به کارگیری مدل‌های یادگیری ماشین برای پیش‌بینی تشکیل امولسیون اسید و نفت در تست‌های استاتیک اسیدکاری با استفاده از بانک اطلاعات ترکیبی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

2 دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه صنعتی شریف، تهران ایران

10.22078/pr.2024.5452.3426

چکیده

در طول مدت بهره‌برداری از مخازن نفتی، معمولاً نواحی نزدیک به دیواره‌ چاه به دلایل مختلفی همچون جابجایی ذرات سازندی، تورم رس و موارد دیگر در معرض آسیب‌های مختلف قرار گرفته و نرخ تولید/تزریق از آن‌ها به شدت کاهش می‌یابد. یکی از پرکاربردترین روش‌های انگیزش چاه برای رفع این آسیب‌های سازندی روش اسیدکاری است که در طی آن اسید و مواد شیمیایی ( افزایه‌ها) به داخل سازند تزریق می‌شوند تا با انحلال سنگ در سازندهای کربناته تراوایی سازند را افزایش دهند. با این وجود، عدم بررسی آزمایشگاهی سازگاری سیالات تزریقی با سیالات سازندی در مرحله طراحی می‌تواند منجر به ایجاد آسیب‌های القائی همچون تشکیل امولسیون اسید در نفت شود. تست‌های آزمایشگاهی که به منظور بررسی سازگاری سیالات مذکور و انتخاب سیالات تزریقی مناسب صورت می‌گیرند، زمان‌بر، پرهزینه و نیز از لحاظ ایمنی خطرناک می‌باشند. به همین منظور در این پژوهش سعی شده‌است تا نتایج اولیه تست‌های امولسیونی با استفاده از مدل‌های مبتنی بر داده و در زمان کوتاه‌تر پیش‌بینی شوند. بنابراین داده‌های مؤثر بر نتایج این آزمایش‌ها، شامل متغیرهای نوع و غلظت اسید، افزایه‌های ضد امولسیون، ضد لخته، کاهنده کشش سطحی، کاهنده یون آهن و همچنین ویژگی‌های ۱۳ نوع نفت از مخازن مختلف مانند گرانروی، چگالی و غلظت یون فریک، جمع‌آوری و به عنوان ورودی‌های یک مجموعه داده ثبت شدند. سپس مدل‌های طبقه‌بندی نظارت‌شده شامل الگوریتم جنگل تصادفی، ماشین بردار پشتیبان، پرسپترون چندلایه و تقویت گرادیان شدید جهت پیش‌بینی خروجی تست‌های ضد امولسیون بر روی مجموعه داده جمع‌آوری‌شده اعمال شدند. با توجه به کمبود داده‌های آزمایشگاهی از تکنیک آماری بیش نمونه‌گیری مصنوعی به منظور تولید نمونه داده‌ی مصنوعی و و بهبود عملکرد مدل‌های هوش مصنوعی استفاده گردید. براساس نتایج بدست آمده، روش تقویت گرادیان شدید با پنج تخمین‌گر به ترتیب با مقادیر کوهن-کاپای 79/0 و 523/0 برای مجموعه داده‌های آموزش و تست بهترین عمکرد را داشته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Utilizing Machine Learning Classification Models for Acid-Oil Emulsion Prediction in Laboratory Acidizing Static Tests by Using a Hybrid Databank

نویسندگان [English]

  • Sepideh Atrbarmohammadi 1
  • Hossein Kheirollahi 1
  • Shahab Ayatollahi 1
  • S.Mahmoud Reza Pishvaie 2
1 Department of Chemical and Petroleum Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
2 Department of Chemical and Petroleum Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

During the lifetime of an oil well, the near wellbore areas are usually exposed to formation damage due to factors such as fines migration, clay swelling, etc., significantly reducing the oil well's productivity and injectivity rates. One of the widely used well-stimulation methods to remove formation damage is acidizing in which the acid and chemicals (additives) are injected into the formation to increase the permeability of the formation by dissolving carbonate rocks. However, the lack of laboratory examination of the compatibility of injection fluids with formation fluids at the design stage results in induced damage such as acid emulsion in oil in formation. The conduction of laboratory tests in order to execute compatibility between fluids is time-consuming, expensive, and has issues related to safety. This research aims to predict the primary results of anti-emulsion tests using data-driven models in a short time. For this purpose, the most influential data on the results of these tests, including type and concentration of acid, and additives like anti-emulsion, anti-sludge, surface tension reducer, and iron ion reducer, as well as properties of 13 different types of oil from various reservoirs, such as viscosity, density, and ferric ion concentration, were collected and recorded as inputs to a data set. Then, some supervised classification models including random forest, support vector machine, multi-layer perceptron, and extreme gradient boosting algorithms have been implemented to predict the output of anti-emulsion tests. Additionally, the statistical technique SMOTE was employed to generate artificial data samples and enhance AI models’ performance. Results indicate that the extreme gradient boosting with five estimators achieved the best performance with Cohen's kappa values of 0.79 and 0.523 for training and testing datasets, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Acidizing
  • Acid-Oil Emulsion
  • Acidizing Static Tests
  • Machine Learning
  • Classification
  • SMOTE