موقعیت مکانی چشمه گاما-آشکارساز- حفره حفر شده بر کیفیت کشف مخازن نفتی به روش مونت کارلو

استفاده از اندرکنش پرتوهای گاما با مواد، یک روش غیر مخرب و جدید برای بدست آوردن اطلاعات مفیدی همچون چگالی ماده می باشد. در این پژوهش، با استفاده از کد MCNP یک بلوک متشکل از سنگ های رسوبی به همراه چهار حفره درون آن شبیه سازی و در هر کدام از این حفره ها یک آشکارساز قرار داده شده است. جهت کسب اطلاعات بیشتر درباره موقعیت مکانی چشمه گاما-آشکارساز- حفره حفر شده بر کیفیت کشف مخازن نفتی به روش مونت کارلو  اکتشافات آب مطالعات ژئوفيزيک در آسیا ژئوفیزیک تماس بگیرید.

موقعیت مکانی چشمه گاما-آشکارساز- حفره حفر شده بر کیفیت کشف مخازن نفتی به روش مونت کارلو

سپس با قرار دادن یک چشمه در یکی از حفره ها و اضافه نمودن درصدهای مختلفی از آب و نفت به سنگ های رسوبی تشکیل دهنده بلوک، مقدار تباین برای پرتوهای گامای خروجی و پس پراکنده شده بدست آمده است و تابع پاسخ آشکارساز درون حفرهای که روبروی چشمه قرار گرفته، بیشتر از بقیه آشکارسازها بدست آمده است.

تباین بدست آمده در بلوک حاوی سنگ های رسوبی با چهل درصد نفت در حفره های اول تا چهارم به ترتیب برابر با 219،10- ، -354.85 ، 174،75- ، 197،30- ، و برای آب 198،31-،  330،87-، 167،73-، 185،26- می باشد.

روش گامای عبوری

با توجه به این موضوع که با حفر کردن چند حفره از هر دو روش گامای عبوری و پس پراکنده استفاده شده، می توان موقعیت مکانی بهتری را برای جایگاه آشکارساز بدست آورد.

همچنین از مقادیر محاسبه شده مشخص است که تباین بدست آمده از حفره دوم (حفرهای که روبروی چشمه است) بیشتر از بقیه تباین ها می باشد؛ که می توان گفت از لحاظ موقعیت دارای جایگاه بهتری نسبت به بقیه حفره ها می باشد.

کمیت D

البته با توجه به کمیت D  (تفاوت نسبی بین تباین های محاسبه شده برای نفت و آب به درصد) حفره اول نسبت به بقیه برتری دارد. زیرا در آن می توان مواد با درصدهای پایین موجود در خاک را از یکدیگر تفکیک نمود.

مقدمه

به دلیل وجود ضریب تضعیف خطی، با عبور پرتوهای گاما از درون مواد مختلف از شدت پرتوها کاسته می شود.

این ضریب معرف احتمال برهم کنش بر واحد فاصله پیموده شده توسط پرتو گاما در ماده است؛

که تابعی از انرژی پرتو گامای آشکارسازی شده است و به عواملی همچون انرژی چشمه، چگالی، عدد اتمی ماده استفاده شده و ساختار مولکولی ماده بستگی دارد (Evans, 1955).

مواد مختلف

لذا مقدار آن برای مواد مختلف متفاوت بوده و با استفاده از آن می توان به برخی از اطلاعات مربوط به ماده مانند چگالی دست پیدا کرد.

ضریب تضعیف جرمی کل که از تقسیم ضریب تضعیف خطی به چگالی ماده بدست می آید.

ضرایب تضعیف جرمی

از مجموع ضرایب تضعیف جرمی سه پدیده اصلی اندرکنش پرتوهای گاما با مواد که شامل اثر فوتوالکتریک پدیده کامپتون و پدیده تولید زوج  هستند؛ بدست می آید.

باید توجه داشت که با توجه به شکل 1 و استفاده از پرتوهای گاما در محدوده انرژی مشخص شده، پدیده غالب در اندرکنش های گاما با خاک پدیده کامپتون است (Knoll, 1979).

اطلاعات مربوط به خصوصیات

اطلاعات مربوط به خصوصیات یک خاک به کمک روش استفاده از پرتوهای گاما را می توان با تجزیه و تحلیل پرتوهای گاما عبوری از خاک و یا پس پراکنده شده بدست آورد.

تجهیزات میدانی و آزمایشگاهی برای هر دو روش عبوری و پس پراکنده طراحی شده و استفاده میشود.

روش استفاده از اندرکنش پرتوهای گاما با مواد بر روی خاک اولین بار توسط ووموسیل (1954 ) انجام گرفت .(MacIntyre and Leleand, 1970)

پس از او ون باول و همکاران (1957) با استفاده از چشمه  با اکتیویته 200 میلی کوری و 5 میلی کوری و طول مسیر جذب پرتو از 15 تا 35 سانتیمتر آزمایشات خود را انجام دادند (MacIntyre and Leleand, 1970) .

در سال 1999 میلادی

در سال 1999 میلادی باراتاود و همکاران (1999) مقدار نفوذ آب در خاک یک جنگل دست نخورده را با استفاده از روش چگالی سنجی به کمک پرتوزایی گاما با استفاده از دو پرتو با انرژی متفاوت بدست آوردند (Barataud et al., 1999).

در همان سال واز و همکاران (1999) اندازه ذرات خاک را با استفاده از میرایی پرتوهای گاما محاسبه کردند (Vaz et al., 1999).

سال 2003 گویماراس  و همکاران (2003) از یک چشمه  برای مطالعه روی فرسایش خاک و رسوب در جنوب شرقی برزیل استفاده کردند (Guimarães et al., 2003). در ادامه سانگویینی  و همکاران (2006) ماگمایت را در آثار سرامیکی شناسایی و توصیف کردند و در منطقه آمازون باستان شناسی انجام دادند (Sanguini et al., 2006).

در سال 2013 لیاو و همکاران (2013) آزمایشی مبنی بر نگهداری نیکل در خاک با استفاده از روش جذب پرتوهای ایکس و گاما انجام دادند و نتایج بدست آمده را ارایه کردند (Liao et al., 2006).

پس از آن چنگ و همکاران

پس از آن چنگ و همکاران ( 2015 ) آلودگی فلزی در خاک باغچه های نیویورک را ردیابی کرد، آنها در این تحقیق خاک 1652 باغچه را مورد ارزیابی قرار دادند (Cheng et al., 2015).

با توجه به پژ.هش های انجام شده بر روی خاک به کمک روش استفاده از اندرکنش پرتوهای گاما با مواد که قبلا به برخی از آنها اشاره شده است می توان اطلاعات زیادی در مورد خاک مورد آزمایش بدست آورد و اهداف زیادی را به انجام رسانید.

پژوهش با انجام شبیه سازیهای

در این پژوهش با انجام شبیه سازیهای مختلف بر روی خاک و سنگ های رسوبی اطلاعاتی مانند برد پرتوهای گاما در انرژی های مختلف یا چگالی منطقه مورد آزمایش بدست می آید.

با استفاده از این اطلاعات می توان مناطق زیادی را برای کشف مخازن نفت و گاز بررسی کرد.

پژوهش دیگری توسط توکلی عنبران و رضایی فرد ( 1399 ) با استفاده از روش فعال سازی با گاما به منظور کشف مخازن نفتی انجام شده است.

 روش فعال سازی گاما

روش فعال سازی گاما تحلیلی کمی و کیفی از یک نمونه ناشناخته است؛ که با پرتودهی به نمونه و در نتیجه تولید هسته های پرتوزا از ایزوتوپ های پایدار یا ناپایدار موجود در آن و تجزیه و تحلیل آنها و فیزیک حاکم بر آن می توان به خصوصیات ماده مورد مطالعه و از جمله کشف مخازن نفتی پی برد (توکلی عنبران و رضایی فرد، 1399 ).

پژوهش جدید روش تضعیف

این در حالی است که در این پژوهش جدید روش تضعیف و پس پراکندگی پرتوهای گاما و فیزیک حاکم بر آن در ماده که نتیجه سه اندرکنش غالب پرتوهای گاما با ماده (اندرکنش فوتوالکتریک، پدیده کامپتون و تولید زوج) می باشد؛

برای پیدا کردن موقعیت بهینه چشمه گاما-آشکارساز-حفره حفر شده استفاده شده است.

در واقع در این پژوهش در نظر است بررسی شود موقعیت مکانی چشمه، آشکارساز و حفره حفر شده نسبت به مخازن نفتی یکدیگر چگونه می تواند بر تباین و تفکیک مخازن نفت و آب از یکدیگر تاثیر گذار باشد و قرار است حالت بهینه موقعیت مکانی چشمه گاما-آشکارساز-حفره حفر شده بدست آید.

علت استفاده از روش مونت کارلو با کد MCNP قابلیت بسیار بالای آن در زمینه های مختلف از جمله صنعت، پزشکی، نظامی و … دارد؛

عنوان مثال

که به عنوان مثال در زمینه نظامی صلح آمیز می توان به کار توکلی عنبران و همکاران ( 1391 ) با عنوان بکارگیری پرتوهای گاما در کشف مین های زمینی باقیمانده از جنگ تحمیلی در خاک ایران با استفاده از روش مونت کارلو (توکلی عنبران و همکاران، 1391 ) و تحقیق Allen et al. مخازن نفتی

(2018) با عنوان امکان سنجی استفاده از راکتور میکرو مدولار در کاربردهای نظام (Allen et al. 2018)، در زمینه دوز سنجی کار جاویدی و همکاران ( 1395 ) با عنوان محاسبه آهنگ دوز پرتوها در تراز اصلی نیروگاه اتمی بوشهر در زمان سوخت گذاری، در انتهای چیدمان اول سوخت (جاویدی و همکاران، 1395 ) مخازن نفتی

انجام این گونه پژوهش ها مخازن نفتی

با توجه به این نکته که انجام این گونه پژوهش ها و آزمایش ها در طبیعت بسیار زمان بر بوده و نیازمند هزینه بسیار بالایی می باشد و همچنین مواد مورد نیاز برای آزمایش مانند چشمه های رادیواکتیو استفاده شده نیازمند هماهنگی با مراجع قانونی و … دارد؛ مخازن نفتی

محققان و دانشمندان

لذا محققان و دانشمندان ابتدا این پژوهش ها را در آزمایشگاه های مجازی مانند استفاده از کد MCNP که دارای دقت بسیار بالا میباشد، بررسی می کنند؛

تا مشخص گردد که آیا این روش جوابگو خواهد بود یا خیر و در صورت مثبت بودن پاسخ ابتدا سعی بر آن است که مجموعه سیستم آشکارسازی بهینه گردد؛ تا از انجام سعی و خطا در تجربه جلوگیری گردد.

مزیت ها

همچنین یکی از مزیت های استفاده از آزمایشگاه های مجازی این است که می توان هندسه مورد آزمایش را در هر ابعادی به راحتی تغییر داد و آزمایش را بصورت مجازی انجام داد و نتایجی با دقت بالا بدست آورد.

پژوهش

در این پژوهش به منظور شناسایی بهترین حفره از لحاظ موقعیت مکانی با حفر چهار حفره از فیزیک حاکم بر هر دو روش گامای عبوری و گامای پس پراکنده شده استفاده شده است؛

که نتایج بدست آمده نشان دهنده آن است که موقعیت مکانی حفره اول نسبت به چشمه گاما و آشکارساز بهتر از سه حفره دیگر می باشد.

معرفی تئوری انجام کار

بررسی مواد با استفاده از پرتوهای گاما به دو صورت: 1) زمانی که هر دو طرف ماده در دسترس باشد، 2) زمانی که فقط یک طرف ماده در دسترس باشد؛ انجام میشود .(Abro et al., 1999)

دو طرف ماده

حالتی که هر دو طرف ماده در دسترس است، بر اساس شار خارج شده عبوری از ماده تحقیقات انجام میشود. لذا اگر فرض شود باریکهای کاملاً موازی از ذرات تک انرژی از تیغ های از ماده عبور کند.

شبیه سازی ها

در این پژوهش با استفاده از کد MCNP قسمتی از کره زمین به صورت یک بلوک شبیه سازی شده؛ که در شکل 3 نشان داده شده است.

روش مونت کارلو

روش مونت کارلو یک روش عددی برای حل مسایل ریاضی به وسیله نمونه برداری تصادفی است.

در این روش یک فرآیند به وسیله نمونه برداری تصادفی چندین بار (تا سقف 2 میلیارد و بیشتر) با رعایت تمامی قوانین موجود در طبیعت و اعمال تمام فاکتورهای تأثیر گذار روی این فرآیند تکرار میشود و سپس میانگین آن بعنوان جواب قابل قبول  ارائه میگردد.

یک تکنیک عددی مخازن نفتی

این روش به عنوان یک تکنیک عددی جامع بعد از ورود کامپیوتر به زمینه محاسبات عددی ظهور پیدا کرد.

در طول جنگ جهانی دوم «انریکو فرمی » و دانشمندان دیگری توانستند روش مونت کارلو را در ازمایشگاه لوس آلاموس ابداع کنند، که با پیشرفت در زمینه علوم کامپیوتر در محاسبات بکار گرفته شد.

کد MCS

کد MCS اولین کد مونت کارلویی ترابرد ذرات و پس از آن MCN برای حل مسائل اندرکنش نوترون نوشته شد.

در نهایت در سال 1977 کد MCNP که در آن زمان کد مونت کارلویی نوترون–فوتون نامیده میشد، تهیه گردید .(Briesmeister, 2000) مطالعات ژئوفیزیک

برای استفاده از این کد می بایست یک فایل ورودی با ساختار مشخص که شامل چهار بخش اصلی سلول ها، سطوح، کارت داده و خروجی مساله میشود تهیه گردد.

بخش سلول ها مطالعات ژئوفیزیک

بخش سلول ها بر اساس الگوی تعریف شده در کد و بر اساس مواد و سطوح مورد استفاده شده تعریف میشود.

در بخش سطوح، مشخصات سطح های مورد نیاز برای تعریف سلول ها تعریف میشود.

در قسمت کارت داده اطلاعاتی مانند نوع ماده، انرژی چشمه، توزیع زاویهای و … مشخص میگردد.

قسمت خروجی اکتشافات آب مطالعات ژئوفیزیک

در قسمت خروجی با استفاده از 8 تالی تعریف شده توسط کد می توان اطلاعاتی از جمله جریان عبوری از یک سطح که با  شار عبوری از یک سلول که با  انرژی تخلیه شده در یک سلول که با  و تابع پاسخ آشکارساز که با  نشان داده میشوند، را بدست آورد. مطالعات ژئوفیزیک

فایل ورودی اکتشافات آب مطالعات ژئوفیزیک

فایل ورودی بسته به نوع کاربرد )هندسه مساله، مشخصات چشمه، نوع خروجی و …( می تواند متفاوت باشد. مطالعات ژئوفیزیک

برای اطلاع از توضیحات کاملتر می توان به راهنمای کد MCNP نوشته Briesmeister (2000) و یا کتاب آموزش کد MCNP نوشته کاسه ساز و حسن زاده (1394) مراجعه کرد.

در این تحقیق با استفاده از کد MCNP یک بلوک با چهار حفره در آن شبیه سازی شده، مونت کارلو که نحوه قرار گرفتن حفره ها، آشکارسازها و چشمه در شکل 3 مشاهده میشود.

شبیه سازی ها اکتشافات آب مطالعات ژئوفیزیک

در این شبیه سازی ها بلوک مکعبی شکلی به ضلع 2 متر در نظر گرفته شده است که ماده تشکیل دهنده اکتشافات آب آن نوعی از سنگهای رسوبی، نفت، آب و ترکیبی از این سنگها و آب یا نفت میباشد.

میزان عناصر تشکیل دهنده اکتشافات آب بلوک در جداول 1 و 2 آمده است. حفره های شبیه سازی شده در این کار دارای عمقی برابر با 180 سانتی متر و شعاعی به اندازه 7.62 سانتی متر میباشد. فاصله هر حفره از مرکز بلوک 30 سانتیمتر است.

تحقیق ما چشمه اکتشافات آب

در این تحقیق ما چشمه با انرژی گامای 662 کیلو الکترون ولت را درون حفره اول قرارداده ایم و در همه حفره ها یک آشکارساز NaI(Tl) با ابعاد 2 اینچ تعبیه کرده ایم. با تغییر ماده تشکیل دهنده بلوک با درصد مشخصی از آب یا نفت شبیه سازی های مختلفی انجام شده؛ که نتایج آنها در جداول 3 تا 7 و شکل های 4 تا 11 نشان داده شده است.

نتایج اکتشافات آب مطالعات ژئوفیزیک

شبیه سازی ها اکتشافات آب برای بلوکی متشکل از سنگ های رسوبی، نفت خام، آب، مخلوطی از سنگ های رسوبی با آب و مخلوطی از سنگ های رسوبی با نفت با مقادیر 20، 40، 60، 80 درصد آب یا نفت مخلوط با سنگ های رسوبی انجام گرفت؛

که نتایج تابع پاسخ اکتشافات آب آشکارساز و تباین بدست آمده در جداول 3 تا 7 و نمودارهای 4 تا 11 ارائه شده است.

شبیه سازی ها

در این شبیه سازی ها مقدار تباین محاسبه شده از تابع پاسخ آشکارساز که با استفاده از تالی  بدست می آید، درون حفرهای که روبروی چشمه قرار گرفته است (حفره دوم)، بیشتر از مقدار تباین محاسبه شده برای بقیه آشکارسازها است.

به عنوان مثال برای بلوک متشکل از سنگ های رسوبی با چهل درصد نفت در حفره های اول تا چهارم به ترتیب برابر با 10، 219-، 85، 354-، 75، 174-، 30، 197- و برای آب و برای آب 31، 198-، 87، 330-، 73، 167-، 26، 185- می باشد.

راستی آزمایی نتایج اکتشافات آب

از آنجایی که در کد MCNP یک فرآیند اکتشافات آب به وسیله نمونه برداری تصادفی چندین بار (تا سقف 2 میلیارد و بیشتر) با رعایت تمامی قوانین موجود در طبیعت و اعمال مونت کارلو تمام فاکتورهای تأثیر گذار روی این فرآیند تکرار میشود

و سپس میانگین آن بعنوان جواب قابل قبول ارائه می گردد و طبق تعریف این کد، مقادیر با خطای زیر 10 درصد خطای قابل قبول و خطای زیر 5 درصد مطمئن تعریف میشود مونت کارلو

و همچنین با توجه به این نکته که از این کد در زمینه های بسیار زیادی استفاده شده است و نتایج بدست آمده از این کد با نتایج بدست آمده از تجربه همخوانی خوبی داشته است. لذا می توان به نتایج بدست آمده از این کد در این پژوهش که با خطای زیر 5 درصد محاسبه شده است اطمینان داشت

بحث ژئوفیزیک

از آنجا که در این اندازه گیری ها از هر دو روش گامای عبوری (حفره دوم( و گامای پس پراکنده (حفره های اول، سوم و چهارم) استفاده شده است

می توان ژئوفیزیک با استفاده از نتایج بدست آمده و مقایسه آنها به جواب های دقیق تری در مورد چگالی ماده استفاده شده و یا تباین بدست آمده، دست یافت. با توجه به جدول 3 که مربوط به حفره ای است

که چشمه در آن قرار گرفته است، مقدار عددی تابع پاسخ آشکاساز با افزایش درصد آب یا نفت مخلوط با سنگ های رسوبی، افزایش یافته است؛

این رفتار تابع پاسخ آشکارساز در بقیه حفره ها نیز مشاهده می شود، که مقادیر آن در جداول 4 تا 6 آمده است.

 قدر مطلق مطالعات ژئوفیزیک

قدر مطلق مقدار عددی تباین بدست آمده مربوط به آب و نفت نیز مانند مقدار عددی تابع پاسخ آشکاساز، در تمامی حفره ها با افزایش درصد آب یا نفت مخلوط با سنگ های رسوبی افزایش پیدا کرده است.

در تمامی حفره ها مقادیر تابع پاسخ آشکاساز برای آب مخلوط با سنگ های رسوبی کمتر از مقادیر تابع پاسخ آشکارساز برای نفت مخلوط با سنگ های رسوبی بدست آمده است. مطالعات ژئوفیزیک

همچنین قدر مطلق مقدار عددی تباین مربوط به آب نیز مقدار کمتری نسبت به قدر مطلق مقدار عددی تباین مربوط به نفت داشته است. مطالعات ژئوفیزیک

عامل این کوچکتر بودن مطالعات ژئوفیزیک

عامل این کوچکتر بودن را می توان بیشتر بودن چگالی آب از نفت خام دانست. بیشتر بودن چگالی آب نسبت به نفت خام باعث رسیدن کمتر پرتوهای گسیلی از چشمه به آشکارساز شده و در نتیجه تابع پاسخ آشکارساز مقدار کمتری نسبت به نفت خام بدست میآید.

با توجه به نمودارهای 4 تا 7 مقدار تباین بدست آمده برای هر دو ماده آب و نفت با افزایش درصد آب یا نفت مخلوط با سنگ های رسوبی کاهش یافته است و اختلاف بین مقادیر مربوط به آب با مقادیر مربوط به نفت قابل مشاهده است؛

که این اختلاف با استفاده از کمیت D بصورت کاملتر بررسی شده و در جدول 7 و شکل های 8 تا 11 نشان داده شده است.

نتیجه گیری

هدف این پژوهش بررسی موقعیت مکانی چشمه گاما-آشکارساز- حفره و پیدا کردن موقعیت بهینه این مجموعه به منظور کشف مخازن نفتی می باشد که با استفاده از نتایج بدست آمده توسط شبیه سازی های انجام شده، مقدار کمیت تباین مربوط به حفره دوم (حفرهای که روبه روی چشمه است)

از بقیه تباین ها دارای مقدار بیشتری است و می توان گفت از لحاظ موقعیت دارای جایگاه بهتری نسبت به بقیه حفره ها می باشد.

اما با توجه مونت کارلو به کمیت D ژئوفیزیک حفره اول نسبت به بقیه حفره ها برتری دارد زیرا در آن می توان مواد با درصدهای پایین موجود در خاک را از یکدیگر تفکیک نمود.

جهت کسب اطلاعات بیشتر با آسیا ژئوفیزیک و ژئوتکنیکی تماس بگیرید.

اینستاگرام آسیا ژئوفیزیک