بخشی از مقاله
چکیده
تراوایی یکی از مهمترین پارامترهای سنگ مخزن می باشد که بیانگر چگونگی تولید یک مخزن می باشد. به طور معمول تراوایی با استفاده از داده های مغزه و نگاره های چاه پیمایی محاسبه می شود، اما به دلیل بالا بودن هزینه ی عملیات مغزه گیری، تهیه مغزه از تمامی چاه های یک میدان امکان پذیر نمی باشد. در سال های اخیر، استفاده از روش واحدهای جریان هیدرولیکی جهت تخمین پارامترهای مخزن، پیشرفت های بسیار چشمگیری داشته است.
دراین مطالعه ابتدا مقدار شاخص زون جریانی در چاه های دارای مغزه به کمک روش های آنالیز احتمال نرمال، آنالیز خوشه ای و مجموع مربع خطاها محاسبه شده و با استفاده از روابط تخلخل- تراوایی و به کاربردن نتایج این روابط تعداد واحدهای جریانی محاسبه می شود، که کاربرد این روش برای تخمین تراوایی در چاه های فاقد مغزه پرکاربرد می باشد.
روش های شاخص زون جریانی بخصوص SSE دارای دقت بسیار خوبی بوده و هزینه های تعیین تراوایی را به مقدار قابل توجهی کاهش می دهند، دلیل دقت بالای این دو روش مستقل بودن از کاربر می باشد. یک روش دیگر تعیین حداقل تعداد واحدهای جریانی روش نمودار اصلاح شده ی لورنز می باشد که با ترسیم نمودار ظرفیت ذخیره جریان در مقابل ظرفیت ذخیره ما شاهد عملکرد جریان در مخزن بوده و با ترسیم نمودار مذکور در یک نظم چینه شناسی، بخش هایی از نمودار با شیب های متفاوت ظرفیت ذخیره و ظرفیت جریان متفاوتی را نشان می دهند و بر این اساس می توان واحدهای جریانی را در ضخامت های مختلف تفکیک کرد.
-1 مقدمه
محاسبه صحیح خصوصیات و سرشت نمایی لایه های مخزنی نفت و گاز در تخصص مهندسین نفت می باشد. در بین این خصوصیات، محاسبه و پیش بینی تراوایی بسیار مشکل است. تراوایی یکی از مهم ترین پارامترهای مخازن نفتی است که در بسیاری از محاسبات و مدل سازی های مخزن نقش موُثری ایفا می کند
تعیین تراوایی به روش های مختلفی نظیر آزمایش های چاه، استفاده از داده های چاه نگاری و آزمایش مغزه انجام می شود. دقیق ترین و البته پرهزینه ترین روش تعیین تراوایی انجام آزمایش مغزه است. به همین دلیل مطالعات زیادی با هدف یافتن روش های دیگری جهت تعیین تراوایی با استفاده از سایر عوامل توسط محققان انجام می شود.
روابط تخلخل- تراوایی می توانند در چارچوب واحدهای جریان هیدرولیکی به منظور تعیین سنگ های مخزنی ناهمگن به کار گرفته شوند. بهره برداری صحیح از مخازن هیدروکربوری مستلزم بررسی دقیق رفتار مخزن و سیالات موجود در آن است. اولین مرحله پیش بینی رفتار مخزن طی تولید، تعیین گروه های سنگی مخزن است. با استفاده از گروه های سنگی مخزن می توان بخش های مخزنی را از بخش های غیر مخزنی تفکیک کرد.
در روش سنتی تعیین گروه های سنگی مخزن سه عامل لیتولوژی، هندسه فضاهای خالی و میزان تخلخل و تراوایی مدنظر قرار می گرفت. در این روش زمان بر، مغزه ها داده های اصلی مورد نیاز هستند. تهیه مغزه ها بسیار پر هزینه بوده و لذا تنها تعداد معدودی از چاه های هر میدان را بدین روش می توان بررسی کرد. این در حالی است که نمودارهای پتروفیزیکی از همه چاه های یک میدان، تهیه شده و امکان بررسی جامع تری را فراهم می کنند. نمودارهای چاه پیمایی ثبت پیوسته ای از پارامترهای سازند نسبت به عمق را به دست می دهند که کاربرد زمین شناسی بسیار مفیدی دارند.
ترکیب سازندها به کمک نمودارهای چاه پیمایی - نظیر چگالی، نوترون و اشعه گاما - می تواند به صورت کانی و یا عناصر شیمیایی بیان شود. بنابراین بین پارامترهای پتروفیزیکی و ترکیب سنگ رابطه ای وجود دارد. اطلاعات حاصل می تواند منجر به تفسیر بهترجهت اکتشاف و تولید و اختصاصات پیشرفته مخزن شود. مبنای واحدهای جریان هیدرولیکی بر پایه ارتباط بین تخلخل و تراوایی است که در اصل در سال 1927 توسط کارمن و کوزنی پیشنهاد شد.
پس از آن در سال 1993 امافوله معادله مربوط به شاخص منطقه جریانی را برای تعیین واحدهای جریان هیدرولیکی بیان کرد. در سال های اخیر تعیین تعداد واحدهای جریان در چندین میدان کشورهای خارجی توسط دانشمندان انجام شده است. در ایران نیز توسط دکتر خراط، کرامتی و آقازاده نیز مطالعاتی صورت گرفته است .[1-6] در این تحقیق، 110 نمونه مغزه در یکی از چاه های مخازن کربناته کشورمان که در عمق های متناظر داده های لاگ آن ها نیز حاصل شده است، بکار گرفته شده است.
-2 روابط تخلخل- تراوایی
متداولترین روشی که اخیرا برای تعیین تعداد واحدهای جریان در نظر گرفته شده است، روش شاخص منطقه جریانی می باشد. در این روش برخلاف بقیه روش ها کاربر نقشی در تعیین نتایج ندارد و همه مراحل اساس مدل های ریاضی انجام می شود . کوزنی - 1927 - یکی از بنیادی ترین و مشهورترین روابطی که تراوایی را به عنوان تابعی از تخلخل و سطح مخصوص بیان می کند استخراج کرده است [6-8 ] فرم تعمیم یافته ی رابطه کوزنی- کارمن به صورت زیر می باشد:
مسئله متغیر بودن ثابت کوزنی که در بالا به این اشاره شد را می توان به طریق زیر حل کرد. باتقسیم کردن دو طرف رابطه - 1 - بر تخلخل مفید و با گرفتن جذر از دو طرف رابطه خواهیم داشت:
که K برحسب میکرومتر مربع است.
اگر تراوایی را برحسب میلی دارسی نشان دهیم، می توان پارامتر زیر را معرفی کرد:
که RQI به عنوان شاخص کیفیت مخزنی شناخته می شود. این شاخص تقریبی از میانگین شعاع هیدرولیکی در سنگ مخزن می باشد و کلیدی برای واحدهای هیدرولیکی بوده که تخلخل، تراوایی و فشار مویینگی را به هم مرتبط می سازد.
FZI به عنوان شاخص منطقه جریانی در نظر گرفته می شود
شاخص منطقه جریانی باعث ارتباط بین گلوگاه حفره، پیچ و خم و سطح ویژه موثر بر طبق خصوصیات بافتی مدل رسوب گذاری همچون نوع پراکندگی رسی حفرات، هندسه سیستم حفره و اثرات دیاژنزی می شود.
واحدهای جریانی سیال می تواند بر پایه مقادیر شاخص منطقه جریانی شناسایی شوند. فرض شده است که مقادیر مشابه شاخص منطقه جریانی در واحدهای جریانی هیدرولیکی قرار گیرند بنابراین برای نمونه هایی با FZI مشابه، ترسیم RQI در مقابل Z بصورت لگاریتمی، خطی مستقیم با شیب واحد ایجاد خواهد کرد. مقدار شاخص منطقه جریانی را می توان از عرض از مبدا این خط در Z 1 بدست آورد. نمونه هایی که دارای مقادیر مختلف شاخص منطقه جریانی هستند، خطوط موازی دیگری می سازند. تمام نمونه های واقع شده بر روی یک خط، دارای خواص گلوگاهی یکسان هستند و بنابراین یک واحد جریانی را تشکیل می دهند.خطوطی با شیب بزرگتر از یک نشان دهنده ی سازندهای شیلی می باشد .
-3 تخمین تراوایی با استفاده از واحدهای جریان هیدرولیکی
هدف اصلی در این مطالعه دستیابی به یک مدل قابل قبول جهت محاسبه تراوایی می باشد که می بایست ابتدا تعداد واحدهای جریانی را مشخص نمود. پس از مطالعه کلیه خصوصیات میدان داده های مورد نیاز را جهت استفاده در مدل مورد استفاده - روش FZI - ، استخراج می کنیم. در این مطالعه از روش آنالیز خوشه ای، آنالیز احتمال نرمال، مجموع مربع خطا - SSE - و نمودار اصلاح شده لورنز جهت تعیین تعداد واحدهای جریانی و تخمین تراوایی جدید استفاده شده که روش های شاخص زون جریانی بخصوص روش مجموع مربع خطاها - SSE - سهم اعمال نظر و دخالت کاربر را نسبت به روش های سنتی کاهش داده و نتایج بدست آمده معتبرتر خواهند بود.
-4 تعیین تعداد واحدهای جریان هیدرولیکی
در حال حاضر روش های تعیین تعداد واحدهای جریان هیدرولیکی شامل: آنالیز هیستوگرام، نمودار - پلات - احتمال نرمال، روش k-means ، مجموع مربع خطاها و روش لورنز است. در این پژوهش از روش های آنالیز احتمال نرمال،نمودار اصلاح شده لورنز، آنالیز خوشه ای و SSE بدلیل عدم نفوذ کاربر و خطای کم استفاده شده است.
-4-1 روش آنالیز احتمال نرمال
طبق اصول واحدهای جریان هیدرولیکی آنالیز احتمال نرمال، لگاریتم شاخص منطقه جریانی در هر واحد جریان هیدرولیکی به صورت توزیع خطی است. این روش از این اصل استفاده کرده و تعداد واحدهای جریان هیدرولیکی را تعیین می کند. در این روش، آنالیز احتمال نرمال بر روی داده های لگاریتم شاخص منطقه جریانی انجام شده و 6 توزیع خطی به دست می آید که نشان دهنده 6 واحد جریان هیدرولیکی می باشد - شکل. - 1
جدول:1 محدوده لگاریتم شاخص منطقه ای جریان، واحدهای جریانی با توجه به پلات احتمال نرمال
شکل :1 روش آنالیز احتمال نرمال و تعیین 6 واحد جریان هیدرولیکی در داده های مورد مطالعه
-4-2 آنالیز خوشه ای K-means
برای اینکه مجموعه ای از داده ها را که بسیار شبیه به هم هستند را در یک گروه قرار دهیم از آنالیز خوشه ای K-means استفاده می کنیم. آنالیز خوشه ای داده ها، به روش K-means داده ها را در گروه های مشخصی از هم جدا کرده به طوریکه داده های مربوط به هر گروه با سایر گروه ها متفاوت است. در این روش، نرم افزار Matlab به تعداد دسته های تعیین شده نقاطی را به عنوان نقاط مرکزی در نظر میگیرد و فاصله سایر نقاط تا نقطه مرکزی را محاسبه می کند
