本書針對(duì)油井優(yōu)化領(lǐng)域的需求，系統(tǒng)地介紹了各種油井優(yōu)化方法，不僅可以幫助工程師們更好地了解油井的生產(chǎn)狀況，還可以為油井的改造和優(yōu)化提供有力的理論支持。本書共分為12 章，分別介紹了油井優(yōu)化的數(shù)字孿生技術(shù)、基本概念、數(shù)學(xué)模型、優(yōu)化方法、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)以及實(shí)際應(yīng)用案例等。
Rasool Khosravanian 在挪威斯塔萬格大學(xué)能源與石油工程系（IEP）工作，主要負(fù)責(zé)在鉆井和油井組織中實(shí)施數(shù)字化。研究方向包括大規(guī)模優(yōu)化、數(shù)據(jù)挖掘、人工智能（AI）、大型項(xiàng)目管理、工程經(jīng)濟(jì)學(xué)、風(fēng)險(xiǎn)和不確定性分析。在克爾曼大學(xué)獲得鉆井和采礦工程學(xué)士學(xué)位，在伊朗科技大學(xué)工業(yè)工程碩士和博士學(xué)位。2011年至2018年在阿米爾卡比爾理工大學(xué)（德黑蘭理工學(xué)院）擔(dān)任教員和助理教授。在國際期刊與會(huì)議上發(fā)表了數(shù)十篇論文。
楊向同，男，高級(jí)工程師，集團(tuán)鉆井工程試油測(cè)試高級(jí)技術(shù)專家（2017-2019），現(xiàn)任中國石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院有限公司井下作業(yè)研究所所長(zhǎng)，負(fù)責(zé)試油、完井、儲(chǔ)層改造相關(guān)科研工作。工作以來負(fù)責(zé)實(shí)施國家重大專項(xiàng)2項(xiàng)，參與實(shí)施1項(xiàng)，作為課題長(zhǎng)負(fù)責(zé)股份重大專項(xiàng)2項(xiàng)，勘探與生產(chǎn)公司項(xiàng)目3項(xiàng)，油田級(jí)項(xiàng)目10余項(xiàng)。出版專著10部，譯著3部，國內(nèi)外期刊發(fā)表論文68篇，其中國際論文32篇，SCI/EI收錄15篇。在SPE年會(huì)、國際石油技術(shù)大會(huì)等重要國際學(xué)術(shù)會(huì)議發(fā)表會(huì)議論文12篇，其中進(jìn)行會(huì)議宣講5篇。近五年已授權(quán)發(fā)明專利14項(xiàng)。獲得軟件著作權(quán)6項(xiàng)。牽頭組織《油氣井管柱完整性管理》等3項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂。近五年共獲得各種獎(jiǎng)勵(lì)11項(xiàng)，其中國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省部級(jí)1等獎(jiǎng)4項(xiàng)，二等獎(jiǎng)3項(xiàng)。
第1章 數(shù)字孿生、自動(dòng)化和實(shí)時(shí)中心 1
1.1 數(shù)字孿生技術(shù) 1
1.1.1 數(shù)字孿生 1
1.1.2 五維數(shù)字孿生模型 4
1.1.3 數(shù)字孿生的價(jià)值 5
1.1.4 數(shù)字孿生開發(fā)中使用的建模
基礎(chǔ) 6
1.1.5 使用數(shù)字孿生監(jiān)測(cè)鉆井
作業(yè)井 6
1.1.6 鉆井?dāng)?shù)字孿生的概念 10
1.2 鉆井自動(dòng)化 11
1.2.1 自動(dòng)化級(jí)別 12
1.2.2 建模 12
1.2.3 數(shù)據(jù)通信 13
1.2.4 自動(dòng)化模式 13
1.3 實(shí)時(shí)中心 15
1.3.1 協(xié)同井規(guī)劃 17
1.3.2 井工程和規(guī)劃 17
1.3.3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)整合和可視化 17
1.3.4 實(shí)時(shí)監(jiān)控和干預(yù) 17
1.3.5 預(yù)測(cè)建模 18
1.3.6 鉆井優(yōu)化和詳細(xì)技術(shù)分析 18
1.3.7 培訓(xùn)和指導(dǎo) 18
1.3.8 數(shù)據(jù)管理和歸檔 18
1.4 小結(jié) 19
1.5 習(xí)題 19
第2章 油井優(yōu)化 22
2.1 最優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型 22
2.1.1 最優(yōu)化基本原理 22
2.1.2 幾何規(guī)劃法 25
2.1.3 多目標(biāo)最優(yōu)化 25
2.1.4 隨機(jī)最優(yōu)化 26
2.1.5 魯棒最優(yōu)化 27
2.2 油井最優(yōu)化 28
2.2.1 鉆井問題 28
2.2.2 生產(chǎn)問題 40
2.2.3 井控最優(yōu)化 43
2.3 小結(jié) 43
2.4 習(xí)題 44
第3章 井筒摩阻優(yōu)化 50
3.1 井筒摩阻的基本模型 50
3.1.1 直井段摩阻 52
3.1.2 彎曲井筒段的摩阻 54
3.1.3 二維摩阻建模 56
3.1.4 三維摩阻建模 59
3.1.5 組合軸向運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn) 60
3.2 井筒摩阻的高級(jí)模型 61
3.3 摩阻模型在油井中的應(yīng)用 62
3.3.1 曲率半徑井道模型 62
3.3.2 DLS 63
3.3.3 懸鏈線模型 64
3.4 使用解析摩阻模型設(shè)計(jì)油井 66
3.4.1 造-穩(wěn)斜井論述 66
3.4.2 構(gòu)建修正懸鏈線井剖面 68
3.4.3 大位移井軌跡比較 69
3.4.4 超大位移井設(shè)計(jì) 70
3.4.5 二維井徑優(yōu)化 71
3.5 小結(jié) 72
3.6 習(xí)題 73
第4章 井眼軌跡優(yōu)化 75
4.1 介紹 75
4.2 可能影響最優(yōu)井眼軌跡的約束 75
4.2.1 地質(zhì)力學(xué)約束 76
4.2.2 防碰約束 78
4.2.3 探井約束 79
4.2.4 井控約束 79
4.3 井眼軌跡優(yōu)化 81
4.3.1 單目標(biāo)優(yōu)化三維井眼軌跡
設(shè)計(jì) 81
4.3.2 雙目標(biāo)優(yōu)化三維井眼軌跡
設(shè)計(jì) 86
4.4 防止井筒失穩(wěn)的井眼軌跡優(yōu)化 89
4.4.1 傾角和方位角的約束范圍 89
4.4.2 獲得最優(yōu)井眼軌跡的算法 91
4.4.3 井眼軌跡優(yōu)化 93
4.5 小結(jié) 95
4.6 習(xí)題 96
第5章 井筒水力學(xué)和井眼清潔：優(yōu)化
和數(shù)字化 98
5.1 水力優(yōu)化 98
5.1.1 介紹 98
5.1.2 水力系統(tǒng) 98
5.1.3 水力優(yōu)化 104
5.1.4 最佳噴嘴和流量選擇 106
5.1.5 針對(duì)各種井型提出的優(yōu)化
標(biāo)準(zhǔn) 109
5.2 井眼清潔 110
5.2.1 參數(shù)對(duì)井眼清潔的影響 110
5.2.2 巖屑運(yùn)輸機(jī)制 112
5.2.3 井眼清潔模型 112
5.2.4 巖屑運(yùn)輸和沉降 114
5.3 井眼清潔效率實(shí)時(shí)評(píng)估 116
5.3.1 井眼清潔策略 116
5.3.2 實(shí)時(shí)建模 118
5.3.3 攜屑指數(shù) 119
5.4 控壓鉆井的新方法 120
5.4.1 Reelwell鉆井法 120
5.4.2 井眼清潔和井筒風(fēng)險(xiǎn)降低
服務(wù) 125
5.5 小結(jié) 125
5.6 習(xí)題 126
第6章 機(jī)械比能和鉆井效率 128
6.1 機(jī)械比能介紹 128
6.1.1 鉆井效率 128
6.1.2 低效率的原因 128
6.1.3 鉆井效率區(qū)域 131
6.1.4 機(jī)械比能的趨勢(shì)分析 131
6.2 機(jī)械比能：下一代數(shù)字化鉆井
優(yōu)化 134
6.2.1 通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)械比能最大化
鉆速 134
6.2.2 水力機(jī)械比能 143
6.2.3 巖性預(yù)測(cè)水力機(jī)械比能 144
6.2.4 孔隙壓力預(yù)測(cè)的水力機(jī)械
比能 148
6.3 巖石可鉆性評(píng)估 152
6.3.1 可鉆性d指數(shù) 152
6.3.2 地層可鉆性預(yù)測(cè) 153
6.4 鉆井系統(tǒng)機(jī)械比能外的能量 157
6.4.1 評(píng)估能量損失 157
6.4.2 鉆柱中的能量流 159
6.4.3 鉆井能量理論 160
6.5 小結(jié) 162
6.6 習(xí)題 163
第7章 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)機(jī)器學(xué)習(xí)的ROP
實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)解決方案 166
7.1 引言 166
7.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管道 168
7.3 鉆速優(yōu)化工作流 169
7.3.1 傳感器 169
7.3.2 機(jī)器學(xué)習(xí)模型 170
7.3.3 遠(yuǎn)程操作中心 170
7.3.4 鉆井平臺(tái)控制系統(tǒng) 171
7.3.5 自動(dòng)化控制臺(tái) 172
7.4 統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的鉆速模型 172
7.4.1 多元線性回歸 172
7.4.2 自適應(yīng)的神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)
模型 177
7.4.3 決策樹模型 185
7.4.4 多層感知器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 189
7.4.5 徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 191
7.4.6 支持向量回歸模型 192
7.5 小結(jié) 196
7.6 習(xí)題 197
第8章 套管設(shè)置深度優(yōu)化的高級(jí)方法
和技術(shù) 204
8.1 簡(jiǎn)介 204
8.2 問題陳述 204
8.2.1 套管和鉆頭的選擇 206
8.2.2 油井成本預(yù)測(cè) 206
8.2.3 挑戰(zhàn) 207
8.3 數(shù)學(xué)方法：不確定情況下的套管
柱放置優(yōu)化 208
8.3.1 不確定性的來源 209
8.3.2 效用函數(shù) 209
8.3.3 套管點(diǎn)選擇問題決策樹 209
8.3.4 完整方法論 210
8.3.5 油田案例 212
8.4 多標(biāo)準(zhǔn)方法：套管座選擇
方法 215
8.4.1 套管座選擇標(biāo)準(zhǔn) 216
8.4.2 情景 222
8.4.3 數(shù)字例子 223
8.5 實(shí)時(shí)方法：利用遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井
的套管座優(yōu)化 224
8.5.1 鉆前壓力預(yù)測(cè) 225
8.5.2 鉆探時(shí)的壓力預(yù)測(cè) 226
8.5.3 墨西哥灣油井案例研究 227
8.6 技術(shù)方法：使用非常規(guī)鉆井方法
減少套管數(shù)量 231
8.6.1 無立管鉆井 232
8.6.2 管理壓力鉆井技術(shù) 234
8.7 小結(jié) 237
8.7.1 數(shù)學(xué)方法 237
8.7.2 多標(biāo)準(zhǔn)方法 237
8.7.3 實(shí)時(shí)方法 238
8.7.4 技術(shù)方法 238
8.8 習(xí)題 238
第9章 數(shù)字井設(shè)計(jì)和建井中的數(shù)據(jù)
挖掘 242
9.1 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù) 242
9.1.1 數(shù)據(jù)挖掘簡(jiǎn)介 242
9.1.2 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù) 243
9.1.3 聚類 244
9.1.4 分類 248
9.2 數(shù)據(jù)挖掘在數(shù)字鉆井工程中的
應(yīng)用 249
9.2.1 數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用于實(shí)時(shí)鉆井 249
9.2.2 流變特性對(duì)鉆速的影響 252
9.2.3 使用數(shù)據(jù)挖掘的井涌檢測(cè) 255
9.3 小結(jié) 258
9.4 習(xí)題 259
第10章 基于決策的完井優(yōu)化 262
10.1 基本概念 262
10.1.1 多標(biāo)準(zhǔn)決策問題 263
10.1.2 多標(biāo)準(zhǔn)決策問題的基本
表述 264
10.1.3 方法分類 264
10.1.4 選擇適當(dāng)?shù)亩鄻?biāo)準(zhǔn)決策
方法 270
10.2 基于決策的完井優(yōu)化 272
10.2.1 高速氣井完井設(shè)計(jì)的選擇 272
10.2.2 水力壓裂候選井選擇參數(shù) 286
10.2.3 酸化生產(chǎn)井和層選擇 289
10.3 小結(jié) 293
10.4 習(xí)題 294
第11章 蒙特卡羅模擬在井筒穩(wěn)定性
優(yōu)化中的應(yīng)用 296
11.1 基本多元統(tǒng)計(jì) 296
11.1.1 均值 296
11.1.2 方差 297
11.1.3 協(xié)方差 297
11.1.4 相關(guān)系數(shù) 297
11.1.5 偏度系數(shù) 298
11.1.6 峰度系數(shù) 298
11.1.7 四分值 299
11.1.8 概率密度函數(shù) 299
11.1.9 累積分布函數(shù) 299
11.1.10 百分點(diǎn)函數(shù) 300
11.1.11 分布函數(shù) 300
11.1.12 置信系數(shù)和置信水平 303
11.2 井筒穩(wěn)定性的不確定性評(píng)估 304
11.2.1 不確定性傳播 304
11.2.2 井筒穩(wěn)定性的安全泥漿重量
窗口 304
11.2.3 井地質(zhì)力學(xué)模型設(shè)計(jì) 307
11.2.4 應(yīng)力轉(zhuǎn)換和計(jì)算方程 308
11.2.5 井眼破壞 310
11.2.6 概率分布 310
11.3 數(shù)值計(jì)算案例 311
11.4 小結(jié) 320
11.5 習(xí)題 321
第12章 基于案例推理方法(CBR)的
數(shù)字油井規(guī)劃與建設(shè) 324
12.1 基本概念 324
12.1.1 知識(shí)庫系統(tǒng) 324
12.1.2 基于案例分析的知識(shí)庫
系統(tǒng) 325
12.1.3 基于規(guī)則分析的知識(shí)庫
系統(tǒng) 330
12.1.4 基于案例推理和基于規(guī)則
推理的集成 332
12.1.5 基于案例分析的知識(shí)密集型
系統(tǒng) 332
12.1.6 本體工程 333
12.2 基于案例推理方法在數(shù)字油井
建設(shè)規(guī)劃中的應(yīng)用 335
12.2.1 基于案例的油井設(shè)計(jì)體系
結(jié)構(gòu) 335
12.2.2 基于案例的鉆井液推理 344
12.3 小結(jié) 350
12.4 習(xí)題 351
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