پژوهش نفت

پژوهش نفت

پیش‌بینی دقیق برش آب در چاه‌های نفت با استفاده از یادگیری عمیق و داده‌های تاریخچه تولید: کاربرد شبکه LSTM

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 رئیس مرکز داده و پشتیبانی فنی سامانه ها،شرکت ملی مناطق نفت خیز جنوب،شرکت ملی نفت ایران
2 گروه مدیریت صنعتی واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی ، شیراز، ایران
3 گروه مدیریت صنعتی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرج، کرج، ایران
4 گروه مدیریت تکنولوژی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
10.22078/pr.2026.5819.3585
چکیده
در مخازن نفتی با آبده قوی که در نیمه دوم عمر تولیدی خود هستند، افزایش برش آب معمولاً نه به‌صورت یک پدیده ناگهانی، بلکه به‌عنوان نتیجه تجمعی پیشروی آب، ناهمگنی لایه‌ها و مداخلات بهره‌برداری ظاهر شده و در عمل به مهم‌ترین عامل محدودکننده تولید و بسته‌شدن چاه‌ها تبدیل می‌شود؛ به همین دلیل، پیش‌بینی واقع‌بینانه و مبتنی بر رفتار مخزن، یکی از کلیدی‌ترین ابزارهای مهندسی برای مدیریت تولید و تصمیم‌گیری عملیاتی در این‌گونه مخازن به شمار می‌آید. در این پژوهش، رویکرد یادگیری عمیق با استفاده از شبکه عصبی حافظه کوتاه‌مدت بلند برای پیش‌بینی برش آب در یک میدان نفتی بزرگ با 180 حلقه چاه، پشتیبانی آبده قوی و خصوصیات سنگ شناسی لایه ای پیچیده ارائه می شود. مجموعه‌ داده‌ با کیفیت شامل 33,697 نمونه برچسب دار پس از اجرای فرآیند پیش پردازش، به مجموعه ورودی شامل 17 پارامتر یویا و ایستا مؤثر بر رفتار مخزن منتج شد. با توجه به ماهیت سری‌زمانی داده‌های تولید و به منظور اطمینان کافی از اعتبار نتایج پیش بینی مدل، 80 درصد اول داده های ثبت شده برای آموزش و 20 درصد باقیمانده (بدون هم‌پوشانی) برای آزمون انتخاب شد. نتایج ارزیابی نشان دهنده عملکرد استثنایی مدل بود به طوری که ضریب همبستگی پیرسون(R) بین ۰٫۹۵۷ تا ۰٫۹۷۶ (در فاز آموزش) و ۰٫۸۸۹ تا ۰٫۹۲۰ (در فاز آزمون) بود. همچنین، توزیع خطای نسبی مطلق در همه بخش‌ها نزدیک به صفر بود. این مدل در فاز آزمون موفق شد به دقت رویدادهای عملیاتی کلیدی مانند مسدود کردن لایه‌های آب‌ده، تکمیل‌ مجدد و تغییرات برش آب ناشی از کاهش نرخ تولید، را پیش بینی کند. یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد که LSTM ابزاری مؤثر، مقیاس‌پذیر و قابل‌اعتماد برای مدیریت داده محور آب، پیش‌بینی تولید و تصمیم گیری راهبردی در مخازن نفتی بزرگ و ناهمگن با مکانیزم رانش آب محسوب می شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Using Deep Learning and Historical Production Data for Accurate Prediction of Water-Cut in Oil Wells: Application of LSTM

نویسندگان English

Seyed-Javad Iranban Fard 2
Abbas Khamseh 3
Reza Radfar 4
2 Department of Industrial Management, Shiraz Branch, Islamic Azad University, Shiraz, Iran
3 Department of Industrial Management, Karaj Branch, Islamic Azad University, Karaj, Iran
4 Department of Technology Management, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده English

Accurate water-cut forecasting is essential in mature water-drive reservoirs, where excessive water production is the primary cause of well shutdowns and reduced field productivity. This study develops an advanced deep-learning framework using Long Short-Term Memory (LSTM) networks to predict water cut in a giant Iranian oil field characterized by strong aquifer support, heterogeneous lithology, and multi-layer completions. A high-resolution dataset comprising 33,697 water-cut measurements was comprehensively preprocessed through duplicate removal, outlier filtering, feature-variance analysis, technical consistency checks, smoothing, and missing-value imputation. After Monte Carlo sensitivity analysis, seventeen static and dynamic features—such as well coordinates, perforation geometry, permeability, oil-rate history, and production time—were selected as model inputs.

A time-consistent data split was applied, where 80% of early-time data were used for training and the remaining 20% for testing to avoid information leakage. The final LSTM architecture, optimized using grid-search hyperparameter tuning, was trained independently for four reservoir zones. The model achieved excellent performance, with Pearson correlation coefficients of 0.957–0.976 on training data and 0.889–0.920 on testing data, while Absolute Relative Error distributions remained tightly centered near zero. The LSTM successfully reproduced long-term production trends, short-term fluctuations, and operational interventions such as recompletions and flow-rate modifications. These results demonstrate that the proposed LSTM-based framework provides a robust and scalable tool for water-cut prediction and supports informed reservoir-management decisions in large heterogeneous water-drive fields

کلیدواژه‌ها English

Deep Learning–Based Water-Cut Forecasting
LSTM Production Time-Series Modeling
Water-Drive Reservoir Performance Analysis
Data-Driven Well Productivity Prediction
Intelligent Reservoir Engineering Models