پژوهش نفت

پژوهش نفت

مقایسه معماری خودرمزنگار پیچشی و ترنسفورمر بینایی در نویززدایی و بازسازی تصاویر سنگ های مخازن شکافدار زیرزمینی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده
دانشکده مهندسی نفت، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
10.22078/pr.2026.5787.3573
چکیده
سنگ‌های مخزنی شکاف‌دار از مهم‌ترین اهداف در مطالعات مهندسی نفت به شمار می‌آیند، زیرا شبکه‌های پیچیده‌ی شکستگی‌ها و شکاف‌ها نقش تعیین‌کننده‌ای در تخلخل و نفوذپذیری این مخازن دارند. تصاویر سیتی‌اسکن به‌عنوان ابزاری کلیدی برای تحلیل ساختار درونی این سنگ‌ها استفاده می‌شوند، اما افت کیفیت تصاویر معمولاً بازسازی دقیق آن‌ها را دشوار می‌کند. در این پژوهش، دو معماری یادگیری عمیق شامل خودرمزگذار پیچشی و ترنسفورمر بینایی با هدف بهبود کیفیت و بازسازی تصاویر سیتی‌اسکن سنگ‌های مخزنی شکاف‌دار طراحی و مقایسه شدند. وظیفه اصلی مدل‌ها بازسازی و نویززدایی تصاویر شکاف‌دار زیرسطحی بود و پس از بازسازی، فرایند بخش‌بندی سه‌کلاسه شامل ماتریکس، شکاف باز و شکاف پرشده با استفاده از روش کلاسیک آستانه‌گذاری اتسو جهت بررسی عملکرد بهتر نتایج تصاویر بازسازی شده روی خروجی مدل‌ها اعمال شد. نتایج کمی و کیفی نشان داد که ترنسفورمر بینایی به‌واسطه بهره‌گیری از مکانیزم توجه، عملکرد برتری نسبت به خودرمزگذار دارد. این مدل در بازسازی تصاویر به نسبت سیگنال به نویز اوج ۴۵ و شاخص شباهت ساختاری ۹۸/۰ دست یافت، در حالی‌که خودرمزگذار به ترتیب مقادیر ۳۹ و ۹۳/۰ را ثبت کرد. در بخش‌بندی سه‌کلاسه مبتنی بر روش اتسو نیز ترنسفورمر بینایی در معیارهای دقت، بازخوانی و امتیاز F1 عملکرد بهتری داشت. برای کلاس ماتریکس، مقادیر دقت، بازخوانی و امتیاز F1 به‌ترتیب ۹۸۹/۰، ۹۹۰/۰ و ۹۸۹/۰ در مقایسه با ۹۸۰/۰، ۹۶۹/۰ و ۹۷۴/۰ برای خودرمزگذار) به‌دست آمد. در کلاس شکاف پرشده، نتایج ۹۷۴/۰، ۹۵۳/۰ و ۹۶۳/۰ و در کلاس شکاف باز ۹۲۳/۰، ۹۲۰/۰ و ۹۲۱/۰ حاصل شد؛ در حالی‌که مدل خودرمزگذار مقادیر ۹۶۰/۰، ۹۶۲/۰، ۹۶۱/۰ و ۹۴۰/۰، ۹۳۴/۰، ۹۳۷/۰ را ثبت کرده بود. در مجموع، نتایج نشان می‌دهد که ترنسفورمر بینایی گزینه‌ای کارآمدتر و دقیق‌تر برای بازسازی تصاویر سیتی‌اسکن سنگ‌های شکاف‌دار است و می‌تواند نقش مهمی در بهبود تحلیل‌های عددی خواص سنگ از جمله تخلخل و نفوذپذیری در مطالعات مهندسی مخزن ایفا کند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

A Comparative Study of Convolutional Autoencoder and Vision Transformer Architectures for Denoising and Reconstruction of Subsurface Fractured Reservoir Rock Images

نویسنده English

Behrad Tabrizipour
Faculty of Petroleum Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده English

Fractured reservoir rocks are among the most critical targets in petroleum engineering studies, as their complex networks of fractures and cracks play a decisive role in the porosity and permeability of these formations. CT-scan imaging is a key tool for analyzing the internal structure of such rocks; however, reduced image quality often makes accurate reconstruction challenging. In this study, two deep-learning architectures a Convolutional Autoencoder and a Vision Transformer were designed and compared with the objective of enhancing and reconstructing CT-scan images of fractured reservoir rocks. The primary task of the models was to reconstruct and denoise subsurface fractured images, and following reconstruction, a three-class segmentation process (matrix, open fracture, and filled fracture) was performed using the classical Otsu thresholding method to evaluate the improved performance of the reconstructed outputs. Quantitative and qualitative results demonstrated that the Vision Transformer outperformed the autoencoder due to its use of the attention mechanism. The Vision Transformer achieved a peak signal-to-noise ratio of 45 and a structural similarity index of 0.98 in image reconstruction, whereas the autoencoder achieved values of 39 and 0.93, respectively. In the Otsu-based three-class segmentation, the Vision Transformer again delivered superior performance in terms of precision, recall, and F1-score. For the matrix class, precision, recall, and F1-score reached 0.989, 0.990, and 0.989, compared to 0.980, 0.969, and 0.974 for the autoencoder. For the filled-fracture class, the results were 0.974, 0.953, and 0.963, and for the open-fracture class, 0.923, 0.920, and 0.921, while the autoencoder recorded 0.960, 0.962, 0.961 and 0.940, 0.934, 0.937 for the same classes. Overall, the findings indicate that the Vision Transformer is a more efficient and accurate option for CT-scan image reconstruction of fractured rocks, offering significant potential to improve numerical analyses of rock properties such as porosity and permeability in reservoir engineering studies.

کلیدواژه‌ها English

Fractured reservoir rock
image reconstruction
autoencoder
vision transformer
peak signal-to-noise ratio
structural similarity index