کاربرد آنالیز خوشه ای چند متغیره داده های لاک در تعیین رخساره های الکتریکی و زون بندی مخازن نفتی، ب مثالی از میدان مارون

دسته زمین شناسی نفت
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و ششمین گردهمایی علوم زمین
نویسنده توکلی ، وحید – امینی ، عبدالحسن – حق پرست ، قدرت الله
تاريخ برگزاری ۱۳ مهر ۱۳۸۴

متن اصلی:
فرایند خوشه بندی
از انجا که عوامل بسیار متعددی در پاسخهای این نمودارها موثر است، لذا طبیعی است که پاسخ یک ابزار در برابر رخساره ای خاص در موارد گوناگون تا حدی متفاوت باشد هرگاه به جای یک لگ از مجموعه لاگها استفاده گردد تا همزمان خصوصیات بیشتری به یک رخساره خاص تعلق کیرد، پاسخهای مجموعه ابزارها به مراتب پیچیده تر می گردد تا آنجا که چشم انسان قادر به تقسیم بندی رخساره ها نخواهد بود. براین اساس تجزیه و تحلیل دقیق داده ها با روشهای آماری و گروه بندی آنها در دسته های جدا، اجتناب ناپذیر است. روشی که دراین مقاله مورد استفاده قرار می گیرد، براساس گروه بندی داده هایی است که پاسخهای لاگ آنان حداکثر نزدیکی به یکدیگر را داشته و لذا بیشترین همسانی ( homegeneity) را نشان مید هند طبیعی است که این داده ها می توانند در رخساره ای خاص قرار گیرند و این رخساره به وسیله زمین شناسی تفسیر گردیده و خصوصیات آن بیان گردد. برای محاسبه این نزدیکی ، قرائتهای لاگ به عنوان مشاهده و لیه لاگهای مورد استفاده به عنوان ارزش مشاهده مورد استفاده قرار می گیرند. روشهای مختلفی برای محاسبه فاصله وجود دارد که در این مقاله از روش City Block (از روشهای موجود در نرم افزار مت لب ) استفاده می گردد. این روش در داده های به کار رفته بهترین ضریب همبستگی را نشان مید هد. هرگاه تعداد I قرائت وجود داشته و j لاگ به آن نسبت داده شود.
درستونی از قرائتهای لاگ از 1 تا m فاصله برای تمام زوج نقاط محاسبه می گردد. به عبارت بهتر هرگاه y را پاسخ محاسبه فوال بدانیم، آرایش آن به صورت زیر خواهد بود :
Y=d(1,1),d(1,2),d(1,3), … ,d(1,m),d(2,3),d(2,4), …,d(m-1,m)
که در آن d فاصله و عددها نشان دهنده قرائتهای لاگ می باشند. در فرایند آنالیز خوشه ای ، کوچکترین فواصل برای تشکیل خوشه به یکدیگر متصل می گردند. خوشه های مراتب پایینتر به نوبه خود به یکدیگر متل شده و خوشه بزرگتری را تشکیل می دهند تا آنجا که تمامی داده ها تبدیل به یک خوشه بزرگ می گردند. می توان به سادگی کوچکترین قرائتهای لاگ را در دو خوشه برای اتصال ملاک مقایسه قرار داد. به عبارت دیگر هرگاه قرائت I خوشه P دارای کمترین فاصله با قرائت J خوشه q بود، دو خوشه به یکدیگر متصلمی گردند. اما با این کار از تعداد زیادی از داده ها صرفنظر می گردد. لذا در اینجا از روش « اتصال مرکزی» استفاده شده است. درا ینروش به جای حداقل فاصله اعضا، از میانگین داده های یک خوشه به عنوان شاخص خوشه استفاده گردیده و خوشه هایی که دارای حداقل فاصله بین شاخصهای خود باشند، برای اتصال و تشکیل یک خوشه بزرگتر، کاندید می گردند.
از آنجا که تعداد داده های لاگ بسیار زیاد بوده و بررسی این خوشه ها از روی اعداد به دست آمده امکان پذیر نمی باشد، نتایج حاصل از این محاسبات به وسیله نمودار دندروگرام به نمایش درآمده است. این نمودار به صورت مجموعه ای از خطوط رسم می گردد که داده هایی را که در محاسبات فوق صدق می کنند، به یکدیگر متصل می سازند، تا انجا که تعداد خوشه ها به یکی می رسد (شکل 2). در این نمودارها، محور افقی نشان دهنده فاصله محاسبه شده بین خوشه ها است. باید توجه داشت که در عمل این فاصله چندان مورد توجه نبوده و قطع شدگی داده ها بیانگر اختلاف گروه های مختلف می باشد. با توجه به توضیحات فوق، طبیعی است که داده های همسان به یکدیگر متصل دشه و مابین خوشه هایی که با یکدیگر اختلاف دارند، فاصله می افتد. باید توجه داشت که خصوصیات سنگها بسیار متفاوت بوده و ما در آنالیز لاگها ، همان چیزی را دسته بندی می کنیم که به وسیله لاگها به دست آمده و از آنجا که ابزارهای لاگ بسیار حساس هستند، لزومی ندارد که این رخساره ها کاملاً بر مرزهای لیتولوژیکی منطبق باشند. اما از آنجا که یکی از موارد عمده تاثیرگذار بر داده های لاگ ، لیتولوژی فواصل مختلف می باشد، لذا انتظار می رود تا در صورت کاربرد لاگهایی که به طور عمده تحت تاثیر لیتولوژی بوده و برای تعیین لیتولوژی به کار میروند، رخساره های به دست آمده از این فراند تا حد زیادی با رخساره های لیتولوژی ( Lithofacies) منطبق باشند. مسأله ای که در اینجا باقی می ماند آنست که می تون برای یک نمودار دندروگرام بی نهایت بریدگی (Cutoff) تعریف نموده و از این رو افراد مختلف می توانند تعداد رخساره های مختلفی را برای یک نمودار در نظر بگیرند، اما مرزهای تعیین شده تغییر نخواهد کرد و در صورت کاهش عدد بریدگی ، تنها تعداد رخساره ها بیشتر خواهد شد ولی مرزهای رخساره های اصلی ثابت باقی می مانند.
بحث نتایج حاصل از اعمال روش در میدان مارون
روش آنالیز خوشه ای در موارد مختلف با الگوریتمهایی غیر از آنچه که در اینجا استفاده گردیده و با استفاده از نرم افزارهای مخصوص این کار (مانند C ONISS) ) ، هم بر روی سنگهای آواری و هم بر روی کربناتها آزمایش گردیده و نتایج قابل قبولی از آن به دست آمده است (برای مثالGill et al., 1993 ) . در اینجا الگوریتم جدیدی از این فرایند با استفاده از نرم افزار ریاضیاتی مت لب برنامه نویسی گردیده و مورد آزمایش قرار گرفته تا توانایی آن برای تعیین رخساره های لاگ و کاربرد این رخساره ها مشخص گردد. این مطالعه مورد بررسی رخساره های لاگ سازند آسماری در یکی از چاه های میدان مارون می باشد که در کنار این مطالعه تجزیه و تحلیل کاملی از مغزه ها و مقاطع نازک آن نیز صورت گرفته است.
سازند آسماری در میدان مارون توسط پژوهشگران شرکت اینترا به لایه ها و زیر لایه هایی تقسیم گردیده است. از انجا که این تقسیم بندی مخزنی تا حد زیادی بر لیتولوژی لایه ها استوار گردیده و بر تقسیم بندی قلی پور ( Cholipour , 1989) نیز منطبق می باشد (تقسیم بندی قلی پور شامل زیرلایه ها نمی گردد) در اینجا این تقسیم نبدی مبنای کار قرار گرفته است. خصوصیات لیتولوژی و عمق شروع این لایه ها در چاه مورد مطالعه در جدول 1 ارائه شده است. لاگهایی که در این مطالعه مورد بررسی قرار گرفته اند، چهار لاگ بسیاررایج LDL, CGR Sonic, و GR می باشند. کاربرد فراوان این مجموعه لاگ باعث گردیده تا در اکثر چاههای نفتی رانده شوند. به منظور نشان دادن درجه اطمینان (reliability) این روش ، از لاگهای لیتولوژی استفاده گردیده تا رخساره های به دست آمده توسط این روش با رخساره های اینترا انطباق داشته باشند. کلیه لاگها در فواصل 15 سانتی متری قرائت شده و جهت همسان سازی داده ها برای پردازش ، میانگین داده های یک لاگ از هر قرائت کسر گردیده و حاصل بر انحراف معیار داده ها بخش گردیده است.
Z=(V-mean (V))std(V)
که در آن
V: ستون قرائتهای یک لاگ
std: انحراف از معیار
در مرحله بعد داده ها مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته اند. لانگهای مورد استفاده ، تقسیم بندی رخساره ای و نمودار دندروگرام متناظر در شکل 1 نشان داده شده است.
در دندروگرام حاصله هر چه که از چپ به راست حرکت کنیم، شاهد کاهش تعداد خوشه ها و به عبارت دیگر ، رخساره ها خواهیم بود. نمودار افقی نشان دهنده فاصله و محور قائم، نشان دهنده عمق می باشد . از انجا که در هر زمان تنها تعداد معینی از خوشه ها مورد نظر ما می باشند، در قسمتی از دندروگرام، این نمودار بریده می شود. این حد را فاصله بریدگی ( Cutoff) می نامند درشکل فوق ، این مقدار مساوی 8/0 قرار داد شده است در این حد بریدگی ، در آسماری میانی و بالایی (بالاتر از زیر لایه 10/4 ) تعداد 11 رخساره لاگ تعریف گردیده است که 8 عدد از این رخساره ها دقیقاً بر مرزهای رخساره های اینترا منطبق است. در نتیجه 3 رخساره جدید بر آنها افزوده شده است که با توجه به کلی بودن تقسیم بندی اینترا و تنوع لیتولوژیکی در داخل هر زون ، طبیعی است که استفاده از این روش با دقت بالاتر ، منجر به بیشتر شدن تعداد رخساره ها گردد. علت به وجود امدن این رخساره ها ، تقسیم بندی دقیقتر بازه ها و تصحیحات لازم، از موارد تحت بررسی میباشد.


جدول (1)


هرگاه حد بریدگی را کمتر کنیم، شاهد خواهیم بود که کلیه مرزهای لیتولوژیکی بر مرزهای رخساره های لاگ منطبق هستند. اما تعداد رخساره های لاگ افزایش می یابد که این امر با توجه به تنوع لیتولوژیکی در زونهای اینترا، دقت بالای این داده ها را نشان می دهد. با توجه به اینکه چاه مورد مطالعه دارای ستونکامل مغزه ازسازند اسماری است و می توان دندروگرامرا به راحتی با مرزهای لیتولوژیکی منطبق ساخت، بهترین حد بریدگی برای این سازند در این میدان برای تطابق با تقسیم بندی اینترا ، عدد 8/0 می باشد. از انجا که تقسیمات جزئی تر در بخش آسماری زیرین بجز دربازه 80/40 صورت نگرفته و از آنجا که حاصل این نوع پردازش تعیین دقیق تغییرات برحسب داده هایلاگهای ورودی می باشد، لذا تعداد رخساره های تعیین شده توسط این روش در آسماری پایینی در حد چشمگیری بیشتر از تعداد رخساره های لیتولوژیکی می باشد. جهت بررسی دقیقتر رخساره های تعیین شده ،آسماری پایینی با حد بریدگی کمتری مورد بررسی قرار گرفت (شکل 3). در این حد بریدگی در آسماری پایینی ، 14 رخساره لاگ از یکدیگر تفکیک گردید.
این رخساره ها از F1 تا F12 نام گذاری شده و دو رخساره لیتولوژیکی توصیف شده توسط اینترا در بازه های 80/40 و 60/50 به دلیل آنکه به واحدهای کوچکتری تقسیم نشدند، با نام خود ذکر شدند. دقت شگفت انگیز این نوع از پردازش در تعیین رخساره ها در اینجا به خوبی نمایان می شود. خصوصیات این رخساره ها در جدول 2 ذکر شده است.


جدول (2)




شکل (1)




شکل (2)




شکل (3)

کلید واژه ها: میدانمارون آنالیز رخساره لاگ زمین شناسی نفت سایر موارد