سير عمل ثوري لتقييم مخازن البترول: دمج الطيف VNIR-LWIR والتعلم الآلي

في مجال الاستكشاف الجيولوجي ، كيفية العثور على أهم العينات بسرعة وبدقة من مئات الأمتار من النوى كانت تحديا كبيرا . دراسة خزانات النفط والغاز في المملكة العربية السعودية يظهر حل واعد .

في مجال الاستكشاف الجيولوجي، كان تحديد العينات الأكثر أهمية بسرعة ودقة من مئات الأمتار من النواة تحديا كبيرا منذ فترة طويلة. تظهر دراسة تركز على خزانات الهيدروكربونات في المملكة العربية السعودية حلا واعدا للغاية.

ملاحظة :

التنقيب الجيولوجييشير إلى سلسلة من التحقيقات والدراسات الشاملة التي أجريت من أجل معرفة الظروف الجيولوجية تحت الأرض واستكشاف الموارد المعدنية ( مثل النفط والغاز والمعادن والمياه الجوفية ، الخ . ) في مجال النفط والغاز ، فإن المهمة الرئيسية للتنقيب الجيولوجي هو تحديد مناطق مواتية تراكم النفط والغاز ، وفي نهاية المطاف تحديد المكامن الهيدروكربونية التي يمكن استغلالها .

خزان النفط والغازهو نوع من الصخور تحت الأرض مع خزان الفضاء ( المسام ، كسر ) و تسرب السائل القدرة ( النفاذية ) ، حيث يتم تخزين النفط والغاز . هذا هو واحد من العناصر الأساسية في تشكيل خزان النفط والغاز . أنواع الصخور المكمنية الأكثر شيوعاً هي الحجر الرملي وكربونات ( مثل الحجر الجيري والدولوميت ) .

من خلال الاستكشاف الجيولوجي ، خزان النفط والغاز مع قيمة تجارية يمكن العثور عليها ، وتحديد وتقييم .

ملاحظة:

الاستكشاف الجيولوجييشير إلى سلسلة من التحقيقات والأنشطة البحثية الشاملة التي أجريت لفهم الظروف الجيولوجية تحت السطح واستكشاف الموارد المعدنية (مثل النفط والغاز والمعادن والمياه الجوفية ، إلخ). وفي سياق صناعة البترول، يتمثل الهدف الأساسي من الاستكشاف الجيولوجي في تحديد المناطق المواتية لتراكم الهيدروكربونات وفي نهاية المطاف تحديد موقع مخازن النفط والغاز القابلة للاستغلال.

مخزن هيدروكربونهو وحدة صخرية تحت السطح تمتلك مساحة تخزين (المسام والكسور) والقدرة على السماح بتدفق السوائل (النفاذ) ؛ يتم تخزين الهيدروكربونات داخل هذه المساحات. وهو أحد العناصر الأساسية لتشكيل تراكم الهيدروكربون. الأنواع الصخرية الأكثر شيوعا لخزانات الهيدروكربونات هي الحجارة الرملية والكربونات (مثل الحجر الجيري والدولوميت).

الغرض من الاستكشاف الجيولوجي هو اكتشاف وتحديد وتقييم مخازن الهيدروكربونات القابلة للبقاء تجاريا.

رسم بياني شامل الطبقات الصخرية المكشوفة ليتوفاسيس في منطقة الدراسة ( وادي دقلة ) the generalized lithostratigraphy of exposed facies in the study area (Wadi Daqlah)

مجموعة طيفية

والأساس التقني الأساسي في هذه الدراسة هو التصوير فوق الطيفي ذي النطاق الكامل ، الذي يغطي مجموعة واسعة من الضوء المرئي إلى الأشعة تحت الحمراء ذات الطول الموجي الطويل :

الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة ( vnir 400-1000 نانومتر )هو في الدّرجة الأولى حساسة إلى انتقال العناصر المعدنية مثل الحديد في الصخور . من خلال حساب مؤشر الحديد ، تغيير التركيب الكيميائي الصخور يمكن تقييمها بسرعة .

الموجات القصيرة الأشعة تحت الحمراء ( سوير ، 1000-2500 نانومتر )الكالسيت والدولوميت في هذا المجال ، هناك صغيرة ولكنها مستقرة تحول حوالي 20 نانومتر ( الكالسيت ~ 2345 نانومتر ، والدولوميت ~ 2325 نانومتر ) . هذا الاختلاف هو مفتاح رسم خريطة توزيع المعادن بسرعة وبدقة .

منتصف موجة الأشعة تحت الحمراء ( MWIR ، 3-7 ميكرون )مع .الطول الموجي الطويل الأشعة تحت الحمراء ( lwir 8-14 ميكرون )يحتوي على معلومات أكثر تعقيدا من الاهتزاز الجزيئي كربونات المعادن . من خلال دمج البيانات من ثلاثة نطاقات الأشعة تحت الحمراء ، ونحن يمكن التقاط الفروق الدقيقة التي لا يمكن تحديدها من قبل سوير وحدها ، والتي هي ذات الصلة إلى هيكل الكريستال والحجم من الصخور ، وبالتالي التمييز بين الدولوميت مع مختلف الهياكل بنجاح .

النطاق الطيفي Spectral Range

الأساس التقني الأساسي لهذه الدراسة هو التصوير الفائق الطيفي الكامل المدى ، الذي يغطي طيفا واسعا من المرئي إلى الأشعة تحت الحمراء الطويلة الموجة:

الأشعة تحت الحمراء المرئية القريبة (VNIR، 400-1000 نانومتر)هذه المجموعة حساسة في المقام الأول للعناصر المعدنية الانتقالية مثل الحديد الحديدي (Fe²) ⁺) في الصخور. حساب مؤشر الحديد يسمح بتقييم سريع للتغيرات في التركيب الكيميائي للصخرة.

الموجة القصيرة الأشعة تحت الحمراء (SWIR، 1000-2500 نانومتر)أحد النتائج الرئيسية للدراسة هو التحول المتسق ، حوالي 20 نانومتر في مواقف الامتصاص المميزة بين الكالسيت والدولوميت في هذه المنطقة (الكالسيت ~ 2345 نانومتر ، والدولوميت ~ 2325 نانومتر). هذا الاختلاف أمر حاسم لرسم خرائط توزيع المعادن بسرعة ودقة.

الأشعة تحت الحمراء متوسطة الموجة (MWIR، 3-7μm)والموجة الطويلة الأشعة تحت الحمراء (LWIR، 8-14)مم)تحتوي هذه النطاقات على معلومات عن الاهتزازات الجزيئية الأكثر تعقيداً من معادن الكربونات. من خلال دمج البيانات من هذه الفاصلات الأشعة تحت الحمراء الثلاثة ، تمكنت الدراسة من الكشف عن الاختلافات الدقيقة المتعلقة بهيكل بلورات الصخور وحجم الحبوب التي لا يمكن تمييزها باستخدام SWIR وحدها ، وبالتالي تمييز الدولوميت بنجاح مع نسيج مختلف.

الخصائص الطيفية الدولوميت ( الأخضر ) و الكالسيت ( الأزرق ) : ذروة امتصاص مميزة موقف الدولوميت حوالي 2325nm ، ذروة امتصاص مميزة موقف الكالسيت حوالي 2345nm . . . . . . .

التوقيع الطيفي للدولوميت (الأخضر) والكالسيت (الأزرق) مع موقع نطاق الامتصاص المميز حوالي 2325 نانومتر (خط أخضر مقطع) للدولوميت و 2345 نانومتر (خط أزرق مقطع) للكالسيت.

سير العمل في تحليل البيانات على أساس التصوير

أخذ العينات الجيولوجية التقليدية يمكن أن ينظر إليها على أنها " التجريبية مدفوعة " واسطة ، والتي تعتمد بشكل كبير على الملاحظة المجردة و حكم ذاتي من الخبراء . هذه الدراسة تقترح مجموعة من أكثر موضوعية ، أكثر كفاءة وقابلة للتكرار " بيانات يحركها " حل سير العمل يعكس بوضوح من الكلي إلى الجزئي تحليل المنطق :

الخطوة الأولى :المسح العالمي ، ورسم الخرائط المعدنيةفي البداية ، فريق البحث بسرعة مسح 50 متر طويلة الأساسية باستخدام ميزة من swir الفرقة لإنتاج عالية الدقة خريطة توزيع المعادن ، وتحديد المنطقة المستهدفة من الدولوميت بوضوح .

الخطوة الثانية :تحديد الاختلافات الهيكليةبعد تأمين منطقة الدولوميت ، من خلال الجمع بين المعلومات الطيفية من سوير ، MWIR و LWIR ، باستخدام تحليل المكون الرئيسي ( PCA ) الخوارزمية ، يمكن للنظام تكبير تلك الفروق الطيفية الدقيقة المتصلة الكريستال هيكل وحجم الجسيمات . هذه الاختلافات لا يمكن تمييزها بالعين المجردة .

الخطوة الثالثة :تحديد أفضل نقطة أخذ العيناتعلى أساس الاختلافات الطيفية ، k-means تجميع خوارزمية تلقائيا يقسم الدولوميت بكسل إلى أربع فئات . في وقت لاحق ، فإن النظام يحسب مراكز طيفية لكل فئة ، ويوصي الموقع الأساسي الأقرب إلى هذه المراكز مثل ممثل نقاط أخذ العينات .

"سير العمل القائم على البيانات القائم على التصوير الفائق الطيف"

يمكن اعتبار أخذ العينات الجيولوجية التقليدية نموذجا "مدفوعا بالتجربة"، يعتمد بشكل كبير على الملاحظة البصرية والخبراء الحكم الذاتي. تقترح هذه الدراسة حلًا أكثر موضوعية وكفاءة وقابلية للتكرار "مدفوعًا بالبيانات". يظهر سير العمل بوضوح منطق تحليلي يتقدم من الكلي إلى الصغير:

1. مسح المشهد الكامل ورسم الخرائط للمعادن:استخدم فريق البحث لأول مرة الميزات الطيفية لـ SWIR لمسح النواة التي تبلغ طولها 50 مترا بسرعة ، مما أدى إلى إنتاج خريطة توزيع المعادن عالية الدقة تحدد بوضوح المناطق المستهدفة الدولوميتية.

2.تحديد الاختلافات النسجيةبعد تحديد مناطق الدولوميت ، قام النظام بتضخيم الاختلافات الطيفية الدقيقة المتعلقة بهيكل البلورات وحجم الحبوب عن طريق دمج المعلومات الطيفية من SWIR و MWIR و LWIR وتطبيق تحليل المكونات الرئيسية (PCA). هذه الاختلافات غير قابلة للكشف بالعين المجردة.

3. تحديد نقاط أخذ العينات المثلىاستناداً إلى الاختلافات الطيفية، صنفت خوارزمية تجميع K-means تلقائياً بكسلات الدولوميت إلى أربع فئات. ثم حسب النظام المركز الطيفي لكل فئة وأوصى بالمواقع الأساسية الأقرب إلى هذه المركز كنقاط أخذ العينات الأكثر تمثيلاً.

أ - توحيد مصفوفة الارتباك ، مما يدل على نتائج التصنيف على أساس هيكل الدولوميت ليتوفاسيس و التصوير . ب - تحليل العلاقة بين مؤشر الحديد و تركيز الحديد في نفس العينات الأساسية ( التي تستخدم في وقت واحد في icp-oes مختبر الكشف ) .

أ. مصفوفة الارتباك الطبيعية التي تظهر تصنيف نسيج الدولوميت من التحليل البتروغرافي والتصنيف القائم على HSI. باء - الارتباط بين مؤشر الحديد المشتق من HSI وتركيز Fe لنفس عينات المقابس المستخدمة لقياسات مختبرية ICP-OES.

تصنيف وتوزيع أنواع مختلفة من الدولوميت على طول الأساسية . أنواع مختلفة من الدولوميت ممثلة في b.visible بالقرب من الأشعة تحت الحمراء ( الأشعة تحت الحمراء موجة قصيرة vnir-swir ) ، c.midwave الأشعة تحت الحمراء ( MWIR ) و d.long-wave الأشعة تحت الحمراء ( lwir ) .

أ. تصنيف وتوزيع أنواع الدولوميت المختلفة على طول نواة الحفر. الطيفات الممثلة لكل فئة في VNIR-SWIR (B) ، MWIR (B) و LWIR (C).

" خاتمة "

وباختصار ، فإن تسليط الضوء على هذه الورقة هو أنه يعرض كامل تدفق البيانات مدفوعة من المسح العالمي لأخذ العينات ، ويوفر طريقة جديدة للبحث الجيولوجي . وفي الوقت نفسه ، فإنه يكسر من خلال الروتين ، من خلال دمج البيانات متعددة الفرقة vnir-swir-mwir-lwir ، فإنه يمكن تحقيق دقة وصف كربونات الصخور من الاعتراف المعدنية الهيكلية التصنيف .

هذا ليس فقط قيمة مباشرة في صناعة النفط والغاز ، ولكن أيضا في المستقبل في مجال التنقيب عن المعادن وغيرها من مجالات توصيف دقيق الاتجاه .

إذا كنت تريد أن تعرف عن الضوء المرئي - بالقرب من الأشعة تحت الحمراء ، الأشعة تحت الحمراء موجة قصيرة الفرقة ، أو حتى منتصف موجة الأشعة تحت الحمراء أو الأشعة تحت الحمراء موجة طويلة الفرقة فوق نظام التصوير ، مرحبا بكم في الاتصال بنا !

"الاستنتاج"

باختصار، فإن أبرز نقاط هذه الورقة مزدوجة: إنها تظهر سير عمل كامل مدفوع بالبيانات من مسح المشهد الكامل إلى أخذ العينات، مما يوفر نموذجا جديدا للبحوث الجيولوجية؛ علاوة على ذلك ، فإنه يخرج عن الاتفاقية عن طريق دمج بيانات VNIR-SWIR-MWIR-LWIR متعددة النطاقات لتحقيق وصف دقيق لصخور الكربونات ، والتقدم من تحديد المعادن إلى تصنيف النسيج.

وهذا يحمل قيمة مباشرة لصناعة البترول كما يوضح الطريق للتوصيف التفصيلي في التطبيقات المستقبلية مثل التنقيب عن المعادن.

إذا كنت مهتمًا بأنظمة التصوير الفائق الطيف التي تغطي نطاقات VNIR أو SWIR أو حتى MWIR أو LWIR ، فلا تتردد في الاتصال بنا!

أوراقمقالةس

Gairola, G. S., Thiele, S. T., Khanna, P., Ramdani, A. I., Gloaguen, R., & Vahrenkamp, V. (2024). طريقة فائقة الطيف مدفوعة بالبيانات لعينات من الأقمشة الكربوناتية الوراثية - دراسة حالة باستخدام مشابهة من خزانات الجوراس العربية-D ، المملكة العربية السعودية. جيولوجيا البترول والبحرية ، 161 ، 106691.