whatsapp call admin

مقاله شناسایی نوع کانی های رسی با استفاده از ظرفیت تبادل کاتیونی در مخزن ماسه سنگی شوریجه (به سن کرتاسه آغازین )، میدان گنبدلی ، خاور کپه داغ ، شمال خاور ایران

word قابل ویرایش
15 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
10700 تومان
107,000 ریال – خرید و دانلود

شناسایی نوع کانی های رسی با استفاده از ظرفیت تبادل کاتیونی در مخزن ماسه سنگی شوریجه (به سن کرتاسه آغازین )، میدان گنبدلی ، خاور کپه داغ ، شمال خاور ایران
چکیده
در بررسی کیفیت مخزنی رخساره های ماسه سنگی معمولا وجود رس اثر آشکاری در کاهش تخلخل مؤثر و تراوایی و دقت محاسبه درجه اشباع سیال های سازند دارد. در این راستا شناسایی نوع و مقدار رس به روش های مختلف انجام می شود. در مخازن ماسه سنگی ، رس ها ضمن آنکه منبع ایجاد ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC) هستند، گوناگونی کانی شناسی آنها، موجب تغییر میزان ظرفیت تبادل کاتیونی در مخزن خواهد شد. این مهم می تواند به عنوان معیاری برای پهنه بندی مخزن بر پایه نوع کانی های رسی باشد. اندازه گیری CEC
به عنوان یکی از روش های فرعی شناسایی کانی های رسی ، در کنار دیگر روش ها به کار می رود. این متغیر که توانایی رس ها را در جذب و آزادسازی کاتیون ها در محلول مجاور نشان می دهد، برای انواع کانی های رسی دارای محدوده مشخصی است . در مواردی که چند نوع کانی رسی وجود دارد، مقدار CEC به سوی محدوده عددی نوع رس چیره نزدیک می شود. در این مطالعه ظرفیت تبادل کاتیونی کانی های رسی دو حلقه چاه مخزن شوریجه در میدان گازی گنبدلی محاسبه شده است . ابتدا CEC برای ٢٠ نمونه مغزه از دو چاه با استفاده از روش باور (Bower) اندازه گیری شد. در ادامه بر پایه داده های لاگ های پتروفیزیکی و نتایج آزمایشگاهی و به کمک برآوردگر شبکه عصبی مصنوعی ، مقادیر CEC در طول هر چاه برآورد شد. در پایان با توجه به مقادیر CEC کانی های رسی ، داده های موجود به ۵ دسته شامل پهنه عاری از رس و پهنه های دارای کائولینیت ، ایلیت – کلریت ، هالویزیت با دو مولکول آب و پهنه مونت موریلونیت تقسیم شد. برای این منظور از رده بندی کننده های بیزین ، پارزن و K- نزدیک ترین همسایگی (KNN) استفاده شد. در پایان نتایج به دست آمده با نتایج حاصل از آزمایش پراش پرتو ایکس (XRD) مقایسه شد که تطابق خوبی نشان داد.
کلیدواژه ها: کانی های رسی ، ظرفیت تبادل کاتیونی ، سازند شوریجه ، میدان گازی گنبدلی ، کپه داغ .

١- پیش نوشتار
مطالعه و شناخت کانی های رسی در ارزیابی کیفیت مخازن هیدروکربوری اهمیت بالایی دارد. وجود رس و چگونگی توزیع آنها در مخازن موجب کاهش تخلخل مؤثر و تراوایی و همچنین مشکلاتی در برآورد درست درجه اشباع آب می شود.
افزون این وجود رس در عملیات حفاری تکمیل چاه بروز مشکلاتی می شود. برای نمونه وجود کانی های گروه اسمکتیت سبب ناپایداری چاه ، هدر رفتن گل حفاری و بالا رفتن هزینه های حفاری می شود. همچنین کانی های گروه کلریت در هنگام اسیدکاری چاه با تشکیل رسوب اکسید و هیدروکسید آهن سبب کاهش کارایی حفاری می شوند. از این رو شناسایی میزان و نوع رس اهمیت زیادی دارد.
ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC) نشان دهنده میزان توانایی کانی های رسی در جذب و آزاد سازی کاتیون هاست . شارژ الکتریکی منفی سطح کانی های رسی سبب می شود که کانی های رسی از محلول های مجاور خود کاتیون هایی مانند +Na،K+ و +Ca2 را جذب کنند (٢٠٠۵ ,Kurniawan). مقدار این کاتیون ها، ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC) نام دارد میلی اکی والان کاتیون در ١٠٠ گرم خاک خشک (۱۰۰g.meq) یا در واحد حجم (meq.L) بیان می شود (Qv). این متغیر به طور خاص سازندهای ماسه سنگی رس دار نسبت سازندهای کربناتی بیشتر است (١٩٩۶ ,.Murphy et al). افزون موارد یادشده ، کارایی مته ها حفاری در سازندهای رسی با گل های پایه آبی ، شناخت نوع کانی های رسی و شناسایی پهنه های ریزشی در مخزن از دیگر کاربردهای CEC است . مثلا CEC در رس های آماسی مانند اسمکتیت نسبت به رس های غیر آماسی مانند کائولینیت بالاتر است . همچنین در شیل های گازی که درجه بلوغ و مقدار ایلیت بیشتری دارند مقدار CEC متوسط است (٢٠١٢ ,.Josh et al). این متغیر را می توان با روش های مختلف آزمایشگاهی اندازه گیری کرد و از روی لاگ های پتروفیزیکی نیز به دست می آید. روش های آزمایشگاهی مختلفی برای اندازه گیری CEC وجود دارد. برای نمونه باور و همکارانش (به نقل از ١٩۵۴ ,.Richards et al) روشی برای اندازه گیری آزمایشگاهی این متغیر در ٧=PH ارائه کرده اند. (۲۰۰۲) Ipek روشی تجربی با عنوان LSU جدید برای مدل سازی ویژگی های الکتریکی سازندهای ماسه ای رس دار و محاسبه CEC به کمک لاگ ارائه داد که پایه آن نظریه های آب دوگانه و واکسمن اسمیت است .
هدف از این پژوهش ، شناسایی کانی های رسی با استفاده از داده های پتروفیزیکی و به کارگیری الگوریتم احتمالاتی تصمیم گیری بیزین است .
٢- روش شناسی
در این پژوهش با استفاده از داده های پتروفیزیکی مرتبط با دو چاه از میدان گازی گنبدلی ، متغیر CEC به کمک برآوردگر شبکه عصبی (٢٠٠٢ ,Beale &Demuth )
پس انتشار خطا، برآورد و نتایج آن با داده های به دست آمده از آزمایشگاه به روش باور (١٩۵۴ ,Richards) اعتبارسنجی شده است . در ادامه بر پایه مقادیر این متغیر برای کانی های رسی مختلف ، داده های موجود با روش های رده بندی بیزین ، پارزن و KNN به ۵ دسته تقسیم شدند (;٢٠٠٢ ,Koutroumbos &Theodoridis ١٩٧٣ ,Hart &Duda ;٢٠٠۵ ,.Aster et al). به این منظور از لاگ های پتروفیزیکی به عنوان ورودی و از CEC های به دست آمده از شبکه عصبی مصنوعی به عنوان خروجی یا هدف استفاده شد. مقایسه نتایج نشان می دهد که انطباق قابل قبولی از CEC برآورد شده با استفاده از شبکه عصبی و نتایج آزمایشگاهی به روش باور وجود دارد.
٣- زمین شناسی میدان مورد مطالعه
حوضه رسوبی کپه داغ با راستای شمال باختر – جنوب خاور در شمال خاور ایران ، ترکمنستان و شمال افغانستان گسترش دارد. در هر سه کشور میدان های گازی عظیمی در این حوضه کشف شده است . میدان های گازی سترگ خانگیران ، گنبدلی و به تازگی میدان طوس در ایران ، دولت آباد- دونمز، شاتلیک ، گازلی ، بایران علی و مهری در ترکمنستان و گوگر در افغانستان ، در این حوضه کشف شده اند. میدان گنبدلی در ناحیه سرخس در منطقه کپه داغ خاوری جای گرفته است (افشارحرب ، ١٣٧٣).
در اواخر کوهزایی آلپین طی میوسن – پلیوسن بیشتر تاقدیس ها و ناودیس های منطقه در اثر چین خوردگی شکل گرفته اند که تاقدیس های گنبدلی و خانگیران از آن دسته هستند. تاقدیس گنبدلی ساختمانی با شیب به نسبت ملایم به سوی شمال باختر – جنوب خاور است . این ساختمان در شمال باختر توسط یک فرورفتگی زینی شکل از تاقدیس خانگیران جدا شده و در جنوب خاور توسط گسل هربرود از ساختمان دولت آباد- دونمز جدا می شود (افشارحرب ، ١٣٧٣).
٣- ١. موقعیت و تاریخچه میدان
میدان گنبدلی در فاصل ٢۵ کیلومتری جنوب باختری شهرستان سرخس و در نزدیکی مرز ترکمنستــان جای دارد. اولیـن چاه اکتشافی حفر شده در سـال ١٣۴٨ نتیجــه ای نداشت . حفاری دوباره در سال ١٣۶٠ سبب کشف ذخایر گازی این مخزن شد و بهره برداری از این مخزن در سال ١٣۶۵ آغاز شد. مهم ترین سازند مخزنی در این میدان سازند ماسه سنگی شوریجه است . موقعیت این میدان در شکل ١ نشان داده شده است .
٣- ٢. سنگ شناسی سازند شوریجه
سازند شوریجه ، بخش مخزنی میدان گنبدلی است . به طور عمده سازند شوریجه از رس های سرخ ، رس سنگ ها، انواع ماسه سنگ ، فلدسپار، انیدریت ، کنگلومرا و به طور جزیی سنگ های آهکی تشکیل شده است . شکل ٢ توالی سنگ شناسی بخشی از چاه ١ را نشان می دهد که با استفاده از اطلاعات پتروفیزیکی به دست آمده است .
سنگ شناسی این چاه به ویژه حضور رس ها و سیمان های رسی به وسیله مطالعه مقاطع نازک در چند نقطه ژرفی از چاه های مورد نظر، بررسی و ارزیابی شده است که انطباق خوبی با اطلاعات پتروفیزیکی دارد. در شکل های ٣- الف و ب نتیجه مطالعه مقطع نازک از ژرفای ٣٢١٠ متری چاه ١ نشان داده شده است . حضور رس و سیمان های رسی در فضای میان دانه های کوارتز و فلدسپار در این شکل دیده می شود.
۴- بحث
۴- ١. برآورد ظرفیت تبادل کاتیونی
برای برآورد میزان CEC در سازند مورد بررسی ، از برآوردگر شبکه عصبی MLP) Multi-Layer Perceptron) سه لایه استفاده شد. شبکه طراحی شده شامل ٧ مقدار در ورودی بوده و تنها از یک لایه پنهان تشکیل شده است . نرون های لایه میانی ١٠ عدد تعیین شد. برای این منظور از روش سعی و خطا استفاده و خطای برآورد در برابر شمار نرون های مختلف محاسبه شده است . تابع فعال سازی برای نرون های لایه ورودی و پنهانی ، تانژانت سیگمویید و برای نرون خروجی ، خطی (Pure line) انتخاب شده است . همچنین برای آموزش شبکه از الگوریتم Levenberg Marquard – استفاده شده است . برای این منظور از داده های ٧ لاگ چگالی (RHOB)، نوترون (NPHI)، مقاومت ژرف (LLD)، موج فشاری (DT)، قطرسنجی (CAL)، پرتو گاما (GR) و سنگ شناسی (PEF) به عنوان ورودی و از داده های آزمایشگاه (اندازه گیری CEC به روش باور) به عنوان خروجی مدل استفاده شد (جدول ١). لاگ های مورد استفاده پس از انجام آنالیز حساسیت نسبت به CEC انتخاب شدند که همبستگی بالایی با این متغیر دارند. گفتنی است که برای ساخت مدل پیشنهادی ، از همه داده های مربوط به دو چاه شماره ١و ٢ استفاده شده است .
مقادیر کمینه و بیشینه متغیرهای مورد استفاده در مدل ها به همراه نماد آنها در جدول ١ ارائه شده است .
برای آموزش و آزمون مدل با توجه به کمبود داده ها از روش Leave-One-Out Cross-Validation استفاده شد. در این روش یکی از نمونه ها کنار گذاشته می شود، سپس مدل با بقیه نمونه ها آموزش داده و از داده کنار گذاشته شده برای آزمون استفاده می شود. این کار برای همه نمونه ها تکرار می شود و بدین ترتیب مجموعه داده های آزمون به دست می آید.
ارزیابی عملکرد مدل با استفاده از ضریب همبستگی (R٢؛ معادله ١) برای سنجش میزان درستی مدل بر پایه مقایسه میان مقادیر اندازه گیری شده و برآورد شده و نیز معیار ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) به عنوان معیاری از میزان خطا استفاده شده است (معادله ٢؛ ١٩٧٣ ,Hart &Duda ):

که درآن به ترتیب iامین مقدار اندازه گیری و برآورد شده است .
همچنین نیز میانگین مقادیر اندازه گیری و برآورد شده هستند و n شمار داده های مورد استفاده است . در ادامه روند اجرا و نتایج به دست آمده از هریک از مدل ها توضیح داده می شود.
۴- ٢. تعیین نوع کانی های رسی
پس از محاسبه CEC در دو چاه ، بخش های مختلف چاه ها بر حسب مقدار این متغیر به ۵ دسته تقسیم شدند. مقادیر میان ٠ و (پهنه تمیز)، میان ٣ و ١۵ (کائولینیت )، ١۵ و۴٠ (ایلیت و کلریت )، ۴٠ و ٧٠ (هالویزیت با دو مولکول آب ) و همچنین برای مقادیر CEC بزرگ تر از ٧٠ دسته مونت موریلونیت در نظر گرفته شد (.www.terragis.bees..http: ;١٩۵٩ ,Carroll ;١٩٨۴ ,Serra unsw.edu.au) بدین منظور از روش های رده بندی بیزین ، KNN و پارزن استفاده شد. از لاگ های پتروفیزیکی (جدول ١) به عنوان داده های ورودی و از مقادیر ظرفیت تبادل کاتیونی محاسبه شده به عنوان داده های هدف استفاده شد.
برای آموزش روش های رده بندی ، ابتدا در هر یک از چاه های ١ و ٢، ٧٠ درصد داده ها به صورت تصادفی انتخاب شدند و از ٣٠ درصد باقیمانده برای آزمودن عملکرد آنها استفاده شد. سپس برای بررسی قابلیت تعمیم هر یک از روش ها، از داده های یک چاه برای آموزش و از داده های چاه دیگر برای آزمون استفاده شد. در هر کدام از حالت های یادشده ماتریس درهم ریختگی (Confusion matrix) محاسبه شد. همچنین برای سنجش دقت و درستی هر یک از روش های رده بندی مقدار CCR محاسبه شد. این متغیر که نشان دهنده درصد داده هایی است که به درستی دسته بندی شده اند، هم بر پایه شمار داده ها (نسبت شمار داده هایی که درست دسته بندی شده اند به کل داده ها) و هم بر پایه شمار دسته ها (میانگین قطر اصلی ماتریس درهم ریختگی ) محاسبه شده است .
در این مطالعه برای بررسی کانی های رسی از آزمایش پراش پرتو ایکس (XRD) برای اعتبارسنجی نتایج استفاده شد.

۵- بررسی نتایج
برای برآورد CEC از یک شبکه عصبی MLP سه لایه استفاده شد. شبکه طراحی شده شامل ٧ مقدار در ورودی بوده و تنها از یک لایه پنهان تشکیل شده است .
نرون های لایه میانی ١٠ عدد تعیین شد. همچنین از داده های آزمایشگاه به عنوان خروجی استفاده شد. برای آزمون مدل همان گونه که پیش از این بیان شد با توجه به کمبود داده ها از روش LOOCV استفاده شد. بر این اساس با توجه به شکل ۴ مقدار ضریب تعیین (R2)، برای کل داده ها برابر ٠.٩۶٧ و مقدار RMSE برابر ٣.٩٧ به دست آمده و برای داده های آزمون این مقادیر به ترتیب ٠.٩۶۶ و ٣.٨٧ است . همچنین مقایسه ای میان مقادیر برآورد شده و اندازه گیری شده آزمایشگاهی برای نمونه های مورد بررسی در شکل ۵ ارائه شده است . همان گونه که ملاحظه می شود، انطباق خوبی میان مقادیر اندازه گیری شده و برآورد شده به وسیله برآوردگر شبکه عصبی وجود دارد.
پس از محاسبه CEC، داده ها با روش های بیزین ، پارزن و KNN، در ۵ دسته رده بندی شدند. ماتریس درهم ریختگی برای داده های آزمون به همراه دقت رده بندی برای هر سه روش در جدول ٢ ارائه شده است . برای به دست آوردن ابعاد مناسب پنجره پارزن ، نمودار CCR برای اندازه های مختلف رسم (شکل های ۶- الف و ب ) و بدین ترتیب ابعاد مناسب ٠.٠٧٢ تعیین شد. به همین صورت تعداد K مناسب در روش KNN، ٣ تعیین شد.
در روش دسته بندی KNN مقادیر CCR به مقدار قابل توجهی افزایش پیدا کرده است (جدول ٢- ب ).
دقت ماتریس درهم ریختگی برای روش پارزن تقریبا نزدیک به روش بیزین به دست آمد (جدول ٢- ج ).
برای ارزیابی تعمیم پذیری هر یک از روش ها، داده های یک چاه برای آموزش و چاه دیگر برای آزمون استفاده شد (جدول های ٣- الف ، ب و ج ). برای نمونه در روش بیزین ، در حالتی که از چاه ١ برای آموزش و از چاه ٢ برای آزمون استفاده شده ، CCR برابر ۶٠ درصد است . در روش بیزین ، دقت دسته بندی بیش از ۶٠ درصد است که نشان می دهد این روش برای میدان مورد مطالعه کارایی مناسبی دارد.
در روش KNN، دقت رده بندی کمتر از ۵٠ درصد است (جدول ٣- ب ) که نشان می دهد این روش قابلیت تعمیم خوبی ندارد.
در بررسی تعمیم پذیری روش پارزن نیز مقادیر CCR کمتر از ۵٠ درصد است (جدول ٣ – ج ) که نشان می دهد این روش دسته بندی هم قابلیت تعمیم ندارد.
بررسی آزمایش پراش پرتو ایکس برای ١٩ نمونه مغزه نشان می دهد که ظرفیت تبادل کاتیونی نشانگر خوبی برای تشخیص نوع رس است . برای نمونه در ژرفای ٣٢٠٨ متری متغیر CEC، ٣٧.۶۶ g١٠٠.meq است که مربوط به محدوده کانی های ایلیت و کلریت است . در حالی که درصد نیمه کمی کانی ها که از آزمایش XRD در این ژرفا به دست آمده است (جدول ۴)، نشان می دهد که کانی های رسی موجود در نمونه ، ایلیت ، کلریت و کائولینیت و بیشترین سهم کانی های رسی (۴ درصد) مربوط به کانی ایلیت و پس از آن کلریت (٢ درصد) است . همچنین طیف های پراش پرتو ایکس پس از حذف و کمینه سازی کانی های غیر رسی برای نمونه یادشده در شکل ٧ نشان داده شده است .
۶- نتیجه گیری
در این پژوهش روشی جدید برای تعیین کانی های رسی بر پایه متغیر ظرفیت تبادل کاتیونی )CEC( ارائه شد. ظرفیت تبادل کاتیونی برای ٢٠ نمونه از دو چاه در سازند ماسه رسی شوریجه در میدان گازی گنبدلی در خاور کپه داغ به روش باور در آزمایشگاه اندازه گیری شد. سپس به کمک برآوردگر شبکه عصبی مصنوعی ، مدلی مناسب برای محاسبه CEC با لاگ های پتروفیزیکی به دست آمد.
بدین ترتیب که از لاگ های پتروفیزیکی به عنوان ورودی و از نتایج آزمایشگاه به عنوان خروجی مدل استفاده شد. با توجه به کمبود داده های آزمایشگاهی ، برای اعتبارسنجی این مدل ، روش LOOCV به کار برده شد و دقت این روش با معیارهای R٢ و RMSE مورد ارزیابی قرار گرفت . میزان ٠٩۶٧=R٢ و ٣٩٧=RMSE بیانگر دقت بالای برآورد CEC با این روش است . پس از محاسبه CEC، برای رده بندی کانی های رسی ، ۴ حد برش در نظر گرفته و بر پایه ظرفیت تبادل کاتیونی داده های موجود به ۵ دسته رده بندی شد. به منظور دسته بندی از سه روش بیزین ، KNN و پارزن استفاده شد. مقادیر CCR هریک از این روش به ترتیب برابر با ٠.٧٣، ٠.٨٣ و ٠.٧٣ برای چاه ١ و ٠.٧٠، ٠.٨٧ و ٠.٧۴ برای چاه ٢ به دست آمد که نشان می دهد روش KNN دقت بالاتری در هر دو چاه دارد. همچنین برای ارزیابی قابلیت تعمیم رده بندی کننده ها هر بار یک چاه برای آموزش و چاه دیگر برای آزمون مورد استفاده قرار گرفت . مقادیر CCR تعمیم روش های مختلف به طور متوسط برای روش های بیزین ، KNN و پارزن به ترتیب برابر با ٠.۶۴، ٠.٣٨ و ٠.۴۵ است . نتایج نشان از آن دارد که روش بیزین از کارایی و قابلیت تعمیم خوبی برخوردار است ، درحالی که روش های KNN و پارزن ، قابلیت تعمیم مناسبی ندارند. در نهایت برای اعتبارسنجی مطالعات انجام شده نتایج با تجزیه XRD مقایسه شد که این مقایسه نشان می دهد می توان از ظرفیت تبادل کاتیونی به عنوان نشانگری مناسب برای تعیین نوع رس بهره برد.

شکل ٢- سنگ شناسی بخشی از چاه ١ با مقایسه لاگ های GR،SP ،CAL ،PEF ،PHOB ،NPHI ،DT و LLD.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 10700 تومان در 15 صفحه
107,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد