بخشی از مقاله
مقدمه
اکتشاف نفت به شناسایی آنومالیهای ساختمانی وابسته است که این امر با استفاده از نقشهها و نمودارهای زمینشناسی حاصل از روشهای مختلف ژئوفیزیکی و ژئوشیمیایی امکانپذیر میگردد. یک برنامه اکتشافی کارا مستلزم آزمودن عناصر گوناگون موردنیاز برای تجمع مواد هیدروکربنی است. علاوه بر ارزیابی بستار ساختمانی یک منطقه، اطلاعاتی نظیر کمیت و کیفیت هیدروکربنی سنگمنشاء، تخلخل و تروایی مخزن، پوشسنگ، شبکه مهاجرتی و درجه رسیدگی حرارتی نیز موردنیاز است، که هم بر تولید و هم بر محافظت ذخایر هیدروکربنی اثر مستقیم دارند. این عناصر زمینشناسی میبایست براساس توزیع مکانی و زمانی مورد ارزیابی قرارگیرند .(Magoon, 1988) اگرچه بسیاری از این عناصر مورد توجه محققان قرار میگیرند، اما متاسفانه اطلاعات حاصل از آنهااکثراً بهصورت مجزا و بدون توجه به سایر عناصر بررسی میگردند و بدینترتیب توزیع مکانی و زمانی آنها مدنظر قرار نمیگیرداخیراً. برآورد دادههای کمی زمینشناسی در چهارچوب چینهنگاری سکانسی مورد توجه فراوان قرار گرفته است. این رهیافت مختلط، آگاهی بهتر در مورد ضخامت خالص به ضخامت ناخالص سنگهای منشاء و مخزن را در منطقه موردنظر، امکانپذیر میسازد. آگاهی کامل از نحوه توزیع این رخسارهها، امکان پیشگویی در مناطق اطراف محل نمونهبرداری را در فواصل دورتر میسر کرده و میتواند کمک بزرگی در جهت توصیف نحوه توزیع مخازن هیدروکربنی در منطقه باشد .(Barry and Lisa, 1997)
چینهنگاری سکانسی علمی است که عکسالعمل رسوبات را در قبال تغییرات تراز اساس دریا بررسی کرده و روندهای رسوبگذاری حاصل از برهمکنش فضای لازم جهت تهنشست رسوب و عمل رسوبگذاری را مورد آنالیز قرار میدهد. .(Catuneanu, 2006) طبق تعریف، به یک توالی قابلتطابق از لایههای رسوبی که از نظر ژنتیکی با هم در ارتباط باشند و توسط دو سطح ناپیوستگی یا قابلتطابق با آن محدود شده باشند، یک سکانس رسوبی گفته میشود. یک توالی یا سکانس را میتوان به بستههای رسوبی تفکیک کرد که مجموعه واحدهای رسوبی همزمان تشکیلشده در یک سیستم رسوبی را گویند ( Van .(Wagoner et al., 1990; Mitchum et al., 1977 محققان مختلفی نظیر Pasley et al. (1991) و Meijun et al. (2003) تغییرات خصوصیات ژئوشیمیایی سنگهای منشاء را همزمان با نوسانات تراز آب دریا و تشکیل سکانسهای مختلف بررسی کردهاند. نتایج بدست آمده توسط این محققان حاکی از آن است که بهترین شرایط جهت تشکیل سنگ منشاءهای با غنای بالا در دورههای پیشروی آب دریا فراهم بوده و همزمان با پسروی، امکان تشکیل سنگمنشاء غنی نیز از بین میرود.
21
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته
هدف از این مطالعه در مرحله اول، سنجش میزان ماده آلی کل در بخش-های مختلف سازند پابده میدان مارون با استفاده از روش شبکه عصبی مصنوعی بوده و در ادامه، نوسانات مقادیر TOC حاصله در چهارچوب وضعیت سکانسی سازند مورد بررسی و تفسیر قرار میگیرد. امکان توصیف وضعیت مواد آلی از طریق نگارههای درونچاهی از خصوصیات فیزیکی آنها نشأت میگیرد، بدین-معنی که ویژگیهای فیزیکی آنها تفاوت قابل ملاحظهای با خصوصیات کانی-های سنگ میزبانشان دارد (چگالی کمتر، سرعت صوت کمتر یا زمان عبور صوت بالاتر، غالباً مقدار اورانیوم بیشتر، مقاومت بالاتر و هیدروکربن و غنی-شدگی کربن بیشتر). بنابراین نگارههایی کهعموماً جهت ارزیابی سنگهای منشاء مورد استفاده قرار میگیرند عبارتند از: نگارههای چگالی، صوتی ، اشعه گاما، نوترون و مقاومتی ( Serra, 1986; Herron, 1988; Luffel,
.(1992 محققان مختلف نظیر Beers ( 1945) ، Swanson (1960) ، Schmoker (1981) ، Dellenbach et al. (1983)، Hussain (1987)، Fertle ( 1988) و Hertzog et al. (1989) کارایی نگارهها را در ارزیابی سنگهای منشاء آشکار کردهاند. اما بارزترین مطالعه مربوط به Passey et al. (1990) است که حاصل کار آنها ابداع روشی جدید به نام روش /RJ5 بود. این روش از روی هم قراردادن نگارههای تخلخل (صوتی، چگالی و نوترون) و نگاره مقاومتی جهت تشخیص و محاسبه مقدار کربن آلی کل استفاده میکند. اما در دو دهه اخیر استفاده از روشهای ریاضیاتی و کامپیوتری جهت افزایش دقت شناسایی زونهای منشاء و تخمین TOC از طریق نگارههای پتروفیزیکی کاربرد فراوان یافته است. از آن جمله میتوان به روشهای نظیر شبکههای عصبی مصنوعی، هوش مصنوعی ، نروفازی و الگوریتم ژنتیک اشاره کرد. محققانی نظیر Huang و (1996) Williamson، Kamali و (2004) Mirshadi، (2009) Kadkhodai et al.، و
(2011 ) Alizadeh et al. از این روشها استفاده نمودهاند و به نتایجی دقیق و قابل اعتماد نیز نائل آمدهاند. بر همین اساس، در این مطالعه نیز از روش شبکه عصبی مصنوعی جهت سنجش میزان ماده آلی از طریق دادههای پتروفیزیکی استفاده شده است.
سنگمنشاء پابده
سنگمنشاء به عنوان سنگی معرفی میشود که توانایی تولید و خارج کردن هیدروکربن کافی جهت تشکیل تجمعی اقتصادی از نفت یا گاز را داشته باشد. مهمترین فاکتور کنترل کننده میزان نفت و گاز، میزان هیدروژن ماده آلی است .(Hunt and Jaieson, 1956; Hunt, 1996) رسوبات شیلی که از پالئوسن تا الیگوسنپیشین در فروافتادگی دزفول و ناحیه فارس دیده میشود را جزو سازند پابده در نظر میگیرند. این سازند از حاشیه حوضه فارس شروع شده
و پس از عبور از فروافتادگی دزفول و جنوبغرب لرستان، تا عراق ادامه پیدا میکند .(Bordenave and Burwood, 1990) محل مقطع نمونه این سازند، ادامه مقطع نمونه سازند گورپی در کوه گورپی بوده و ضخامت این واحد 798/5 متر میباشد. سنگشناسی این سازند شامل مارن، شیلهای آهکی و سنگ آهکهای رسی است و بر اساس محتویات فسیلی، سن این واحد از پالئوسن تا الیگوسن تعیین شده است (شکل .(1 اضافه میشود که میرزا قلیپور
و حقی (1369) منشاء نفت مخزن آسماری میدان نفتی مارون را بدلیل داشتن نفت نیمهسنگین و پائینبودن درصد گاز H2S به سازند پابده نسبت دادهاند و علیزاده و همکاران (1385) نیز آن را بعنوان یکی از سنگ منشاءهای مهم این میدان معرفی کردهاند.
بهار 92، شماره 7
موقعیت جغرافیایی منطقه
میدان نفتی مارون یکی از بزرگترین میادین نفتی حوضه دزفول شمالی میباشد که از شمال به میدان کوپال، از غرب به میدان اهواز، از شرق به میدان آغاجاری و از جنوب به میدان شادگان محدود میگردد. این میدان در فاصله 60 کیلومتری شرق شهرستان اهواز و 40 کیلومتری جنوب شهرستان رامهرمز در مجاورت بخش شرقی جاده رامهرمز - اهواز واقع شده است (شکل .(2 میدان مزبور در محدوده طولجغرافیایی 490 الیَ49030 شرقی و عرضجغرافیایی310 الیَ31030 شمالی در قسمت شرق حوضه عظیم فروافتادگی دزفول شمالی واقع شده است. این میدان در سال 1342 به روش لرزهنگاری دوبعدی کشف شده و با حفر اولین چاه، وجود هیدروکربن در مخزن آسماری آن تأیید شد. مخزن بنگستان در سال 1347 و با حفر چاه شماره 21 و مخزن خامی با حفر چاه شماره 123 در سال 1357 کشف گردیدند. تاکنون بیش از 370 حلقه چاه در این میدان حفر شده که 22 حلقه آن در مخزن بنگستان و 7 حلقه در مخزن خامی تکمیل شده است (شایسته، .(1381
روش کار استفاده از شبکه عصبی مصنوعی پس انتشار خطا
شبکه عصبی یک سیستم پردازش است که در انجام وظایف خود مانند شبکه عصبی بدن عمل میکند و توانایی زیادی در انجام فرآیندهای یادگیری، آموزش و سازگارکردن ورودیها و خروجیهای مطلوب دارد ( Al-Qahtani, .(2000 شبکههای پس انتشار خطا شبکههایی هستند که دارای سه لایه ورودی، میانی و خروجی هستند. در این شبکهها از دو تابع sigmoid و purlin برای آموزش شبکه استفاده میگردد. فرآیند آموزش شبکه بهنحوی است که ابتدا ورودیها (اطلاعات نگارهها) به نرونهای لایه ورودی داده شده و پس از محاسبه اختلاف بین خروجی شبکه و خروجی مطلوب، خطای مربوطه به شبکه برگردانده شده و وزنها مجدداً در جهت کاهش خطا، خود را با شرایط جدید سازگار میکنند. برای کاهش خطا و رسیدن به خروجی مطلوب، فرآیند آموزش چندین بار تکرار میشود تا جایی که هدف نهایی حاصل گردد .(Mohaghegh et al., 1994) بهمنظور سنجش TOC از طریق این روش، شبکه عصبی موردنیاز به وسیله نرمافزار مطلب طراحی گردید. آموزش این شبکه بوسیله الگوریتم Levenberg-Marquardt انجام شد. این شبکه سه لایهای بوده و حاوی 5 نرون در لایه پنهان میباشد (شکل .(3 تابع انتقال لایه اول به دوم از نوع تابع زیگموئیدی تانژانت هیپربولیک و از لایه دوم به سوم از نوع تابع خطی و تابع خطا نیز از نوع تابع میانگین مربعات خطا در نظر گرفته شد. دادههای ورودی شبکه عبارتند از:
- 1 مقاومت تصحیح شده -2 مقدار نگاره صوتی -3 مقدار شاخص بلوغ خروجی شبکه نیز مقدار TOC میباشد. برای طراحی این شبکه از دادههای آنالیز راک ایول 70 نمونه، که مربوط به میادین مختلف فروافتادگی دزفول بودند استفاده گردید. پس از وارد کردن دادههای مربوطه به لایه ورودی، دادهها به سه دسته آموزش (70%)، اعتبارسنجی (15%) و تست (15%) تقسیمبندی شدند. ضریب همبستگی دادههای دسته تست این شبکه (پس از پایان مرحله آموزش) حدود 83 درصد و ضریب همبستگی کل 89 درصد بوده است (شکل .(4در این بخش از تحقیق، نگارههای چاهپیمایی مقاومتی و صوتی مربوط به چاههای مربوطه توسط نرمافزار LogCard رقومی شده و پس از انجام تصحیحات ناشی از دما بر روی مقاومت خوانده شده از نگاره و سنجش میزان LOM مخصوص به هر چاه (از طریق بررسی تاریخچه حرارتی)، دادهها به شبکه وارد شده و مقادیر TOC سنجیده شد.
22
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته بهار 92، شماره 7
شکل .1 چینه شناسی سازند پابده در مقطع نمونه (James and Wynd , 1965)
شکل .2 موقعیت جغرافیایی میدان نفتی مارون (اقتباس از نقشه میادین نفت و گاز حوضه فعالیتهای عملیاتی شرکت نفت فلات قاره ایران)
شکل .3 شکلی شماتیک از شبکه پس انتشار خطای مورد استفاده
23
(ti- ai)
MSE = 1/N
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته
پیش از استفاده از مقادیر TOC سنجیده شده، بهمنظور حصول اطمینان
از نتایج حاصله، تعداد 16 نمونه از بخشهای مختلف سازند پابده این میدان مورد آنالیز پیرولیز راکایول قرار گرفت تا TOC واقعی نمونهها حاصل گردد. سپس از طریق شبکه عصبی طراحیشده نیز TOC در همان نقاط محاسبه گردید (جدول .(1 استفاده از آنالیز رگرسیونی (شکل (5 نشان داد که میزان انطباق نتایج شبکه عصبی مصنوعی با مقادیر واقعی حاصل از پیرولیز راکایول %99 بوده و MSE نیز که از طریق فرمول زیر مورد محاسبه قرار گرفت، مقدار
بسیار کم 0/07 را برای نمونهها آشکار 2
= N تعداد سنجشها، = ti مقدار سنجیده شده و = ai مقدار واقعی فاکتور
بنابراین با توجه به دقت بالای شبکه طراحیشده، اطمینان لازم جهت استفاده از مقادیر سنجیدهشده نیز حاصل گردید.
آنالیز پیرولیز راکایول
همانطور که پیشتر عنوان شد، در این مطالعه، جهت سنجش TOC واقعی نمونهها از روش پیرولیز راکایول استفاده شده است. در این تکنیک ابتدا 50 تا 70 میلی گرم از پودر هر نمونه طی مرحله پیرولیز در دمای 300 درجه به مدت 3 الی 4 دقیقه حرارت داده میشود، که در اثر آن، هیدروکربنهای آزاد از نمونه خارج میشوند. سپس دمای کوره با یک برنامه دمایی 25 درجه در دقیقه، تا دمای 650 درجه سانتیگراد بالا میرود، که این عمل منجر به شکست حرارتی کروژن و تولید هیدروکربن میگردد. سپس مرحله اکسیدان آغاز می-شود که طی آن نمونه تا دمای 850 درجه و در یک اتمسفر مصنوعی سوزانده میشود تا تمامی کربن موجود در نمونه خارج گردد .(Behar et al. 2001)
این روش اطلاعات باارزشی را در خصوص میزان کربن آلی کل (TOC)، نوع ماده آلی، پتانسیل بالقوه و بالفعل، بلوغ حرارتی ماده آلی، رخساره زیستی مورد مطالعه، وضعیت محیط رسوبی از لحاظ شرایط اکسیداسیون و احیا و همچنین مهاجرت هیدروکربن از منشا، ارائه میدهد .(Kotorba et al., 2003)
روش T-R جهت شناسی و تفسیر سکانسها
بهنظر بسیاری از محققان، بهترین و دقیقترین ابزارها جهت تشخیص وضعیت سکانسی یک مقطع و نامگذاری بستههای رسوبی آن، استفاده از رخسارههای زیستی و دادههای لرزهای است. عدم امکان بررسی سازند پابده میدان مارون از این منظر (نبود مقاطع نازک و دادههای لازم) موجب شد تا از اطلاعات دیگری نظیر ویژگیهای سنگشناسی، تغییرات نگارهها و منحنی نوسانات چرخه میلانکویچ جهت تشخیص وضعیت سکانسی سازند بهره گرفته شود. از دیرباز استفاده از نمودارهای الکتریکی در مطالعات چینهنگاری سکانسی مورد توجه زمینشناسان نفتی بوده است .(Worthington, 1990) اعتقاد بر این است که آثار چرخههای میلانکویچ در نگارههای الکتریکی نیز ثبت میشود. یک نگاره الکتریکی (برای مثال نگاره گاما) را میتوان به صورت یک موج مرکب فرض کرد که از تعداد زیادی موجک تشکیل شده است. این موجکها در حقیقت همان آثار چرخههای میلانکویچ هستند که به همراه یک سری امواج مزاحم، نگارههای الکتریکی را میسازند. برای مطالعه چینهنگاری چرخهای باید بتوانیم این موج مرکب را به اجزاء تشکیلدهنده آن تجزیه کنیم. برای این کار روشهای مختلفی نظیر آنالیز موجک، PEFA، INPEFA و غیره وجود دارد که در این مطالعه از روش INPEFA استفاده شده است ( Cyclolog user .(guide, 2004 نوسانات منحنی INPEFA، تغییرات چرخه میلانکویچ را نشان میدهند و مرزهای حاصل از این نوسانات، مرزهای سکانسی را آشکار میکنند اما بزرگی یا کوچکی نوسانات حاکی از بزرگ یا کوچک بودن نوسانات تراز آب دریا نبوده و صرفاً نوع نوسان را هویدا میکنند. نگاره الکتریکی
24
بهار 92، شماره 7
مورداستفاده در این مطالعه (جهت تشخیص منحنی (INPEFA، نگاره گاما بوده است. بدینمنظور ابتدا نگاره گاما به نرمافزار Cyclolog، که برای این منظور طراحی شده است، وارد شده و پس از انجام مقدمات لازم، منحنی INPEFA برای تکتک چاهها استخراج گردید. انحرافات مثبت در منحنی INPEFA نشانگر وجود شیل بیشتر نسبت به مقدار پیشبینی شده بوده و به احتمال فراوان، وجود زونهای پیشروی یا سیلابی را آشکار میکنند. برعکس، انحرافات منفی زیادبودن رسوبات ماسهسنگی (نسبت به مقدار پیشبینیشده) و در نتیجه وجود زونهای پسروی یا کمعمقتر را نشان میدهند ( Cyclolog .(user guide, 2004 از مزیتهای ویژه نرمافزار Cyclolog این است که مرزهای حاصل از آن را میتوان با اطمینان بسیار بالا جهت انطباق با چاههای مجاور مورد استفاده قرار داد. مرزهای تعیین شده بصورت دو دسته مرز چرخش مثبت (خطوط قرمز رنگ) و چرخش منفی (خطوط آبی رنگ) در (شکل(6 مشخص شدهاند. اضافه میشود که روندهای مثبت و منفی نمودار نیز به ترتیب با فلشهای آبی و قرمز رنگ نشان داده شدهاند. از زمان اسلاس ( Sloss, (1963 تاکنون، چینهنگاری سکانسی مراحل تکاملی مختلفی طی کرده است و تعاریف مختلفی از سکانس رسوبی ارائه شده است. هر کدام از این تعاریف با تعاریف دیگر تفاوتهایی دارند، بنابراین بهتر است در زمان کار با چینه نگاری سکانسی، روش مورداستفاده مشخص گردد (شکل .(7 در این مطالعه با توجه به اطلاعات دردسترس، جهت شناسایی و تفسیر سکانسها و بستهها از روش
(Embry and Johannessen, 1992) T-R استفاده گردید. در این روش، بستهها به دو دسته پیشرونده و پسرونده تقسیم شده و از تعریف بقیه بستههای رسوبی جزئیتر صرفنظر میگردد. تشخیص بستههای رسوبی با استفاده از دادههای موجود خالی از اشکال نبوده و ممکن است با عدم قطعیتهایی روبرو باشد.
بحث
بهمنظور بررسی نوسانات TOC سازند پابده در چهارچوب وضعیت چینه-نگاری سکانسی تعداد 5 چاه به گونهای انتخاب شدند تا کل میدان مارون را تحت پوشش قرار دهند. شماره چاهها و موقعیتشان در( شکل (8 نشان داده شده است.پس از سنجش مقادیر TOC از طریق شبکه عصبی طراحیشده (در بازههای 15 سانتیمتری) و ترسیم ستون سنگشناسی سازند با استفاده از نگار زمینشناسی سرچاهی و انطباق با نگارههای الکتریکی برای تک تک چاهها، وضعیت سکانسی سازند با استفاده از دادههای موجود و از طریق روش T-R مورد بررسی قرار گرفت. این بررسی منجر به شناسایی 5 سکانس درجه سوم برای چاههای 45، 123 و 204، و 4 سکانس برای چاههای 43 و 62 گردید.
هر سکانس از ابتدای پیشروی تا شروع پیشروی بعدی را شامل میشود. مرز زیرین بستههای رسوبی پیشرونده از نوع سطح حداکثر پسروی و مرز بالایی آن از نوع سطح حداکثر سیلابی میباشد. سکانسهای آغازین و پایانی در همه چاهها ناقص بوده و تنها از یک بسته رسوبی تشکیل شدهاند در حالیکه دیگر سکانسها کامل بوده و شامل دو بسته رسوبی پیشرونده و پسرونده می-باشند.جهت سنجش سن سازند از پالئولاگ چاه شماره 45 که توسط کارشناسان شرکت مناطق نفتخیز جنوب تهیه شده، استفاده گردید. همانطور که در (شکل (9 مبرهن است سن سازند پابده در میدان مارون از ائوسنمیانی تا الیگوسنپیشین میباشد (حدود 15 میلیون سال). شایان ذکر است که جهت انطباق مرز دورها با ستون سنگشناسی از نگاره گاما استفاده شده است و زون-بندی مقادیر TOC ارائه شده نیز براساس زونبندی استاندارد (جدول (2 انجام گرفته است.
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته بهار 92، شماره 7
جدول .1 مقادیر کربن آلی کل بدست آمده از 2 روش آنالیز پیرولیز راکایول و شبکه عصبی مصنوعی
شماره نمونه شماره چاه عمق نمونه ماده آلی کل واقعی ماده آلی کل حاصل از شبکه عصبی
ٌ َُ ًَِْ ِـُ ََـَ
ٍ ٌٍَ ًًٍُ ٌُـَ َّـٍ
َ ًٍُ ٌٍَُ ِّـٍ َُـٍ
ُ ًٍُ ٍَََ ٍَـٍ ٌَـٍ
ِ ٌٍَ ٍََّ َُـٍ ٌٌـٍ
ّ ًٍُ ٍَّّ َّـٌ ٍِـٌ
ْ ًٍُ ٍُّّ ٌُـٌ ًَـٌ
َ ًٍُ ٍٍَُ ًٌـٌ ّـً
ُ ٌٍَ ًَََ ْـً ٍِـً
ًٌ ًٍُ ٌٍٍَ ُّـً ُِـً
ٌٌ ًٍُ ٍَُِ ّـً ّْـً
ٌٍ ًٍُ ٍُُُ ّـً َُـً
ٌَ ًٍُ ٍُُّ َُـً َُـً
ٌُ ٌٍَ ًٌََ ٌِـً ُِـً شکل .5 سنجش میزان انطباق نتایج شبکه عصبی با مقادیر واقعی حاصل از پیرولیز راکایول
ٌِ ٌٍَ ًًٍَ ََـً ُّـً
ٌّ ُِ ًََُ ِْـً ٌّـً
شکل .4 ضرایب همبستگی بین خروجی شبکه طراحیشده و خروجی مطلوب
شکل .6 منحنی INPEFA و مرزها و روندهای آن برای چاه شماره 204
25
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته بهار 92، شماره 7
شکل .7 تفاوت عمده در تقسیمبندی سکانسها از نظر دانشمندان مختلف((Catuneanu, 2006
