Пермский Политех и китайские ученые создали ИИ-модель для прогноза напряжений в скважинах

Ученые Пермского Политеха совместно с китайскими коллегами разработали гибридную ИИ-модель для прогноза горизонтальных напряжений в горных породах. Такие расчёты важны при бурении нефтяных и газовых скважин: если неправильно оценить давление пород, можно получить обрушение стенок скважины, поломку оборудования или аварийный выброс.

Обычно горизонтальные напряжения оценивают по образцам пород или через геофизические формулы. Но такие методы не всегда учитывают сложную тектонику и могут давать ошибку на месторождениях с разломами, горными структурами и неравномерным сжатием пород. Нейросетевые подходы уже применяются для таких задач, но, по данным авторов разработки, их точность часто ограничивается диапазоном 65–85%.

Новая модель объединяет два подхода: нейросеть с самонастраиваемой структурой и математический способ, который помогает быстрее находить оптимальное решение. Механизм анализирует девять параметров, которые обычно получают при геофизических исследованиях скважин: скорость звука, плотность породы, электрическое сопротивление, естественную радиоактивность, пористость и другие показатели.

На основе этих данных система рассчитывает минимальное и максимальное горизонтальное напряжение. Это помогает инженерам заранее подобрать параметры бурового раствора, чтобы он компенсировал давление пород и снижал риск разрушения стенок скважины.

Модель обучали на более чем 10 тыс. замеров из трёх скважин Джунгарского бассейна на северо-западе Китая. Этот район считается геологически сложным: за миллионы лет там сформировались горы, разломы и участки с разным боковым сжатием пород. В похожих условиях традиционные методы часто теряют точность.

По словам исследователей, при тестировании на скважинах, которые не участвовали в обучении, точность модели составила 99,5%, а время расчёта сократилось на 87% по сравнению с существующими аналогами. Важная особенность алгоритма — он сам определяет, какие из девяти параметров действительно влияют на прогноз, а какие создают шум.

Такие расчёты нужны не только при бурении, но и при гидроразрыве пласта. Направление трещин зависит от распределения горизонтальных напряжений: если его знать заранее, можно точнее управлять процессом и снижать риск ухода трещин в пустые породы или соседние скважины.

Разработка может быть полезна для сложных нефтегазовых месторождений, где точность прогноза напрямую влияет на защита бурения, стоимость работ и производительность добычи.