شهریور 1392
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
چکیده
 
مکان یابی بهینه چاه ها در یک مخزن مدل شده به روش Streamlines
 
به کوشش
غلامرضا خادمی
 
تامین انرژی مورد نیاز انسان ها یکی از مسائل مهمی است که با افزایش جمعیت جهان، روز به روز بر اهمیت آن افزوده می شود. منابع تامین انرژی متعددند و می توان آن را به دو دسته کلی منابع تجدید پذیر نظیر باد، آب، انرژی خورشیدی و . و منابع تجدید ناپذیر شامل زغال سنگ، گاز طبیعی و نفت تقسیم بندی کرد. اما علی رغم آن که نقش منابع تجدید پذیر روز به روز در حال پر رنگ تر شدن است، سوخت های فسیلی از جمله نفت همچنان یکی از پرکاربردترین منابع تامین انرژی می باشد که با افزایش برداشت ها رو به اتمام است. با توجه به حجم تقاضا و محدودیت برداشت ها، توجه هر چه بیشتر به برداشت بهینه، از منابع موجود الزامی است. در نتیجه این موضوع باعث شکل گیری مسئله مدیریت مخازن می شود.
یکی از موضوعات کلیدی که در مدیریت مخازن مطرح می شود، مکان یابی بهینه، یک یا چند چاه در یک بازه زمانی مشخص به منظور حداکثر کردن میزان تولید و سود حاصل از برداشت با در نظر گرفتن محدودیت های فیزیکی و اقتصادی مسئله می باشد.
در مورد مسئله مکان یابی، مدل سازی و شبیه سازی مخزن از گام های مهم است. هر اندازه مدل مخزن به مدل واقعی نزدیک تر باشد، مکان یابی بهینه چاه های مخزن، از دقت بالاتری برخوردار خواهد شد. در اکثر روش های پیشنهادی، مدل سازی مخزن در محورهای مختصات دکارتی، منجر به مدل پیچیده تری می شود. در این پژوهش سعی بر آن است که با ارائه مدل ساده تری برای مخزن بر اساس Streamline ها و بهره جستن از طبیعت حاکم بر حرکت سیال در مخزن، به روندی موثرتر و ساده تر جهت مسئله مکان یابی بهینه چاه ها دست یافت.
 
کلمات کلیدی: مکان یابی بهینه چاه های نفت، مدل سازی و شبیه سازی مخزن بر پایه Streamline، چاه تولید و تزریق.
 
 
 
 
فهرست مطالب عنوان                                                                                                 صفحه 1-1- اهمیت مسئله. 13
1-2- مروری بر خواص سنگ و سیال مخازن نفتی. 14
1-2-1- زمین شناسی نفت و چگونگی تشکیل مخازن هیدروکربنی   14
1-2-2- مهاجرت مواد نفتی از رسوبات سنگ مادر به درون سنگ مخزن   15
1-2-3- ویژگی های مخازن هیدروکربنی 15
1-2-4- اشباع 16
1-2-5- نفوذپذیری نسبی 16
1-2-6- تخلخل 17
1-2-7- ترشوندگی 18
1-2-8- فشار موئینگی 18
1-3- خواص سیال مخازن. 19
1-3-1- فشار مخزن 19
1-3-2- دمای مخزن 19
1-4- معادله دارسی. 19
1-5- سیالات موجود در مخزن. 20
1-5-1- آب مخزن 20
1-5-2- نفت مخزن 20
1-5-3- گاز مخزن 20
1-5-4- انرژی مخزن 21
1-6- برداشت نفت از مخازن. 21
1-6-1- رانش های طبیعی 21
1-6-2- رانش مصنوعی 21
1-6-3- بازیافت ثانوی 21
1-7- انواع چاه های نفت. 22
1-7-1- چاه های متداول 22
1-7-2- چاه های افقی 23
1-7-3- چاه های هوشمند 23
1-8- مروری بر رئوس مطالب پایان نامه. 23
فصل دوم: تعریف مسئله و مروری بر تاریخچه مکان یابی بهینه چاه ها
2-1- تعریف مسئله مکان یابی چاه های نفت. 26
2-2- مروری بر روش های بهینه سازی. 27
2-2-1- الگوریتم ژنتیک 28
2-2-1-1- عملگرهای الگوریتم ژنتیک. 29
2-2-1-2- پارامترهای الگوریتم ژنتیک. 33
2-2-2- الگوریتم PSO 35
2-2-3- الگوریتم Polytope. 39
2-2-4- الگوریتم Simplex. 41
2-2-5- الگوریتم Hook Jeeves. 42
2-2-6- الگوریتم شاخه و کران 44
2-3- تاریخچه مسئله مکان یابی بهینه چاه های نفت. 44
2-3-1- الگوریتم های بهینه سازی 45
2-3-2- روش های بهینه سازی آزاد از گرادیان 46
2-3-2-1- الگوریتم بهینه سازی تصادفی. 46
2-3-2-2- روش های بهینه سازی قطعی. 47
2-3-3- روش های بهینه سازی ترکیبی 47
2-3-4- الگوریتم های بهینه سازی مبتنی بر گرادیان 48
2-3-5- کاربرد پروکسی ها 51
2-3-6- بهینه سازی تحت قید 51
فصل سوم: توصیف معادلات حاکم بر مخزن، گسسته سازی و شبیه سازی
3-1- مقدمه. 54
3-2- معادلات مخزن. 54
3-3- گسسته سازی معادلات مخزن. 57
3-4- معادلات مخزن بر پایه Streamline. 59
3-4-1- مفاهیم و تعاریف اولیه Streamline ها 60
3-4-1-1-   برخی از تعاریف Streamline. 61
3-4-1-2- Potential Flow 62
3-4-2-   مقدمه ای بر روش Streamline در شبیه سازی مخازن 63
3-4-3-   تاریخچه مدل سازی مخزن بر پایه Streamline. 64
3-4-4-   روش Streamline. 65
3-4-5-   مزایا و معایب Streamline ها در شبیه سازی مخزن 66
3-4-6-   مدل ریاضی مخزن بر پایه Streamline. 68
3-4-6-1- معادله فشار و اشباع در روش IMPES. 68
3-4-6-2-   پاسخ معادله فشار. 70
3-4-6-3-   توصیف تحلیلی مسیر Streamline ها 70
3-4-6-4-   زمان پرواز. 71
3-4-6-5-   تبدیل مختصات در راستای Streamline ها 72
3-5- شبیه سازهای مخازن. 72
3-5-1- نرم افزار Eclipse. 73
3-6- نحوه پیاده سازی مسئله مکان یابی چاه ها و ایجاد ارتباط میان نرم افزارهای Eclipse و Matlab. 75
3-7- نتیجه گیری. 77
فصل چهارم: شبیه سازی مخزن و اعمال الگوریتم های بهینه سازی
4-1- مقدمه. 80
4-2- شبیه سازی مخزن مدل شده به روش FD و SL. 80
4-2-1- مخزن شماره 1 81
4-2-1-1- سناریو:. 81
4-2-1-2- نتیجه گیری. 86
4-2-2- مخزن شماره 2 86
4-3- معرفی تابع هدف مسئله مکان یابی چاه ها. 86
4-4- به کارگیری الگوریتم بهینه سازی جهت مسئله مکان یابی چاه ها  87
4-4-1- الگوریتم ژنتیک 87
4-4-1-1- جمعیت اولیه. 88
4-4-1-2- انتخاب طبیعی. 89
4-4-1-3- انتخاب. 89
4-4-1-4- جهش. 89
4-4-1-5- همگرایی. 90
4-4-1-6- نتایج. 90
4-4-2- الگوریتم PSO 91
4-4-2-1- نتایج. 91
4-4-3- الگوریتم ILC 92
4-3-3-1- الگوریتم ILC نوع P. 93
4-3-3-2- به کار گیری کنترلر ILC در مسئله مکان یابی چاه ها   93
4-3-3-3- نتایج شبیه سازی. 94
4-4-4- الگوریتم FDG 97
4-4-4-1- اعمال الگوریتم در مسئله مکان یابی. 97
4-4-4-2- الگوریتم تندترین سقوط. 98
4-4-4-3- شبیه سازی و نتایج. 99
4-5- نتیجه گیری. 100
فصل پنجم: به کارگیری روش بهینه سازی ترکیبی در مسئله مکان یابی
5-1- مقدمه. 102
5-2- درون یاب خطی وزن دار:. 102
5-3- تعریف تغییرات فاصله. 103
5-4- Kriging. 105
5-4-1- انواع مختلف روش Kriging. 106
5-5- پیاده سازی روش Kriging بر روی یک مثال نمونه. 107
5-5-1- مثال 109
5-6- ترکیب الگوریتم ژنتیک و Kriging جهت مسئله مکان یابی چاه ها  109
5-6-1- گام های ترکیب الگوریتم ژنتیک و Kriging. 110
5-6-2- شبیه سازی و نتایج 112
5-7- ترکیب الگوریتم FDG و تخمین گر Kriging. 112
5-7-1- گام های ترکیب الگوریتم FDG و Kriging. 113
5-7-2- شبیه سازی و نتایج 114
5-8- نتیجه گیری. 116
فصل ششم: به کارگیری اطلاعات مدلسازی مخزن بر پایه SL در مسئله مکان یابی چاه ها
6-1- مقدمه. 118
6-2- معرفی اطلاعات سودمند حاصل از مدل مخزن بر پایه SL  118
6-2-1- ضرایب اختصاص 119
6-2-1-1- شبیه سازی. 120
6-2-2- بازده تزریق کننده ها 121
6-2-3- زمان پرواز 122
6-3- به کارگیری اطلاعات SL ها در مسئله مکان یابی. 122
6-4- ترکیب بازدهی چاه تزریق با الگوریتم ژنتیک جهت مکان یابی چاه تزریق. 124
6-5- نتایج و شبیه سازی. 125
6-5-1- مخزن همگن 125
6-5-2- مخزن ناهمگن 127
6-6- نتیجه گیری. 129
فصل هفتم: طراحی کنترل کننده فازی به منظور بهینه سازی یک تابع هدف مشخص در مخازن نفتی
7-1- مقدمه. 131
7-2- تاریخچه کنترل فازی. 131
7-2-1- مبانی سیستم های فازی 132
7-2-2- پایگاه قواعد 134
7-2-3- موتور استنتاج فازی 134
7-2-4- انواع فازی ساز 135
7-2-5- انواع غیر فازی سازها: 136
7-3- به کارگیری کنترلر فازی در مسئله مکان یابی چاه ها  137
7-3-1- تابع هدف مسئله 138
7-3-2- طراحی کنترلر فازی و قواعد فازی 138
7-3-2-1- تعریف قواعد فازی. 139
7-3-2-2- نحوه اعمال کنترلر فازی. 141
7-4- شبیه سازی و نتایج. 143
7-4-1- مخزن 1 143
7-4-2- مخزن 2 146
7-4-3- مخزن 3 147
7-4-4- مخزن 4 149
7-5- نتیجه گیری. 151
فصل هشتم: نتیجه گیری و پیشنهادات
8-1- نتیجه گیری. 153
8-2- پیشنهادات. 154
فهرست مراجع. 155
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست جدول‌ها
 
عنوان                                           صفحه
جدول 4-1: ویژگی مخازن شبیه سازی شده. 80
جدول 4-2: پارامترهای مخزن شماره 1. 81
جدول 4-3: نتایج حاصل از شبیه سازی. 85
جدول 4-4: نتایج شبیه سازی مخزن 2. 86
جدول 4-6: پارامترهای الگوریتم ژنتیک. 90
جدول 4-7: نتایج شبیه سازی الگوریتم ژنتیک. 91
جدول 4-8: زمان شبیه سازی کنترلر ILC 97
جدول 4-9: مقایسه مکان یابی FDG و ژنتیک. 99
جدول 5-1: مقایسه روش GA و HGA 112
جدول 5-2: مقایسه FDG و روش ترکیبی FDG+Kriging. 115
جدول 5-3: مقایسه FDG و روش ترکیبی FDG+Kriging. 116
جدول 6-1: ضرایب اختصاص برای مخزن همگن با 2چاه تزریق و 4چاه تولید. 121
جدول 6-2: بازدهی تزریق کننده ها در مخزن بخش 6-2-1-1. 123
جدول 6-3: مقایسه روش پیشنهادی ترکیبی با روش ژنتیک معمولی از لحاظ تعداد شبیه سازی. 126
جدول 6-4: پارامترهای مخزن ناهمگن. 127
جدول 6-5: مقایسه روش پیشنهادی ترکیبی با روش ژنتیک معمولی از لحاظ تعداد شبیه سازی. 128
جدول 7-1: مقایسه غیر فازی سازها. 137
جدول 7-2: قواعد فازی. 140
جدول 7-3: مشخصات مخزن. 143
 
فهرست شکل ها
عنوان                                    صفحه
شکل 1-1: میزان تقاضا برای نفت. 13
شکل 2-1: نمایش متغیرها در دو فضای ژنوتیپ و فنوتیپ. 29
شکل 2-2: تقاطع تک نقطه ای. 32
شکل 2-3: تقاطع دو نقطه ای. 32
شکل 2-4: تقاطع یکنواخت. 32
شکل 2-5: اپراتور جهش. 33
شکل 2-6: فلوچارت الگوریتم ژنتیک. 35
شکل 2-7: انتخاب جمعیت اولیه از اعضا. 36
شکل 2-8: ارزیابی تابع هدف. 37
شکل 2-9: انتخاب بهترین موقعیت ذرات. 37
شکل 2-10: به روز رسانی سرعت ذرات. 38
شکل 2-11: چگونگی به روز کردن موقعیت ذره در فضای جستجوی دو بعدی. 38
شکل 2-12: فلوچارت الگوریتم PSO 39
شکل 2-13: الگوریتم Polytope. 41
شکل 2-14: نحوه جستجوی الگوریتم HJ در فضای جستجوی دو بعدی  42