تحقیق رایگان با موضوع شبکه‌های عصبی مصنوعی و بهبود عملکرد

دانلود پایان نامه
1-1-3- هرزروی سیال حفاری
در حفاری چاه‌های نفت و گاز، به هدر رفتن سیال حفاری در سازندهای تراوا هرزروی گفته می‌شود. هرزروی سیال حفاری یکی از مشهودترین مشکلات حفاری می‌باشد که هزینه‌ی زیادی را به شرکت‌های نفتی تحمیل می‌کند. این پدیده از زمان شروع حفاری شروع شده و تا هنگام جداره‌گذاری ادامه می‌یابد. ممکن است هرزروی از مقادیر کم تا بسیار شدید اتفاق بیفتد. هرزروی محدود به نواحی حفاری خاص نمی‌باشد بلکه در هر عمقی که فشار ستون گل حفاری از فشار شکست سازند بیشتر باشد، لایه شکسته و هرزروی رخ می‌دهد همچنین سیال حفاری در سازندهای با نفوذپذیری بالا و یا شکستگی‌های طبیعی که از قبل در سازند وجود داشته، هدر می‌رود. بر اساس استانداردهای گل حفاری، سازند باید حداقل دارای نفوذپذیری 10 تا 25 میلی‌دارسی باشد تا هرزروی گل ایجاد گردد [3]. هرزروی سیال حفاری ممکن است به علل متفاوتی از جمله وجود سازندهای با تراوایی بالا، فیلتر شدن سیال حفاری، نفوذ سیال داخل ماتریکس سنگ و یا ایجاد و گسترش شکاف در داخل سنگ ایجاد شود که مورد آخر از عمده‌ترین دلایل هرزروی کامل سیال حفاری به شمار می‌رود و بیش از 90 درصد هزینه‌های صرف شده برای درمان هرزروی به این مورد اختصاص دارد [4]. شرکت‌های نفتی سالانه میلیون‌ها دلار صرف برطرف کردن مشکل هرزروی و مشکلات ناشی از آن، از جمله از دست رفتن زمان دکل، گیر لوله‌ها، فوران چاه، از دست رفتن حجم زیادی از سیال حفاری و آسیب به سازند می‌شود [5].
پارامترهای زیادی شدت هرزروی سیال حفاری را تحت تأثیر قرار می‌دهند از جمله: فشار گل، فشار شکست سازند، خصوصیات سیال حفاری، لیتولوژی سازند، وجود درزه‌ها و غارها در سازند، پارامترهای حفاری مثل فشار و دبی پمپ و پارامترهای شناخته شده و شناخته نشده بسیار زیاد دیگری که پیش‌بینی مقدار هرزروی سیال هنگام حفاری چاه در یک سازند خاص را بسیار مشکل می‌کنند. به علاوه، هزینه‌های هنگفتی که باید صرف درمان هرزروی گل (ساختن گل جدید و اضافه کردن مواد جلوگیری کننده از هرزروی) و مشکلات جانبی آن (گیر احتمالی رشته حفاری و از دست رفتن زمان حفاری) شود همواره مهندسین حفاری را به تحقیق و پژوهش در این راه و یافتن راهکاری برای مقابله با این مشکل ترغیب کرده است.
1-1-4- گیر رشته حفاری
گیر لوله‌ ، تعلیق روند برنامه‌ریزی شده چاه است، زمانی که نیروهای درون‌چاهی مانع بیرون کشیدن رشته حفاری یا ابزار آلاتی که به منظور انجام عملیات مشخص در مدت زمان محدود و معینی درون چاه رانده شده‌اند، گفته می‌شود. گیر لوله‌های حفاری یکی از بزرگ‌ترین و پرهزینه‌ترین مشکلات در حفاری چاه‌های نفت و گاز محسوب می‌شود. بطوریکه چنانچه عملیات آزادسازی رشته حفاری موفقیت‌آمیز نباشد با پسگرد رشته حفاری از محل گیر لوله‌ها، علاوه بر از دست دادن مقداری از رشته حفاری، عملیات کج کردن چاه و حفاری مجدد آن در دستور کار قرار می‌گیرد که می‌تواند هزینه‌های سنگینی را در سرجمع هزینه‌های تکمیل چاه تحمیل نماید.
تلاش برای حداقل‌سازی خطر گیر لوله حفاری، امروزه یکی از اولویت‌ها و اهداف اصلی می‌باشد. عوامل بسیار زیادی در گیر رشته حفاری تأثیرگذار هستند. در حال حاضر مهندسین حفاری فقط از روش‌های قدیمی و تجربی قادرند تا حدودی شرایط گیر رشته حفاری را تشخیص داده و آن‌ها را رفع کنند، اما به کمک این روش‌ها نمی‌توان به خوبی رفتار غیرخطی گیر را پیش‌بینی نمود.
گیر رشته حفاری را معمولاً به دو دسته گیرهای مکانیکی و گیرهای اختلاف فشاری تقسیم می‌کنند. در گیر لوله‌ها به صورت دیفرانسیلی چرخش لوله و حرکت آن به سمت بالا و پایین امکان‌پذیر نیست، اما هنوز گردش گل حفاری انجام می‌گیرد، این امر با گیر لوله‌ها به صورت مکانیکی در تناقض است [6].
پس از گیر افتادن رشته حفاری، لازم است که به سرعت هر گونه تلاشی برای آزاد سازی آن صورت گیرد. از جمله روش‌های مرسوم و شناخته شده آزادسازی رشته‌های حفاری، روش افزایش کشش رو به بالا و افزایش وزن رو به پایین می‌باشند که تا حدودی وقت‌گیر و هزینه‌بر هستند. ولی در بیشتر مواقع منجر به آزادسازی رشته حفاری از چاه می‌شوند. مشکل گیر رشته حفاری زمانی اهمیت بیشتری پیدا می‌کند که به دلایلی نتوان رشته حفاری را از چاه بیرون آورد. در این صورت تنها راه، بریدن رشته حفاری در چاه و انجام عملیات مانده‌یابی و در بدترین حالت، مسدود کردن قسمت گیر و حفاری چاه انحرافی براى انجام ادامه عملیات حفاری می‌باشد. این امر باعث تغییر برنامه حفارى، افزایش زمان و هزینه خواهد شد. در عملیات دریایی، گیر لوله‌ها به تنهایی می‌تواند هزینه توسعه یک چاه را به اندازه 30 درصد افزایش دهد. بنابراین باید برای پیشگیری از این مشکل و کاهش هزینه‌های حفاری به دنبال راه‌حلی اساسی بود [6].
پارامترهای بسیاری بر یک عملیات حفاری تأثیر می‌گذارند، که در صورت آشنایی کافی و انتخاب درست آن‌ها، بهبود و کاهش زمان حفاری را باعث شد. از این میان می‌توان به پارامترهای نرخ نفوذ و مته حفاری، مقاومت فشاری تک محوره سنگ سازند، هرزروی سیال حفاری و گیر رشته حفاری اشاره کرد. در این پایان‌نامه سعی بر این است، به کمک روش هوش مصنوعی از جمله شبکه‌های عصبی مصنوعی و الگوریتم‌های بهینه‌سازی مشکلات بیان شده را رفع و عملیات حفاری را بهبود بخشید. از داده‌های ثبت روزانه دکل حفاری و عملیات نمودارگیری برای ساخت شبکه مصنوعی استفاده شد. الگوریتم‌های بهینه‌سازی در دو بخش بهبود عملکرد شبکه عصبی و بهینه‌سازی پارامترهای موثر بر مسئله مورد نظر استفاده شدند.
این پایان‌نامه شامل شش فصل می‌باشد. فصل اول مقدمه و بیان مسئله را شامل می‌باشد. در این فصل اهمیت و چرایی بررسی این موارد بیان شد. فصل دوم، مروری بر تحقیقات گذشته را شرح داده‌ است. در این فصل ابتدا روش‌های حل معمول شرح داده شد و سپس چندین مورد از تحقیقاتی که در این رابطه ارائه شده بود را برای هر بخش بررسی کردیم، و پس از آن مدل ارائه شده خود را بیان و برتری آن نسبت به روش‌های معمول بیان کردیم. در پایان این فصل علت استفاده از روش‌های هوش مصنوعی و برتری این روش نسبت به روش‌های گذشته شرح داده شد. فصل سوم شامل توضیح و بررسی شبکه‌های عصبی و الگوریتم‌های بهینه‌سازی می‌باشد. در این فصل انواع شبکه‌های عصبی و الگوریتم‌های بهینه‌سازی استفاده شده برای مدل‌سازی شرح داده شد. در فصل چهارم نحوه آماده‌سازی داده‌ها برای مدل‌سازی و آنالیز بیان شد. در این فصل ابتدا آشنایی مختصری با میادین نفتی که اطلاعات از آنجا جمع آوری شده خواهیم داشت، سپس مراحل آماده‌سازی داده‌ها و پارامترهای مورد استفاده در هر بخش توضیح داده شد و در نهایت معیارهای بررسی عملکرد یک مدل هوش مصنوعی بیان ‌شد. فصل پنجم شامل آنالیز و تحلیل اطلاعات می‌باشد. در این فصل روش کار و مدل‌های ارائه شده در هر بخش مورد بررسی قرار گرفته و نتایج هر بخش بیان شد. فصل ششم نیز شامل نتایج و پیشنهادها می‌باشد.
فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته
2-1- مقدمه
برای حل مشکلات و تعیین پارامترهای عملیات حفاری امروزه از تست‌های آزمایشگاهی و فرمول‌های تجربی استفاده می‌شود. که هر کدام مزایا و معایب خود را دارند. در یک دهه گذشته شاهد کاربرد روش‌های مبتنی بر هوش مصنوعی به ویژه شبکه‌های عصبی مصنوعی در عملیات حفاری بوده‌ایم. در این فصل روش‌های حل موجود در هر چهار بخش را بیان و آن‌ها را با مدل ارائه‌شده مقایسه می‌کنیم.
2-2- مقاومت فشاری تک محوره سنگ سازند
2-2-1- روش‌های محاسبه UCS
ویژگی‌های الاستیک سنگ به دو روش دینامیکی و استاتیکی قابل اندازه‌گیری هستند، در حالی که مقاومت فشاری تک محوره سنگ تنها به روش استاتیکی بدست می‌آید. در روش دینامیکی، با اندازه‌گیری سرعت عبور امواج تراکمی و برشی در شرایط برجا و یا آزمایشگاه، ویژگی‌های الاستیک دینامیکی سنگ به دست می‌آیند. در روش استاتیکی نمونه سنگ در حالت تک محوری یا سه محوری، تحت تنش قرار می‌گیرد تا در آن شکست رخ دهد [7].
2-2-1-1- تست آزمایشگاهی
تست مقاومت فشاری سنگ با وجود ظاهری ساده، اما انجام دقیق آن بسیار مشکل است. برای اندازه‌گیری مقاومت تک محوری، نمونه‌های استوانه‌ای از سنگ به صورت محوری تحت فشار قرار می‌گیرد. نمونه‌ها می‌توانند تحت این فشار، تغییر شکل، الاستیک داشته باشند و یا به صورت شکننده بشکنند. سنگ‌ها تنوع رفتاری از حالت شکل پذیر تا شکننده از خود نشان می‌دهند. در شکل 2-1 نمودار این دو رفتار آورده شده است. گرچه آزمایش مقاومت فشاری تک محوره معمول‌ترین آزمایش در مورد سنگ است، اما انجام صحیح آن کار ساده‌ای نبوده و نتایج حاصل از این آزمایش به علت تفاوت رویه گاه تا بیش از 200 درصد با هم اختلاف دارند [8].

مطلب مرتبط :   پایان نامه ارشد درباره شکل گیری نگرش ها و ویژگی های شخصیت

شکل 2-1 نمودار تنش-کرنش دو سنگ شکننده و شکل پذیر. نمودار سمت چپ منحنی تنش کرنش نمونه‌ی شکننده و سمت راست نمونه‌ی تغییر شکل‌پذیر [8].
نمودار سمت چپ نشان‌دهنده منحنی تنش کرنش نمونه‌ی سنگ شکننده است. وقتی یک سنگ تحت تنش تک محوره قرار گیرد، ابتدا تغییر شکل الاستیک (نقطه A) در سنگ رخ می‌دهد. با افزایش تنش مقاومت سنگ کاهش یافته و شکاف‌هایی در سنگ ایجاد می‌شود (A-B) و در پایان سنگ تسلیم شده و می‌شکند (B) که مقدار تنش وارده در این نقطه برابر مقدار مقاومت فشاری تک محوره سنگ می‌باشد. پس از این مرحله با افزایش تنش، شکاف‌ها افزایش می‌یابد (B-C). نمودار سمت راست منحنی تنش کرنش یک نمونه سنگ شکل‌پذیر را نشان می‌دهد. سنگ‌های شکل‌پذیر فاقد ناحیه شکست بوده و پس از مرحله الاستیک دچار تغییر شکل پلاستیک می‌شوند که این تغییر شکل برای سنگ‌های در اعماق زیاد اتفاق می‌افتد. مقاومت فشاری و ثابت‌های الاستیک استاتیکی بیانگر شرایط واقعی‌تر تنش‌های اعمال شده بر سنگ هستند و از این رو معمولاً در مدل‌سازی مورد استفاده قرار می‌گیرند [9]. با این وجود اندازه‌گیری ثابت‌های الاستیک استاتیکی مشکل‌تر و پرهزینه‌تر از بدست آوردن ثابت‌های الاستیک دینامیکی است. وجود این مشکلات به این دلیل است که آزمایش‌های استاتیکی بر روی مغزه سنگ انجام می‌شود و ممکن است در تمام چاه‌ها، مغزه مناسب در دسترس نباشد، همچنین این تکنیک به شدت تحت تأثیر شرایط تست و تغییرات ایجاد شده در نمونه در فاصله زمانی نمونه‌برداری تا تست می‌باشد. آزمایش فشاری تک محوره توسط چندین فاکتور مانند اندازه و شکل نمونه، نرخ بارگذاری، مقدار و نوع مایع موجود در نمونه سنگ، کانی‌شناسی، اندازه دانه، شکل دانه، دسته‌بندی دانه، و نرخ بارگذاری تحت تأثیر می‌باشد. علاوه بر هوازدگی، ساختار سنگ به دلیل نفوذ مایعات ناسازگار و بررسی نادرست هسته‌ها در رابطه با تخلیه استرس باعث انحراف مقدار مقاومت سنگ اندازه‌گیری شده از واقعیت می‌شوند. در حالی که ثابت‌های الاستیک دینامیکی، از انجام آزمایش‌های التراسونیک مغزه سنگ یا توسط لاگ‌های صوتی بدست می‌آیند که در صنعت نفت معمولاً در دسترس است و مشکلات و پیچیدگی‌های تست‌های آزمایشگاهی را ندارند. البته نتایج این روش با دقت پایین‌تری همراه هستند.
2-2-1-2- روابط تجربی