Exploring modern methods for predicting well failures in the fields of NC «KazMunayGas» JSC

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

In the development of brownfields, various geological and technological complications can arise. To enhance the smooth operation of downhole pumping equipment, companies implement a range of methods and techniques.

This article analyzes the potential of using machine learning to improve the reliability of underground well equipment in the fields of NC KazMunayGas JSC. The research focuses on the development and validation of predictive models that accurately forecast potential downhole equipment failures. It thoroughly analyzes existing machine learning methods, approaches and their real-life application, highlighting key success factors and limitations. The results of the study demonstrate the significant potential for using a well failure prediction model when selecting the optimal machine learning approach to reduce unscheduled downtime and optimize well maintenance processes. The authors assessed the potential for using failure prediction techniques for downhole pumping equipment in wells that utilizes sucker rod pumps. Implementing failure prediction techniques for downhole pumping equipment can help ensure uninterrupted well operation by minimizing well failures and reducing downtime for repairs.

About the authors

Laura G. Utemisova

KMG Engineering

Author for correspondence.
Email: l.utemissova@niikmg.kz
ORCID iD: 0000-0003-4194-6727
Kazakhstan, Astana

Timur Zh. Merembayev

Institute of Information and Computational Technologies CS MES RoK

Email: timur.merembayev@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8185-235X

PhD

Kazakhstan, Almaty

Bakhbergen E. Bekbau

Satbayev University

Email: b.bekbau@kmge.kz
ORCID iD: 0000-0003-2410-1626

PhD

Kazakhstan, Almaty

References

  1. Mihaylovich NN. Povysheniye ekspluatatsionnykh kharakteristik neftepromyslovogo oborudovaniya v territorial'no-proizvodstvennom predpriyatii [dissertation]. Moscow; 2009. Available from: https://www.dissercat.com/content/povyshenie-effektivnosti-ekspluatatsii-nasosnykh-skvazhin-optimizatsiei-raboty-shtangovykh-k. (In Russ).
  2. Khabibullin RA, Shabonas AR, Gurbatov NS, Timonov AV. Prediction of ESPs Failure Using ML at Western Siberia Oilfields with Large Number of Wells. Russian Petroleum Technology Conference; 2020 Oct 26–29; Virtual. Available from: https://onepetro.org/SPERPTC/proceedings-abstract/20RPTC/1-20RPTC/D013S027R001/450252.
  3. Merembayev T, Kurmangaliyev D, Bekbauov B, Amanbek Y. A Comparison of machine learning algorithms in predicting lithofacies: Case studies from Norway and Kazakhstan. Energies. 2021;14(7):1896. doi: 10.3390/en14071896.
  4. Merembayev T, Amanbek Y. Time-series event prediction for the uranium production wells using machine learning algorithms. 56th U.S. Rock Mechanics/Geomechanics; 2022 June 26; Santa Fe, United States. Available from: https://research.nu.edu.kz/en/publications/time-series-event-prediction-for-the-uranium-production-wells-usi-2.
  5. American Petroleum Institute. API TR 11L Design Calculations for Sucker Rod Pumping Systems (Conventional Units), 5th edition. Washington : API TR 11L; 2008.
  6. Abdelaziz M, Lastra R, Xiao JJ. ESP data analytics: Predicting failures for improved production performance. Abu Dhabi International Petroleum Exhibition & Conference; 2017 Nov 13–16; Abu Dhabi, UAE. Available from: https://www.scirp.org/reference/referencespapers?referenceid=2938839.
  7. Ivanonvskii VI. Skvazhinnye nasosnye ustnovki dlya dobychi nefti. Moscow; 2002. (In Russ).
  8. Seradilla O, Zugastu E, Rodriguez J, Zurutuza U. Deep learning models for predictive maintenance: a survey, comparison, challenges and prospect. Appl Intell. 2020;52:10934–10964. doi: 10.1007/s10489-021-03004-y.
  9. Takacs G. Sucker-Rod Pumping Handbook. Production engineering fundamentals and long-stroke rod pumping. Hungary; 2015.
  10. Rudakov V, Merembayev T, Amirgaliyev Y, Omarova P. Time Series Analysis of Biogas Monitoring with Deep Learning Approaches. 5th International Conference on Problems of Cybernetics and Informatics; 2023 Aug 28–30; Baku, Azerbaijan. Available from: https://ieeexplore.ieee.org/document/10325955.
  11. Waskom ML. Seaborn: statistical data visualization. Journal of Open Source Software. 2021;6(60):3021. doi: 10.21105/joss.03021.
  12. Ke G, Meng Q, Finley T, et al. Lightgbm: A highly efficient gradient boosting decision tree. Advances in neural information processing systems. 2017;30.
  13. Breiman L. Random forests. Machine learning. 2001;45:5–32.
  14. Chen T, He T, Benesty M, et al. Xgboost: extreme gradient boosting. R package version 0.4-2. 2015;1(4). doi: 10.32614/cran.package.xgboost.
  15. Hochreiter S, Schmidhuber J. Long Short-term Memory. Neural Computation MIT-Press. 1997;9(8):1735–1780. doi: 10.1162/neco.1997.9.8.1735.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Figure 1. Producing well stock and the number of repairs, including the frequently repaired well stock, in the context of the subsidiaries and affiliates of the KMG

Download (147KB)
3. Figure 2. Main causes of downhole pumping equipment failures

Download (60KB)
4. Figure 3. Schematic diagram of sucker rod

Download (48KB)
5. Figure 4. Effective tools for anomaly detection

Download (69KB)
6. Figure 5. Breakdown of accidents by types of events at wells of the pilot field

Download (41KB)
7. Figure 6. Machine learning model creation map

Download (58KB)

Copyright (c) 2024 Utemisova L.G., Merembayev T.Z., Bekbau B.E.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

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».