توضیحات
پروژه تخمین گونه های سنگی و پارامترهای پتروفیزیکی یکی از مخازن کربناته عربستان براساس داده های مغزه با روش KNN در نرم افزار پایتون(Jupyter Notebook)
شناخت صحیح یک مخزن هیدروکربوری نقش مهمی در ارزیابی پارامترهای آن و برنامه های آتی توسعه میادین خواهد داشت. پتروفیزیک علم مطالعه خصوصیات سنگها و اثر متقابل آنها با سیالات است. تخلخل(porosity)، نفوذپذیری(permeability)، درجه اشباع، شکل هندسی منافذ و سرعت موج برشی از مهم ترین خواص پتروفیزیکی سنگ ها به شمار می آیند. ارزیابی پارامترهای پتروفیزیکی مخازن نفت و گاز نقش مهمی در شناخت صحیح مخازن هیدروکربنی دارد و همچنین محاسبه آنها از جمله مسائل مهمی است که مهندسین مخازن نفت و گاز همواره در پی آن بوده اند؛ چرا که با محاسبه این عناصر می توان به پارامترهای الاستیک مخزن که نقش مهمی در درک علل شکستگی های مخزنی و مسائلی نظیر پایداری دیواره چاه و عملیات شکست هیدرولیکی مخزن دارد، دست یافت. مطالعات ژئومکانیک بخش مهمی از مطالعات مخازن نفت و گاز را شامل می شوند. در کلیه مراحل مربوط به مطالعات مخازن نفت و گاز از جمله اکتشاف، حفاری، تولید و توسعه مخازن این مطالعات از اهمیت زیادی برخوردار می باشند. شناخت ویژگی های مکانیکی سنگ مخزن نقش اساسی را در این مطالعات ایفا می کنند. روش های مستقیم و غیرمستقیم جهت به دست آوردن و مشخص کردن این ویژگی ها به کار می روند، که روش های مستقیم مانند اندازه گیری های آزمایشگاهی نتایج بهتر و دقیق تری را به دنبال خواهند داشت، ولی با توجه به محدودیت هایی از جمله هزینه بر بودن و محدودیت های فنی از جمله عدم دسترسی به مغزه های مناسب در کل طول چاه، سعی بر استفاده از روش های غیر مستقیم جهت اندازه گیری این ویژگی ها است. باتوجه به پیوسته بودن اطلاعات حاصله از عملیات چاه پیمایی در چاه، استفاده از این اطلاعات به منظور مطالعات ژئومکانیکی مناسب است. به طورکلی استفاده همزمان از اطلاعات مستقیم و غیرمستقیم جهت کالیبره کردن نتایج نهایی، دقت بیشتری را به همراه خواهد داشت. در پتروفیزیک تقریبا تمامی اصول فیزیکی (الکتریکی، هسته ای، صوتی، تشدید مغناطیسی) برای رسیدن به شناسایی خواص سنگ و سیال مخزن هیدروکربوری زیرزمینی استفاده می شود. به طورکلی یکی از ارکان اصلی در مطالعات جامع مخازن هیدروکربنی، مطالعه و شبیه سازی خصوصیات پتروفیزیکی می باشد که در اکثر شرکت های نفتی دنیا به آن پرداخته می شود. یک پتروفیزیست باید تسلط لازم بر اصول و مبانی فیزیکی کار کرد ابزار نمودارگیری و علوم حفاری، مهندسی مخزن، زمین شناسی، ژئوفیزیک و مهندسی بهره برداری را داشته باشد و در عین حال از بازه وسیعی از اطلاعات با مقیاس های میکروسکوپی مانند ارزیابی مغزه تا مقیاس های چند صدمتری مانند لرزه نگاری درون چاهی استفاده کند. همان طور که میدانیم سنگهای با سنین مختلف دارای ویژگی های نفتی متفاوتی هستند پس دانستن سن زمین شناسی مخازن نفتی و این که سن سنگ ها لزوما با زمان تجمع نفت منطبق نیست مساله مهمی است. زمان تجمع نفت و گاز حتما بعد از رسوب گذاری بوده و بر اساس مهاجرت اولیه، که در آن نفت و گاز از سنگ منشا به سمت سنگ مخزن حرکت می کند. مهاجرت ثانویه که در واقع تجمع و تمرکز نفت و گاز در داخل سنگ مخزن است.
در هر دو مورد (اولیه و ثانویه)، نفت باید از سنگ هایی با نفوذپذیری و تخلخل کافی عبور کند تا به سطح برسد. بنابراین مهاجرت به دو عامل ویژگی های سنگ و خصوصیات سیال وابسته است که این ویژگی ها شامل تخلخل، نفوذپذیری، فشار مویینه، دما، گرادیان فشار و ویسکوزیته سیال می شود. زمین شناسی زیر سطحی و ارزیابی سنگ مخزن، بازهای وسیع از اندازه گیری ها و تکنیکهای آنالیزی را تحت پوشش قرار می دهد. برای تکمیل اعمالی چون تعیین حدود مخزن، ظرفیت ذخیره و میزان هیدروکربن و ارزش اقتصادی آن، تمام اندازه گیری ها باید محاسبه و آنالیز شوند. ابتدا پتانسیل مخزن قبل از ارزیابی آن باید کشف شود سپس بازده اولیه مخزن با ابزار مهندسین اکتشاف نظیر اطلاعات لرزه ای، گرانشی و مغناطیسی مشخص می شود. تعداد زیادی از پارامترها وجود دارند که مهندسین اکتشاف برای تعیین ارزش اقتصادی مخزن از آنها استفاده می کنند. این پارامترها از تعدادی منبع شامل اطلاعات لرزه ای، مغزه ها، گل حفاری و نمودارگیری فراهم می شود. اندازه های نمودارگیری وقتی کالیبره شوند می توانند تعداد زیادی از پارامترها را در اختیار ما قرار دهند، مخصوصا این نمودارها تعداد زیادی از اندازه گیری ها نظیر: تخلخل، نفوذ پذیری، تحرک پذیری نفت و اشباع آب، نوع هیدروکربن ساختار مخزن و مدت زمان امواج الاستیک در یک سازند را برای ما فراهم می کنند. با توجه با این که خواص پتروفیزیکی مخازن هیدروکربنی در صنعت نفت از اهمیت ویژه ای برخوردارند دستیابی به این پارامترها به دانش جدیدی نیازمندست.
تفسیر پتروفیزیک:
تفسیر پتروفیزیک، تکنیک های آزمایشگاهی ارزیابی داده ها و اندازه گیری های درون چاه برای پی بردن به خصوصیات مخزن از قبیل حجم شیل(Vsh)، تخلخل (φ)، تراوایی (K)، ضخامت خالص به ناخالص( net/gross )، مخزن، اشباع آب(Sw) و مشخص نمودن زون های تولیدی می باشد.
در مطالعات مخازن هیدروکربوری، تعیین سنگ شناسی و خواص پتروفیزیکی(تخلخل، آب اشباع شدگی و نفوذپذیری) مخزن از جایگاه ویژه ای برخوردار است. تعیین این پارامترها در فرآیندهایی چون تخمین ذخیره، تولید و توسعه مخازن نفتی از اساسی ترین مراحل به شمار می روند. همچنین نتایج اینگونه مطالعات به عنوان اصلی ترین داده های ورودی برای مدلسازی مخزن به کار می روند. ارائه یک مدل دقیق و قابل قبول از یک مخزن با هدف بررسی خصوصیات پتروفیزیکی آن مخزن قبل از انجام عملیات بهره برداری از آن برای تعیین قابلیت تولید هیدروکربور ، تعداد چاه های مورد نیاز برای تولید و در مجموع داشتن یک دید اقتصادی بهتر به منظور بهینه سازی تولید و بهره برداری به نحوی که علاوه بر صیانت از مخزن و بالا بردن ضریب تولید از آن، جواب مناسبی نیز برای سرمایه گذاری انجام شده بدهد و مقرون به صرفه باشد، مدنظر است. مدلسازی مخزن براساس اطلاعات زمین شناسی و پتروفیزیکی صورت می پذیرد و ارتباط مستقیم به حجم اطلاعاتی دارد که در دسترس قرار می گیرد. روشن است که هرچه حجم اطلاعات از میدان بیشتر باشد، امکان طراحی یک مدل دقیق تر میسر می گردد. به طور معمول درهرچاهی که در یک میدان حفاری می گردد، نمودارهای الکتریکی حداقل در سازندهایی که پتانسیل مخزن بودن را دارند رانده می شوند، لذا اطلاعات زیاد و قابل استفاده ای که با هزینه نسبتا کمی نسبت به سایر روش ها (روش مغزه گیری و …….. ) در اختیار مفسر و مدل سازان قرار می گیرد در دسترس است.
از سوی دیگر، این نمودارها بیانگر مهمترین خواص مخزن از قبیل تخلخل و اشباع آب و همچنین نوع لیتولوژی های موجود در مخزن نیز هستند.
از گذشته چاه نگاری جهت محاسبه پارامترهای پتروفیزیکی با استفاده از مقایسه نتایج حاصل از لاگ های مختلف که خصوصیات پتروفیزیکی سنگ را بیان می کنند، مورد استفاده قرار می گرفت. با نگاهی به رابطه زیر می توان به اهمیت داده های پتروفیزیکی پی برد.
OIP = [Vb*φ*(1-Sw)/Bo]
OIP: مقدار نفت مخزن در شرایط سطحی.
Vb: حجم مقطع مورد مطالعه از سنگ
φ: تخلخل
Sw: اشباع آب
Bo: ضریب حجمی نفت سازند.
همانطور که در رابطه بالا دیده می شود جهت محاسبه مقدار حجم مخزن به اهمیت پارامترهای پتروفیزیکی کاملا می توان پی برد. ابزار مختلفی جهت به دست آوردن پارامترهای فوق و پارامترهای دیگر پتروفیزیکی توسط شرکت های مختلفی از جمله شلومبرژه، اطلس و … ابداع گردید و سپس با توجه به ابداعات و کشفیات جدید به مرور پیشرفت داده شد و ابزار متنوع تری جهت محاسبه پارامترهای پتروفیزیکی به وجود آمدند.
روش های زمین شناسی سطحی برای تعیین ساختارهایی که احتمال وجود سیال در آن باشد کمک می نماید ولی قادر به پیش بینی وجود هیدروکرین در آن نیست. در حال حاضر برای تعیین دقیق وجود هیدروکربن در طبقات، راه حل دیگری به غیر از حفاری وجود ندارد. ارزیابی سازند، فرآیندی از کاربرد متدهای مختلف اندازه گیری در چاه برای ارزیابی خصوصیات نمودارهای زیرزمینی است. این متدها را میتوان به 4 دسته زیر تقسیم کرد:
١- نمودارهای عملیات حفاری:
الف- نمودارهای گل نگاری
ب- اندازه گیری در حین حفاری
۲- تحلیل مغزه.
۳- نمودارهای چاه پیمایی:
الف- نمودارهای الکتریکی، ب- نمودارهای صوتی، ج- نمودارهای رادیواکتیو، د- نمودارهای الکترومغناطیس.
4- آزمایش های تولیدی.
اهداف اولیه ارزیابی مخزن:
ارزیابی و محاسبه پارامترهای پتروفیزیکی مخزن در وهله اول با اهداف زیر انجام می شود:
1- تعیین مخازن
2- تخمین میزان کل هیدروکربن در مخزن
3- تخمین میزان هیدروکرین قابل برداشت.
فرآیند نمودارگیری (Logging):
یک نمودار چاه نگاری ثبت پیوسته علائم و یا خصوصیات فیزیکی سازندی است که با حفر چاه در معرض بررسی ابزار نمودارگیری قرار گرفته است. این نمودار کلیه خصوصیات سنگ شناسی، وضعیت هندسی چاه، لوله جداری و یا وضعیت درون چاه را بر حسب عمق چاه نشان می دهد. یک نمودار پس از اتمام حفاری و پس از آنکه مته حفاری از چاه بیرون آورده شد تهیه و تنظیم می گردد. ولی تا قبل از تنظیم این نمودارها در چاه های بدون پوشش، گل حفاری را از چاه خارج نمی کنند تا تماس آن با طبقات مختلفی که پی در پی به آنها برخورد شده است قطع نشود. نمودارگیری از چاه توسط ابزاری که به انتهای کابل نمودارگیری وصل است انجام می گیرد. این ابزار معمولا دارای یک یا دو یا چند دستگاه فرستنده و یک یا چند دستگاه گیرنده می باشد. پس از فرستادن ابزار به درون چاه و پس از اینکه به عمق مورد نظر رسید آن را به آرامی و با سرعتی که مقدار آن از قبل تعیین شده به تدریج بالا می آورند.
دستگاه فرستنده در حین بالا آمدن، بر حسب نوع ابزار، سیگنال های مشخصی را با طول موج معین با تشعشات به اطراف چاه می فرستد. این سیگنال ها به طبقات مختلفی که ابزار از مقابل آنها می گذرد برخورد می کند و بازتاب آن به گیرنده های ابزار بر می گردد. دستگاه گیرنده سیگنال های برگشتی را گرفته و ثبت می کند. بطور کلی دستگاه هایی که از میدان های طبیعی استفاده می کنند قادرند سیگنال هایی را که در زیر ذکر می شوند جهت بررسی سازند انتشار دهند:
1- تشعشات نوترونی جهت اندازه گیری تخلخل و درصد اشباع نسبی آب و نفت.
2- تشعشات گاما جهت اندازه گیری جرم مخصوص سازند.
3- میدان الکتریکی که مقاومت مخصوص آب لایه ها را اندازه گیری می کند.
4- امواج صوتی که جهت اندازه گیری تخلخل و شکستگی ها به کار برده می شوند.
غالباً دو نوع ابزار مورد استفاده قرار می گیرد. ابزاری که دارای برد بلند بوده و شعاع وسیعی از اطراف چاه را در بر می گیرد، که در این مورد حجم اندازه گیری از حدود یک صد فوت مکعب (سه مترمکعب) متجاوز است. و ابزار دیگری که شعاع بسیار کمی از اطراف چاه را مورد بررسی قرار می دهد. این نوع ابزار تنها چند ده فوت مکعب (چند دسی متر مکعب) از اطراف چاه را بررسی می کنند. اطلاعات دریافتی توسط این ابزارها، همزمان توسط هفت رشته سیم هادی در کابل های مربوط به نمودارگیری چاه های بدون پوشش جداری و یا یک رشته سیم هادی (در کابل های مربوطه به چاه های با پوشش جداری) به نمودارگیر منتقل می گردد.
خواص پتروفیزیکی سنگ ها:
تخلخل:
درصدی از کل حجم سنگ است که توسط فضاهای خالی اشغال می گردد. تخلخل کمیت اساسی مورد نیاز برای محاسبات حجمی مخزن و توصیف فابریک سنگ محسوب می شود. این پارامتر علاوه بر اینکه بصورت مستقیم بوسیله آنالیزهای آزمایشگاهی روی مغزه ها اندازه گیری می شود، بصورت غیرمستقیم از طریق آنالیزهای پتروفیزیکی لاگها نیز قابل محاسبه است که دارای محدوده ای از ۱تا ۳5 در تغییر است. این پارامتر فقط به اندازه دانه ها مرتبط نیست. با اینحال اگر اندازه دانه ها یکسان باشد میزان تخلخل بیشتر از حالتی است که اندازه دانه ها متغیر است.
اشباع آب:
اشباع شدگی یک سازند، کسری از حجم منافذ اشغال شده توسط سیال است.
حجم کل فضاهای سنگ/مقدار آب فراگیرنده سازند=اشباع آب(%)
این مقدار به صورت درصد(%) بیان می شود. سیال مورد نظر در پتروفیزیک همان آب و هیدروکربن است.
اشباع آب برجا (irreducible water saturation):
میزان آب باقیمانده ای که بر اساس کشش سطحی، در محل تماس دانه ها و در درز و شکاف های کوچک باقیمانده است و میزان آن از حدود 0.05 (در سازندهای بسیار دانه درشت با سطح مقطع کم) تا 0.4 یا بیشتر(در سازندهای خیلی ریز دانه با سطح تماس زیاد) تغییر می کند و میزان آن بستگی به نوع تخلخل، اندازه حفره ها، قطر کانال های ارتباط دهنده حفره ها و طبیعت دانه های تشکیل دهنده خمیره دارد.
نفوذپذیری:
قابلیت تحرک پذیری و جریان یافتن سیالات درون سازند که با واحد میلی دارسی بیان می شود. بر خلاف تخلخل، نفوذپذیری شدید به اندازه مطلق دانه های سنگ بستگی دارد. دارسی برای یک سیال که از یک محیط متخلخل عبور می کند معادله زیر را ارائه داد:
Q=KA*(P2-P1)/μ*L
که در آن:
Q= دبی جریان cm3/s
μ= ویسکوزیته سیال.
A=سطح.
L=طول.
P1, P2= فشار در اتمسفر.
K=تراوایی.
شرح پروژه:
در این پروژه تخمین گونه های سنگی و پارامترهای فیزیکی یکی از مخازن کربناته عربستان براساس داده های مغزه با روش KNN در نرم افزار پایتون(Jupyter Notebook) انجام شده است.
نمونه نتایج:
