A review of machine learning techniques for bottomhole pressure monitoring in production wells

封面

如何引用文章

全文:

详细

Artificial intelligence is rapidly gaining ground in the oil and gas industry, driven by the need to improve the efficiency of reservoir development and streamline production operations. One of the most promising applications of AI is the analysis of data collected by downhole monitoring systems – particularly those designed to measure bottomhole pressure. As more permanent downhole gauges are deployed across the industry, operators now have access to continuous, real-time insight into reservoir pressure behavior. The widespread use of permanent downhole pressure gauges enables continuous, real-time data collection on reservoir pressure dynamics. As part of a broader big data environment, these data sets require modern architectures for storage, processing and analysis. By applying machine learning algorithms – such as neural networks and regression models – engineers can uncover hidden patterns, predict reservoir parameters, perform transient pressure analysis without shutting down wells, and improve real-time decision making in field operations. This paper reviews the design principles of pressure monitoring systems and examines modern big data architectures, including lambda, kappa and unified frameworks. It also highlights practical applications of machine learning algorithms using both field data and synthetic datasets. The paper demonstrates the effectiveness of combining proxy modelling with machine learning to assess inter-well connectivity and predict production behavior. The discussion is based on real-world case studies from international and Kazakh oil fields, including the use of CRMP-based digital solutions and ensemble modelling approaches.

作者简介

D. Zhenis

Kazakh-British Technical University

编辑信件的主要联系方式.
Email: dimashzhenis.pe@gmail.com
ORCID iD: 0009-0003-4934-7347
哈萨克斯坦, Almaty

A. Kasenov

Kazakh-British Technical University

Email: a.kasenov@kbtu.kz
ORCID iD: 0000-0002-1007-1481

PhD, Associate Professor

哈萨克斯坦, Almaty

A. Ibrayev

KMG Engineering

Email: ak.ibrayev@kmge.kz
ORCID iD: 0009-0005-1731-7092
哈萨克斯坦, Astana

K. Shayakhmet

ByteAll Energy

Email: kairgeldi.shayakhmet@byteallenergy.com
ORCID iD: 0000-0001-9269-4545
哈萨克斯坦, Astana

参考

  1. Mohamed H, Jakeman S, Al Azawi B, et al. Engineering Aspects in the Design and Implementation of Onshore Smart Oil Fields. Oil & Gas Fac. 2013;2(05):80–84. doi: 10.2118/161083-PA.
  2. Marcuccio S, Flygare J, Konopczynski M. Application of Pressure-Monitoring Data in Land-Based Unconventionals. SPE/CSUR Unconventional Resources Conference; 2015 Oct 20–22, 2015; Calgary, Alberta, Canada. Available from: https://onepetro.org/SPEURCC/proceedings-abstract/15URC/15URC/D021S009R006/183658.
  3. Charalampos C, Jing Z, Sorathia V, et al. Toward an Automatic Metadata Management Framework for Smart Oil Fields. SPE Econ & Mgmt. 2013;5(01):33–43. doi: https://doi.org/10.2118/153271-PA.
  4. Nadal S, Jovanovic P, Bilalli B, Romero O. Operationalizing and automating Data Governance. Journal of Big Data. 2022;9:117. 10.1186/s40537-022-00673-5.
  5. Yang X, Bello O, Yang L, et al. Intelligent Oilfield – Cloud Based Big Data Service in Upstream Oil and Gas. The International Petroleum Technology Conference; 2019 March 26–28; Beijing, China. Available from: https://onepetro.org/IPTCONF/proceedings-abstract/19IPTC/1-19IPTC/D011S002R001/154285.
  6. Müller AC, Guido S. Introduction to Machine Learning with Python. Sebastopol: O’Reilly Media, Inc.; 2016. 392 p.
  7. Zangl G, Hannerer J. Data Mining: Applications in the Petroleum Industry. Katy, TX: Round Oak Publishing; 2003. 222 p.
  8. Zheng S-Y, Li XG. Transient pressure analysis of 4D reservoir system response from permanent down hole gauges (PDG) for reservoir monitoring, testing and management. The Asia Pacific Oil and Gas Conference and Exhibition; 2007 Oct 30 – Nov 1, 2007; Jakarta, Indonesia. Available from: https://onepetro.org/SPEAPOG/proceedings-abstract/07APOGCE/07APOGCE/SPE-109112-MS/142768.
  9. Tian C, Horne RN. Applying Machine Learning Techniques to Interpret Flow Rate, Pressure and Temperature Data from Permanent Downhole Gauges // SPE Western Regional Meeting; 2015 Apr 27–30; Garden Grove, California, USA. Available from: https://onepetro.org/SPEWRM/proceedings-abstract/15WRM/15WRM/SPE-174034-MS/182820.
  10. Pan Y, Ran B, Peng Z, et al. An Effective Physics-Based Deep Learning Model for Enhancing Production Surveillance and Analysis in Unconventional Reservoirs. SPE/AAPG/SEG Unconventional Resources Technology Conference; 2019 July; Denver, Colorado, USA. Available from: https://chooser.crossref.org/?doi=10.15530%2Furtec-2019-145.
  11. Silva VCD. Big Data Approach for Assessing Hydraulic Interference Between Wells in Not-Controled Systems. The Offshore Technology Conference Brasil; 2019 Oct 29–31; Rio de Janeiro, Brazil. Available from: https://onepetro.org/OTCBRASIL/proceedings-abstract/19OTCB/1-19OTCB/D011S013R006/180771.
  12. Zhetruov ZT, Shayakhmet KN, Karsybayev KK, et al. Application of proxy models for oil reservoirs performance prediction. Kazakhstan journal for oil & gas industry. 2022;4(2):47–56. doi: 10.54859/kjogi108021.
  13. Albertoni A, Lake LW. Inferring interwell connectivity only from well-rate fluctuations in waterfloods. SPE Reserv. Eval. Eng. 2003;6(01):6–16. doi: https://doi.org/10.2118/83381-PA.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
2. Figure 1. Downhole telemetry system diagram

下载 (140KB)
3. Figure 2. Downhole Pressure and Temperature Gauge [2]

下载 (58KB)
4. Figure 3. Downhole Pressure and Temperature Gauge

下载 (194KB)
5. Figure 4. Examples of Machine Learning Applications in the Oil and Gas Industry

下载 (247KB)
6. Figure 5. Diagram of Machine Learning Applications in Pressure Monitoring Systems

下载 (263KB)
7. Figure 6. Comparison of Measured Data and Neural Network Prediction [8]

下载 (112KB)
8. Figure 7. Input Data and Results Obtained Using Neural Networks [9]

下载 (105KB)
9. Figure 8. Results of well interaction calculations obtained in the study by Silva V.C.D., 2019 [11]

下载 (84KB)

版权所有 © Zhenis D.K., Kasenov A.K., Ibrayev A.Y., Shayakhmet K.N., 2025

Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名-非商业性使用-禁止演绎 4.0国际许可协议的许可。

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».