بخشی از مقاله
خلاصه
بخش عمدهای از تولید نفت دنیا از مخازن شکافدار طبیعی1 صورت میگیرد. از آنجا که وجود شکاف در مخزن تاثیر بسیار زیادی در تعیین نوع رفتار مخزن و پیش بینی عملکرد آن در آینده خواهد داشت، تشخیص وجود شکاف در مخزن امری بسیار ضروری میباید. به طور کلی روشهای مختلفی برای تشخیص شکاف در مخزن وجود دارد که یکی از مهمترین این روشها، استفاده از نتایج پردازش دادههای چاهپیمایی2 میباشد. در این مقاله برای پردازش این دادهها، استفاده از مدل سیستم استنباط فازی - Fuzzy Inference System - پیشنهاد شده است.
در این مدل، با استفاده از دادههای لاگهای مختلف که در عمقهای مختلف چاه گرفته شدهاند و تحلیل آنها، سیستم میتواند استنباط کند که امکان وجود شکاف در مخزن چقدر میباشد. بدین منظور، ابتدا دستورالعملهایی از قبل به سیستم داده میشوند و سیستم بر اساس اطلاعات ورودی از لاگها و مقایسه آنها با دستورات داده شده، نتیجه گیری میکند که امکان وجود شکاف در این عمق از مخزن چه میزان خواهد بود.
اگرچه که این سیستم استنباطی قادر نخواهد بود اطلاعات کمی در خصوص ویژگیهای شکاف به ما بدهد، اما میتواند به صورت کمی اطلاعاتی تهیه کند که بر اساس این اطلاعات میزان یا درجه وجود شکاف در ناحیه اطراف یک چاه در هر عمق تعیین خواهد شد.
مقدمه
واژه شکاف به صورت یک عنوان عمومی به هر سری از ناپیوستگیهای موجود در سنگ مانند درزهها، شکافها، ریزشکافها3 و یا طبقات لایهبندی گفته میشود. در اکتشاف و تولید نفت، شکافها یکی از معمولترین و مهمترین ساختارهای زمینشناسی هستند، چراکه تاثیر قابل توجهی بر جریان سیالات مخزن دارند. شکافها تاثیر زیادی بر خواص مکانیکی و هیدرولیکی توده سنگ دارند. آنها میتوانند بسته به ویژگیهای جریانی شکاف و شرایط عملکرد میدان، تاثیر مثبت و یا منفی بر دبی جریانی و میزان بازیافت نفت از مخازن شکافدار داشته باشند.
تشخیص صحیح وجود شکاف میتواند در تمام مراحل حفاری تا تولید اثرگذار باشد؛ چراکه در صورت عدم تشخیص وجود شکاف، با هرزروی گل، جریانهای کنترل نشده به چاه و ... خواهد شد. یکی از روشهای تحلیل دادههای چاه پیمایی و تشخیص وجود شکاف، استفاده از منطق فازی میباشد. منطق فازی در حدود سال 1965 معرفی شد اما استفاده صنعتی از آن سالهای بسیاری پس از آن یعنی در حدود سال 1990 آغاز شد و رفته رفته کاربردهای گستردهتری برای آن معرفی شد.
راههای شناسایی شکافها
به طور کلی شکافها با 3 روش می توانند شناسایی شوند؛ آنالیز مغزه، چاه پیمایی، روش فشار گذرا. استفاده از هر یک از این روشها محدودیتها و فوایدی دارد که دانستن آنها میتواند در جهت شناسایی دقیقتر و بهتر شکاف تاثیر بهسزایی داشته باشد.
- 1 آنالیز مغزه:1 با آنالیز مغزه میتوان به صورت کمی، هندسه شکاف، فرکانس شکاف و طبیعت هر نوع ماده پرکننده شکاف را تعیین کرد. نقاط ضعف این روش برای ارزیابی مخازن شکافدار طبیعی این است که ارزیابی این نکته که مغزه گرفته شده تا چه حد نماینده مناسبی برای کل مخزن است، دشوار میباشد و مغزههایی که شامل شکافهای نسبتا بزرگ میباشند، عموما در طی فرآیند بازیابی مغزه از بین میروند.
- 2 چاهپیمایی: در مقایسه با آنالیز مغزه، چاهپیمایی مقرون به صرفهتر است و در حال حاضر نیز این روش به کار میرود. از میان مزایای چاه پیمایی نسبت به آنالیز مغزه میتوان به آن اشاره کرد که در حالی که عموما مغزه تنها از قسمتی از یک چاه گرفته میشود، پیمایش چاه در قسمت بزرگتری از ناحیه اطراف هر چاه گرفته میشود. همچنین، چاه پیمایی یک اندازهگیری داخلی از سازند در شرایط مخزن را به ما میدهد و یک نمایه استوار و تک بعدی از خواص سنگ را که به صورت یک مقیاس طولی بیان میشود را به ما میدهد. در بعضی موارد، از آنجا که پیمایش چاه به شدت تحت تاثیر شرایط دهانه چاه قرار میگیرند، ممکن است مناسبترین روش برای ارزیابی مخزن نباشد.
- 3 روش فشار گذار:2 آزمایش فشار گذار شامل ساخت و اندازهگیری تغییرات فشار در چاهها میباشد. آنالیز متعاقب این تغییرات فشاری تخمینی از خواص سنگ، سیال و مخزن را به ما میدهد. این خواص میانگینی از بخش اعظمی از فضای بین چاهها و یا سازند در ارتباط هیدرولیکی با چاه میباشد. بنابراین، این روش ممکن است به نوعی برای شناسایی شکافها در مقیاس چاه غیر قابل اعتماد باشد
چاهپیمایی
پیمایش چاه در واقع ضبط ویژگیهای سازند است که با پیشروی یک وسیله در چاه به وجود میآید. در این راستا، وسیله ای برای ارزیابی پارامترهای معینی از سازند و پتانسیل تولید هیدروکربن یک مخزن مهیا میشود. وسایل چاهپیمایی به دو دسته عمده تقسیم میشوند:
- 1 مرسوم:3 به وسایلی که تقریبا در تمام چاههای صنعتی جمعآوری میشوند گفته میشود. در این پروژه، کالیپر، گاما ری - GR - ، پتانسیل خود بخودی - SP - ، زمان انتقال سونیک، چگالی و تخلخل نوترونی به عنوان وسایل مرسوم در نظر گرفته میشوند.
- 2 غیر مرسوم:4 وسایل غیر مرسوم برای آنکه در هر چاهی استفاده شوند، عموما بسیار تخصصی، پر هزینه و یا اخیرا توسعه یافته هستند. لیتو-دنسیتی، اسپکترال گاما ری، BHTV و Formation Microscanner - FMS - به عنوان وسایل غیر مرسوم در نظر گرفته میشوند.
از آنجا که چاه پیمایی با وسایل مرسوم در حال حاضر موجود است، شناخت اثرات شکاف بر آنها از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است تا سعی شود که از اطلاعاتی که به ما میدهند شناخت بهتری از مخازن شکافدار طبیعی پیدا کنیم. برای این منظور، میتوان از مدلی استفاده کرد که دادههای چاه پیماییهای مرسوم را به یک سیستم استنباطی فازی برای تشخیص وجود شکاف جمع بندی میکند.
منطق فازی و سیستم استنباطی فازی
مشکلات دنیای واقعی با توجه به این نیاز که بایستی بتوانیم ابهامات نامشخص و ناقص یا اطلاعات غیرقطعی را پردازش کرد، توصیف و مشخص میشوند. یک روش برای این عدم قطعیت، که به وسیله - 1974 - Zadeh توسعه یافته است، بر اساس نظریه ای با عنوان مجموعههای فازی میباشد.
یک مجموعه فازی به یک object اجازه میدهد تا یک میزان یا درجه عضویت5، عضوی از یک مجموعه باشد. بنابراین، مجموعههای فازی از مجموعههای کلاسیک در این مورد که هر عضو میتواند به صورت جزیی عضوی از یک مجموعه باشد.
یک سیستم استنباطی فازی - FIS - ، سیستمی است که از مجموعههای فازی استفاده میکند تا تصمیمگیری یا نتیجهگیری کند. یک FIS میتواند به عنوان مجموعههای پایه فازی که استفاده میشوند - همانطور که بوسیله توابع عضویتشان تعریف شدهاند - ، دستوراتی که مجموعههای فازی را به هم مرتبط میکند، ترکیب فازی دستورات و defuzzification راهحل مجموعه فازی تعریف شود. هر یک از این اجزا نیازمند آن است که انتخابهای مناسب برای دستورات و محاسبات ریاضی صورت گیرد تا به سیستم اجازه دهد که دیدگاه مناسبی نسبت به مشکلی که قرار است حل شود، پیدا کند.
یک مجموعه فازی بوسیله تابع عضویت1 آن تعریف میشود. برای بعضی کاربردها، مجموعههایی که بایستی تعریف شوند به راحتی قابل تشخیص هستند. برای مشخص کردن شکافها از طریق چاهپیمایی، مجموعههای فازی دادههای در عمق از هر لاگ موجود میباشد.
مقیاس بندی دادهها در مجموعه فازی
در مجموعه فازی، مقیاس بندی دادهها به دو دلیل ضروری است؛ اول آنکه بدون انجام نوعی فرآیند مقیاس بندی، لاگهایی که بیشترین میزان تفاوت با میزان اصلی را دارند، آنالیز متعاقب آنرا بیشتر تحت تاثیر قرار میدهند. دوم آنکه مطلوب است که تمام لاگها در واحد یکسانی اندازهگیری شده باشند چراکه مقایسه آنها در FIS راحتتر خواهد بود و نتیجه آنالیز به سمت آنهایی که مقدار مطلق بیشتری دارند نخواهد رفت. در این مطالعه یک مقیاس بندی خطی که تمام نفاط بیشینه هر لاگ را برابر یک و مقدار کمینه هر لاگ را برابر صفر قرار میدهد، استفاده شده است. این مقیاس بندی خطی به شکل زیر میباشد:
در اینجا Zi مقدار مقیاس بندی شده، xi مقدار اصلی، a و b ثابتهای مقیاس بندی میباشند. در این مطالعه، a، مقدار کمینه لاگ و b مقدار بیشینه لاگ میباشد.
توابع عضویت
هنگامی که مجموعههای فازی نامگذاری شدند، توابع عضویت متناظر آنها نیز بایستی در نظر گرفته شوند. دز یک سیستم فازی دستور محور، دستورات میتوانند به صورت زیر ارائه شوند
اگر a - برابر باشد با - A و b - برابر باشد با ... - B و ... سپس z - برابر باشد با - Z که در اینجا، a، b، و z متغیرهای ما - مانند طول، اندازه و ... - میباشند و A، Bو Z متغیرهای زبانی مانند "سرد"، "گرم" و "داغ" میباشند. بنابراین، عبارت a" برابر باشد با "A، عبارت مختصر شدهی عبارت کامل a" با مقدار عضویت µA - a - یا درجه µA - a - به زیرمجموعه فازی A تعلق دارد". برای هر لاگ دو تابع عضویت طراحی شده است. هر تابع عضویت دادهی لاگ مقیاس بندی شده را به یه زیرمجموعه فازی نسبت میدهد، که بیان میکند که احتمال وجود شکاف "زیاد" یا "کم" میباشد. توابع عضویت برای هر لاگ متناسب با پاسخ لاگ نسبت به وجود شکاف میباشد.
توابع عضویت S شکل و زنگوله ای:
هنگامی که مقدار پاسخ زیاد یا کم میتواند به شکافها - سونیک، کالیپر، اشعه گاما، چگالی، تخلخل نوترون، و لاگهای الکتریکی - مربوط باشد، یک تابع عضویت زنگوله ای شکل میتواند به کار رود. این تابع عضویت به صورت زیر تعریف میشود :
درحالیکه a شیب نمودار در نقطه برخورد x = c میباشد.بسته به علامت پارامتر a، تابع عضویت s شکل a ذاتا به صورت راست باز - دارای باز شدگی به سمت راست یا افزایشی - یا چپ باز - دارای باز شدگی به سمت چپ یا کاهشی - میباشد. تابع عضویت s شکلی که به سمت راست باز باشد نشاندهنده احتمال زیاد وجود شکاف و یک تابع عضویت s شکل چپ باز، نشان دهنده احتمال کم وجود شکاف میباشد. توابع عضویت s شکل در شکل 1 نشان داده شدهاند.
