Application of machine learning methods in oil and gas geology and geophysics: from theoretical foundations to practical implementation

Abstract

This paper presents a systematic analysis of modern machine learning methods and their practical applications in solving key problems in petroleum geology and geophysics. This study discusses the advantages and limitations of major neural network architectures, including convolutional neural networks (CNNs), recurrent neural networks (RNNs), and deep feedforward networks (RNNs), and deep feedforward networks (DNNs). The authors of this paper paid special attention to the integration of various types and scales of data, ranging from seismic surveys to core samples and borehole geophysical measurements. The open-source machine learning platform, Orange, is highlighted as a very effective tool for geological data analysis and visualization tasks. Real-world examples illustrate how machine learning can significantly enhance interpretation accuracy, reduce time costs, and minimize subjective bias. The paper concludes that neural network technologies are transitioning from experimental tools to binding instruments for improving the economic efficiency of geological exploration activities.

About the authors

N. R. Medvedev

Industrial University of Tyumen

Email: medvedevnr@gmail.com

S. R. Bembel

Industrial University of Tyumen

M. E. Savina

Industrial University of Tyumen

References

  1. Василёнок, Е. А. Классификация минеральных компонентов гранитоидов методами цифровой петрографии и машинного обучения / Е. А. Василёнок. – Текст : непосредственный // Журнал Белорусского государственного университета. География. Геология. – 2020. – № 1. – С. 75–85.
  2. Королёв, В. А. Цифровизация и искусственный интеллект в инженерной геологии / В. А. Королёв. – Текст : непосредственный // Новые идеи и теоретические аспекты инженерной геологии : труды Международной научной конференции, Москва, 04 февраля 2021 г. – Москва : Сам Полиграфист, 2021. – С. 207–214.
  3. Потехин, Д. В. Применение технологии машинного обучения при моделировании распределения литотипов на пермокарбоновой залежи нефти Усинского месторождения / Д. В. Потехин, С. В. Галкин. – doi: 10.31897/РМI.2022.101. – Текст : непосредственный // Записки Горного института. – 2023. – Т. 259. – С. 41–51.
  4. Старцев, В. А. Анализ опыта применения методов машинного обучения при бурении нефтяных и газовых скважин / В. А. Старцев, Г. В. Буслаев, А. В. Коноплянников. – doi: 10.33285/0130-3872-2023-9(369)-15-24. – Текст : непосредственный // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2023. – № 9(369). – С. 15–24.
  5. Alkroosh, I. S. Regressive approach for predicting bearing capacity of bored piles from cone penetration test data / I. S. Alkroosh, M. Bahadori, H. Nikraz, A. Bahadori. – doi: 10.1016/j.jrmge.2015.06.011. – Text : direct // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. – 2015. – Vol. 7. – Issue 5. – P. 584–592.
  6. Machine learning technique for the prediction of shear wave velocity using petrophysical logs / M. Anemangely, A. Ramezanzadeh, H. Amiri, S.-A. Hoseinpour. – doi: 10.1016/j.petrol.2018.11.032. – Text : direct // Journal of Petroleum Science and Engineering, 2019. – Vol. 174. – P. 306–327.
  7. Orange: Data Mining Toolbox in Python / J. Demšar, T. Curk, A. Erjavec. – Text : direct // Journal of Machine Learning Research. – 2013. – Vol. 14. – P. 2349–2353.
  8. Seismic fault detection using convolutional neural networks trained on synthetic Poststacked Amplitude Maps / A. Pochet, P. H. Diniz, H. Lopes, M. Gattass. – Text : direct // IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 2018. – Vol. 16, Issue 3. – P. 352–356.
  9. Deep learning method for lithology identification from borehole images / P. Y. Zhang, J. M. Sun, Y. J. Jiang, J. S. Gao. – doi: 10.3997/2214-4609.201700945. – Text : direct // 79th EAGE Conference and Exhibition, 2017. – European Association of Geoscientists & Engineers, 2017. – Vol. 2017, Issue 1. – P. 1–5.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).