— (195)

دانشكده مهندسي شيمي، نفت و گاز
پايان نامه كارشناسي ارشد در رشته مهندسي شيمي (گرايش مهندسی گاز)
کاربرد شبکه هاي عصبي مصنوعي براي تشخيص مدل چاه هاي افقي در مخازن نفتي با استفاده از داده هاي چاه آزمايي
توسط:
سمانه حیدری
استاد راهنما:
دكتر رضا اسلاملوئیان
232981535623500156019535623500شهریور ماه 1392
251460038544500

239077530543500
به نام خدا
اظهارنامه
اينجانب سمانه حیدری(901237) دانشجوي رشته ي مهندسي شيمي گرايش مهندسی گاز دانشكده ي مهندسي شيمي، نفت و گاز اظهار مي كنم كه اين پايان نامه حاصل پژوهش خودم بوده و در جاهايي كه از منابع ديگران استفاده كرده‌ام، نشاني دقيق و مشخصات كامل آن را نوشته‌ام. همچنين اظهار مي كنم كه تحقيق و موضوع پايان‌نامه‌ام تكراري نيست و تعهد مي‌نمايم بدون مجوز دانشگاه دستاوردهاي آن را منتشر ننموده و يا در اختيار غير قرار ندهم. كليه حقوق اين اثر مطابق با آئين نامه مالكيت فكري و معنوي متعلق به دانشگاه شيراز است.
نام و نام خانوادگي: سمانه حیدری
تاريخ و امضاء: 10/07/1392
266700027622500
به نام خدا
کاربرد شبکههای عصبی مصنوعی برای تشخیص مدل چاه افقی در مخازن نفتی با استفاده از دادههای چاهآزمایی
به وسیله‌ي:
سمانه حیدری
پايان نامه
ارائه شده به تحصيلات تكميلي دانشگاه به عنوان بخشي از فعاليت‏هاي تحصيلي لازم براي اخذ درجه كارشناسي ارشد
در رشتهی :
مهندسي شيمي(مهندسی گاز)
از دانشگاه شيراز
شيراز
جمهوري اسلامي ايران
ارزيابي شده توسط كميته‌ي پايان‌ نامه با درجه‌ي: عالی
دكتر رضا اسلاملوئیان، دانشیار دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز (رئيس کميته)…………………………………
دکتر نصیر مهران بد، استادیار دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز……………………………………………………………
دکتر مسعود ریاضی، استادیار دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز…………………………………………………………….
225107543561000274828043497500شهریور ماه 1392
257175019939000
تقديم
تقديم به هموطنانم ،
به اميد آباداني و آزادي
و
درخشش ايران و ايراني بر فراز قله هاي علمي دنيا
تقديم به پدر و مادرم
به پاس سالها دلسوزی
تا ببالم
تقديم به اساتیدم
به پاس سالها تلاش
تا بیاموزم
تقديم به همسرم
به پاس مهربانی
تا بیاسایم
266700050863500
سپاسگزاری
سپاس و آفرین ایزد جهان آفرین راست. آن که اختران رخشان به پرتو روشنی و پاکی او تابندهاند و چرخ گردان به خواست و فرمان او پاینده. آفرینندهای که پرستیدن اوست سزاوار. دهندهای که خواستن جز از او نیست خوشگوار. هست کننده از نیستی، نیست کننده پس از هستی…
2251075426212000 اینک که به لطف خداوند توانستهام این پژوهش را به اتمام برسانم بر خود واجب میدانم که والاترین مراتب سپاس خود را به عزیزانی که مرا در این راه یاری کردند، استاد راهنمای بزرگوارم، جناب آقای دکتر رضا اسلاملوئیان که به حق از ایشان درس بزرگواری و زیبا زیستن را آموختم، اساتید مشاور محترم جناب آقای دکتر ریاضی و جناب آقای دکتر مهرانبد که صمیمانه مرا یاری کردند، تقدیم نمایم. همچنین سپاس فراوان دارم از جناب آقای دکتر وافری که همواره از راهنماییهای ایشان بهرهمند بودهام.
261937511366500
چکیده
کاربرد شبکه هاي عصبي مصنوعي براي تشخيص مدل چاه هاي افقي در مخازن نفتي با استفاده از داده هاي چاه آزمايي
به وسیلهی:
سمانه حیدری
در سالهای اخیر، چاههای افقی زیادی در اطراف جهان حفر شدهاست. دلیل عمدهی آن توانایی افزایش سطح مخزن در تماس با چاه است که باعث افزایش بهره بری از چاه میشود. از چاهآزمایی برای شناخت مدلهای مخازن هیدروکربوری و تشخیص پارامترهای مربوط به آنها استفاده میشود. چاهآزمایی بر مبنای ایجاد اختلال در جریان و ثبت فشار ته چاه ناشی از آن رفتار میکند. این تکنیک دادههای مورد نیاز برای آنالیز عددی پارامترهای مخزن را فراهم میکند. روش چاه آزمایی شامل دو مرحله میشود: 1) طبقهبندی مدل مخزن 2) تخمین پارامترها. شناسایی مدلهای چاه افقی و تعیین پارامترهای مدلهای آنها در مقایسه با چاه عمودی بسیار پیچیده تر میباشد. تعيين مدل‌ مخزن از نمودارهاي مشتق فشار، يکي از مراحل مهم و پايه‌اي در تخمين پارامترهاي مخزن از طريق آناليز داده‌هاي چاه‌آزمائي مي‌باشد. در اين مطالعه از شبکه‌هاي عصبي مصنوعي، براي شناسائي مدل مخازن نفتي از طريق نمودارهاي مشتق فشار استفاده شده‌است. شبکه‌هاي عصبي مصنوعي، مدل‌هاي رياضي هستند که داراي توانايي منحصر به فرد در تخمين پارامتر و شناسايي الگو و … هستند. هشت مدل مختلف چاه افقی از مخازن نفتي که مخازن همگن و تخلخل دو‌گانه با مرز‌هاي مختلف را شامل مي‌شود، مورد بررسي قرار گرفته است. شبکه‌ي عصبي پيشرو توسط داده‌هاي مشتق فشاري که به‌وسيله‌ي شبيه‌سازي با نرم‌افزار PANSYSTEM توليد شده‌اند، آموزش داده‌ شده‌ است. عملکرد شبکهی پرسپترون به وسیلهی متوسط خطاهاي نسبي و مجذور ميانگين مربعات خطا بررسی میشود. توانايي شبکه‌ي طراحي‌شده از طريق داده‌هاي داراي نويز مورد بررسي قرار گرفته‌است. دقت شبکه‌ به‌وسيله‌ي تعدادي پارامتر آماري مانند حساسيت و دقت دسته‌بندي کلي آورده شده و دقت کلی شبکه‌ي پيشرو 05/97 مي‌باشند.
کلمات کلیدی: چاه افقی ، شبکه عصبی مصنوعی ، شناسایی مدل مخزن، چاه آزمایی
فهرست مطالب
عنوان صفحه
TOC h z t “تیتر اصلی,1,تیتر فرعی 1,2,تیتر فرعی 2,3” 1- مقدمه21-1- مقدمه‌اي بر مهندسی مخزن2
1-2- مخازن نفت و بهرهبرداری از مخازن نفتی31-3- تعاریف انواع مخزنها با استفاده از نمودارهای فازی51-4- مروری بر خواص سنگ مخزن81-4-1- درجه تخلخل81-4-2-تراکمپذیری همدما81-4-3- درجه اشباع سنگ91-5- مقدمه‌اي بر چاه‌آزمائي91-5-1- عوامل موثر بر چاه‌آزمائي121-5-1-1- ضريب پوسته12
– ضريب پوسته‌ي شكاف هيدروليكي12- تكميل چاه جزئي و مشبك‌كاري جزئي121-5-1-2- اثر ذخيره درون چاهي14- قانون سرانگشتي151-5-1-3- نفوذپذيري يا تراوائي151-5-1-4- نحوه‌ي حرکت سيال درون محيط متخلخل151-5-1-5- مرزهاي مخزن16- مرز داخلي16- مرز بيروني مخزن161-5-2- انواع آزمايشات چاه‌آزمائي17
1-5-2-1- آزمونهای دوره‌ای تولید (اندازه‌گیری روزانه‌ی دبی و فشار)171-5-2-2- آزمون‌های سنجش بهره‌دهی چاه181-5-2-2-1- برای مخازن نفتی181-5-2-2-2- برای مخازن گازی19- آزمون شاخص بهره دهی تولید19- آزمون عملکرد جریان به داخل چاه19- تغییرات دبی در زمان طولانی تولید19- تغییرات دبی در زمان کوتاه تولید19
– تغییرات دبی در زمان کوتاه تولید و بستن چاه20
1-5-2-3- آزمونهای فشار گذرا ( فشار با زمان)201-5-2-3-1- آزمايش‌ خيزش فشار21605028016002000- آزمايش خيزش فشار ايده‌آل22- آزمايش خيزش فشار واقعي23- انحراف از حالت ايده‌آل24- روشهاي تفسير آزمايش خيزش فشار24
1-5-2-3-2- آزمايش جرياني26مشكلات چاه‌آزمائي جرياني281-5-3- کاربرد نمودارهاي مشتق در تحليل آزمايشات چاه‌آزمائي291-5-3-1- مثال‌هايي از كاربرد منحني‌هاي مشتق فشار291-6- انواع چاه در مخازن321-6-1- چاه های عمودی321-6-2-چاهها با شکست هیدرولیکی321-6-3- چاه افقی331-6-3-1- دورهی جریان شعاعی قائم341-6-3-2- دورهی جریان خطی میانی351-6-3-3- دورهی جریان شبه شعاعی انتهایی351-6-4 – معادلات زمان رژیمهای مختلف در چاه افقی361-6-4 – آنالیز فشار در چاه افقی37HYPERLINK l “_Toc316286093″1-7-1- آزمایش کاهش فشار60502801600200037
– پاسخ فشار در دورهی جریان شعاعی قائم اولیه37- پاسخ فشار در دورهی جریان خطی میانی37- پاسخ فشار در دورهی جریان شبه شعاعی انتهایی37HYPERLINK l “_Toc316286093″1-7-1- آزمایش خیزش فشار38
– پاسخ فشار در دورهی جریان شعاعی قائم اولیه38- پاسخ فشار در دورهی جریان خطی میانی38- پاسخ فشار در دورهی جریان شبه شعاعی انتهایی381-8- شبکه های عصبی381-8-1- ساختار مغز391-8-2- مدل ریاضی یک نرون401-8-3-یادگیری شبکه42الف) یادگیری با ناظر42ب) یادگیری بدون ناظر42ج) یادگیری تشدیدی421-8-4- تقسیم بندی بر اساس ساختار42الف) شبکه های پیش خور42ب) شبکه های بازگشتی431-8-5- شبکه پرسپترون431-8-6- ترتیب ارائه داده ها به شبکه441-8-7- تابع انتقال441-8-8- پایان آموزش451-8-9- تعداد نرون در لایه ها46
1-8-10- معيار‌هاي نيکويي برازش46- تحليل رگرسيون46
– ضريب همبستگي46- مجذور ميانگين مربعات خطا.47- متوسط خطاهاي نسبي472- مروری بر کارهای گذشته492-1- کارهای انجام شده بر روی شبکههای عصبی492-2- کارهای انجام شده بر روی چاههای افقی593- گردآوری داده های چاه آزمایی663-1- مقدمه663-2- پارامترهای مورد نیاز برای وارد کردن به نرم افزار673-3-پارامترهاي چاه‌آزمائي مدل‌هاي مخزني683-3- 1-استفاده از روش طراحی آزمایش برای تولید داده های اولیه693-3-2- تبدیل داده های فشار به شبه فشار و مشتق گیری از آنها703-4-نرماليزه‌کردن713-5- ساختار شبکهی عصبی713-6- مدلهای در نظر گرفته شده73- مخزن همگن فشار ثابت، بدون جریان و بدون مرز محدود73- مخزن همگن فشار ثابت، بدون جریان با مرز گسل منفرد فشار ثابت74- مخزن همگن فشار ثابت، بدون جریان با گسل منفرد بدون جريان75- مخزن تخلخل دوگانه فشار ثابت، بدون جریان و بدون مرز محدود75- مخزن تخلخل دوگانه فشار ثابت، بدون جریان با مرز گسل منفرد فشار ثابت77- مخزن تخلخل دوگانه فشار ثابت، بدون جریان با مرز گسل منفرد بدون جريان78- مخزن تخلخل دوگانه بدون جریان با مرزگسل منفرد فشار ثابت79- مخزن تخلخل دوگانه ، بدون جریان با مرز گسل منفرد بدون جريان794- بحث و نتایج824-1- مقدمه824-2- تعيين ساختار بهينه‌ي شبکه‌ پیشرو824-2-1- آموزش شبکه854-3- بحث و نتایج87 4-3-1- امتحان شبکه با داده های تست87 4-3-2- بررسي استقامت شبکه در برابر نمودار‌هاي داراي نويز895- نتيجه‌گيري و پيشنهادات995-1- مقدمه995-2- نتايج99- نتايج مرتبط با شبيه‌سازي داده به‌وسيله نرم‌افزار99- نتايج مرتبط با شبکه عصبی مصنوعی995-3-2- پيشنهادات100منابع101

فهرست اشکال
TOC h z t “زيرنويس شکل” c شکل (1-1) نمودار فازی دما – فشار سیال یک مخزن6
شکل (1-2) نمودار مدل فشاري10
شکل (1-3) نمودار مدل مشتق فشاري11
شکل (1-4) اثر ذخيره درون چاهي با شيب 1 در اطراف چاه15
TOC h z t “زيرنويس شکل” c شکل (1-5) نمودار تغيير فشار نسبت به زمان در آزمايش‌ خيزش فشار21
شکل (1-6) برونيابي نمودار هرنر براي به‌دست آوردن P*25
شکل (1-7) نمودار تغيير فشار نسبت به زمان در آزمايش جرياني26
شکل (1-8) دو برابر شدن شيب نشانگر وجود يك گسل29
TOC h z t “زيرنويس شکل” c شکل (1-9) تفاوت چاه‌آزمائي خيزش فشار و جرياني30
شکل (1-10) نمايي از ناحيه نهايي يك مرز با فشار ثابت30
شکل (1-11) نمودار چاه آزمائي در حالت افت فشار در يك مخزن با مرزهاي غيرقابل نفوذ31
شکل (1-12) نمايي از وجود دو گسل غيرقابل نفوذدر مرز خارجي مخزن31
TOC h z t “زيرنويس شکل” c شکل (1-13) نمايي از تغييرات فشار چاه نزديك به يك گسل نيمه گذرا32
شکل (1-14) نمای از یک چاه افقی34
شکل (1-15) جریان شعاعی قائم34
شکل (1-16) جریان خطی میانی35
TOC h z t “زيرنويس شکل” c شکل (1-17) جریان شبه شعاعی.35
شکل (1-18) مشخصات اصلی یک نرون بیولوژیک40
شکل (1-19) ساختار يک نرون مصنوعي41
شکل (1-20) ساختار یک MLP سه لایه44
شکل (1-21) تابع انتقال سیگموئید45
شکل (1-22) تابع انتقال تانژانت هایپربولیک45
شکل (3-1) نمودارهاي مشتق فشار شبيه‌سازي شده‌ي مدل یک74
شکل (3-2) نمودارهاي مشتق فشار شبيه‌سازي شده‌ي مدل دو75
شکل (3-3) نمودارهاي مشتق فشار شبيه‌سازي شده‌ي مدل سه76
شکل (3-4) نمودارهاي مشتق فشار شبيه‌سازي شده‌ي مدل چهار77
شکل (3-5) نمودارهاي مشتق فشار شبيه‌سازي شده‌ي مدل پنج78
شکل (3-6) نمودارهاي مشتق فشار شبيه‌سازي شده‌ي مدل شش79
شکل (3-7) نمودارهاي مشتق فشار شبيه‌سازي شده‌ي مدل هفت80
شکل (3-8) نمودارهاي مشتق فشار شبيه‌سازي شده‌ي مدل هشت80
شکل (4-1) ساختار بهينه‌ي شبکه‌ي پيشرو84
شکل(4-3) تغييرات خطا در جريان آموزش شبکه‌ي پيشرو با ساختار بهينه87
شکل(4-4) نمودار مشتق فشار نرماليزه‌شده مدل يک همراه با داده‌هاي پرت اعمال‌شده به آن89
شکل(4-5) نمودار مشتق فشار نرماليزه‌شده مدل دو همراه با داده‌هاي پرت اعمال‌شده به آن90
شکل(4-6) نمودار مشتق فشار نرماليزه‌شده مدل سه همراه با داده‌هاي پرت اعمال‌شده به آن90
شکل(4-7) نمودار مشتق فشار نرماليزه‌شده مدل چهار همراه با داده‌هاي پرت اعمال‌شده به آن91
شکل(4-8) نمودار مشتق فشار نرماليزه‌شده مدل پنج همراه با داده‌هاي پرت اعمال‌شده به آن91
شکل(4-9) نمودار مشتق فشار نرماليزه‌شده مدل يشش همراه با داده‌هاي پرت اعمال‌شده به آن92
شکل(4-10) نمودار مشتق فشار نرماليزه‌شده مدل هفت همراه با داده‌هاي پرت اعمال‌شده به آن92
شکل(4-11) نمودار مشتق فشار نرماليزه‌شده مدل هشت همراه با داده‌هاي پرت اعمال‌شده به آن93
HYPERLINK l “_Toc368350872” شکل(4-12) خروجي شبکه‌ي پيشرو به نمودار مشتق فشار مدل يک همراه با داده‌هاي پرت اعمال‌شده به آن 93
شکل(4-13) خروجي شبکه‌ي پيشرو به نمودار مشتق فشار مدل دو همراه با داده‌هاي پرت اعمالشده به آن94
شکل(4-14) خروجي شبکه‌ي پيشرو به نمودار مشتق فشار مدل سه همراه با داده‌هاي پرت اعمال‌شده به آن94
شکل(4-15) خروجي شبکه‌ي پيشرو به نمودار مشتق فشار مدل چهار همراه با داده‌هاي پرت اعمالشده به آن95
شکل(4-16) خروجي شبکه‌ي پيشرو به نمودار مشتق فشار مدل پنج همراه با داده‌هاي پرت اعمالشده به آن95
شکل(4-17) خروجي شبکه‌ي پيشرو به نمودار مشتق فشار مدل شش همراه با داده‌هاي پرت اعمالشده به آن96
شکل(4-18) خروجي شبکه‌ي پيشرو به نمودار مشتق فشار مدل هفت همراه با داده‌هاي پرت اعمالشده به آن96
شکل(4-19) خروجي شبکه‌ي پيشرو به نمودار مشتق فشار مدل هشت همراه با داده‌هاي پرت اعمالشده به آن97
فهرست جداول
TOC h z t “بالانويس جدول” c جدول (3-1): شرايط فرض‌شده مخزن، چاه و سيال موجود درآن67
جدول (3-2): محدوده‌ي انتخاب‌شده پارامترهاي چاه‌آزمائي69
جدول (3-3): تعداد داده‌ي توليد‌شده براي هر مدل و توزيع داده‌هاي آموزشي و آزمون73
جدول (4-1): تعيين ساختار بهينه‌ي شبکه‌ي پيشرو84
جدول (4-2): تعيين الگوريتم آموزشي بهينه‌ي شبکه‌ي پيشرو85
جدول (4-4): توانايي شبکه‌ي پيشرو در شناسائي مدل واقعي مخزن از داده‌هاي آزمون شبيه‌سازي88
جدول (4-5): مقايسه‌ي توانايي شبکه‌ي پيشرو در شناسائي مدل واقعي مخزن از داده‌هاي آزمون شبيه‌سازي88

فهرست علائم اختصاري
باياس
ضريب تشکيل نفت
ذخيره‌ي درون چاهي بدون بعد
ضريب تراکم‌پذيري نفت
ذخيره‌ي درون چاهي
ضريب تراکم‌پذيري کلي
ضريب تراکم‌پذيري آب
تابع انتگرال نمايي
تابع فعاليت
عمق مخزن هيدروکربني
تراوائي شکاف
تراوائي ماتريس
طول شکاف
شعاع مخزن
شعاع بدون بعد
مساحت بلوك ماتريس/حجم بلوك ماتريس
شعاع چاه
مدت زمان جريان
ضريب پوسته
ضريب پوسته‌ي شكاف هيدروليكي
ضريب پوسنه ناشي از ورود جريان عمودي
مدت زمان توليد
طول شكاف
تراوائي عمودي
تراوائي درجهت x
تراوائي در جهت y
طول چاه افقي L
ميزان فشار در زمان يک ساعت
فشار بدون بعد
ورودي‌هاي شبکه‌ي عصبي
فشار اوليه مخزن
فشار مخزن در حين توليد
فشار مخزن در حين بسته بودن
شدت جريان چاه
وزن سيناپسي
خروجي‌هاي شبکه‌ي عصبي
مقادير مشاهده شده (واقعي)
ميانگين مقادير مشاهده شده (واقعي)
مقادير تخميني (خروجي شبکه)
ميانگين مقادير تخميني (خروجي شبکه)
ويسکوزيته
تخلخل
تخلخل شکاف
تخلخل ماتريس
تغييرات زمان
تغييرات حجم سيال داخل چاه تحت شرايط چاه
تغييرات فشاري اعمال شده به چاه
تغييرات فشار
نسبت جريان بين دانه‌اي
ضريب شکل
نسبت ظرفيت شکاف به ماتريس
فصل اول
2341880411226000
مقدمه
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. تقسیمبندی 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 میکند. 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 TOC h z c “شکل” .
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 دادههای سطح،اغلب گمراهکننده هستند. اسکلاتر و استفانسون اولین دستگاه ثبت فشار درون چاهی و نمونهگیر را برای نمونهگیری از سیالات تحت فشار درون چاهها ابداع کردند[1]. جالب اینکه این دستگاه دادههای درون چاهی را باتوجه به مقادیر مثبت فشار، دما، نسبتهای گاز به نفت و طبیعت فیزیکی و شیمیایی سیالات مشخص میکند. لزوم اندازهگیری فشارهای صحیح درون چاهی هنگامی مورد توجه قرار گرفت که اولین دستگاه فشار سنج دقیق توسط میلیکان و سیدول 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، اندازهگیری کند.
دانش پتروفیزیک، مطالعهی 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 دههی 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 استفاده از شیوههای 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 بهرهبرداری مخازن نفت و گاز بروز مینماید. مهندسی مخزن (هنر توسعه و بهرهبرداری سیالات نفت وگاز به طریقی که بازیابی اقتصادی بالا حاصل شود) نیز تعریف شده است[4].
مخازن نفت و بهرهبرداری از مخازن نفتی
تودههای نفت و گاز داخل تلههای زیرزمینی یافت میشود که به واسطهی خصوصیات ساختاری و چینهای شکل گرفتهاند[5]. خوشبختانه تودههای نفت و گاز معمولا در قسمتهای 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 میشود، منطقهی نفتی نام دارد. در اینجا چهار نوع ذخایر هیدروکربوری وجود خواهد داشت:
گاز آزاد یا گاز همراه، گاز محلول، نفت موجود در منطقهی 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 جامعهی مهندسان نفت (SPE) 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 بهرهبرداری مشخص و تحت آییننامههای جاری دولت به لحاظ اقتصادی، قابلیت بازیابی و سوددهی وعرضه در بازار را داشته باشند[6]. میزان ذخایر با استفاده از دادههای زمینشناسی و مهندسی موجود محاسبه میگردد. به تدریج که طی بهرهبرداری از مخزن دادههای بیشتری بهدست میآید، برآورد ذخایر نیز روزآمد میشود.
تولید اولیهی هیدرو کربنها از مخازن زیر زمینی که با استفاده از انرژی طبیعی مخزن صورت میگیرد، بهرهبرداری اولیه محسوب میشود. در بهرهبرداری اولیه، نفت یا گاز بر اثر الف) انبساط، ب) جابهجایی 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 جابهجایی 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 میشود. همچنین از گاز به منظور بازیابی سیالات گاز میعانی در چرخهی گاز استفاده میشود.
استفاده از طرح تزریق گاز طبیعی یا آب، عملیات بازیابی ثانویه نامیده میشود. زمانی که برنامهی تزریق آب فرایند بازیابی ثانویه را به دنبال داشته باشد، فرایند سیلاب زنی آبی نامیده میشود. هدف اصلی از گاز طبیعی یا آب به مخزن، حفظ فشار است. به همین دلیل از عبارت برنامهی حفظ فشار نیز در تشریح فرآیند بازیابی ثانویه استفاده میشود.
فرایند جابهجایی دیگری فرایند بازیابی مرحلهی 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 نمیشود. در این حالت کلمهی مرحلهی سوم نامگذاری غلطی است. در برخی از مخازن، اعمال فرایند ثانویه یا مرحلهی سوم پیش از فرایند پایان بازیابی مرحلهی اول سودمند است. در این مخازن عبارت ازدیاد برداشت به کار میرود و عموماً شامل هر فرایند بازیابی میشود که برداشت از مخازن را بیش از آنچه از انرژی طبیعی مخزن انتظار میرود، بهبود بخشد.
تعاریف انواع مخزنها با استفاده از نمودارهای فازی
از نقطه نظر فنی، میتوان انواع مختلف مخزن را به کمک موقعیت اولیهی دما و فشار مخزن با توجه به محدودهی دو فازی ( گاز و مایع) که معمولاً بر روی نمودار حالات فشار – دما نشان داده میشود، 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.

شکل(1-1): نمودار فازی دما – فشار سیال یک مخزن[7]
این نمودار به پنج ناحیه تقسیم شده است در ناحیه پنجم سیال در حالت تک فازی قرار دارد و ماده ای که در این قسمت قرار دارد، گاز نامیده میشود. چون سیال باقیمانده در مخزن در ضمن بهرهبرداری در همان دمای مشخص باقی میماند، واضح است وقتی که فشار در این مسیر کاهش مییابد سیال همچنان در حالت تک فازی، یعنی گاز باقی میماند. به علاوه همچنان که مخزن تخلیه میشود ترکیب سیالی که استخراج میگردد، تغییر نمیکند. این حالت برای هر تودهای از این ترکیب تا آنجا که دمای مخزن به دمای نقطه کری کاندنترم ( حداکثر دمای دوفازی ) نرسیده باشد، به همین ترتیب ثابت میماند. گرچه در این محدوده، سیال باقیمانده در مخزن در حالت تک فازی باقی میماند، در عین حال سیالی که از درون چاه و در تفکیککنندههای سر چاه استخراج میشود و همان ترکیب را دارا میباشد ممکن است به علت کاهش دما وارد ناحیه دو فازی شود. مایعی که در سر چاه از گاز موجود در یک مخزن گازی تولید میشود به علت همین تحول میباشد.
این بار مخزن را در موقعیت سه و چهار در نظرمیگیریم. در این ناحیه نیز دمای مخزن افزون بر دمای نقطه بحرانی(نقطه C) است حالت اولیه سیال تک فازی است که مجدداً فاز گاز میباشد. با وجود اینکه فشار بر اثر بهرهبرداری کاهش مییابد، ترکیب سیال استخراج شده همان ترکیب سیال مخزن ناحیه پنجم بوده و این حالت تا فرا رسیدن نقطه شبنم برقرار می ماند. در فشار کمتر از این مقدار ، مایع غلیظی شبیه مه یا شبنم از سیال مخزن شکل میگیرد، و بدین جهت چنین مخزنی، مخزن نقطه شبنم نامیده میشود. این مایع میعانی ، از فاز گاز گه اکنون مقداری از مایع خود را از دست داده جدا میشود و چون به دیوارههای خلل و فرج سنگ میچسبد هیچگونه حرکتی ندارد. در این حالت گازی که در سر چاه استخراج میشود مقداری کمتری مایع به همراه دارد، لذا نسبت گاز به نفت تولیدی افزایش مییابد. این عمل که میعان معکوس نامیده میشود همچنان ادامه مییابد تا نقطهN فرا رسد که در آنجا حجم مایع به حداکثر مقدار خود میرسد. اصطلاح معکوس بدین جهت بهکار می رود که در ضمن انبساط هم دما، به جای عمل میعان، معمولاً باید عمل تبخیر صورت گیرد. بالاخره پس از آنکه نقطه شبنم فرا رسید چون ترکیب سیال استخراج شده تغییر کرده است، ترکیب سیال باقیمانده در مخزن نیز تغییر مینماید و تغییر مکان منحنی حالت شروع میشود، زیرا نمودار فازی که در شکل(1-1) دیده میشود فقط و فقط یک مخلوط هیدروکربنی را نشان میدهد. متاسفانه این تغییر مکان به سمت راست متمایل است که خود به هدردهی مقدار بیشتری از مایع به صورت میعان معکوس در خلل و فرج سنگ مخزن شدّت بیشتری می بخشد و در نتیجه بازیابی مایع نمیتواند به حداکثر میزان خود برسد.
به هدر رفتن مایع میعان معکوس، به طور محسوسی در موارد زیر افزایش مییابد: الف- پایین بودن دمای مخزن، ب- بالا بودن فشار ترک مخزن، ج- تمایل بیشتر نمودار فازی به طرف راست، که البته مورد اخیر مشخصه خاص سیستم اخیر به شمار میآید.
اگر توده هیدروکربنی در موقعیت یک و دو قرار گیرد، مخزن در حالت تک فازی می باشد چون دما کمتر از دمای نقطه بحرانی است، این فاز، فاز مایع خواهد بود. چنین مخزن، مخزن نقطه حباب نامیده میشود زیرا همچنان که فشار کاهش مییابد نقطه حباب فرا میرسد. بلافاصله در زیر این نقطه، حبابهای گاز یا فاز گاز آزاد ظاهر می شود سرانجام، گاز آزادی که از مایع خارح شده در حالیکه هر لحظه بر مقدارش افزوده میشود به طرف حفره چاه جریان مییابد. از طرف دیگر، نفت در حالی به جریان خود ادامه میدهد که هر لحظه از مقدارش کاسته میشود و در نتیجه مقدار زیادی نفت غیر قابل بازیابی در مخزن باقی میماند. نامهای دیگر این قبیل مخازن نفت عبارتند از: نفت تخلیهای، مخزن گاز محلول، مخزن با رانش گاز محلول، مخزن انبساطی و مخزن با رانش گاز داخلی.
بلاخره اگر همین مخلوط در ناحیه دو فازی قرار داشته باشد،دمخزن در حالت دو فازی است که شامل یک منطقهی مایع یا منطقهی نفتی است و در بالای آن منطقهی گازی یا کلاهک گازی واقع میباشد. چون ترکیبات این دو منطقه با یکدیگر تفاوت کلی دارند میتوان هر یک را به طور جداگانه با نمودار فازی مخصوص خود در نظر گرفت تا بدین وسیله این دو سیال یا ترکیبشان، با یکدیگر ارتباط کمتری داشته باشند.
مروری بر خواص سنگ مخزن
خواصی که در این بخش بررسی میشود عبارتند از درجهی تخلخل، تراکمپذیری همدما، درجه اشیاع سیال، تراوایی و نفوذپذیری که اهمیت زیادی در برداشت از مخزن دارند.
1-4-1- درجهی تخلخل
درجهی تخلخل محیط متخلخل با نماد Ø نشان داده شده و عبارت است از نسبت فضای خالی یا حجم منافذ به حجم کل تودهی سنگ. این نسبت به صورت کسری یا بر حسب درصد بیان میشود. هنگامی که از مقدار تخلخل در معادله استفاده میشود، این مقدار تقریباً همیشه به صورت کسری خواهد بود. اصطلاح درجهی تخلخل هیدروکربنی به آن بخش از تخلخل اشاره دارد که حاوی هیدروکربن باشد. تخلخل هیدروکربنی، حاصلضرب تخلخل کلی در کسری از حجم منافذ است که حاوی هیدروکربن هستند.
میزان درجهی تخلخل معمولاً به روش اندازهگیری استفاده شده بستگی دارد و به صورت درجهی تخلخل کلی یا موثر گزارش میشود. درجهی تخلخل کلی، مقدار فضای خالی کل محیط را نشان می دهد و درجهی تخلخل مؤثر آن مقدار از فضای خالی است که در جریان سیالات سهیم است.این نوع درجهی تخلخل معمولاً در آزمایشگاه اندازهگیری میشود و در محاسبات مربوط به جریان سیال مورد استفاده قرار میگیرد.
روشهای آزمایشگاهی اندازهگیری درجه تخلخل عبارت هستند از قانون بویل، درجهی اشباع آب، درجه و درجهی اشباع مایع آلی.
1-4-2-تراکم پذیری همدما
تراکم پذیری همدما در ماده ، با معادلهی زیر نشان داده می شود :
(1-1) c=-1V dVdPکه در آن P فشار ، c تراکم پذیری و v حجم را نشان میدهد.
این معادله تغییر حجم ماده را در دمای ثابت بر اثر تغییر فشار توصیف می کند و واحدهای آن معکوس واحدهای فشار است.
1-4-3- درجهی اشباع سیال
نسبت حجم اشغال شده توسط سیال به حجم منافذ ، درجهی اشباع سیال نامیده میشود. نماد درجهی اشباع نفت ، So است که S درجهی اشباع و o به نفت اطلاق میشود. درجهی اشباع به صورت کسر یا درصد بیان میشود، اما در معادلات به صورت کسری مورد استقاده قرار میگیرد. مجموع درجههای اشباع تمام سیالات موجود در محیط متخلخل برابر 1 است.
1-5- مقدمه‌اي بر چاه‌آزمائي
به محض حفر يك چاه در درون مخزن و آغاز استخراج سيال درون آن، تغييراتي در پارامتر‌هاي مخزني مانند فشار، حجم سيال درون مخزن، گرانروي سيال و… ايجاد مي‌شود. تغيير پارامتر‌هاي مخزن باعث تغيير رفتار مخزن مانند چگونگي فاز‌هاي سيال (مايع و گاز) درون مخزن، در نتيجه چگونگي فازهاي سيال استخراج شده، ميزان دبي و… مي‌شود.
بنابراين با گذشت زمان و ادامه‌ي برداشت از مخزن، رفتار مخزن تغيير مي‌كند. در واقع پارامترهاي مخزن به نوعي تابع زمان هستند. عمليات چاه‌آزمائي تجزيه و تحليل رفتار مخزن و چاه بر اساس زمان است، نتايج حاصل از آن مي‌تواند تأثير زيادي در تشخيص مقادير واقعي پارامترهاي مخزني داشته باشد، از اين رو چاه‌آزمائي يكي از مهم‌ترين ابزار‌هاي مهندسان براي شناخت مخزن نفت محسوب مي‌شود. به دست آوردن مقدار واقعي اين تغييرات نقش عمده‌اي در ايجاد يك مدل دقيق و به روز از مخزن دارد.
در سال‌هاي 1937، چاه‌آزمائي به عنوان ابزاري براي شناخت رفتار واقعي مخزن در قبال تغييرات ايجاد شده‌ي درون چاه، وارد مهندسي نفت شد[8]. مخزن نفت محيطي ناشناخته و بسيار ناهمگن است كه تشخيص دقيق آن عملاً امكان پذير نيست. با توجه به ويژگي‌هاي كلي مخزن، مدل‌هاي رياضي اوليه‌اي براي تفسير رفتار مخزن و چگونگي حركت سيال در درون محيط‌هاي متخلخل مختلف از جمله محيط متخلخل مخازن شكافدار، وجود دارد. اين مدل‌ها كه اصطلاحاً مدل‌هاي ايده‌آل گفته مي‌شوند، تا اندازه‌اي توانايي پيش‌بيني رفتار واقعي مخزن را دارند. پارامتر‌هاي مدل را بايد پس از تطبيق با رفتار مخزن اصلاح كنند، تا رفتار مدل، رفتار واقعي مخزن را نشان دهد. پس از انجام هرآزمايش، روي مخزن واقعي، اطلاعات فشار و زمان را روي نمودارهايي (مختصات لگاريتمي، شبه لگاريتمي يا دكارتي) پياده كرده و آن را بر اساس نمودار‌هاي مدل‌هاي اوليه تفسيرمي‌كنند و اطلاعاتي مانند نوع رژيم جريان(خطي، شعاعي، كره‌اي)، مساحت مخزن و… غيره را به‌دست آورند.
درحدود سال‌هاي 1970به بعد، محققين با ارائه كردن نمودارهاي مدل فشار در برابر زمان، به تشخيص حالت‌هاي كلي شكل مخزن پرداختند كه در تفسير نمودارهاي چاه‌آزمايي نقش بسيار زياد و مهمي دارند.
302260219075
center132715شکل(1- 2) : نمودار مدل فشاري [9]00شکل(1- 2) : نمودار مدل فشاري [9]

نمودار‌هاي مدل نسبت به روش قبلي، جزئي‌تر و دقيق‌تر بوده و حالت‌هاي بيشتري را نشان مي‌دهند، از اين رو براي مهندس نفت اين امكان ايجاد مي‌شود كه با اخذ اطلاعات مخزن و پياده كردن داده‌هاي مربوط به آزمايش روي نمودار، نمودار بدست آمده از مخزن واقعي را با نمودارهاي مدل منطبق كرده و براساس آن پارامترهاي ديگر مهندسي مخزن ( نفوذ‌پذيري، ضريب پوسته و….) را به دست ‌آورد، و يا درحالت عدم انطباق كامل با نمودار‌هاي مدل، برخي از پارامترهاي نمودار مدل را تغيير داده تا بهترين نمودار بيان‌كننده‌ي حالت واقعي مخزن را شناسايي كند. پس از اين براي افزايش دقت، روش استفاده از نمودارهاي مشتق ( نمودار مشتق فشار در برابر زمان ) ارائه شد.
در واقع نمودار‌هاي مشتق نيز يك نوع نمودار مدل هستند كه محاسبات مهندسي بر اساس آن‌ها بيشتر، در تأييد و تكميل نتايج بدست آمده از نمودارهاي مدل معمولي بكارمي‌رود. نمونه‌اي از اين نمودارها در شکل زير آمده است.
1879603810

center8255شکل(1- 3) : نمودار مدل مشتق فشاري [9]00شکل(1- 3) : نمودار مدل مشتق فشاري [9]
دركشورما به دليل اهميت داشتن توليد روزانه، بستن چاه به مدت دو يا سه روز براي انجام آزمايش تا حدود زيادي امكان‌پذير نيست و يا خيلي سخت است به‌همين دليل مجهز كردن چاه‌ها به سيستم‌هاي هوشمند (چاه هوشمند) براي ثبت فشار و زمان و دبي توليد مي‌تواند تا حدودي ما را از عمليات چاه‌آزمايي بي‌نياز كند. يكي از نكات جالب درمورد چاه‌آزمايي اين است كه با استفاده از اطلاعات سه متغير زمان، فشار و دبي توليدي يا دبي تزريقي، اكثر پارامترهاي مهندسي مخزن نظير نفوذپذيري، ضريب پوسته، سطح تخليه چاه (حجم مؤثر درتوليد چاه، به بيان ديگر حجمي از مخزن كه توسط هر چاه تخليه مي‌شود)، نوع مخزن (ساده يا تركيبي) را به ‌دست مي‌آورند.
1-5-1- عوامل موثر بر چاه‌آزمائي1-5-1-1- ضريب پوستهفاصله‌ي نزديک به چاه که به دليل عواملي مانند ورود آب از گل حفاري به داخل سازند، عوارض حاصل از مشبک‌کاري، آزاد شدن گاز نزديکي چاه به دليل افت فشار و هم‌چنين رسوب آسفالتين (نوعي نفت بسيار سنگين با گرانروي بسيار بالا) خواص فيزيکي خود را از دست داده باشد را ضريب پوسته گويند [10]. ميزان آسيب‌ديدگي مخزن را با يک ضريب به اسم ضريب پوسته نشان مي‌دهند. به‌عبارت ديگر به هر نوع عاملي كه باعث افت فشار غير معمول و نيز كاهش يا افزايش تراوائي در ناحيه‌ي اطراف چاه گردد ضريب پوسته گفته مي‌شود.
– ضريب پوسته‌ي شكاف هيدروليكيضريب پوسته‌ي است كه از طريق شكاف هيدروليكي ايجاد مي‌گردد. اين ضريب به طول شكاف و هدايت آن بستگي دارد. ضريب پوسته‌ي شكاف هيدروليكي “” از طريق معادله‌ي (1-2) قابل محاسبه است.
(1-2) G (Cr) يك تابع كاهشي از هدايت شكاف مي‌باشد و از طريق نمودار به‌دست مي‌آيد [10].
– تكميل چاه جزئي و مشبك‌كاري جزئيبعضي اوقات تكميل چاه ناقص بوده و به‌صورت كامل انجام نمي‌گيرد. در اين حالت در مقياس نيمه‌لگاريتمي ممكن است دو خط متقاطع وجود داشته‌باشد که خط راست اولي مربوط به kh/µ ناحيه‌ي مشبک‌کاري شده و kh/µ دوم مربوط به كل سازند مي‌باشد. در بعضي موارد ممکن است که خط راست ابتدايي، به علت اثر ذخيره درون چاهي يا اثرات ديگر ظاهر نگردد [11].
مشبک‌کاري جزئي در بعضي از موارد به طور ناخواسته ايجاد مي‌گردد و در پاره‌اي از موارد بايد آن را ايجاد كرد [10].
موارد ضروري انجام مشبك‌كاري به طور جزئي
اجتناب از توليد سيال نامطلوب: واضح است که در نزديكي‌هاي سطح تماس گاز و نفت، مشبك‌كاري در قسمت پايين‌تر انجام مي‌گيرد تا گاز توليد نشود و در حاليكه در نزديكي‌هاي سطح تماس نفت و آب مشبك‌كاري در قسمت بالاتر صورت مي‌گيرد تا آب توليد نشود.
زماني كه قسمتي از يك لايه‌ي توليدي داراي خصوصيات بهتر و مطلوب‌تري براي برداشت هيدروكربور باشد و مشبك‌كاري كل لايه از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه نباشد [10].
موارد ناخواسته انجام مشبك‌كاري به طور جزئي
قسمتي از مشبك‌كاري به خوبي عمل نكرده و جريان را به خوبي از خود عبور ندهد.
قسمتي از لايه‌ي توليدي داراي نواحي غير قابل نفوذ باشد و جريان سيال را به خوبي از خود عبور ندهد [10].
جريان در اطراف چاهي كه به طور نسبي مشبك‌كاري شده‌است داراي سه مكانيزم مي‌باشد.
الف- بلافاصله بعد از توليد در اطراف چاه جريان شعاعي به وجود مي‌آيد كه معمولاً به واسطه‌ي اثر ذخيره‌ي درون چاهي ناپديد مي‌گردد.
ب- بعد از جريان شعاعي، جريان كروي حاصل مي‌شود.
ج- بعد از اينكه جريان تراكم‌پذير كل لايه‌ي توليدي را در بر گرفت دوباره جريان شعاعي به وجود مي‌آيد.
معادله‌ي (1-3) جريان كروي مربوط به چاه‌آزمائي جرياني را نشان مي‌دهد.
(1-3)
براي چاه‌آزمائي خيزش فشار، جريان كروي به‌صورت معادله‌ي (1-4) نمايان مي‌شود.
(1-4)
مقدار ضريب پوسته‌اي كه در اثر سيمان‌شدگي ماسه يا تكميل جزئي چاه به وجود مي‌آيد به‌طور جزئي توسط عمليات تحريك چاه كاهش مي‌يابد. بنابراين لازم است كه اين گونه ضرايب پوسته به خوبي شناسايي شوند [12-10].
1-5-1-2- اثر ذخيره درون چاهياين عامل اغلب به خاطر تراكم‌پذيري سيال ايجاد مي‌گردد و باعث يك تغيير ناگهاني در جريان سيال مي‌شود [12].
ذخيره‌ي درون چاهي با معادله‌ي (1-5) تعريف مي‌شود. (1-5)
: تغييرات حجم سيال داخل چاه تحت شرايط چاه.
: تغييرات فشاري اعمال شده به چاه.
اثر ذخيره‌ي درون چاهي معادل حاصلضرب حجم در تراكم‌پذيري مي‌باشد و فاكتور بدون بعد آن با معادله‌ي (1-6) تعريف مي‌شود.
(1-6)
– قانون سرانگشتياين روش براي منحني‌هاي تطبيقي كاربرد دارد. اين منحني فشار را بر حسب زمان در مقياس لاگ‌-لاگ رسم مي‌نمايد. دوره‌ي اثر ذخيره‌ي درون چاهي داراي شيب خط يک مي‌باشد.
در شكل(1-4) مي‌توان اثر ذخيره درون چاهي را در مقياس لاگ‌- لاگ مشاهده نمود [10].
233362531686500
22193251350010PΔ
00PΔ
2952750721360PΔ
00PΔ
3581400435610002657475106426000301942537846000-171450921385PΔ
00PΔ

شکل(1-4): اثر ذخيره درون چاهي با شيب 1 در اطراف چاه [13].
1-5-1-3- نفوذپذيري يا تراوائيتوانايي سنگ براي عبوردهي سيال (با گرانروي مشخص، در فشار مشخص) از درون خلل و فرج خود را تراوائي مي‌گويند. نفوذ‌پذيري مطلق تنها به خصوصيات سنگ بستگي دارد اما نفوذپذيري نسبي علاوه برخصوصيات سنگ، به خصوصيات سيال و درصد اشباع (سنگ از سيال) نيز بستگي دارد.
1-5-1-4- نحوه‌ي حرکت سيال درون محيط متخلخلپس از تکميل چاه، حرکت سيال به سمت چاه و توليد از مخزن آغاز مي‌شود. درک چگونگي نمودارهاي چاه‌آزمائي، نيازمند شناخت کمي و کيفي حرکت سيال در محيط متخلخل است. ازاين رو سه نمونه حرکت خطي، شعاعي، کروي براي سيال درون مخزن پيش‌بيني شده است.
با استفاده از روابط قانون پايستگي جرم و هم‌چنين قانون دارسي، که بيان‌کننده‌ي ارتباط ميان سرعت خطي و گراديان فشار (آهنگ تغييرات فشار بر حسب کم و يا زياد شدن فاصله مي‌باشد)، مدل‌سازي رياضي حرکت سيال در محيط متخلخل در هر يک از سه سيستم فوق به‌دست مي‌آيد که البته در به‌دست آوردن اين معادلات تعداد فاز (جامد، مايع، گاز) و نوع سيال موجود درمخزن نيز تأثيرگذار است.
1-5-1-5- مرزهاي مخزناز مهم‌ترين عوامل تأثيرگذار درحل مدل رياضي حرکت سيال در محيط متخلخل نوع مرزهاي مخزن است. به ديواره‌ي چاه مرز داخلي و دورترين نقطه‌ي مخزن و به بيان ديگر حاشيه‌ي مخزن را مرز بيروني مخزن مي‌گويند.
– مرز داخليتوليد با فشار ثابتدر اين روش فشار را ثابت نگه داشته و دبي را تغيير مي‌دهند. اين روش از روش دبي ثابت که کنترل آن به‌دليل نوسانات دبي مشکل است راحت‌تر مي‌باشد. در اين روش از‌ شير‌هايي استفاده مي‌شود که مي‌توانند دبي برداشت را تغيير دهند. از اين روش بيشتر در مخازني که خطر مخروطي‌شدن گاز يا آب در آنها وجود دارد استفاده مي‌شود تا فشار مخزن تا حد زيادي حفظ شود.
توليد با دبي جرياني ثابتدر اين روش دبي جريان را با استفاده ازيک شير که معمولا در مقابل محدوده‌ي مخزن و محلي که لوله‌ي جداري مشبک‌کاري قرار مي‌دهند ثابت نگه مي‌دارند.
– مرز بيروني مخزنمرز بيروني افت فشار دارد که براي مخازن محدود که حجم مشخصي دارند صادق است.
فشار در سطح بيروني را برابر با فشار اوليه‌ي مخزن فرض کرده و به بيان ديگر افت فشار وجود ندارد. اين حالت براي مخازني که همراه با تأمين کننده‌ي قوي، نظير محيط آبده يا کلاهک گازي با فشار بالا هستند که اجازه‌ي کاهش فشار درسطح بيروني مخزن را نمي‌دهند کاربرد دارد.
حالتي‌که فقط کاربرد رياضي دارد و مخزن آن‌قدر بزرگ فرض مي‌شود که با ميل‌کردن شعاع بيروني به سمت بي‌نهايت، فشار برابر با فشار اوليه‌ي مخزن ‌شود و افت فشار وجود نخواهد داشت.
1-5-2- انواع آزمايشات چاه‌آزمائيعموماً تمام آزمون‌های چاه را در سه دسته تقسیم بندی می کنند:1- آزمونهای دوره‌ای تولید2- آزمونهای سنجش بهره‌دهی چاه3- آزمونهای فشارگذراآنچه که به عنوان چاه‌آزمایی مصطلح شده است ، آزمونهای دسته سوم و تا حدودی آزمونهای دسته دوم می باشند[14].
1-5-2-1- آزمون‌های دوره‌ای تولید (اندازه‌گیری روزانه‌ی دبی و فشار) این آزمونها معمولاً همان اندازه‌گیری روزانه‌ی دبی و فشار است، که برای چاه های نفت: دبی تولید نفت، دبی تولید آب و گاز همراه، حجم کل تولید نفت، میزان گاز آزاد شده از نفت بر واحد حجم و فشار جریانی چاه می باشد و برای مخازن گازی: مقدار گاز تولید شده در یک روز، دبی تولید گاز در طول روز، مقدار میعانات گازی تجمع یافته، فشار جریانی چاه و … است. تغییر این پارامترها باعث می شود که مهندسان برای بهبود شرایط تولید به آزمون‌های دسته دوم و سوم روی‌آورند و یا چاه را تعمیر کنند. مثلاً اگر در تولید روزانه چاه مشاهده شود که میزان دبی آب تولیدی نسبت به روزهای قبل افزایش یافته و این افزایش به مرور زمان بیشتر شود، باید سعی کرد فشار درون چاه را ثابت نگه داشت و سپس زون‌های مشبک کاری شده‌ای را که آّب از آن ها تولید می شوند – که معمولاً مشبک های پایین هستند-  با مسدود کننده بست. همین موارد نیز برای حالتی که میزان گاز تولیدی افزایش می یابد نیز باید مد نظر قرار گیرد.
امروزه با پیشرفت تکنولوژی، استفاده از روش های هوشمند برای کنترل مداوم چاه کمک زیادی به جمع آوری داده‌های روزانه چاه می‌کند و علاوه بر آن می‌توان با مشاهده تغییرات ناخواسته، به‌صورت خودکار تغییرات لازم را روی چاه اعمال کرد و امکان کنترل از راه دور را بر روی چاه فراهم می‌کند.
1-5-2-2- آزمون‌های سنجش بهره‌دهی چاه (میزان دبی چاه بر حسب فشار جریانی چاه)در این دسته آزمون‌ها، میزان دبی چاه بر حسب فشار جریانی چاه رسم می شود. سپس بر اساس نمودار آن می توان در یک فشار معین، دبی چاه را حدس زد و همچنین حداکثر دبی چاه را و یا دبی چاه در فشار ترک مخزن(فشاری که در آن دیگر برداشت از مخزن مقرون به صرفه نیست) را بدست آورد. اساس کار، تخمین تولید در آینده بر اساس معادلات نیمه تجربی ( بعنوان مثال معادله ووگلو یا معادله فتکوویچ) می باشد که پارامترهای مجهول این معادلات را بر اساس داده های موجود از فشار و دبی، بدست می آورند و سپس این گونه فرض می کنند که معادله مورد نظر با پارامترهای بدست آمده، برای این چاه در دبی و فشارهای دیگر نیز صادق می باشد.
1-5-2-2-1- برای مخازن نفتی:1- آزمون شاخص بهره‌دهی2- آزمون عملکرد جریان به داخل چاه3- تغییرات دبی در زمان طولانی تولید4- تغییرات دبی در زمان کوتاه تولید5- تغییرات دبی در زمان کوتاه تولید و بستن چاه
1-5-2-2-2- برای مخازن گازی:1- تغییرات دبی در زمان طولانی تولید
2- تغییرات دبی در زمان کوتاه تولید3- تغییرات دبی در زمان کوتاه تولید و بستن چاه
– آزمونشاخص بهره دهی تولیداین آزمون برای اندازه گیری شاخص بهره‌دهی به‌کار می‌رود که برابر نسبت دبی به افت فشار در طول عمر مخزن می باشد. این شاخص بیان کننده‌ی توانایی ذاتی مخزن برای تولید است که بیشتر بودن مقدار آن نشان دهنده توانایی بالای سنگ مخزن در عبور سیال مخزن است.
– آزمونعملکرد جریان به داخل چاهاین آزمون نمودار فشار جریانی چاه برحسب دبی آن است که برای مخازن نفتی در فشار بالاتر از فشار نقطه حباب شبیه به آزمون شاخص بهره‌دهی است. یعنی نمودار آن‌ها خطی است و برای مخازنی که فشار آن زیر فشار نقطه حباب است، از معادله ووگل پیروی می کنند. که بر اساس این معادله می توان معادله فشار برحسب دبی را برای چاه مورد آزمایش بدست می آورد.
– تغییرات دبی در زمان طولانی تولیدبرای این آزمون از چاه در دبی‌های مختلف تولید می کنند و برای هر دبی آن‌قدر زمان به چاه می دهند تا فشار جریانی ته چاه تثبیت شود، یعنی تغییرات آن خیلی کم شود. پس از تکرار 4 یا 5 مرتبه‌ای این کار در دبی‌های متفاوت، نمودار فشار جریانی تثبیت شده ته چاه بر اساس دبی را رسم می کنند و بر اساس آن پارامترهای مجهول معادله فتکوویچ را بدست می‌آورند. سپس بر اساس این فرمول تصحیح شده می توان دبی چاه را در هر فشار دیگری حدس زد.
– تغییرات دبی در زمان کوتاه تولیدیکی از مشکلات آزمون تغییرات دبی در زمان طولانی تولید، طولانی بودن زمان تثبیت فشار درون چاه می باشد به‌همین دلیل در آزمون تغییرات دبی در زمان کوتاه تولید از چاه برای زمانی مشخص در یک دبی مشخص تولید می کنند سپس بعد از اندازه گیری فشار چاه را می‌بندند تا به فشار اولیه برگردد و سپس در دو دبی دیگر این کار را با همان مدت زمان تولید در دبی اول انجام می‌دهند. و در انتها با یک دبی مشخص اجازه می دهند فشار چاه تثبیت شود. سپس بر روی داده‌های بدست آمده شبیه آزمون تغییرات دبی در زمان طولانی تولید عمل می‌شود. با این تفاوت که نمودار تنها از نقطه تثبیت شده فشار رسم می‌شود.
– تغییرات دبی در زمان کوتاه تولید و بستن چاهاین آزمون شبیه تست قبل است با این تفاوت که هنگام بستن چاه نیز زمان برابر زمان تولید لحاظ می‌شود و اجازه نمی دهند فشار به فشار اولیه مخزن برگردد که این روش نیز باعث کاهش زمان آزمون می شود.
برای مخازن گازی نیز آزمون‌های نامبرده شبیه به حالت مخازن نفتی عمل می شود.
1-5-2-3- آزمونهای فشار گذرا ( فشار با زمان)
آزمایش گذرای فشار، ابزار تشخیص مهمی است که اطلاعات با ارزشی در اختیار مهندس مخزن قرار میدهد. یک آزمایش گذرا از ایجاد یک تغییر در چاه (مثلاً تعییر دبی) آغاز میشود و از آن پس فشار در زمانهای مختلف ثبت و مشاهده میشود. از یک آزمایش که به درستی و به خوبی انجام شود میتوان اطلاعاتی نظیر تراوایی متوسط، حجم محدودهی ریزش، تخریب یا تقویت مخزن در اطراف چاه و فشار مخزن را به دست آورد.
یک آزمایش گذرای فشار همواره جوابهای منحصر به فرد نمیدهد. معمولاً تغییرات نامتعارفی در سیستم مخزن وجود دارد که بر آزمایشها تأثیر میگذارد و باعث میشود که نتایج متعددی از دادههای فشار استنتاج شود. در این حالت، از دادههای آزمایش گذرای فشار باید در کنار سایر روشهای تشخیصی یا دادههای دیگر استفاده شود تا توانمندی آن مشخص گردد.
در دو بخش بعدی به معرفی دو روش بسیار متداول آزمایش(آزمایش خیزش فشار و آزمایش کاهش فشار) پرداخته میشود.
1-5-2-3-1- آزمايش‌ خيزش فشاردر اين آزمايش چاهي را که با دبي ثابت و مشخص در حال توليد بوده را به‌طور کامل مي‌بندند (عملاً توليد آن‌ متوقف مي‌شود) و سپس فشار ته چاه را با يک ثبت‌کننده فشار اندازه‌گيري کرده و براساس زمان ثبت مي‌کنند. لحاظ کردن زمان توليد قبل از آزمايش‌ نيز ضروري مي‌باشد. مدت زمان بستن چاه بين دو تا سه روز است تا فشار در تمام قسمت‌هاي مخزن تقريبا يکسان شود [15]. مزيت اين روش اين است كه جريان را به راحتي مي‌توان به صفر رسانيد ومعايب نوسان در جريان وجود ندارد [16]. نحوه‌ي تغييرات فشار نسبت به زمان در اين آزمايش در شکل(1-5) آمده‌است.
شکل(1- 5): نمودار تغيير فشار نسبت به زمان در آزمايش‌ خيزش فشار [14].
در حالت ايده‌آل فرض مي‌کنيم که عمليات چاه‌آزمائي در يک مخزن همگن، تک‌فازي، اندکي تراکم‌پذير، در تمامي جهات داراي خصوصيات يکنواخت و نامتناهي که تاثير مرزهاي آن در جريان آزمايش‌ ظاهر نمي‌شود انجام مي‌گيرد. معادله نفوذ که جريان سيال در محيط‌هاي متخلخل، توسط آن اداره ‌مي‌شود و از ترکيب قانون بقاي جرم، قانون دارسي و معادله‌حالت به‌دست مي‌آيد با معادله‌ي (1-7) بيان مي‌شود.
(1-7)
در معادله‌ي (1-7):
p: فشار
t: زمان
k : تراوائي
μ: ويسکوزيته
: ضريب تراکم‌پذيري
ø: تخلخل
l : فاصله
است. اين نوع چاه‌آزمائي به دو نوع‌ ايده‌آل و واقعي تقسيم‌بندي مي‌گردد كه شرح هر يك از آنها در ادامه آمده است.
آزمايش خيزش فشار ايده‌آلدر چاه‌آزمائي خيزش فشار ايده‌آل فرض مي‌شود مخزن در حالت متناهي، در محيط همگن و ايزوتروپ مي‌باشد كه شامل يك سيال با تراكم‌پذيري ناچيز و تك فاز با خصوصيات ثابت مي‌باشد.
هر نوع آسيب سازند در اطراف چاه با ضخامت صفر فرض مي‌شود. چنانچه چاه بسته شود جريان در مخزن نيز كاملاً بسته مي‌شود. اگر چاه در زمان توليد داشته باشد و در زمان بسته شود از قاعده‌ي چند مكاني استفاده مي‌شود که رابطه‌ي آن برای چاه عمودی با معادله‌ي (1-8) بيان مي‌شود [17]:
(1-8)
معادله فوق بعد از ساده‌سازي رياضي به معادله‌ي (1-9) تبديل مي‌شود.
(1-9)
(1-10)
شيب اين خط براي تعيين تراوائي مخزن به‌كار مي‌رود.
در معادلات فوق:
: دبي
: ضريب سازندي نفت
: فشار اوليه‌ي مخزن
: فشار مخزن در هر لحظه‌ي زماني
: شعاع چاه
: زمان توليد قبل از آزمايش
: زمان بسته‌شدن چاه براي ثبت داده
آزمايش خيزش فشار واقعي در چاه‌آزمائي خيزش فشار واقعي به جاي يك خط راست يك منحني با شكل پيچيده وجود دارد. در اين چاه‌آزمائي سه ناحيه‌ي متفاوت قابل شناسايي است [17].
ناحيه ابتدايي: فشار گذرا در اطراف چاه مي‌باشد و جريان تحت تأثير ذخيره درون چاهي است.
ناحيه‌ي مياني: جريان در حجم سازند مي‌باشد ولي هنوز به مرز مخزن نرسيده است.
ناحيه‌ي زمان نهايي: در اين قسمت جريان به مرز مخزن رسيده است و شعاع بررسي برابر با شعاع مخزن است.
انحراف از حالت ايده‌آلمخزن در حالت نامتناهي يك مفهوم ايده‌آل است در واقع بيشتر مخازن در هنگام توليد به مرز مخزن مي‌رسند.
در مخزن معمولاً سيال تك فازي وجود ندارد در بهترين حالت سيال مخزن داراي مقداري آب همزاد مي‌باشد. علاوه بر اين در مواقعي كه چاه داراي نسبت گاز به نفت بالا باشد در زمان افزايش فشار ايجاد يك الگوي كوهان مانند مي‌كند.
هيچ مخزني همگن و ايزوتروب نمي‌باشد و معمولاً خواص ميانگين سنگ و سيال در مخزن انتخاب مي‌شود [17].
روشهاي تفسير آزمايش خيزش فشارروشهاي تفسير آزمايش خيزش فشار بر دو نوع است که هر يك از آنها در موارد خاصي كاربرد دارند [17].
الف- روش هرنردر اين روش، زماني كاربرد دارد كه چاه باز و در حال توليد باشد و Pws زماني استفاده مي‌شود كه چاه بسته شده و توليد آن متوقف است.
(1-11)
(1-12)
با جايگذاري در معادله‌ي (1-10) و نوشتن رابطه بر اساس واحدهاي كاربردي سيستم آمريكايي، معادله‌ي (1-13) به‌دست مي‌آيد.
(1-13)
بر اساس معادله‌ي (1-13) رابطه‌ي اختلاف فشار بر حسب به صورت يك خط راست است. از طريق شيب اين خط مقدار را مي‌توان به‌دست آورد.
براي تعيين ضريب پوسته به شكل زير عمل مي‌شود.
(1-14)
كه در آن P(1hr) فشار اندازه‌گيري يك ساعت بعد از بسته‌شدن چاه مي‌باشد.
(1-15)
از مجموع دو رابطه‌ي (1-14) و (1-15) مي‌توان ضريب پوسته را به‌دست آورد [18].
تعيين : اگر زمان توليد قبل از بسته‌شدن چاه كم ‌باشد، با فرض اينكه افت فشار ايجاد شده به مرز مخزن نرسيده است از برونيابي نمودار نيمه لگاريتمي مي‌توان مقدار فشار اوليه‌ي مخزن را به‌دست آورد.
اگر در زمان توليد افت فشار به مرز مخزن رسيده باشد ( به‌سمت يك ميل كند) هر قدر هم زمان بستن چاه طولاني باشد باز هم به فشار اوليه نمي‌رسد -مگر اينكه آبده بسيار قوي داشته باشد- فشار به‌دست آمده ٭ Pمي‌باشد حالت مذكور در شكل(1-6) نشان داده‌ شده‌است [18].
1284605-283845
1381125138430شکل(1- 6): برونيابي نمودار هرنر براي به‌دست آوردن P* [19]00شکل(1- 6): برونيابي نمودار هرنر براي به‌دست آوردن P* [19]
ب- روش MDHاين روش زماني كاربرد دارد كه زمان توليد نسبت به زمان بسته ماندن چاه طولاني باشد. به‌عبارت ديگر در زمان توليد افت فشار به مرز مخزن رسيده باشد. براي حالت مذکور معادله‌ي (1-16) کاربرد دارد.
(1-16)
با توجه به معادله‌ي (1-16) و از طريق رسم اختلاف فشار بر حسب log∆t مي‌توان مقدار تراوائي و هدايت چاه را به‌دست آورد [20-18].
1-5-2-3-2- آزمايش کاهش فشار(جریانی)
آزمايش جرياني عکس آزمايش خيزش فشار مي‌باشد. در اين آزمايش چاه بسته‌شده را با دبي ثابت براي توليد بازکرده و سپس اطلاعات فشار در برابر زمان ثبت مي‌کنند. اين آزمايش معمولا بلافاصله بعد از آزمايش خيزش فشار انجام مي‌شود [19].
نحوه‌ي تغييرات فشار نسبت به زمان در آزمايش جرياني در شکل (1-7) نشان داده‌است. از اين شکل کاملاً واضح است که در آزمايش جرياني، فشار ته‌چاه در طول زمان، به‌طور پيوسته کاهش مي‌يابد.

شکل(1- 7): نمودار تغيير فشار نسبت به زمان در آزمايش جرياني [14]معادله‌ي (1-17) تغييرات فشار بر حسب زمان را در چاه‌آزمائي جرياني، زماني كه نرخ جريان ثابت است را نشان مي‌دهد. رابطه‌ي مذکور بر حسب واحدهاي دارسي مي‌باشد [18].
(1-17)
(1-18)
که در آن Ei تابع انتگرال نمايي [21] و نفوذ‌پذيري هيدروليكي ناميده مي‌شود.
در صورتيکه باشد (معمولاً قبل از ذخيره درون چاهي اين اتفاق مي‌افتد) تابع Ei را مي‌توان به وسيله‌ي تابع لگاريتم طبيعي جايگزين کرد. رابطه مذکور به معادله‌ي (1-19) تبديل مي‌گردد.
(1-19)
چون در اغلب موارد از سيستم آمريكايي در محاسبات استفاده مي‌شود رابطه‌ي (1-19) به‌صورت معادله‌ي (1-20) نمايان مي‌شود.
(1-20)
از طريق شيب خط معادله‌ي (1-20) مي‌توان ميزان هدايت و تراوائي را از معادلات (1-21) و (1-22) به‌دست آورد.
(1-21)
(1-22)
مقدار ضريب پوسته نيز از طريق رابطه‌ي (1-23) قابل محاسبه است [18-10].
(1-23)

مشكلات چاه‌آزمائي جريانيثابت نگه‌داشتن دبي جريان در اين نوع چاه‌آزمائي مشكل است. حتي اگر چاه پايداري داشته باشد.
زماني كه چاه تازه حفاري شده باشد يا اينكه چاه قبل از چاه‌آزمائي بسته و دوباره به جريان افتاده باشد، پايداري جريان چاه دشوار است [18-8و 23-22].
بيشتر اطلاعات چاه‌آزمائي از تحليل خيزش فشار حاصل مي‌شود. تحليل آزمايش جرياني به نوسانات دبي توليدي وابسته بوده و تغيير دبي باعث تغييرات فشار مي‌شود كه خطاي تحليل را زياد مي‌كند. در دبي صفر به علت عدم وجود نوسانات مشتق فشار، مشکل خطا وجود ندارد .اما به دليل اهميت داشتن توليد روزانه، بستن چاه به مدت دو يا سه روز براي انجام آزمايش‌ تا حدود زيادي امکان‌پذير نيست و يا خيلي سخت است به همين دليل مجهز کردن چاه‌ها به سيستم‌هاي هوشمند (چاه هوشمند) براي ثبت فشار و زمان و دبي توليد مي‌تواند تا حدودي نياز به انجام عمليات چاه‌آزمائي را برطرف مي‌کند [23].1-5-3- کاربرد نمودارهاي مشتق در تحليل آزمايشات چاه‌آزمائي
در بسياري از موارد ديده شده‌است كه نمودارهاي مشتق خصوصيات مربوط به چاه‌آزمائي را خيلي بهتر از نمودارهاي اصلي نشان مي‌دهند. گاهي از يك نمودار مشتق مي‌توان به چندين خاصيت مخزن پي‌برد كه در حالت عادي براي هر يك از آنها نياز به يك منحني جداگانه مي‌باشد [29]. دقت نمودارهاي مشتق (نمودار مشتق فشار در برابر زمان) از نمودارهاي اصلي نيز بيشتر است [11]. در واقع 1نمودار‌هاي مشتق نيز يک نوع نمودار مدل هستند.
در مجموع ويژگي‌هايي از نمودار مشتق كه باعث مي‌شود كه مشتق يك وسيله بسيار خوب براي تشخيص باشد عبارتند از:
تمام جريان‌ها را در يك نمودار مي‌توان ديد.
هر جرياني يك خط افقي يا يك خط با شيب n را آشكار مي‌كند.
با استفاده از نمودارهاي مشتق به‌طور همزمان log∆P بر حسب log∆t و log(dp/dt) بر حسب log∆t را مي‌توان با يكديگر مقايسه نمود. براي استفاده از نمودارهاي مشتق معمولاً از زمان بدون بعد و فشار بدون بعد استفاده مي‌شود [29].
(1-35)
(1-36)
1-5-3-1- مثال‌هايي از كاربرد منحني‌هاي مشتق فشاردر شكل (1-12) نمودار فشار بر حسب زمان اطلاعات زيادي را نشان نمي‌دهد ولي نمودار مشتق گوياي اين واقعيت است كه چاه به يك مرز غير‌قابل گذر مانند يك گسل غير‌قابل نفوذ نزديك است [15].
18573751948815003124200112014000233362557150038576253486150028003501529715P
00P
15144752282190PΔ
00PΔ
38100872490PΔ
00PΔ

شکل(1-8): دو برابر شدن شيب نشانگر وجود يك گسل [15]در شكل (1-13) نيز نمودار فشار بر حسب زمان اطلاعات خاصي را نشان نمي‌دهد اما نمودار مشتق آن تفاوت دو آزمايش جرياني و خيزش فشار را نشان مي‌دهد كه در آزمايش خيزش كاهش اختلاف فشار و در آزمايش جرياني افزايش اختلاف فشار وجود دارد [20].
231457532385000
30765753086100027051001165860002762250661035P
00P
23145751489075PΔ
00PΔ
476251165860PΔ
00PΔ
46958251489075Buildup
00Buildup
4289425518160Drawdown
00Drawdown

شکل(1- 9): تفاوت چاه‌آزمائي خيزش فشار و جرياني [20]2400300125920500شكل (1-14) حالتي را نشان مي‌دهد كه در آن چاه در يكي از مرزها به يك ناحيه با فشار ثابت مي‌رسد كه در اين حالت به‌علت يك آبده قوي يا يك كلاهك گازي قوي در مرز مخزن افت فشار وجود ندارد. نمودار مشتق به خوبي اين حالت را نشان مي‌دهد. در شكل (1-14) تا (1-17) منحني فشار يا مشتق فشار بر حسب زمان رسم شده‌اند.
476251036955PΔ
00PΔ
231457514655800029241753511550020193001827530PΔ
00PΔ
2676525694055P
00P
379095035115500
شکل(1- 10): نمايي از ناحيه نهايي يك مرز با فشار ثابت [20]در شكل (1-15) چاه در يك مخزن با مرزهاي بسته حفر گرديده‌‌است. در اين حالت در ناحيه نهايي چاه‌آزمائي نمودار مشتق فشار با شيب 1 نسبت به زمان تغيير مي‌كند.
85725840740PΔ
00PΔ
1771650173609000271462511645900022955251536065P
00P
14573252040890PΔ
00PΔ
24669751206500290512521209000
شکل(1- 11): نمودار چاه آزمائي در حالت افت فشار در يك مخزن با مرزهاي غيرقابل نفوذ [15]236220094869000حالت بررسي‌شده ديگر به اين صورت است كه در ابتدا بعد از ناحيه متأثر ذخيره درون چاهي و ضريب پوسته در مخزن جريان شعاعي وجود دارد و شيب صفر است اما پس از اينكه به گسل اولي رسيد شيب افت فشار زياد مي‌گردد و بعد كه جريان تحت تأثير دو گسل قرار مي‌گيرد شيب 2 برابر مي‌گردد شكل(1-16).
28575970280PΔ
00PΔ
23622001522730PΔ
00PΔ
13716002151380PΔ
00PΔ
17716502008505002762250117983000384810037020500
شکل(1- 12): نمايي از وجود دو گسل غيرقابل نفوذدر مرز خارجي مخزن [15]در حالتي‌كه گسل به‌طور كامل قابل نفوذ نباشد با توجه به مشتق مي‌توان به آن پي برد. چنانچه در شكل (1-17) ديده مي‌شود [15].
237172528448000
28575831215PΔ
00PΔ
25908001517015P
00P
2952750110744000154305016313150013239752031365PΔ
00PΔ
185737528829000
شکل(1- 13): نمايي از تغييرات فشار چاه نزديك به يك گسل نيمه گذرا [15]1-6- انواع چاه در مخازن
در مخازن مختلف هیدروکربنی با توجه به شرایط مخزن، میزان تولید و برآوردهای اقتصادی، حفاریهای متفاوتی در مخازن صورت میگیرد، متداولترین چاههایی که در مخازن حفر میشوند عبارتند از: چاههای عمودی، چاهها با شکست هیدرولیکی و چاههای افقی.
1-6-1- چاه های عمودی
چاه عمودی رایجترین حفاری در مخازن مختلف میباشد که هزینهی حفر این چاه نسبت به چاههای دیگر کمتر است. اگر مخزن نفوذپذیری بالایی داشته باشد و در فرآیند تولید از مخزن مشکلی نباشد معمولاً این نوع چاه حفر میشود.
1-6-2- چاهها با شکست هیدرولیکی
این نوع چاه با افزایش شعاع مؤثر چاه موجب بهبود تولید از مخزن میگردد و معمولاً در مخازن با نفوذپذیری کمتر از یک میلی دارسی، کاربرد دارد. این بهوسیلهی تزریق جریان پروپان در فشار بالا به صورت شکستگیهای متقارن در اطراف چاه عمودی صورت میگیرد.
1-6-3- چاههای افقی
در چند دههی اخیر، چاههای افقی کاربردهای بیشتری پیدا کردهاند زیرا این چاهها نسبت به چاههای عمودی عملکرد بهتری داشتهاند. چاه افقی سطح تماس بین چاه و مخزن را افزایش میدهد و همچنین از کارایی مهم آن، به تأخیر انداختن پدیدهی مخروطی شدن گاز وآب ( پایین آمدن سطح گاز و بالا رفتن سطح آب) است که این امر باعث تولید بیشتر از مخزن میشود. این چاهها اجازه سرعت تولید بالا در افت فشار کمتر را میدهد و نفوذپذیری توسط افزایش شمار مویرگها وکشش سطحی افزایش پیدا میکند. بهرهوری از چاههای طبیعی متناسب با نفوذپذیری و ضخامت مخزن است و علت تولید کم تفوذپذیری کم و شکل ضخامت مخزن می باشد. فاکتورهایی که بر عملکرد چاه افقی تأثیر میگذارند شامل: طول چاه، نسبت نفوذپذیری عمودی به افقی، ضخامت مخزن وارتفاع چاه میباشد. نمای کلی از یک چاه افقی در شکل (1-4) آورده شده است.
به دلایل زیر آنالیز فشار چاههای افقی بسیار دشوارتر از چاههای عمودی است:
در بیشتر مدلهای چاه افقی فرض شده است که چاه کاملاً افقی است و با مرزهای بالا و پایین مخزن موازی است. در حالت کلی حفر چاه افقی به ندرت افقی است.
سنجش فشار مؤثر در تولید انتهایی از چاه افقی مندرج میشود.
رژیم های جریان که در چاه افقی هنگام تولید اتفاق میافتد، بیشتر از چاه عمودی است.
تخمین دقیق تولید در چاه افقی بسیار مشکل است.
محاسبات آسان وصحیح نمیباشند زیرا ضریب پوسته چاه افقی منفی است.
در قسمت بعد به بحث در مورد رژیمهای جریان در چاه افقی میپردازیم. در طول تست روی یک چاه افقی سه دورهی جریانی خاص را میتوان تشخیص داد، البته با این فرض که اثر انبارش دهانه چاه یا اثر مرز ناحیه تخلیه آن را پنهان نکند.

شکل(1-14) نمای از یک چاه افقی[13]
1-6-3-1- دورهی جریان شعاعی قائم اولیه
ناحیهی تراکمپذیر ایجاد شده توسط تغییر نرخ جریان ابتدا در یک صفحهی قائم عمود بر چاه گسترش مییابد. جریان مربوطه شعاعی است که تحت تأثیر ذخیرهی درون چاهی بوجود میآید و به نفوذپذیری عمودی و افقی بستگی دارد. این جریان هنگامی که به بسترهای حائل برسد یا هنگامی که اثر انتهای چاه روی جریان احساس شود، پایان مییابد. در شکل زیر حالت این رژیم جریان نشان داده شده است.

شکل(1-15) جریان شعاعی قائم[13]
1-6-3-2- دورهی جریان خطی میانی
در بسیاری از موارد طول چاه افقی نسبت به ضخامت مخزن بزرگتر است که در این صورت رژیم جریان خطی میشود. در این جریان تأثیر مرز بالا و پایین در چاه احساس میشود و اگر طول چاه افقی در مقایسه با ضخامت مخزن زیاد نباشد توسعه پیدا نخواهد کرد. در شکل زیر این رژیم جریان به تصویر کشیدعه شده است.

شکل(1-16) رژیم جریان خطی میانی[13]
1-6-3-3- دورهی جریان شبه شعاعی انتهایی
بعد از سپری شدن دو رژیم قبلی در مدت زمان معینی، خطوط هم پتلنسیل همانند خطوط اطراف یک چاه قائم به شکل استوانههای قائم در میآیند. از آن پس، جریان به صورت شعاعی و در دایرههایی روی صفحات افقی در میآید. در این نوع رژیم شعاع جریان بزرگتر از طول چاه افقی است و نفوذپذیری قائم تأثیر زیادی دارد. هنگامی که مرزهای مخزن احساس شوند در این نوع جریان هندسهی چاه تأثیری در تولید ندارد و عملکرد چاه عمودی و افقی هیچ تفاوتی با هم ندارند. به شکل رژیم جریان توجه بفرمائید[13].

شکل(1-17) جریان شبه شعاعی[13]
1-6-4- معادلات زمان رژیمهای مختلف در چاه افقی
محققین زیادی معادلاتی برای رژیمهای مختلف چاه افقی ارائه کردند از جمله گود تامباینایاگان اوده و بابو و جوشی می باشند در اینجا به معادلاتی که اوده وبابو ارائه کردند اشاره میکنیم[14].
مدت زمان جریان شعاعی اولیه ممکن به طور تقریبی از معادلهی زیر به دست بیاید:
(1-37) te1=1800øctµodz 2kv
یا
(1-38) te1=125øctµoL2kv
مدت زمان شروع و پایان جریان خطی میانی
(1-37) te2=1800øctµoDz 2kv
و
(1-38) te2=160øctµoL2kx
زمان شروع و پایان جریان شبه شعاعی
(1-38) te3=1480øctµoL2kx
وte3=2000øctµoL4+dx 2kx(1-38)
1-7- آنالیز فشار در چاه افقی
گوده و همکارانش در سال 1985 پس از محاسبه زمان هر دوره از رژیم جریان به آنالیز فشار در آزمایش های کاهش فشار و خیزش فشار در هر دوره پرداختند و معادلات زیر را ارئه کردند.
1-7-1- آزمایش کاهش فشار
پاسخ فشار در دوره جریان شعاعی قائم اولیه
Pi-Pwf=162.6qoβoµoLkvky[logtkvkyøµoctrw2-3.23+.868s] (1-39)
پاسخ فشار در دوره جریان خطی میانی
Pi-Pwf=8.128qoβoLhtctøkyµo+141.2qoβoµoLkvkysz+s (1-40)
sz=lnhrw+.25lnkykv-lnsin180°hrw-1.838 (1-41)
پاسخ فشار در دوره جریان شبه شعاعی
Pi-Pwf=162.6qoβoµohkxkylogtkxøµoctL2-2.023+141.2qoβoµoLkvkysz+s (1-42)
sz از معادلهی بالا به دست میآید.
1-7-2- آزمایش خیزش فشار
پاسخ فشار در دوره جریان شعاعی قائم اولیه

Pi-Pws=162.6qoβoµoLwkvkylogtp+ΔtΔt+γ1 (1-43)
γ1=LhkvkxlogkxtøµoctLw2-2.023-logt-logkvkyøµoctrw2+3.227+0.869sz (1-44)
پاسخ فشار در دوره جریان خطی میانی
Pi-Pws=8.128qoβohLµo∆tky∅ct +γ3 (1-45)
γ3=162.6qoβoµohkxkylogkxtøµoctLw2-2.023 (1-46)
پاسخ فشار در دوره جریان شبه شعاعی
Pi-Pws=162.6qoβoµohkxkylogtp+ΔtΔt (1-47)
1-8- شبکه های عصبی
در سالیان اخیر شاهد حرکتی مستمر ، از تحقیقات صرفاً تئوری به تحقیقات کاربردی بخصوص در زمینه پردازش اطلاعات، برای مسائلی که برای آنها راه حلی موجود نیست و یا به راحتی قابل حل نیستند بوده ایم. با عنایت به این امر ، علاقه فزاینده ای در توسعه تئوریک سیستمهای دینامیکی هوشمند مدل-آزاد- که مبتی بر دادههای تجربی هستند-ایجاد شده است. شبکه های عصبی مصنوعی جزء این دسته از سیستمهای دینامیکی قرار دارند، که با پردازش روی دادههای تجربی، دانش یا قانون نهفته در ورای دادهها را به ساختار شبکه منتقل میکنند. به همین خاطر به این سیستمها هوشمند گویند، چراکه براساس محاسبات روی دادههای عددی یا مثالها، قوانین کلی را فرا میگیرند. این سیستمها در مدلسازی ساختار نرو-سیناپتیکی مغز بشر میکوشند.
از مغز به عنوان یک سیستم پردازش اطلاعات با ساختار موازی و کاملاً پیچیده که دو درصد وزن بدن را تشکیل میدهد و بیش از بیست درصد کل اکسیژن بدن را مصرف میکند برای خواندن، نفس کشیدن، حرکت، تفکر و تفحص و کلیه اعمال آگاهانه و بسیاری از رفتارهای ناخودآگاه اسفاده میشود. اینکه چگونه مغز این کارها را انجام میدهد از زمانی مطرح شد که دریافتند، مغز برای محاسبات خودتد، از ساختاری کاملاً مغایر با ساختار کامپیوترهای متداول برخوردار میباشد. تلاس برای فهم این موضوع خصوصاً از سال 1911 قوت گرفت، زمانی که برای نخستین بار شخصی به نام سگال اعلام کرد که مغز از عناصر اصلی ساختاری به نام نرون تشکیل یافته است.
1-8-1- ساختار مغز
هر نرون بیولوژیکی به عنوان اجتماعی از مواد آلی، گرچه دارای پیچیدگی یک میکروپروسسور میباشد، ولی دارای سرعت محاسباتی برابر یک میکروپروسسور نیست بعضی از ساختارهای نرونی در هنگام تولد ساخته میشوند و قسمتهای دیگر در طول مسیر حیات، مخصوصاً در اوایل زندگی بوجود میآیند و قوام میگیرند. دانشمندان علم بیولوژی به تازگی دریافتهاند که عملکرد نرونهای بیولوژیکی از قبیل ذخیره سازی و حفظ اطلاعات، در خود نرونها و ارتباط بین نرونها نهفته است. به عبارت فنیتر، یادگیری به عنوان ایجاد ارتباطات جدید بین نرونها و تنظیم مجدد ارتباطات موجود استنباط میشود.
مغز به عنوان یک سیستم پردازش با ساختار موازی دارای1011 واحد پایه به نام نرون است و هر نرون تقریباً به 104 نرون دیگر اتصال دارد. نرون عنصر اصلی مغز است و به تنهایی مانند یک واحد پردازش منطقهای عمل میکند. نحوه عملیات نرون بسیار پیچیده است و هنوز در سطح میکروسکوپی چندان شناخته شده نیست، هر چند قوانین پایه آن نسبتاً روشن است. هر نرون ورودیهای متعددی را پذیراست که با یکدیگر به طریقی جمع میشوند. اگر در یک لحظه تعداد ورودیهای فعال نرون به حد کفایت برسد نرون نیز فعال شده و آتش میکند، در غیر این صورت نرون به صورت غیر فعال و آرام باقی میماند. نمایشی از ویژگیهای عمده نرون در شکل (1-18) آمده است.
885825235267500
شکل(1-18): مشخصات اصلی یک نرون بیولوژیک[26].
اکثر نرونها از سه قسمت اساسی تشکیل شدهاند:
بدنهی سلول(که شامل هسته و قسمتهای حفاظتی دیگر میباشد و سوما نامیده میشوند)
دندریت
اکسون
که دو قسمت آخر عناصر ارتباطی نرون را تشکیل میدهد. نرونها براساس ساختارهایی که بین آنها پیامها هدایت میشوند به سه دسته تقسیم میگردند:
نرونهای حسی که اطلاعات را از ارگانهای حسی به مغز و نخاع میفرستند.
نرونهای محرک که سیگنالهای فرمان را از مغز و نخاع به ماهیچهها و غدد هدایت میکنند.
نرونهای ارتباطی که نرونها را به هم متصل میکنند.
1-8-2- مدل رياضي يک نروننرون کوچکترين واحد يک شبکه عصبي مصنوعي است. بدنه هر سلول عصبي از دو بخش تشکيل مي‌شود، بخش اول را تابع ترکيب مي‌گويند، وظيفه تابع ترکيب اين‌است که تمام ورودي‌ها را ترکيب و يک عدد توليد کند. در بخش دوم سلول تابع انتقال قرار دارد که به آن تابع تحريک نيز مي‌گويند [26]. در شکل(1-14)، ساختار يک نرون مصنوعي نشان داده‌شده است. رايج‌ترين انواع توابع تحريک بر پايه مدل‌هاي بيولوژيک استوار گرديده است. درواقع همان‌گونه که يک سلول بيولوژيک بايد به سطح آستانه تحريک خاصي برسد تا يک سيگنال توليد کند، توابع تحريک نيز تا زماني که ورودي‌هاي ترکيب شده و وزن‌دار شده به يک حد آستانه‌اي خاص نرسند مقدار خروجي بسيار کوچکي توليد مي‌کنند.

شکل(1-19): ساختار يک نرون مصنوعي [6]
وقتي ورودي‌هاي ترکيب شده به حد آستانه‌اي خاصي برسند، سلول عصبي تحريک شده و سيگنال خروجي را توليد مي‌کند.
ارتباط داخلي بين نرونهاي موجود در يک شبكه عصبي مصنوعي بسيار ساده مي‌باشد. اكثر شبكه‌هاي عصبي داراي يك لايه‌ي ورودي، حداقل يك لايه‌ي مخفي و يك لايه‌ي خروجي مي‌باشند.
لايه‌ي ورودي: اطلاعات را از يك منبع خارجي دريافت کرده و در داخل شبكه پخش مي‌نمايد.
لايه‌ي مخفي، اطلاعات را از لايه‌ي قبلي دريافت مي‌كند. پردازش اطلاعات در اين لايه انجام مي‌شود.
لايه‌ي خروجي، اطلاعات پردازش‌شده را دريافت و نتايج را به يك دريافت‌كننده‌ي خارجي انتقال مي‌دهد.
پردازش اطلاعات درون نرونهاي شبكه عصبي به صورت عددي انجام مي‌شود. اندازه‌ي سيگنالي كه به هر نرون وارد مي‌شود به دو عامل بستگي دارد:
– اندازه سيگنال ورودي از نرون قبلي.
– وزن يا طول ارتباطي كه بين دو نرون وجود دارد.
1-8-3- یادگیری شبکه
الف)یادگیری با ناظر
در یادگیری با ناظر، قانون یادگیری اینگونه میباشد که به ازای مجموعهای از بردار ورودی به شبکه و خروجی مطلوب شبکه برای ورودی ها وجود دارد. پس از اعمال ورودی به شبکه عصبی در خروجی شبکه، مقدار خروجی با مقدار خرجی مطلوب مقایسه شده و سپس خطای یادگیری محاسبه و از آن جهت تنظیم پارامترهای شبکه استفاده میشود، به گونهای که اگر دفعهی بعد به شبکه همان ورودی اعمال شود خروجی شبکه به مقدار مطلوب خروجی نزدیکتر گردد.
ب)یادگیری بدون ناظر
در یادگیری بدون ناظر یا یادگیری خودسازمانده، پارامترهای شبکه عصبی تنها توسط پاسخ سیستم اصلاح میشود. به عبارتی تنها اطلاعات دریافتی از محیط به شبکه را بردارهای ورودی تشکیل میدهند و بردار جواب مطلوب به شبکه اعمال نمیشود و طبقهبندی موجود در الگوهای ورودی و شاخصهای موجود در ورودیها و ارتباط میان آنهاتنها توسط شبکه تنظیم میشود.
ج)یادگیری تشدیدی
این الگوریتم یک حالت ویژه از یادگیری نظارت شده است که به جای استفاده از خروجی مطلوب، یک معیار را فقط برای تعیین میزان خوب بودن خروجی شبکه عصبی متناظر با یک ورودی به کار میگیرد. یک مثال از این نوع الگوریتم یادگیری، الگوریتم ژنتیک است. در این نوع یادگیری به جای فراهم نمودن جواب واقعی، به شبکه عددی که نشانگر میزان عملکرد شبکه است ارائه میشود.
1-8-4- تقسیم بندی بر اساس ساختار
الف) شبکه های پیش خور
در این شبکه ها سیگنالها از لایه ورودی به لایه خروجی توسط اتصالهای یک جهته جریان پیدا میکنند. نرونهای یک لایه به نرونهای لایه بعد متصل هستند اما با نرونهای لایه خود ارتباطی ندارند. شبکه های پیش خور یک ارتباط ثابت و ایستا بین فضای ورودی و خروجی برقرار میکنند به این معنا که خروجی در یک لحظه فقط تابعی از ورودی در همان لحظه است. شبکه های MLP، LVQ، GMDH مثالهایی از شبکه های پیش خور می باشند[30].
ب) شبکه های بازگشتی در یک شبکه بازگشتی خروجی بعضی نرونها به همان نرون یا نرونهای لایه قبل بازگردانده میشود. در نتیجه سیگنال میتواند در دو جهت رفت و برگشت جریان داشته باشد. شبکه های بازگشتی یک حافظه پویا دارند، به این معنا که خروجی آنها در یک لحظه بازتابی از ورودی در همان لحظه و ورودیها و خروجیهای پیشین میباشد. شبکه های Hopfield، Elman و Jordan جزء شبکه های بازگشتی می باشند[24].
1-8-5- شبکه پرسپترون
شبکهی عصبی پرسپترون، به ویژه پرسپترون چند لایه، در زمرهی کاربردی ترین شبکه های عصبی میباشند. این شبکهها قادرند با انتخاب مناسب تعداد لایهها و سلولهای عصبی،که اغلب زیاد هم نیستند، یک نگاشت غیر خطی را با دقت دلخواه انجام دهند. قانون یادگیری این شبکه از نوع یادگیری با ناظر است. در شبکهی عصبی پرسپترون چند لایه عموماً دو نوع سیگنال استفاده میشود که بهتر است از هم تمیز داده شوند یک نوع سیگنال در مسیر رفت حرکت میکنند(از سمت چپ به راست ) و دستهی دیگر سیگنالهایی هستند که در مسیر برگشت حرکت میکنند(از سمت راست به چپ). به دستهی اول سیگنالهای تابعی و به دستهی دوم سیگنالهای خطا گویند. شکل (1-20) یک MLP با سه لایه را نشان میدهد. نرونها در لایه ورودی فقط به عنوان فضاهایی برای توزیع سیگنالهای ورودی به نرونهای لایه مخفی عمل میکنند. هر نرون l در لایه مخفی مجموع سیگنالهای ورودی را که در وزن مربوطه ضرب شده است حساب کرده و خروجی را که تابعی از این مجموع است تولید میکند. خروجی نرونهای لایه خروجی هم به همین صورت محاسبه میشوند.
(1-48)
Input Layer
Hidden Layer
Output Layer
Bias
Bias
Environment
Environment
External Input
External Output

922655202565شکل(1- 20): ساختار یک MLP سه لایه00شکل(1- 20): ساختار یک MLP سه لایه

1-8-6- ترتیب ارائه داده ها به شبکهارائه داده های آموزش به شبکه به روشهای مختلفی انجام میگیرد:
1- داده ها به ترتیب به شبکه وارد میشوند.
2- داده ها به صورت تصادفی به شبکه ارائه میشوند.
3- یک داده مکرراً به شبکه ارائه میگردد تا هنگامی که معیار خطا به یک مقدار قابل قبول برسد، سپس داده بعدی وارد شبکه میشود.
از بین روشهای ذکر شده، ارائه تصادفی داده ها به شبکه، بهترین نرخ همگرایی و کاهش خطا را در حین آموزش داراست. همچنین اصلاح وزنها میتواند بعد از ارائه کل داده های آموزش، یا بعد از ارائه هر داده و یا بعد از ارائه تعداد مشخصی داده به شبکه صورت گیرد.
1-8-7- تابع انتقالتابعی که ورودیهای یک نرون را تبدیل میکند، مستقیماً فرایند یادگیری را تحت تأثیر قرار میدهد. برای انتقال ورودیهای یک نرون از هر تابعی میتوان استفاده کرد، اما معمولاً توابع خطی، سیگموئید و تانژانت هایپربولیک به کار میرود.
ساده ترین تابع، تابع خطی است که ورودیهای یک نرون را بدون تغییر به لایه بعدی یا به محیط انتقال میدهد، در نتیجه دامنه آن ∞- تا ∞+ میباشد. تابع خطی میتواند در لایه ورودی و یا لایه خروجی به کار رود، اما استفاده از آن در لایه مخفی فرایند یادگیری را مختل میکند.

اغلب برای شبکه های چند لایه ای از تابع انتقال سیگموئید استفاده میشود. تابع سیگموئید خروجیهای بین (1و0) تولید میکند که درآن ورودیهای نرون از ∞- به سوی ∞+ میرود.
(1-49)
همچنین در بعضی موارد ممکن است از تابع انتقال تانژانت هایپربولیک استفاده شود.
(1-50)
2952752139953305175213995

476250374650شکل(1- 21): تابع انتقال سیگموئید00شکل(1- 21): تابع انتقال سیگموئیدright327025شکل(1- 22): تابع انتقال تانژانت هایپربولیک00شکل(1- 22): تابع انتقال تانژانت هایپربولیک
این دو نوع تابع معرفی شده پر استفاده ترین توابع در شبکه های عصبی هستند. اما توابع انتقال مختلف دیگر میتوانند خلق شوند و اگر لازم باشد با الگوریتم پس انتشار مورد استفاده قرار گیرند.
1-8-8- پایان آموزش
مسأله دیگری که در الگوریتم یادگیری مطرح است این است که چه هنگام باید آموزش خاتمه یابد. برای این کار یکی از سه روش زیر میتواند استفاده شود:
1- یک مقدار ثابت برای تعداد دورهای (Epoch) ارائه کل داده ها به شبکه در نظر گرفته شود. اگر در انتهای آموزش نتایج رضایت بخش نبود، مراحل دوباره تکرار شود.
2- در حین آموزش بعد از هر n دور ارائه داده ها به شبکه، آموزش موقتاً متوقف شده و عملکرد شبکه سنجیده شود. سنجش عملکرد شبکه میتواند در برابر سری داده های آموزش یا سری داده های Cross Validation صورت گیرد.
3- دو روش بالا برای معیار خاتمه آموزش میتوانند ترکیب شوند.
عموماً عملکرد یک شبکه عصبی در برابر یک سری داده Cross Validation امتحان میشود تا نتایج آینده شبکه مورد قضاوت قرار گیرد و همچنین از آموزش بیش از حد شبکه جلوگیری شود.
1-8-9- تعداد نرون در لایه هاتعداد نرون در لایه ورودی به تعداد پارامترهای مستقل مؤثر بر پدیده مورد بررسی میباشد. همچنین تعداد نرون در لایه خروجی برابر با تعداد متغیرهایی است که باید پیش بینی شوند. تعداد نرون در لایه مخفی متغیری است که باید تعیین شود. معمولاً مقدار این متغیر بر پایه سعی و خطا با توجه به نتایج شبکه تعیین میشود، اما روشهای تئوری متعددی نیز برای تعیین این متغیر وجود دارد[25]. همچنین میتوان از روشهای بهینه سازی مانند الگوریتم ژنتیک برای یافتن مقدار بهینه تعداد نرونها در لایه مخفی استفاده کرد.
1-8-10- معيار‌هاي نيکويي برازشمعمولاً از معيار‌هاي آماري مختلفي براي سنجش عملکرد شبکه عصبي استفاده مي‌شود که مهم‌ترين آن‌ها عبارتند از:
تحليل رگرسيونبا استفاده از برازش مي‌توان نتايج پيش‌بيني شده‌ي شبکه را در برابر خروجي مطلوب در نموداري که به‌عنوان نمودار تحليل رگرسيون است (متغيير مستقل در مقابل متغيير وابسته رسم مي‌شود) رسم کرد. مطابق رابطه‌ي (1-53)، دو معيار a وb، را محاسبه کرد که هر چه مقدار b نزديک به 1 و هر چه مقدار a نزديک به صفر باشد، بيان‌کننده‌ي مناسب بودن عملکرد به‌کار رفته است.

(1-53)
ضريب همبستگيضريب همبستگي، بيان‌کننده‌ي ميزان همبستگي بين نتايج پيش‌بيني شده‌ي شبکه و داده‌هاي واقعي مي‌باشد و به‌عبارتي از تقسيم کوواريانس متغير‌هاي مستقل و وابسته، بر انحراف معيار آن‌ها به‌دست مي‌آيد. مطابق رابطه‌ي (1-54)، مي‌توان ضريب همبستگي را محاسبه کرد. بديهي است که هر چه مقدار اين ضريب به عدد 1 نزديکتر باشد، نشان‌دهنده‌ي نزديکي بيشتر مقادير پيش‌بيني شده با مقادير واقعي است.

(1-54)
که در آن:
: مقادير مشاهده شده (واقعي).
: ميانگين مقادير مشاهده شده (واقعي).
: مقادير تخميني (خروجي شبکه).
: ميانگين مقادير تخميني (خروجي شبکه)، مي‌باشد.
مجذور ميانگين مربعات خطايک شاخص مناسب‌تر که مي‌توان از آن در برآورد ميزان دقت شبکه استفاده کرد، مجذور ميانگين مربعات خطا مي‌باشد. اين معيار، دقت مدل را بر اساس تفاضل بين مقادير واقعي و مقادير پيش‌بيني شده، ارزيابي مي‌کند و طبيعتاً هرچه به صفر نزديک‌تر باشد، نمايانگر اختلاف کمتري بين آن‌ها خواهد بود. مجذور ميانگين مربعات خطا با رابطه‌ي (1-55) تعريف مي‌شود.

(1-55)
که در آن، n تعداد داده‌ها وساير پارامتر‌ها مانند رابطه‌ي (1-54) مي‌باشند.
متوسط خطاهاي نسبي
متوسط خطاهاي نسبي معيار ديگري است که اغلب از آن براي برآورد ميزان اعتبار تخمين‌هاي به‌دست آمده از شبکه‌ي آموزش‌ديده استفاده مي‌شود. متوسط خطاهاي نسبي را مي‌توان از رابطه‌ي (1-56) محاسبه کرد.
(1-56)
در معادله‌ي (1-56):n : تعداد داده‌هاي استفاده‌شده yact: مقادير مطلوبyest : مقادير محاسبه‌شده‌ توسط شبکه مي‌باشد.فصل دوم
مروری بر کارهای گذشته
2-1- مروری بر کارهای انجام شده بر روی شبکه های عصبی
در سال 1988 آلاين و هرن از تشخيص الگوي ترکيبي و سيستم مبتني بر قانون براي شناسايي مدل مخزن و تخمين پارامتر استفاده کردند. در ابتدا داده‌هاي مشتق فشار، براي تشخيص پاسخ‌هاي واقعي مورد پردازش قرار گرفتند. اين مرحله، شامل ايجاد‌کردن طرحي است که شکل‌هاي نمادين مانند (بالا، پايين، حداکثر، حداقل، برآمدگي و فرو‌رفتگي) را در‌بر مي‌گيرد. در ادامه سيستم مبتني بر قانون از اين نمادهاي موجود استفاده مي‌کند و مدل‌هاي احتمالي مخزن را پيش‌بيني مي‌کند. در نهايت پارامترهاي مخزن، با استفاده از رژيم‌هاي جرياني مدل و نمودار مشتق فشار تخمين زده شده‌اند. ضعف اين روش اين است که نياز دارد داده‌هاي مشتق فشار، قبل از انجام ‌فرآيند صاف شوند. همچنين در اين روش قوانين پيچيده‌اي براي تطبيق دادن رفتارهاي غيرايده‌آل، تعريف شده‌اند [26].
در سال 1988 الکعبي و همکارانش یک روش برای توسعه سیستم علمی آنالیز چاه آزمایی ارائه کردند. انها هدفشان توسعه یک مکانیسم برای توانا ساختن افراد غیرحرفه ای و غیرکارشناس در آنالیز چاه آزمایی و تست های گذرا بود تا مانند افراد خبره و کارشناس بتوانند در علوم نفتی عمل کنند.این روش مبتنی بر تعامل واحد آنالیز چاه آزمایی و واحد تاریخی تطبیقی خودکار است و کاربر فرآیند تعاملی را در یک روند افزایشی تا زمانی که مدل اختصاصی ساخته شود هدایت میکند.در این روش ابتدا نوع مخزن تعیین می شود و به وسیلهی مرزهای داخلی ادامه پیدا میکند سپس مرزهای خارجی بهدست میآید. بنابراین تمام مدل های تفسیری ممکن لیست می شوند و منابع از دادههایی که برای مدل احتمالی استفاده می شوند، اضافه می شوند. این روش معمولا مسائلی که در فهمیدن تفسیر چاه آزمایی مواجه می شویم را محدود میکند و به حداقل میرساند و شامل تفسیر مدل خودکار نمیباشد[27].
در سال 1989 استوارت و دو یک تکنیک تغییر نمودار مشتق در یک حالت نمادین برای استفاده در سیستم علمی ارائه کردند.این روش مبتنی بر فرایند چاهآزمایی که دادههای آن از قسمت صاف نمودار مشتق بدست میآید، است. دادهها با پارامترهای یکنواخت به همپیوسته و از پیش انتخاب شده در تابع باریک تقریبی جداسازی می شوند. Generalized Cross-validation (GCV) نام باریکه ی یکنواختی است که در این روش استفاده شده است. نتایج این فرآیند در یک جدول از نقاط دادههایی که به وسیله نقاط بهینه یکنواخت که در حالت کلی در تابع نویز جایگزین شده اند، چاپ شده است. و سپس نمودار های مشتق یکنواخت در حالت نمادین به وسیله ی اولین نمودار تقریبی با قطعه های خطی و غیر خطی که بر پایه خطا ها و نقاط موثر از پیش انتخاب شده است، تغییر شکل پیدا میکنند.و پس از آن نتایج برای شرح جزئیات شکل نمادین از نمودار مشتق ارائه میشود که به صورت نمایش سیگنال دیجیتالی یا نمودار خروجی است[28].
در سال 1990 الکعبي و لي‌ از شبکه‌هاي عصبي مصنوعي براي شناسايي مدل تفسير چاه‌آزمائي، از داده‌هاي مشتق فشار استفاده کردند. در اين تحقيق از داده‌هاي مشتق فشار مدل‌هاي مختلف مخزن براي آموزش شبکه عصبي استفاده شده‌است. نويسندگان ادعا کرده‌اند که شبکه عصبي قادر است به‌طور موثري مدل مخزن را شناسايي کرده و نيازي به صاف‌کردن داده‌ها براي عموميت بخشيدن به شبکه ندارد. اين کار فقط به صورت توضيحي، کيفي چاه‌آزمائي را تفسیر می کند. محاسبه پارامترهاي مخزني، در اين تحقيق مورد‌توجه قرار نگرفته است [29].
در سال 1992 آلاین و هوز مزیت ها و محدودیت های دو روش شکل های نمادین و شبکههای عصبی مصنوعی را شناسایی کردند و هدفشان ترکیب این دو روش مختلف بود. برای شناخت مدل و تخمین پارامترها تواناییهای استدلالی باید به خوبی تواناییهای بصری باشد. آنها موفق شدند که روش شبکههای عصبی را برای شناخت بصری و روش شکلهای نمادین را برای تواناییهای استدلالی استفاده کنند. در این روش که ترکیب دو روش مختلف است آنها قصد داشتن از شبکه های عصبی برای تعیین طرحی از مشتق قبل از بهکارگیری روش مبتنی بر قانون برای تخمین مدل و پارامتر ها استفاده کنند[30-31].
در سال 1992 رمی روی روند عادی روش آنالیز عملی چاهآزمایی تجدید نظر کرد و نتایج زیر را بهدست آورد: [32]
1) در اغلب اوقات ممکن است یک خط صاف و مستقیم روی نمودار هرنر پیدا شود که از آن به راحتی پارامترهای لازم برای تولید دادههای استدلالی که باید در شبیهسازی موجود باشد،به دست می آید.اما در بعضی از موارد لازم است که از همه ی داده ها رگرسیون بگیریم و با انتخاب یک مدل مناسب و محدودیت های احتمالی به وجود آمده یک سنجش از کیفیت آنالیز انجام دهیم.
2) نمودارهای مشتق فشار نوعی نمودار هستند که برای شناخت رویدادها استفاده می شوند و همچنین حساستر ومجازتر از نمودارهای لگاریتمی و نیمه لگاریتمی فشار هستند.
3) نوع و روش محاسبات استفاده شده در این کار به صورت زیر است:
آنالیز فشار و نوع نمودارهای مشتق و جداسازی و تنظیم دادههای مورد نیاز
پیدا کردن خط راست نمودار هرنر برای رگرسیون غیر خطی پارامترهای ورودی
تعیین محدودیتهای اطمینانی و شبیهسازی تستها با پارامترهای نهایی به دست آمده از رگرسیون غیر خطی
مقایسه دادههای زمینی با دادههای بدست آمده به وسیله ی شبیه سازی مدلها در مختصات بدون بعد
اگر مقایسه خوب نبود انتخاب مدل بعدی به صورت پیچیده تر و تکرار مراحل قبلی
در سال 1993 جودياردي و ارشاقي مشکلات استفاده از شبکه‌هاي عصبي در آناليز چاه‌آزمائي در مخازن داراي شکست را بررسي کردند. آنها براي رفع اين مشکلات از سيستم‌ خبره، که شامل دو نوع اطلاعات، داده‌هاي مستقل ميداني و جداول شامل فراواني اتفاق‌افتادن مدل‌هاي غير‌مرتبط، است استفاده کردند در اين مطالعه از روش شبيه‌سازي مونت‌کارلو براي فراهم‌کردن اطلاعات آماري مورد‌نياز براي سيستم خبره استفاده شده‌است [33].
در سال 1993 ارشاقي، لي و حصيبي، شبکه‌هاي عصبي چندگانه را که هر شبکه عصبي يک مدل مخزن را ارائه مي‌داد (براي فائق‌آمدن به ناکارآمدي آموزش تعداد زيادي مدل‌هاي مخزن) اجرا کردند. اين روش ارائه هر مدل مخزن به‌طور کامل را بهبود بخشيد. اما محاسبه پارامترهاي مخزني مورد‌توجه قرار نگرفته است [34].
در سال 1993 آنراکو‌ و هرن روش جديدي را که بين مدل‌هاي مختلف مخزن، با استفاده از روش احتمالات پيش‌بيني کننده متوالي تمايز قائل مي‌شود ارائه دادند. اين روش در شناسايي مدل درست مخزن (با استفاده از تطبيق با تمامي مدل‌هاي موجود) و سپس احتمال اينکه هر مدل تطبيق داده‌شده، تا چه اندازه پاسخ‌هاي فشاري مربوطه را پيش‌بيني مي‌کند محاسبه کردند. در اين روش لازم است که مدل هاي مخزني موجود بوده و حدس اوليه پارامترهاي مخزني فراهم شوند [35].