بخشی از مقاله
خلاصه
یکی از مشکلات عمده صنایع نفت و گاز تولید آب میباشد که بخشی از آن ناشی از عملیات مدیریت نشده سیلاب زنی مخازن هست. در این راستا تخصیص آب به چاه های تزریقی، همواره یکی از پارامترهای مهم در تصمیمگیری و مدیریت سیلاب زنی مخازن نفتی به شمار می آید. در این پژوهش ابتدا با توجه به اطلاعات در دسترس، مخزن ناهمگنی با چهار چاه تزریقی و سه چاه تولیدی توسط نرم افزار ریویل شبیه سازی شد.
سپس جهت تسریع انجام محاسبات و صرفه جویی در زمان از مدل پراکسی به عنوان یک جایگزین محاسباتی برای شبیه ساز مخزن استفاده گردید. با توجه به اینکه در همه حالات اجرای برنامه ، به اندازه حجم سیال تولید شده تزریق صورت گرفت، مدل پراکسی با استفاده از روش طراحی آزمایش رئوس حدی ساخته شد. در این مطالعه در حالات مختلف تخصیص گاز به چاه های تزریقی، رفتار دو تابع مهم ضریب بازیافت و برش آب در طول مدت اجرای برنامه 40 - سال - مورد ارزیابی قرار گرفت .
در این فرآیند، ابتدا به بهینه سازی جداگانه هر یک از این توابع و یافتن نرخ بهینه تخصیص هر کدام پرداخته می شود، سپس به بررسی توامان ضریب بازیافت و برش آب اشاره می شود، به گونه ای که ضمن حفظ قیود مسئله، ضریب بازیافت به بیشینه مقدار خود برسد و برش آب در طول مدت شبیه سازی کمینه شود. در این راستا جهت یافتن نرخ های بهینه از الگوریتم ژنتیک استفاده شد . نتایج بهینه سازی روی تک تک پارامترها نشان داد که با در نظر گرفتن ضریب بازیافت به عنوان تابع هدف، این پارامتر به میزان4/5 درصد نسبت حالت مبنا - تخصیص برابر بین چاه های تزریقی - افزایش یافت. علاوه بر این، با انجام بهینه سازی روی پارامتر برش آب، این مهم تا حدود 10 درصد کاهش را نسبت به حالت مبنا نشان می دهد.
کلمات کلیدی: تخصیص آب، نرم افزار ریویل، پراکسی مدل، طراحی آزمایش، ژنتیک الگوریتم
مقدمه
در اکثر نقاط دنیا از روش های سیلاب زنی بخصوص سیلاب زنی با آب برای بهبود روش های ازدیاد برداشت استفاده می شود. در فرآیند سیلاب زنی با آب، آب با فشار زیاد در لایه نفتی مخزن تزریق می شود. این تزریق آب از طرفی باعث افزایش فشار مخزن شده و از طرف دیگر با جاروب کردن سیال مخزن، آن را به سمت چاه های تولیدی هدایت می کند. این تکنولوژی به دلیل سادگی و کم هزینه بودن باعث جذب علاقه صنعت به خود شده است.
با این وجود تولید آب ناشی از عملیات مدیریت نشده سیلاب زنی، از جمله مشکلات عدیده ای است که تولید نفت و گاز و درآمدهای اقتصادی حاصل از این صنایع را تحت تاثیر قرار می دهد. آن چه که در این میان بیش از پیش اهمیت پیدا می کند، یافتن بهترین شیوه تخصیص آب بین چاه های تزریقی است به گونه ای که ضمن حفظ هدف ماهیت سیلاب زنی، تولید آب ناخواسته از مخازن را نیز کاهش دهد. بنابراین نرخ تخصیص آب به هریک از چاههای تزریقی، همواره یکی از پارامترهای مهم در تصمیمگیری و مدیریت سیلاب زنی مخازن نفتی بوده است.
زیرا با این کار راندمان جاروب افزایش یافته و این امر باعث افزایش ضریب بازیافت نفت و همچنین کاهش میزان برش آب می شود. روشن است که تولید از یک مخزن، یک فرآیند طولانی مدت است که ممکن است برای دهه ها به طول انجامد. با این حال، حالت های مخزن از قبیل فشارها و اشباع ها به صورت دینامیک هستند. بدان معنا که به صورت چشم گیری در طول بازه زمانی تولید تغییر می کنند. این تغییرات خود منجر به حالت های گوناگون تولید و تزریق می شود و این موضوع به امر تعیین شرایط بهینه تولید و تزریق ختم می شود.
این مسئله معمولا تحت عنوان یک بحث بهینه سازی شناخته می شود که توجهات بسیای را به خود معطوف داشته است جانسن و همکاران، دیلیب و جکسون و دیلیب و همکاران در این مقالات بهینه سازی با در نظر گرفتن ترکیبی از نرخ های گوناگون تولید و تزریق، فشارهای ته چاهی به عنوان متغیرهای قابل دسترس و با بررسی یک تابع هدف نظیر ضریب های اقتصادی از قبیل، سود، سود خالص فعلی یا بازدهی مخزن و افزایش ضریب جاروب بررسی شده است. علاوه بر این، در برخی تحقیقات انجام شده توسط آن ها، به حداقل رساندن یک تابع هدف مخرب از قبیل برش آب نیز انجام شد.
در این پژوهش به منظور تشخیص بهترین سناریوی تخصیص آب به چاه های تزریقی، ابتدا به صورت جداگانه توابع هدف افزایش ضریب بازیافت و نیز کاهش برش آب از یک مخزن نفتی ناهمگن مورد کندوکاو قرار می گیرد. این مخزن توسط نرم افزار ریویل شبیه سازی می شود. آن گاه، اثر این دوپارامتر به صورت توامان و با دادن ضرایب مختلف برای این توابع مورد آنالیز واقع می شود. با توجه به زمانبر بودن محاسبات و هزینه بر بودن تحلیل داده ها از یک مدل پراکسی به عنوان یک جایگزین محاسباتی برای شبیه ساز مخزن استفاده می شود.
لازم به ذکر است در این پژوهش از ژنتیک الگوریتم به عنوان الگوریتم بهینه ساز استفاده می شود و توابع مذکور به واسطه آن مورد بررسی قرار می گیرند. و در نهایت نیز نتایج به دست آمده با نتایج حالت مبنا - تزریق مساوی بین چاه های تزریقی - مقایسه می شود.
مدل پراکسی
مدل های شبیه سازی جهت ارزیابی مقادیر و فرصت های بهره برداری از یک میدان مورد استفاده قرار می گیرد. این مدل ها اغلب از مطالعات پیچیده ای که شامل درجات بالایی از عدم قطعیت و مقادیر زیادی از پارامترهای مستقل و غیر مستقل هستند، نشات می گیرد. رابطه بین نتایج شبیه سازی محاسباتی و اطلاعات ورودی به طور معمول شدیدا غیرخطی است، بنابر این بهینه سازی این چنین سیستم های تولید نفت یک وظیفه کاملا پیچیده ای می باشد که درجات زیادی از آزادی را می طلبد. علاوه بر این تعداد متفاوتی از مدل های شبیه سازی عددی نیاز است.
بنابر این محاسبات انجام گرفته از مخزن تا تجهیزات سطح الارضی شامل مجموعه ای از پارامترهای متغیر علاوه بر پارامترهای مخزنی است. این امر به خصوص در میادین بزرگ که محاسبات شدیدا زمان بر است و نیز از نظر عملیاتی تا حدودی غیر ممکن می باشد، سبب عدم بررسی همه پاسخ های محتمل است. علاوه بر این هنگامی که عدم قطعیت پارامترهای ورودی لحاظ می شود، آدرس دهی هر یک از ترکیبات ممکن از این فاکورهای موثر، به طور قطع غیر ممکن می شود. مدل های پراکسی که بیان ساده شده سطح واکنشی مدل های عددی هستند، جهت غلبه بر این مشکل معرفی شده اند.
به بیان دیگر به دلیل اینکه در پروژه ها صرفه جویی در وقت و هزینه عامل اصلی تاثیر گذار بر تصمیم های اقتصادی محسوب می شود. و با توجه به این که استفاده از شبیه ساز نیاز به صرف زمان و هزینه بیشتری دارد، می توانیم برای رسیدن به اهداف پروژه از پراکسی مدل که یک جایگزین محاسباتی برای شبیه ساز است، استفاده کرد. به عبارت دیگر،پراکسی مدل به مدل ریاضی یا آماری به دست آمده که می تواند جایگزین شبیه ساز شود و ورودی آن را بگیرد و خروجی اش را بدهد، اطلاق می شود.
امروزه پراکسی مدل ها به طور گسترده ای در علوم مختلف استفاده می شود و کاربرد های فراوانی دارند. طراحیهای آزمایشی جداولی شامل لیست شبیه سازیها، آزمایش ها و غیره هستند که در کمترین تعداد اجراها بیشترین اطلاعات را درباره سیستم مدنظر به دست میدهند. نوع طراحی آزمایشی بسته به هدف انجام آزمایش متفاوت خواهد بود. به طور کلی طرحهای آزمایشی به دو دسته عمده تقسیم می شوند : طراحیهای غربالگری و طراحیهای سطح پاسخ. با توجه به هدف این مقاله، طراحی های سطح پاسخ به صورت اجمالی بیان می شوند.
طراحیهای سطح پاسخ
گروه خاصی از آزمایشهای طراحی شده که برای انطباق سطوح پاسخ به کار میروند طراحیهای سطح پاسخ نامیده میشوند. در اینجا برخی از معروف ترین طراحیهای آزمایشی سطح پاسخ به طور خلاصه بیان میشود.الف - طراحی فاکتوریل کامل سه مرحله ای : این طراحی به صورت 3k نوشته میشود و یکی از انواع طراحی فاکتوریل کامل است. در این طراحی k فاکتوریل با سه مرحله در نظر گرفته میشوند. در این طراحی وجود سه مرحله برای هر متغیر باعث امکان تشخیص انحنا میشود. همچنین این ویژگی سبب اندازهگیری دقیق ضرایب درجه دوم چندجملهای خواهد بود.
طراحی باکس بنکن این طراحی یک طراحی مرتبه دوم مستقل است. ترکیبات متغیرهای موجود، در نقاط میانی یالها و مرکز قضای طراحی قرار میگیرند. در این طراحی برای هر متغیر سه مرحله وجود دارد. اجراهای طراحی باکس-بنکن تنها تعداد کمی بیشتر از اجراهای فاکتوریل کامل دو مرحلهای است. با این حال طراحی باکس-بنکن امکان ساخت سطوح پاسخ فراگیرتر و با دقت بیشتری را فراهم می کند.
