بازسازی لاگ های پتروفیزیکی با استفاده از تکنیک منطق فازی

دسته زمین شناسی نفت
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و ششمین گردهمایی علوم زمین
نویسنده کدخدائی ایلخچی،علی- رضائی،محمدرضا
تاريخ برگزاری ۱۲ مهر ۱۳۸۴


منطق فازی در سال 1965 توسط پروفسور لطفی عسگری زاده، استاد ایرانی الاصل دانشگاه بر کلی کالیفرنیا بنیان نهاده شد. امروزه از منطق فازی در شاخه های مختلف علوم مهندسی و پایه استفاده می شود. علم زمین شناسی نیز به نوبه خود در حل برخی مسائل مبهم و پیچیده از منطق فازی بهره می برد. منطق فازی(Fuzzy logic) براساس مجموعه های فازی تعریف می شود که در آن مجموعه ها حد ومرز معینی ندارند. اما در منطق صریح(Crisp logic) یا منطق صفر و یک برخلاف منطق فازی، مجموعه داری مرز معین می باشند. به عبارت دیگر مرز مجموعه های فازی صلب نبوده و الاستیک می باشد. یکی از اساسی ترین مفاهیم در منطق فازی تابع عضویت است که برای هر عضو مجموعه یک مقدار عضویت می دهد. درجه عضویت صفر مشخص کننده آن است عضو هیچ تعلقی به مجموعه مورد نظر ندارد و درجه عضویت یک مبین آن است که تعلق عضو به آن مجموعه 100% است. بنابراین مقدار عضویت در مجموعه های غیرفازی صفر یا یک است. اما مقدار عضویت در مجموعه های فازی عددی در فاصله[1و0] است(کاسکو،1377) توابع عضویت انواع مختلفی دارند. برخی از آنها عبارتند از: تابع عضویت پی، گوسی، دابل گوسی، S ،Z ، ذوذنقه ای و مثلثی.
برای ساختن یک مدل فازی با استفاده از نرم افزار متلب(MATLAB) دو روش وجود دارد که عبارتند از: روش ممدانی(Mamdani method) و روش تاکاگی سوگنو(Takagi- Sugeno method) در مدل سازی به روش ممدانی لازم است که برای داده های ورودی و خروجی توابع عضویت و پارامترهای آن توسط سازنده مدل تعریف شود، به طوری که این توابع عضویت بهترین برازش را برای داده ها داشته باشند. در این روش می توان هر نوع تابع عضویت را اعم از خطی و غیرخطی به کار برد. اما در روش مدل سازی تاکاگی- سوگنو نوع تابع عضویت توسط سیستم استنتاج فازی مشخص می شود. بعلاوه در این روش نوع تابع عضویت برای داده های خروجی یک تابع خطی و یا یک مقدار ثابت است(Fuzzy logic toolbox users guide, 2001) در این مطالعه از مدل سازی به روش تاکاگی- سوگنو استفاده شد. در این روش داده ها دردسته هایی به نام خوشه طبقه بندی می شوند. مهمترین پارامتر در ساختن خوشه تعیین شعاع تاثیرآن است. به این مفهوم که یک خوشه تا چه شعاعی داده ها را تحت تاثیر قرار می دهد. پس از ساخته شدن خوشه ها از روی آنها نوع و تعداد توابع عضویت مشخص می شوند(fuzzy logic toolbox users guide, 2001) پس از این مرحله ارتباط بین توابع عضویت داده های ورودی و توابع عضویت داده های خروجی توسط یک سری قوانین اگر- آنگاه مشخص می شود. این قوانین اگر- آنگاه که یک سیستم فازی را تشکیل می دهند. ورودی ها را به خروجی ها تبدیل می کنند. هر ورودی به سیستم فازی همه قوانین موجود را به طور نسبی تحت تاثیر قرار می دهد. هر چه ورودی به بخش اگر قانون فازی نزدیکتر باشد، بخش آنگاه بیشتر تحت تاثیر قرار می گیرد. سپس سیستم فازی همه این خروجی های بخش آنگاه را با یکدیگر جمع کرده و مقدار متوسط یا مرکز ثقل آنها را به عنوان خروجی نهایی می گیرد(کاسکو، 1377).
ایجاد لاگ های پتروفیزیکی مصنوعی با استفاده از منطق فازی
تولید لاگ نوترون مصنوعی
ابزار تخلخل نوترون از منبع رادیواکتیو نظیر پتاسیم- بریلیوم برای بمباران سازند با ذراتی که به طور طبیعی باردار بوده و نوترون نامیده می شوند، استفاده می کند. بصورتیکه نوترون های با انرژی بالا با انواع اتم های سنگ و سیالات سازنده برخورد کرده و شروع به از دست دادن انرژی می کنند. نوترون های دارای جرم یکسان با اتم هیدروژن هستند. اگر منبع نوترون رادیواکتیو مقابل سنگ های هیدروژن دار باشد، نوترون های منتشره در اثر برخورد با هسته اتم هیدروژن سرعتشان کمتر می شود و جذب دیگر عناصر موجود در سنگ می شوند. لذا ثبت کننده ابزار نمودارگیری کاهشی را در شدت تشعشع نوترون برگشته از سازند نشان می دهد(رضایی، 1380). ابزار تخلخل نوترون هیدروژن موجود در فضای خالی را اندازه گیری می کند و به وسیله ماتریکس تحت تاثیر قرار نمی گیرد(brock, 1986) در این مطالعه ورودی های مناسب برای ایجاد لاگ ها توسط آنالیز کراس- پلات مشخص شد. لاگ نوترون مصنوعی تولید شده با استفاده از ورودی های لاگ صوتی و چگالی در شکل(الف-2) نشان داده شده است.طبق کراس- پلات شکل(1-الف) ضریب همبستگی لاگ نوترون واقعی و لاگ نوترون مصنوعی 94/0 است.
تولید لاگ چگالی مصنوعی
لاگ چگالی یا لاگ گاما-گاما، براساس تابش اشعه گاما توسط دستگاه به سازند و ثبت میزان اشعه گامای برگشتی به دستگاه کار می کند. این لاگ چگالی سازند را اندازه گیری می کند.تخلخل دقیق تابعی از دقت لاگ چگالی و چگالی ماتریکس می باشد.(patchett and coalson, 1982). با استفاده از چارت های مخصوص می توان اطلاعات چگالی را به تخلخل تبدیل نمود. لاگ چگالی مصنوعی در شکل(2-ب) نشان داده شده است. با استفاده از آنالیز کراس پلات ورودی های مناسب برای ساختن این لاگ شامل لاگ نوترون و لاگ صوتی می باشد. ضریب همبستگی بین لاگ های چگالی واقعی و مصنوعی 95/0 می باشد(شکل 1-ب).
تولید لاگ صوتی مصنوعی
لاگ صوتی به بیان ساده زمان ثبت برای عبور صوت از یک فوت سازند در مقابل عمق می باشد که به نام زمان عبور صوت از اینتروال(DT) یا کندی سازند(t) خوانده می شود.وابستگی زمان عبور صوت به تخلخل آن را به عنوان ابزاری مفید جهت اندازه گیری تخلخل تبدیل کرده است. لاگ صوتی کامل در کارهای لرزهای به کار می رود. این لاگ می تواند به صورت یک شاخص لیتولوژی و تخلخل باشد(serra, 1984) با استفاده از لاگ صوتی به همراه لاگ نوترون می توان تخلخل های ثانویه را بدست آورد. وجود گاز در زون رخنه(flushed zone) و شکستگی ها را نیز می توان از روی لاگ بدست آورد.
لاگ صوتی مصنوعی با استفاده از وردی های شامل لاگ نوترون و لاگ چگالی ساخته شد(شکل 3- الف). میزان همبستگی بین لاگ صوتی مصنوعی و واقعی 94/0 می باشد(شکل 1- ج).


شکل (1)




شکل (2)


تولید لاگ پرتوی گامای مصنوعی
لاگ اشعه گاما رادیواکتیویته طبیعی سازند را اندازه گیری می کند. عناصر رادیواکتیویته تمایل دارند تا در رس ها و شیل ها تمرکز یابند ولی ماسه های تمیز و کربنات ها ترازهایی کم از اشعه گاما را نشان می دهند. منحنی اشعه گاما بین سنگ مخزن بالقوه وشیل، تمایز ایجاد می کند. علاوه بر این حجم شیل سازند توسط این منحنی به دست می آید. لذا نقش مهمی در ارزیابی سازند دارد(brock, 1986) در شکل(3- ب) لاگ اشعه گامای مصنوعی ایجاد شده با استفاده از منطق فازی را نشان می دهد. طبق آنالیز کراس- پلات ورودی های مناسب از بین لاگ های مختلف لاگ های CGR و SGR می باشند. ضریب همبستگی بین لاگ اشعه گامای واقعی و مصنوعی طبق شکل(ا- د) 97/0 می باشد.


شکل (3)


تولید لاگ های مصنوعی سازند(LLD,LLS,MSFL)
مقاومت ویژه سازند یک فاکتور کلیدی در محاسبه آب اشباع شدگی و تعیین فواصل هیدروکربور دار است(رضایی، 1380). مقاومت سازندها در زیر زمین محدود و قابل اندازه گیری می باشد که به خاطر وجود آب سازندی و آب موجود در ساختمان رس ها پدید می آید. مقاومت ویژه یک سازند به پارامترهایی مانند مقاومت آب سازندی، مقدار آب موجود در سنگ و هندسه و ساختمان فضاهای خالی بستگی دارد.(Schlumberger, 1989). ابزارهای مختلفی برای اندازه گیری مقاومت سازند وجود دارد. ابزارهای لاترولاگ دوتایی عبارتند از: ابزار MSFL که مقاومت قسمت کم عمق سازند را اندازه گیری می کند، LLS که مقاومت قسمت میانه سازند را اندازه گیری می کند و LLD که مقاومت منطقه عمیق سازند را اندازه می گیرد. لذا این لاگ ها ابزارهای مهمی در ارزیابی خصوصیات پتروفیزیکی یک مخزن محسوب می شوند. در این مطالعه هر سه لاگ LLS,LLD و MSFL با استفاده از منطق فازی ساخته شد(شکل 5- الف، 5- ب و 5- ج). برای ساختن لاگ LLD از لاگ های LLS و MSFL به عنوان داده های ورودی استفاده شد. این ورودی ها برای ایجاد لاگ LLS شامل لاگ های LLD و نوترون و برای لاگ MSFL شامل لاگ های LLS,LLD و نوترون می باشد. شکل های 4- الف،4- ب و 4- ج نشان دهنده میزان همبستگی بین لاگ های مقاومت واقعی و مصنوعی است.


شکل (4)




شکل (5)

کلید واژه ها: لاگ منطقفازی پتروفیزیک مدلسازی زمین شناسی نفت سایر موارد