بخشی از مقاله
چکیده
در طول تاریخ حفاری چاههای نفت، یکی از مهم ترین مسائل و مشکلات این صنعت کمبود سرعت حفاری در اعماق پایین بوده است. توده سنگ یا به عبارتی دیگر سازند مورد نظر حفاری به عنوان محیط حفاری نقشی بسیار اساسی در میزان سرعت حفاری، استهلاک مته، ماشین و هزینههای کلی حفاری دارد. نقش نگارههای صوتی در فرآیند تعیین خصوصیات مخازن نقشی غیرقابل انکار است. سرعت موج فشاری و موج برشی در تعیین پارامترهای ژئومکانیکی و نوع لیتولوژی سازند کاربرد دارد.
در این مقاله به واسطهی شبکه انفیس- ازدحام ذرات، رابطه بین انرژی مخصوص سنگ با نگارههای سرعت موج برشی و سرعت موج فشاری به دست آورده شده است؟ با استفاده از دادههای عملیاتی انرژی ویژه حفاری هر قسمت از سازند محاسبه میشود. انرژی ویژه به عنوان ورودی در تابع موجک استفاده میشود، موجک استفاده شده از نوع db1 بوده و تا سطح 4 تجزیه شده است.
بعد از تجزیه و تحلیل، خروجی تابع موجک به عنوان ورودی شبکه ANFIS-PSO استفاده می-شود. نتایج نشان دادهاند که ترکیب ANFIS-PSO نسبت به ANFIS-GA از قدرت پیشبینی بالایی برخوردار میباشد به طوری که مجذور میانگین مربع خطا و ضریب همبستگی به ترتیب برای سرعت موج فشاری 5/5 و0/74 و برای سرعت موج برشی 7/7و 0/68 محاسبه شده است. با این روش میتوان سرعت موج فشاری و سرعت موج برشی در نبود دادههای لاگ صوتی محاسبه کرد.
-1 مقدمه
توده سنگ یا به عبارتی دیگر سازند مورد نظر حفاری به عنوان محیط حفاری نقشی بسیار اساسی در میزان سرعت حفاری، استهلاک مته، ماشین و هزینههای کلی حفاری دارد. بنابراین شناخت محیط حفاری و خصوصیات توده سنگ برجا کمک بسیار زیادی در پیشگیری یا رفع مشکلات ناشی از حفاری میکند.
کاربرد مکانیک سنگ در بخش های مختلف صنعت نفت در موضوعاتی نظیر شکافت هیدرولیکی، ذخیرهسازی زیرزمینی گاز، ماسه دهی چاه ها، فعال شدن گسل ها، تغییر تراوایی، بهره دهی چاه ها، ازدیاد برداشت در مخازن نفت سنگین و ... از سال ها پیش مطرح و پروژه های متعددی در این خصوص تعریف شده است. در ایران علیرغم ثبت مشکلاتی نظیر مچالگی لوله جداری، تولید ماسه ، بهره دهی چاه ها در مخازن شکافدار، مشکلات آتی ذخیره سازی گاز و... ، مطالعات ژئومکانیکی مورد توجه جدی قرار نگرفته است. به همین دلیل اطلاعات ناچیزی در مورد خواص مکانیکی سنگ مخزن و پوش سنگ میادین موجود است
نقش نگارههای موج فشاری و موج برشی در فرآیند تعیین خصوصیات ژئومکانیکی مخازن نقشی غیرقابل انکار است. سرعت موج فشاری و موج برشی در تعیین پارامترهای ژئومکانیکی مانند مقاومت فشاری تک محوری، مدول یانگ، ضریب پواسون، چسبندگی ذاتی سنگ و... کاربرد دارد. معمولا روشهای برگرفته از مدلسازی ریاضی علاوه بر زمانبر بودن، تخمین مناسبی نمیزنند، لذا درچنین مواردی به کارگیری روشهای مبتنی بر هوش مصنوعی جایگزین خوبی تشخیص داده شدهاند و نتایج مطلوبی داشتهاند. مدلسازی سیستمها با ابزارهای ریاضی معمول مانند معادلات دیفرانسیل برای سیستمهای پیچیده و دارای عدم قطعیت مناسب و کارا نیست.
از سوی دیگر سیستمهای فازی با بهرهگیری از مجموعه قوانین فازی میتوانند جنبههای کیفی دانش انسان و فرآیندهای استدلالی را بدون کاربرد آنالیز کمی دقیق مدل کنند. مدلسازی و شناسایی فازی، توسط تاکاگی و سوگینو مورد بررسی قرار گرفت و کاربردهای عملی زیادی در زمینه کنترل، شناسایی و پیشبینی به دست آورد] ٍ.[ از تلفیق ساختارهای فازی با شبکههای عصبی مصنوعی، شبکههای فازی؛ عصبی حاصل میشوند که برای شناسایی سیستمها، پیشبینی سریهای زمانی و موارد متنوع دیگر به کار میروند؟
ساختار - Adaptive Network Based Fuzzy Inference System - ANFIS که در سال ارائه شد، حاصل تلفیق شبکههای عصبی تطبیقی و منطق فازی است که با به کارگیری فرآیند یادگیری هایبرید، میتوان پارامترهای آن را برای مدلسازی سیستمها براساس دادههای ورودی- خروجی موجود تنظیم نمود] ٍ.[ استفاده از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات یکی دیگر از تکنیکهای بهبود نتایج در این تحقیق است. در مدلهای انفیس نیز در رابطه با تنظیم پارامترها الگوریتم ترکیبی ازدحام ذرات و حداقل مربعات که الگوریتم ترکیبی ANFIS-PSO نام دارد به کار رفته است.
الگوریتم بهینهسازیPSO دارای حافظه است به گونهای که دانش راهحلهای خوب توسط همهی ذرات حفظ میشود. به عبارتی در الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات هر ذره از اطلاعات گذشته خود سود میبرد، در حالیکه چنین رفتار و خصیصه ای در سایر الگوریتمهای تکاملی وجود ندارد، به عنوان مثال در الگوریتم ژنتیک چنین حافظهای وجود ندارد و دانش قبلی مسئله یکباره با تغییر جمعیت از بین میرود.
در الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات PSO هر عضو جامعه موقعیت خود را باتوجه به تجربیات شخصی و تجربیات کل جامعه تغییر میدهد. اشتراک اجتماعی اطلاعات بین اعضای یک جامعه یکسری مزیتهای تکاملی را در پی دارد و این فرضیه پایه و اساس الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات و توسعه آن محسوب میشود و در نتیجه همکاری سودمند بین ذرات وجود دارد و ذرات در گروه، اطلاعاتشان را با همدیگر به اشتراک میگذارند.
موجک یا ویولت - Wavelet - دستهای از توابع ریاضی هستند که برای تجزیه سیگنال پیوسته به مؤلفههای فرکانسی آن به کار میرود که رزولوشن هر مؤلفه برابر با مقیاس آن است. تبدیل موجک تجزیه یک تابع بر مبنای توابع موجک میباشد. موجکها نمونههای انتقال یافته و مقیاس شده یک تابع - موجک مادر - با طول متناهی و نوسانی شدیداً میرا هستند. تعداد زیادی تبدیل موجک وجود دارد در این مقاله از تبدیل موجک ساکن، یکی از تبدیلهای موجک میباشد که مهمترین خاصیت آن ناوردا بودن زمانی آن است .
این روش مشابه تبدیل موجک گسسته است، با این تفاوت که عمل زیرنمونهگیری از سیگنال در این روش انجام نمیشود و در عوض فیلترها بالانمونهگیری میشوند .
-2 اطلاعات چاه مورد استفاده
اطلاعات این تحقیق مربوط به یکی از چاههای میدان نفتی مارون است. طی بررسیهای به عمل آمده دادههای نگارهای پتروفیزیکی و دادههای حفاری در چاه مورد مطالعه از عمق 2700 تا 3230 متر مربوط به سازند آسماری دارای بازه مشترک بودهاند که بدین ترتیب بررسی در این عمق خاص انجام خواهد شد.
بدین ترتیب تعداد دادههای نهایی شده جهت ارزیابی در چاه مورد مطالعه 530 داده میباشد که مربوط به بخش سازند مخزنی آسماری است. در تحلیل و بررسی دادهها، دادههای خارج از انحراف معیار استاندارد حذف میشوند و در تحلیل نهایی در نظر گرفته نمیشود.
-3 روش و مراحل تحقیق
در این مقاله از انرژی ویژه حفاری برای تعیین موج فشاری و موج برشی با استفاده از شبکه عصبی؛فازی با ترکیب الگوریتم ازدحام ذرات استفاده شده است؟ با توجه به اینکه انرژی ویژه حفاری سنگ، خود وابسته به پارامترهای ژئومکانیکی سنگ میباشد، میتوان نتیجه گرفت انتخاب انرژی ویژه حفاری سنگ به عنوان پارامتری برای برقراری ارتباط بین پارامترهای حفاری و خواص فیزیکی سنگ، انتخاب مورد قبولی بوده است. برای این منظور از رابطهی انرژی مخصوص سنگ که تاثیر کلیه پارامترهای حفاری در آن اعمال شده، استفاده شده است.
مفهوم انرژی ویژه در حفاری سنگ برای اولین بار توسط تیله - 1965 - به عنوان شاخصی جهت اندازه گیری کارآیی مکانیکی ابزار خردایش سنگ پیشنهاد گردید؟ انرژی ویژه به عنوان انرژی مورد نیاز برای خردایش واحد حجم سنگ معرفی میشود که این مفهوم تاکنون به طورگسترده در مطالعات و کارهای انجام شده بر روی سنگ، به عنوان شاخص کارآیی و نیز به عنوان قابلیت حفاری، مورد استفاده قرار گرفته است. تیله دریافت که به حداقل رساندن انرژی ویژه به معنای بالا بردن راندمان حفاری است. در حفاری دورانی شکستن سنگ به قطعات کوچکتر از لازم، باعث مصرف انرژی بیشتر از مورد نیاز میشود
که در این رابطه SE انرژی ویژه خردایش سنگ برحسب پوند بر فوت مربع، WOB وزن روی مته بر حسب پوند، RPM سرعت دوران رشته حفاری بر حسب دور بر دقیقه، ROP نرخ نفوذ بر حسب فوت بر ساعت، D قطر مته بر حسب اینچ، A سطح درگیر مته بر حسب اینچ مربع، T گشتاور بر حسب پوند-فوت.
فارلی و رابیا - 1987 - نشان دادند که میتوان از انرژی ویژه به عنوان یکی از فاکتورهای مناسب در ارزیابی عملکرد مته و انتخاب آن استفاده نمود
در سال 2005 مطالعات گستردهای توسط ویز، دوپریست، کدریلیتز در مورد استفاده از انرژی ویژه مکانیکی برای بهینه کردن نرخ نفوذ صورت گرفت. آنها با استفاده از دادههای عملیات حفاری، انرژی ویژه مکانیکی را محاسبه کردند و دادههای نگارههای چاه را با استفاده از انرژی ویژه اصلاح کردند. از آن جا که بهبود راندمان حفاری از طریق نظارت بر انرژی ویژه مکانیکی امکان پذیر شد، انرژی ویژه را به عنوان یک استاندارد برای نظارت بر دادههای عملیاتی حفاری قرار دادند
همچنین آرمنتا در سال 2008 نتیجه گرفت که هیدرولیک عامل بسیار مهمی است که باید در معادله انرژی ویژه حفاری در نظر گرفته شود. به بیان دیگر از نظر آرمنتا هیدرولیک مته باعث افزایش نرخ نفوذ مته - ROP - در سازند می شود و باعث میشود که کیفیت حفاری افزایش پیدا کند. سنگ توسط انرژی مکانیکی خرد شده و خرده های حفاری توسط عوامل هیدرولیکی از مقابل مته کنار زده می شود. هر چقدر انتقال خرده ها سریع تر انجام گیرد انرژی کمتری برای حفاری مجدد آن ها لازم خواهد بود
