تعیین تخلخل

[ashkan.pourzare]

مقدار تخلخل سنگ، که یکی از ویژگی های اساسی مخازن نفتی است، از نسبت حجم فضای خالی به حجم کل سنگ قابل محاسبه است. مقدار و همچنین هندسه فضای متخلخل نقش مهمی در مدیریت، بهره-برداری، بررسی خصوصیات و ارزیابی مخازن نفتی ایفا می¬کند. به‌منظور تعیین مقدار تخلخل، روش¬های متعددی از قبیل تزریق جیوه و فشرده¬سازی یا انبساط گاز وجود دارد که امروزه در صنعت نیز مورد استفاده قرار می¬گیرند. اما، این روش¬ها مستلزم صرف هزینه و وقت زیاد می¬باشند، و همچنین اطلاعاتی راجع به هندسه و ساختار سه¬بعدی فضای متخلخل و مقدار تخلخل کل ارائه نمی¬دهند. توموگرافی پرتوایکس پزشکی یک روش¬ جدید، غیرمخرب، سریع و ارزان قیمت به‌منظور تهیه ساختار سه¬بعدی از درون اجسامی¬باشد. امروزه از توموگرافی پرتوایکس در تصویربرداری از پلاگ‏های نفتی و بررسی ویژگی‏های پتروفیزیکی، ژئومکانیکی و سیالاتی استفاده‏های بسیاری می‏شود که تحت عنوان فیزیک‏سنگ رقومی شناخته می‏شود. پس از تهیه توموگرافی پرتوایکس از مغزه ها، با الگوریتمهای مختلف جداسازی و روشهای پردازش تصاویر رقومی، آن تصاویر را به دو فاز زمینه (ماتریکس سنگ) و فضای متخلخل تقسیم می کنند. سپس، با استفاده از این تصاویر تقسیم شده، نه تنها می توان مقدار تخلخل های کل و پتانسیل را محاسبه کرد، بلکه می توان ساختار سه بعدی فضای متخلخل را نیز شبیه سازی نمود. یکی از روش های جدیدی که اخیراً در مبنای فیزیکی و ریاضی خود پیشرفت شگرفی در علم مواد و مهندسی نفت داشته است، بازسازی نمونه‏های سه بعدی (Representative Volume Element_ RVE) بر اساس یک یا دو تصویر دوبعدی (میکروساختار) است. این روش ها برمبنای استخراج توابع آماری درون تصاویر است. برمبنای این توابع، می توان با استفاده از یک تصویر دوبعدی، ساختار سه بعدی آن نمونه را بازسازی کرد. در این پایان نامه، در بخش اول، با استفاده از تصاویر توموگرافی پرتو ایکس پزشکی از تعداد 20 پلاگ تهیه شده از یکی از مخازن هیدروکربوری جنوب ایران، مقادیر تخلخل کل و پتانسیل برای هر پلاگ محاسبه شده است. نوآوری نخست این پایان نامه، توسعه سامانه ی هوشمندی مبتنی بر روش های بینایی ماشین است که ناحیه ی مورد نظر را از درون تصاویر خام حاصله از توموگرافی پرتوایکس استخراج می کند. ناحیه مورد نظر، به ناحیه ای از تصویر خام اطلاق می شود که اطلاعات پلاگ در آن وجود دارد. بزرگ نمایی تصاویر سی-تی اسکن تهیه شده برابر با 200 میکرومتر بوده؛ درحالی که، اندازه اکثر خلل و فرج پلاگ های استفاده شده در این پایان نامه، بین70 الی 250 میکرومتر می باشد. این موضوع، نکته ای تعیین کننده به منظور مناسب بودن بزرگنمایی استفاده شده در تصاویر سی تی اسکن است نوآوری دوم این پایان نامه، سعی در استخراج یک روند بین مقادیر تخلخل پتانسیل گزارش شده در آزمایشگاه و مقادیر پیکسل های تصاویرسی تی اسکن تهیه شده از پلاگ ها است. در صورتی که در تاریخچه، تمامی الگوریتم ها برمبنای کار بر روی تصاویر به صورت جداگانه و اعمال الگوریتم های متداول جداسازی بخش ماتریکس از بخش فضای متخلخل بر روی آنها است. در بخش دوم این پایان نامه با استفاده از یک و دو میکروساختار ماسه سنگ بریا (Berea) با بزرگ نمایی 345/5 میکرومتر و ابعاد 400×400 تهیه شده در کالج سلطنتی لندن، فضای سه بعدی این ماسه سنگ به-منظور تعیین مقدار تخلخل و استخراج روند تخلخل در قطاع های (اسلایس ها) مختلف بازسازی شد. نوآوری سوم این پایان نامه، استفاده از یک میکروساختار بزرگ‏تر (اندازه 400×400) به منظور بازسازی ماسه سنگ بریا نسبت به مطالعات انجام شده در تاریخچه (اندازه 120×120) است. زیرا با بزرگ شدن نمونه ی مورد مطالعه، امکان عدم همگرایی تابع آماری هم بستگی دونقطه ای (Two point correlation function) در نمونه های زمین شناسی افزایش می یابد. نوآوری چهارم این پایان نامه، بازسازی ماسه سنگ بریا با استفاده از دو میکروساختار است که باعث می شود ناهمگنی ذاتی موجود در تصاویر دوبعدی در نمونه ی سه بعدی نیز وجود داشته باشد؛ درصورتی که، تمامی روش های موجود در تاریخچه تنها با استفاده از یک تصویر دوبعدی عملیات بازسازی را انجام داده اند. همچنین ضریب پیچاپیچی در جهات X، Y و Z به عنوان یکی از معیارهای اعتبارسنجی نمونه های بازسازی شده در مقایسه با نمونه های اصلی محاسبه شده است. لازم به ذکر است که ضریب پیچاپیچی یک خاصیت سه بعدی است که با استفاده از میکروساختار دوبعدی شبیه سازی و محاسبه شده است، که این موضوع نیز پنجمین نوآوری های این پایان نامه است. نتایج آزمایشگاهی این پایان نامه در تعیین تخلخل پتانسیل پلاگ های مخازن نفتی جنوب ایران دارای ضریب همبستگی میانگین 60/95% بوده و نشان دهنده موفقیت آمیز بودن رویکرد این پایان نامه در تعیین تخلخل این پلاگ ها بوده است. همچنین، نتایج بازسازی سه بعدی نیز از نظر توزیع تخلخل در سه جهت X، Y و Z و ضریب پیچاپیچی نیز در سه جهت X، Y و Z با نمونه ی واقعی دارای مطابقت بالایی می باشد؛ به-طوری که، توزیع تخلخل نمونه های بازسازی شده در مقایسه با نمونه ی اصلی در اسلایس های متوالی تقریباً دارای روند یکسانی بوده، و همچنین مقدار خطای نسبی ضریب پیچاپیچی نمونه های بازسازی شده در جهت Z 83/19%، در جهت Y 45/7% و در جهت X 13/12% می باشد. نتایج این پایان نامه در مواردی که دسترسی به آزمایشگاه های مغزه مقدور نباشد و یا محدودیت زمانی وجود داشته باشد، می تواند در تعیین تخلخل پتانسیل و کل و تهیه ساختار سه بعدی فضای متخلخل پلاگ ها مفید واقع شود. همچنین درمواقعی که پلاگ دارای شکستگی باشد و یا شکسته باشد، و تعیین تخلخل در آزمایشگاه مغزه مقدور نباشد، می توان از روش پیشنهادی این پایان نامه به منظور تعیین تخلخل های پتانسیل و کل و شبیه سازی ساختار سه بعدی فضای متخلخل استفاده نمود. در بازسازی نمونه ی سه بعدی ماسه سنگ بریا، از آن جا که تهیه یک تصویر سه بعدی با بزرگ نمایی 345/5 میکرومتر از این ماسه سنگ هزینه ای بالغ بر 20 هزار دلار داشته و مستلزم سه الی چهار هفته وقت می باشد، استفاده از روش ارائه شده در این پایان نامه به منظور بازسازی تصویر سه بعدی با استفاده از تنها یک یا دو تصویر دوبعدی از کارایی بسیاری برخوردار است. همچنین استفاده از روش این پایان نامه در بازسازی سه بعدی، بیانگر نوعی برون یابی خواص مرتبط با بالک سنگ است که بسیار پراهمیت می باشد. کلید واژه‏ها: فیزیک سنگ رقومی، توموگرافی پرتوایکس، تخلخل، بازسازی سه بعدی، آنالیز تصاویر رقومی.


https://kishindustry.com