钻 井状 态 监 控 及 包括 异 常分 析 、 诊断、 预 测 等） ， 并 提供 多方 井 场 实 时 监 测 与信 息处 理 系 统 将 井 下 随 钻 测 量 的实 决策分 析 （
时信 息 （ 包 括 地质 参 数 、 井 眼 轨 迹参 数 、 钻 进 参数 及 钻 协 同工 作 平 台 ， 使 分 布 在 不 同地 点 的多 方 专家 、 工 程 井 评 价 参 数 等） 以及 地 面 综 合 录 井和 泥 浆 录 井 等信 技 术 人 员 能通 过 网络 远 程 进行 现 场 钻 井 作 业 实 时 监
各 异 的风 险 ， 钻 井 异 常情 况 随 时都 有 可 能发 生 ， 严 重 家对 现场 作业 的 实时指 导 。
威胁着钻井的安全 。目前对钻井异常的预警主要依靠
综 合录 井 仪对 工程 参 数变 化 的监 测 来 获得 异 常 结果 ， 但对 于 各种 异 常 的分析 大 多 以人 工 经验 判 断 为主 ， 仅 有 少 量 监测 分析 工 作 由计 算 机 自动 完 成『 １ ］ ， 迫切 需要 系 统 而 全 面 且 能 反 映钻 井 工 程 事 故 复 杂 多变 特 性 的
基金项 目： ２ ０ １ ２年国家级大学生创新训练计 划项 目“ 钻 井异常动 态 自适应智能预警 系统研 究” 、 陕西省教育厅专项科研 项 目“ 油田事故应急救援 可视化协 同动态管理与决策 系统研究” （ 编号 ： １ １ Ｊ Ｋ ０ ７ ９ ０ ） 、 国家 自然科 学基金项 目“ 基于随钻信息和知识 集成的钻 井风险动态管理 与决策控制研究” （ 编号 ５ １ ０ ７ ４ １ ２ ５ ）
Ｕ ｝ Ａ Ｎ ｅ ０ Ｐ Ｕ ＴＥ Ｒ
零 建 电 肇
钻 井异常智能预警 系统研究 ★
李 晓 桐 ，徐 英 卓 ，何 坤 鹏 ，花 凌 锋 ，郑黎 峰 ，张 忠 良
（ 西安 石 油 大学计 算机 学 院 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ６ ５ ）
【 摘 要】 ： 针对 目前石油行业钻井异常预警智能化程度低的问题 ， 提 出一种基于支持 向量机 的钻
黑 恫 仆
智 能化 预警 手段 ， 以满 足 安全 、 快速 钻井 的需求 。近 年 来， 随着 综合 录 井 技 术 、 人 工智 能技 术 以及 钻 井 工 程
信 息化 的 迅猛 发展 ， 钻 井 异常 智 能 预警 系 统越 来 越 引 起 钻井 技 术人 员 的关 注 。为 此 ， 我 们在 国家 大学 生 创
３钻 井异 常预 测模 型的构 建
立 。针 对钻 井 作业 的特 殊性 与 复杂 性 ， 本系 统采 用 支 持 向量机 （ Ｓ ｕ ｐ ｐ ｏ ｒ ｔ Ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ， Ｓ ＶＭ ） 方 法建 立 钻
把 它转化 为下述 优化 问题 ： 实 现 钻井 异 常智 能 预 警 的 关键 是 预 测 模 型 的建 问题 ，
， Ｈ ］
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２ ０ １ ３ 年 第４ 期 Ｉ 福建电脑 ． １．
：
控及 异常控 制 等 。
臻 电 脑
惩 罚 因子 ， 昏和 昏 度 量 不敏 感损 失误差 ￡的程 度 ， 缸
为上 偏离 ， 为 下偏 离 。采用对 偶理 论求解 上述 最优
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Ｊ ｌ ＡＮ ＣＯ Ｍ ＰＵＴＥ鞠
隐蔽 性 地 下 工程 ， 存 在着 大量 复杂 、 随 机 和 不确 定性 ｖ ｉ ｃ ｅ ） 通 讯等 方式 实 时传 输到 油 田基地 ， 使现场 技 术人 因素 ， 在 工 程 施 工 的 各个 阶段 均 存 在 不 同程 度 、 形 式 员 既可 实现 对现 场 作业 的监 控 ， 又 能得 到 后方 基 地专
彗 菇 麟
新 训练 项 目与 陕西 省 教育 厅专 项 科 研项 目的资助 下 ， 开展 了钻井 异 常智 能预警 系 统 的研 究 。
２系统 总体 架构设 计 考 虑 到钻井 工 程 的特 殊 性 与复 杂 性 ， 通 常钻 井 决
图 １ 钻 井 异 常 智 能预 警 系统 总体 框 架
提 供技 术 与方 法 支持 。
【 关键词】 ： 钻井异常； 预警； 智能 ； 支持 向量机
１引言
息 ，进 行处 理后 图文 并 茂地 展 现给 现 场 技术 人 员 ， 同
Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ （ Ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ Ｐ ａ ｃ ｋ ｅ ｔ Ｒ ａ ｄ ｉ ｏ Ｓ ｅ ｒ — 石 油钻 井是 一 项 高投 入 、 高 风 险和 高 技术 水 平 的 时通 过 卫 星 通 讯 、
井异常预警方法。根据钻 井工程的特殊性设计 了一个两级（ 即井场级和基地级） 的 系统总体架构 ， 基于 Ｓ Ｖ Ｍ 建立了异常状态预测模 型， 并构建 了一种动 态智能预警机制 ， 可对钻井过程 中各种异常情况进行 智能预警。 本 系统的研究， 能有效地提 高预警的效率与准确性 ， 并可为实现钻井异常 自 动化预警的 目 的
（ ２ ） 基地 级 ： 面 向油 田基 地 的领 导 、 专家 及技 术 人
策 指 导在 油 田基地 完 成 ， 而钻 井 作 业 分布 在 远 离油 田 员 。 将 远程 实 时传 输 的井场 信 息与邻 井及 区块 的信 息 基 地 的现 场 ， 因此 将 系 统 设 计 为 两级 ： 井 场 级 和 基地 以及 以往 钻井 异 常 识 别 、 诊 断、 预测 的经 验 知 识 及 案 级， 其 总体 架构 如 图 １ 所示。 例等 多源 信 息 ， 利 用 多源 信息 融 合技 术 进行 融 合集 成 （ １ ） 井 场级 ： 面 向施工 现场 的钻 井 技术人 员 。通 过 后 ， 存 入数 据 仓 库 ； 在 此 基 础 上 实 现 钻 井状 态 监 控 及 包括 异 常分 析 、 诊断、 预 测 等） ， 并 提供 多方 井 场 实 时 监 测 与信 息处 理 系 统 将 井 下 随 钻 测 量 的实 决策分 析 （
时信 息 （ 包 括 地质 参 数 、 井 眼 轨 迹参 数 、 钻 进 参数 及 钻 协 同工 作 平 台 ， 使 分 布 在 不 同地 点 的多 方 专家 、 工 程 井 评 价 参 数 等） 以及 地 面 综 合 录 井和 泥 浆 录 井 等信 技 术 人 员 能通 过 网络 远 程 进行 现 场 钻 井 作 业 实 时 监