دانشكده مهندسی شیمی، نفت و گاز
پایان نامه كارشناسی ارشد در رشته مهندسی شیمی (گرایش مهندسی گاز)
کاربرد شبکه های عصبی مصنوعی برای تشخیص مدل چاه های افقی در مخازن نفتی با بهره گرفتن از داده های چاه آزمایی
استاد راهنما:
دكتر رضا اسلاملوئیان
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
چکیده
در سالهای اخیر، چاههای افقی زیادی در اطراف جهان حفر شدهاست. دلیل عمده آن توانایی افزایش سطح مخزن در تماس با چاه است که باعث افزایش بهره بری از چاه می شود. از چاهآزمایی برای شناخت مدلهای مخازن هیدروکربوری و تشخیص پارامترهای مربوط به آنها استفاده می شود. چاهآزمایی بر مبنای ایجاد اختلال در جریان و ثبت فشار ته چاه ناشی از آن رفتار می کند. این تکنیک داده های مورد نیاز برای آنالیز عددی پارامترهای مخزن را فراهم می کند. روش چاه آزمایی شامل دو مرحله می شود: 1) طبقه بندی مدل مخزن 2) تخمین پارامترها. شناسایی مدلهای چاه افقی و تعیین پارامترهای مدلهای آنها در مقایسه با چاه عمودی بسیار پیچیده تر میباشد. تعیین مدل مخزن از نمودارهای مشتق فشار، یکی از مراحل مهم و پایهای در تخمین پارامترهای مخزن از طریق آنالیز دادههای چاهآزمائی میباشد. در این مطالعه از شبکههای عصبی مصنوعی، برای شناسائی مدل مخازن نفتی از طریق نمودارهای مشتق فشار استفاده شدهاست. شبکههای عصبی مصنوعی، مدلهای ریاضی هستند که دارای توانایی منحصر به فرد در تخمین پارامتر و شناسایی الگو و … هستند. هشت مدل مختلف چاه افقی از مخازن نفتی که مخازن همگن و تخلخل دوگانه با مرزهای مختلف را شامل میشود، مورد بررسی قرار گرفته است. شبکهی عصبی پیشرو توسط دادههای مشتق فشاری که بهوسیلهی شبیهسازی با نرمافزار PANSYSTEM تولید شدهاند، آموزش داده شده است. عملکرد شبکه پرسپترون به وسیله متوسط خطاهای نسبی و مجذور میانگین مربعات خطا بررسی می شود. توانایی شبکهی طراحی شده از طریق دادههای دارای نویز مورد بررسی قرار گرفتهاست. دقت شبکه بهوسیلهی تعدادی پارامتر آماری مانند حساسیت و دقت دستهبندی کلی آورده شده و دقت کلی شبکهی پیشرو 05/97 میباشند.
کلمات کلیدی: چاه افقی ، شبکه عصبی مصنوعی ، شناسایی مدل مخزن، چاه آزمایی
فهرست مطالب
عنوان | صفحه |
1-1- مقدمهای بر مهندسی مخزن. 2
1-2- مخازن نفت و بهره برداری از مخازن نفتی.. 3
1-3- تعاریف انواع مخزنها با بهره گرفتن از نمودارهای فازی.. 5
1-4- مروری بر خواص سنگ مخزن. 8
1-4-2-تراکم پذیری همدما. 8
1-5- مقدمهای بر چاهآزمائی.. 9
1-5-1- عوامل موثر بر چاهآزمائی.. 12
– ضریب پوستهی شكاف هیدرولیكی.. 12
– تكمیل چاه جزئی و مشبككاری جزئی.. 12
1-5-1-2- اثر ذخیره درون چاهی.. 14
1-5-1-3- نفوذپذیری یا تراوائی.. 15
1-5-1-4- نحوهی حرکت سیال درون محیط متخلخل.. 15
1-5-2- انواع آزمایشات چاهآزمائی.. 17
1-5-2-1- آزمونهای دورهای تولید (اندازهگیری روزانهی دبی و فشار). 17
1-5-2-2- آزمونهای سنجش بهرهدهی چاه. 18
1-5-2-2-1- برای مخازن نفتی.. 18
1-5-2-2-2- برای مخازن گازی.. 19
– آزمون شاخص بهره دهی تولید.. 19
– آزمون عملکرد جریان به داخل چاه. 19
– تغییرات دبی در زمان طولانی تولید.. 19
– تغییرات دبی در زمان کوتاه تولید.. 19
– تغییرات دبی در زمان کوتاه تولید و بستن چاه. 20
1-5-2-3- آزمونهای فشار گذرا ( فشار با زمان). 20
1-5-2-3-1- آزمایش خیزش فشار. 21
– آزمایش خیزش فشار ایدهآل.. 22
– روش های تفسیر آزمایش خیزش فشار. 24
1-5-3- کاربرد نمودارهای مشتق در تحلیل آزمایشات چاهآزمائی.. 29
1-5-3-1- مثالهایی از كاربرد منحنیهای مشتق فشار. 29
1-6-2-چاهها با شکست هیدرولیکی.. 32
1-6-3-1- دوره جریان شعاعی قائم. 34
1-6-3-2- دوره جریان خطی میانی.. 35
1-6-3-3- دوره جریان شبه شعاعی انتهایی.. 35
1-6-4 – معادلات زمان رژیمهای مختلف در چاه افقی.. 36
1-6-4 – آنالیز فشار در چاه افقی.. 37
– پاسخ فشار در دوره جریان شعاعی قائم اولیه. 37
– پاسخ فشار در دوره جریان خطی میانی.. 37
– پاسخ فشار در دوره جریان شبه شعاعی انتهایی.. 37
– پاسخ فشار در دوره جریان شعاعی قائم اولیه. 38
– پاسخ فشار در دوره جریان خطی میانی.. 38
– پاسخ فشار در دوره جریان شبه شعاعی انتهایی.. 38
1-8-4- تقسیم بندی بر اساس ساختار. 42
1-8-6- ترتیب ارائه داده ها به شبکه. 44
1-8-9- تعداد نرون در لایه ها 46
1-8-10- معیارهای نیکویی برازش… 46
– تحلیل رگرسیون.. 46
– مجذور میانگین مربعات خطا. 47
2-1- کارهای انجام شده بر روی شبکه های عصبی.. 49
2-2- کارهای انجام شده بر روی چاههای افقی.. 59
3- گردآوری داده های چاه آزمایی.. 66
3-2- پارامترهای مورد نیاز برای وارد کردن به نرم افزار 67
3-3-پارامترهای چاهآزمائی مدلهای مخزنی.. 68
3-3- 1-استفاده از روش طراحی آزمایش برای تولید داده های اولیه. 69
3-3-2- تبدیل داده های فشار به شبه فشار و مشتق گیری از آنها 70
3-6- مدلهای در نظر گرفته شده 73
– مخزن همگن فشار ثابت، بدون جریان و بدون مرز محدود. 73
– مخزن همگن فشار ثابت، بدون جریان با مرز گسل منفرد فشار ثابت… 74
– مخزن همگن فشار ثابت، بدون جریان با گسل منفرد بدون جریان.. 75
– مخزن تخلخل دوگانه فشار ثابت، بدون جریان و بدون مرز محدود. 75
– مخزن تخلخل دوگانه فشار ثابت، بدون جریان با مرز گسل منفرد فشار ثابت… 77
– مخزن تخلخل دوگانه فشار ثابت، بدون جریان با مرز گسل منفرد بدون جریان.. 78
– مخزن تخلخل دوگانه بدون جریان با مرزگسل منفرد فشار ثابت… 79
– مخزن تخلخل دوگانه ، بدون جریان با مرز گسل منفرد بدون جریان.. 79
4-2- تعیین ساختار بهینهی شبکه پیشرو 82
4-3-1- امتحان شبکه با داده های تست.. 87
4-3-2- بررسی استقامت شبکه در برابر نمودارهای دارای نویز. 89
5- نتیجهگیری و پیشنهادات.. 99
– نتایج مرتبط با شبیهسازی داده بهوسیله نرمافزار. 99
– نتایج مرتبط با شبکه عصبی مصنوعی.. 99
منابع. 101
- مقدمهای بر مهندسی مخزن
نفت خام، گاز طبیعی و آب موادی هستند که برای مهندسان نفت دارای اهمیت ویژهای هستند. این مواد که در دما و فشار پایین گاهی به صورت جامد یا نیمه جامد (مانند پارافین، هیدراتهای گازی، یخ و نفت خام با نقطه ریزش بالا) یافت میشوند، در اعماق زمین ودر ستون چاه به حالت سیال، به صورت فاز بخار (گاز) یا مایع یا عمدتا دو فازی ظاهر میشوند. مواد جامدی که در عملیات حفاری، سیمانکاری و ایجاد شکاف بهکار برده میشوند نیز به حالت سیال یا دوغاب استفاده میشوند. تقسیم بندی سیالات مخزن و چاه به فازهای مایع و بخار، به دما و فشار وابسته است. وقتی دما ثابت است، حالت یا فاز سیال درون مخزن با فشار تغییر می کند. در بسیاری از موارد، حالت یا فاز سیال درون مخزن با حالت یا فاز سیال در هنگام تولید در شرایط سطح مطابقت ندارد. شناخت دقیق رفتار نفت خام، گاز طبیعی و آب – به صورت تکی یا ترکیبی- تحت شرایط مختلف از مهمترین اهداف مهندسان نفت است.
اوایل سال 1928، توجه خاصی به روابط گاز و انرژی شد و مهندسان نفت در مورد شرایط فیزیکی چاهها و مخازن زیرزمینی، دستیابی به اطلاعات دقیقتر را لازم دانستند. پیشرفتهای اولیه در مورد روشهای بازیافت نفت این موضوع را آشکار ساخت که محاسبات انجام شده بر اساس اطلاعات سر چاه یا داده های سطح،اغلب گمراهکننده هستند. اسکلاتر و استفانسون[1] اولین دستگاه ثبت فشار درون چاهی و نمونهگیر را برای نمونه گیری از سیالات تحت فشار درون چاهها ابداع کردند[1]. جالب اینکه این دستگاه داده های درون چاهی را باتوجه به مقادیر مثبت فشار، دما، نسبتهای گاز به نفت و طبیعت فیزیکی و شیمیایی سیالات مشخص می کند. لزوم اندازه گیری فشارهای صحیح درون چاهی هنگامی مورد توجه قرار گرفت که اولین دستگاه فشار سنج دقیق توسط میلیکان و سیدول[2] ساخته شد و اهمیت اساسی فشارهای درون چاهی در تعیین مؤثرترین روشهای بازیافت و فرایندهای فرازآوری، به مهندسان نفت نشان داده شد[2]. به این ترتیب مهندس مخزن قادر خواهد بود فشار مخزن که مهمترین دادهی پایه ای مورد نیاز محاسبات عملکرد مخزن است، اندازه گیری کند.
دانش پتروفیزیک، مطالعه خواص سنگها و ارتباط با سیالات موجود در آنها در هر دو حالت استاتیک و جریانی میباشد. تخلخل، تراوایی، درجه اشباع و توزیع سیالات، ضریب هدایت الکتریکی سنگ و سیال، ساختار منافذ و رادیواکتیویته، برخی از مهمترین خواص پتروفیزیکی هستند. پیشگامان علم مهندسی مخزن از همان ابتدا به این نکته پی برده بودند که قبل از محاسبهی حجمهای نفت و گاز درجا، آگاهی از تغییر خواص فیزیکی نمونههای ته چاهی سیالات مخزن، نسبت به فشار، ضروری است.
طی دهه 1960، عبارات شبیه سازی و مدلسازی ریاضی مخزن عمومیت یافت[3]. این عبارت مترادف هستند و به توانایی استفاده از معادلات ریاضی جهت پیش بینی عملکرد مخزن نفت یا گاز اشاره دارند. پیدایش رایانههای دیجیتالی پرسرعت در مقیاس وسیع، باعث تقویت علم شبیه سازی مخازن گردید. روشهای عددی پیچیده نیز با بهره گرفتن از شیوه های اختلاف محدود یا المان محدود، جهت حل تعداد زیادی از معادلات گسترش یافت.
با توسعه این روشها، مفاهیم و معادلات مهندسی مخزن به صورت شاخهای قوی تعریف شده از مهندسی نفت در آمد. مهندسی مخزن عبارت است از کاربرد اصول علمی جهت حل مسائل تخلیه که ضمن توسعه و بهره برداری مخازن نفت و گاز بروز مینماید. مهندسی مخزن (هنر توسعه و بهره برداری سیالات نفت وگاز به طریقی که بازیابی اقتصادی بالا حاصل شود) نیز تعریف شده است[4].
- مخازن نفت و بهره برداری از مخازن نفتی
تودههای نفت و گاز داخل تلههای زیرزمینی یافت می شود که به واسطه خصوصیات ساختاری و چینهای شکل گرفتهاند[5]. خوشبختانه تودههای نفت و گاز معمولا در قسمت های متخلخلتر و نفوذپذیرتر بسترها که به صورت عمده ماسهها، سنگهای ماسهای، سنگهای آهکی و دولومیتها هستند و نیز در منافع بین دانهای یا فضای منافذ که با درزها، شکافها و فعالیت محلول ایجاد شدهاند یافت میشوند.
در شرایط اولیهی مخزن، سیالات هیدروکربنی به حالت تک فاز یا دو فاز میباشند.حالت تک فاز ممکن است فاز مایع باشدکه تمام گاز موجود در نفت حل شده است. در این حالت، ذخایر گاز طبیعی محلول باید همانند ذخایر نفت خام برآورد شوند. از طرف دیگر، حالت تک فاز ممکن است فاز گاز باشد. اگر در فاز گاز، هیدروکربنهای تبخیرشدهای وجود داشته باشند که در سطح زمین به صورت مایعات گاز طبیعی قابل بازیابی باشند، این مخزن را مخزن گاز میعانی یا مخزن گاز تقطیری مینامند. در این حالت، ذخایر مایعات همراه موجود ( میعانی یا تقطیری ) باید همانند ذخایر گاز برآورد شوند. زمانی که تودهی هیدروکربنی به صورت دوفاز باشد، فاز بخار را کلاهک گازی مینامند و فاز مایعی که در زیر آن واقع می شود، منطقه نفتی نام دارد. در اینجا چهار نوع ذخایر هیدروکربوری وجود خواهد داشت:
گاز آزاد یا گاز همراه، گاز محلول، نفت موجود در منطقه نفتی و مایعات گاز طبیعی که از کلاهک گازی بازیابی میشوند.
هرچند هیدروکربنهای موجود در مخزنکه به آن ذخیره میگویند، مقادیر ثابتی دارند، میزان ذخایر به روش بهره برداری از مخزن بستگی دارد. در سال 1986 جامعه مهندسان نفت (SPE)[3] تعریف زیر را برای ذخایر انتخاب کرد:
ذخایر، میزان حجمهای برآورد شدهی نفت خام، گاز طبیعی، مایعات گاز طبیعی و مواد همراه قابل عرضه در بازار هستند که از یک زمان به بعد تحت شرایط اقتصادی موجود، با عملیات بهره برداری مشخص و تحت آییننامه های جاری دولت به لحاظ اقتصادی، قابلیت بازیابی و سوددهی وعرضه در بازار را داشته باشند[6]. میزان ذخایر با بهره گرفتن از داده های زمین شناسی و مهندسی موجود محاسبه میگردد. به تدریج که طی بهره برداری از مخزن داده های بیشتری بهدست میآید، برآورد ذخایر نیز روزآمد می شود.
تولید اولیهی هیدرو کربنها از مخازن زیر زمینی که با بهره گرفتن از انرژی طبیعی مخزن صورت میگیرد، بهره برداری اولیه محسوب می شود. در بهره برداری اولیه، نفت یا گاز بر اثر الف) انبساط، ب) جا به جایی سیال، ج) ریزش ثقلی و د) نیروی مویینه دافعی به سمت چاههای تولیدی رانده میشوند. در صورتی که مخزن فاقد سفرهی آبی باشد و سیالی به آن تزریق نشود، بازیابی سیالات هیدروکربنی عمدتا با انبساط سیال صورت میگیرد. در حال که در مورد نفت ، ممکن است بازیابی به کمک سازوکار ریزش ثقلی انجام شود. در صورتی که شار آب ورودی از سفرهی آبی وجود داشته باشد یا به جای آن آب به درون چاههای انتخابی تزریق شود، بازیابی با سازوکار جا به جایی صورت میگیرد که ممکن است همرا با سازوکار ریزش ثقلی یا نیروی مویینهی دافعی باشد. گاز نیز که سیال جابهجا کننده است، به منظور کمک به بازیابی نفت به چاهها تزریق می شود. همچنین از گاز به منظور بازیابی سیالات گاز میعانی در چرخهی گاز استفاده می شود.
استفاده از طرح تزریق گاز طبیعی یا آب، عملیات بازیابی ثانویه نامیده می شود. زمانی که برنامهی تزریق آب فرایند بازیابی ثانویه را به دنبال داشته باشد، فرایند سیلاب زنی آبی نامیده می شود. هدف اصلی از گاز طبیعی یا آب به مخزن، حفظ فشار است. به همین دلیل از عبارت برنامهی حفظ فشار نیز در تشریح فرایند بازیابی ثانویه استفاده می شود.
فرایند جا به جایی دیگری فرایند بازیابی مرحله سوم نامیده می شود، در مواقعی که فرایندهای بازیافت ثانویه کارایی ندارد،کاربرد مییابد. همچنین این فرایندها در مخازنی به کار میروند که از روشهای بازیابی ثانویه به دلیل پتانسیل پایین بازیابی استفاده نمی شود. در این حالت کلمهی مرحله سوم نامگذاری غلطی است. در برخی از مخازن، اعمال فرایند ثانویه یا مرحله سوم پیش از فرایند پایان بازیابی مرحله اول سودمند است. در این مخازن عبارت ازدیاد برداشت به کار میرود و عموماً شامل هر فرایند بازیابی می شود که برداشت از مخازن را بیش از آنچه از انرژی طبیعی مخزن انتظار میرود، بهبود بخشد.
- تعاریف انواع مخزنها با بهره گرفتن از نمودارهای فازی
از نقطه نظر فنی، میتوان انواع مختلف مخزن را به کمک موقعیت اولیهی دما و فشار مخزن با توجه به محدوده دو فازی ( گاز و مایع) که معمولاً بر روی نمودار حالات فشار – دما نشان داده می شود، تعریف کرد. شکل (1-1) نمودار فازی فشار – دما می باشد که در آن هر دو فاز گاز و مایع وجود دارند. ناحیهی سمت چپ نمودار به پایین که با منحنیهای نقاط حباب و شبنم محصور میباشد، محدودهای است مرکب از دما و فشارهایی که در آن هر دو فاز وجود خواهند داشت. منحنیهای درون ناحیهی دوفازی، در صدی از حجم کل هیدروکربن را به صورت مایع میباشد، به ازای مقادیر مختلف فشار و دما نشان می دهند. در ابتدا هر تودهی هیدروکربنی، نمودار حالت مخصوص خود را خواهد داشت که فقط به ترکیب آن توده بستگی دارد.
تعداد صفحه :112
قیمت :14700 تومان
بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد
و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.
پشتیبانی سایت : * serderehi@gmail.com
در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.
14,700 تومانافزودن به سبد خرید