Accurate downhole depth measurement is essential for oil and gas well operations, directly influencing reservoir contact, production efficiency, and operational safety. Collar correlation using a casing collar locator (CCL) is fundamental for precise depth calibration. While neural network-based CCL signal recognition has achieved significant progress in collar identification, preprocessing methods for such applications remain underdeveloped. Moreover, the limited availability of real well data poses substantial challenges for training neural network models that require extensive datasets. This paper presents a system integrated into downhole tools for CCL signal acquisition to facilitate dataset construction. We propose comprehensive preprocessing methods for data augmentation and evaluate their effectiveness using our neural network models. Through systematic experimentation across various configuration combinations, we analyze the contribution of each augmentation method. Results demonstrate that standardization, label distribution smoothing (LDS), and random cropping are fundamental requirements for model training, while label smoothing regularization (LSR), time scaling, and multiple sampling significantly enhance model generalization capability. The F1 scores of our two benchmark models trained with the proposed augmentation methods maximumly improve from 0.937 and 0.952 to 1.0 and 1.0, respectively. Performance validation on real CCL waveforms confirms the effectiveness and practical applicability of our approach. This work addresses the gaps in data augmentation methodologies for training casing collar recognition models in CCL data-limited environments.


翻译:准确的井下深度测量对于油气井作业至关重要,直接影响储层接触、生产效率和作业安全。基于套管接箍定位器(CCL)的接箍关联是精确深度校准的基础。虽然基于神经网络的CCL信号识别在接箍识别方面取得了显著进展,但此类应用的预处理方法仍不完善。此外,真实井数据的有限可用性对需要大量数据集的神经网络模型训练构成了重大挑战。本文提出了一种集成到井下工具中的CCL信号采集系统,以促进数据集的构建。我们提出了用于数据增强的全面预处理方法,并使用我们的神经网络模型评估了其有效性。通过在不同配置组合中进行系统实验,我们分析了每种增强方法的贡献。结果表明,标准化、标签分布平滑(LDS)和随机裁剪是模型训练的基本要求,而标签平滑正则化(LSR)、时间缩放和多重采样显著增强了模型的泛化能力。采用所提增强方法训练的两个基准模型的F1分数分别从0.937和0.952最大提升至1.0和1.0。在真实CCL波形上的性能验证证实了我们方法的有效性和实际适用性。这项工作解决了在CCL数据有限环境中训练套管接箍识别模型的数据增强方法学空白。

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