فهرست مطالبفصل اول: مقدمه 1-1- اهمیت و بیان مسئله ..... 1 1-1-1- مقاومت فشاری تک محوره سنگ سازند ...... 1 1-1-2- مته حفاری و نرخ نفوذ ...... 2 1-1-3- هرزروی سیال حفاری ........ 3 1-1-4- گیر رشته حفاری ....... 4 فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته2-1- مقدمه ......... 72-2- مقاومت فشاری تک محوره سنگ سازند ....... 7 2-2-1- روش‌های محاسبه UCS........... 7 2-2-1-1- تست آزمایشگاهی ........ 7 2-2-1-2- روابط تجربی ........ 9 2-2-1-3- شبکه عصبی مصنوعی ......... 12 2-3- انتخاب مته مناسب و بهبود نرخ نفوذ حفاری ................................................................................................... 12 2-3-1- روش‌های حل مسئله ........................................................................................................................................ 12 2-3-1-1- روش هزینه به ازای حفاری ................................................................................................................. 14 2-3-1-2- مدل انرژی مخصوص ............................................................................................................................. 14 2-3-1-3- مدل بورگین- یانگ .............................................................................................................................. 15 2-3-1-4- هوش مصنوعی ........................................................................................................................................ 152-4- هرزروی سیال حفاری ................................................................................................................................................. 17 2-4-1- روش حل مسئله ................................................................................................................................................. 17 2-4-1-1- استفاده از مواد هرزگیر ........................................................................................................................ 17 2-4-1-2- دوغاب‌های ترکیبی ............................................................................................................................... 17 2-4-1-3- حفاری زیر تعادلی ................................................................................................................................. 18 2-4-1-4- استفاده از لوله جداری ........................................................................................................................ 182-5- گیر لوله حفاری .............................................................................................................................................................. 19 2-5-1- روش‌های حل مسئله ........................................................................................................................................ 19 2-5-1-1- مدل کینگزبرو و همپ کینگ .............................................................................................................. 19 2-5-1-2- مدل بیگلر و کان ..................................................................................................................................... 19 2-5-1-3- مدل گلاور و هاوارد ................................................................................................................................ 20 2-5-1-4- روش هوش مصنوعی ............................................................................................................................. 202-6- چرایی استفاده از روش‌های هوشمند ................................................................................................................... 21 فصل سوم: مروری بر روش‌های یادگیری ماشینی و الگوریتم‌های بهینه‌سازی3-1- مقدمه .............................................................................................................................................................................. 233-2- مفهوم شبکه ................................................................................................................................................................ 243-3- شبكهعصبيمصنوعي ............................................................................................................................................ 24 3-3-1- مدل یک نرون تک ورودی .......................................................................................................................... 26 3-3-2- تابع انتقال ......................................................................................................................................................... 283-4- انواع شبکه های عصبی ........................................................................................................................................... 28 3-4-1- شبکه عصبی پرسپترون چندلایه ............................................................................................................. 28 3-4-2- شبکه عصبی پیمانه ای ................................................................................................................................. 30 3-4-3- ماشین بردار پشتیبان ................................................................................................................................. 323-5- الگوریتم‌های بهینه‌سازی ....................................................................................................................................... 34 3-5-1- الگوریتم ژنتیک ............................................................................................................................................. 34 3-5-2- الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات ........................................................................................................ 39 3-5-3- الگوریتم ترکیبی ژنتیک و ازدحام ذرات .............................................................................................. 41 فصل چهارم:آماده‌سازی اطلاعات جهت مدل‌سازی و آنالیز4-1- مقدمه ............................................................................................................................................................................... 444-2- مطالعه میادین مورد بررسی ................................................................................................................................... 44 4-2-1- میدان نفتی اهواز ............................................................................................................................................ 44 4-2-2- میدان نفتی مارون ......................................................................................................................................... 464-3- آماده‌سازی داده‌ها جهت استفاده در مدل‌سازی ........................................................................................... 50 4-3-1 جمع‌آوريداده‌ها ............................................................................................................................................... 50 4-3-1-1- مقاومت فشاری تک محوره سنگ سازند .................................................................................. 50 4-3-1-2- انتخاب مته حفاری و بهبود نرخ نفوذ ......................................................................................... 51 4-3-1-3- هرزروی سیال حفاری ..................................................................................................................... 52 4-3-1-4- گیر لوله حفاری .................................................................................................................................. 54 4-3-2- پیش‌پردازشداده‌ها .................................................................................................................................... 55 4-3-2-1- آناليزداده‌هاوتأييدصحتودقتآن‌ها................................................................................ 55 4-3-2-2- همسان‌سازیداده‌ها ...................................................................................................................... 56 4-3-3- تقسيمبنديداده‌ها .................................................................................................................................... 57 4-4- مدل کردن .............................................................................................................................................................. 584-5- معيارهايعملكردمدل ............................................................................................................................................ 58 فصل پنجم: آنالیز و تحلیل اطلاعات5-1- مقدمه ................................................................................................................................................................................ 605-2- مقاومت فشاری تک محوره سنگ سازند .......................................................................................................... 605-2-1- روش کار ............................................................................................................................................................... 60 5-2-1-1- پیش‌بینی UCS توسط MLP............................................................................................................ 60 5-2-1-2- پیش‌بینی UCS توسط MLP&GA .............................................................................................. 635-3- انتخاب مته حفاری و بهبود نرخ نفوذ ................................................................................................................ 66 5-3-1- روش کار ............................................................................................................................................................ 67 5-3-1-1- پیش‌بینی مته حفاری ....................................................................................................................... 67 5-3-1-2- پیش‌بینی نرخ نفوذ حفاری ........................................................................................................... 68 5-3-1-3- بهینه‌سازی نرخ نفوذ ....................................................................................................................... 69 5-3-2- بحث روی نتایج ............................................................................................................................................. 72 5-3-2-1- مته حفاری ............................................................................................................................................. 72 5-3-2-2- نرخ نفوذ و دبی جریان گل ............................................................................................................. 72 5-3-2-3- فشار پمپ گل و سطح مقطع جریان ......................................................................................... 74 5-3-2-4- وزن روی مته و سرعت دوران رشته حفاری .......................................................................... 75 5-3-2-5- گرانروی گل .......................................................................................................................................... 765-4- هرزروی سیال حفاری .............................................................................................................................................. 76 5-4-1- روش کار .............................................................................................................................................................. 77 5-4-1-1- پیش‌بینی کمی هرزروی سیال حفاری ......................................................................................... 78 5-4-1-2- پیش‌بینی کیفی هرزروی سیال حفاری ....................................................................................... 79 5-4-1-3- کاهش میزان هرزروی سیال حفاری ............................................................................................ 825-5- گیر لوله حفاری .......................................................................................................................................................... 85 5-5-1- روشکار ............................................................................................................................................................ 85 5-5-1-1- پیش‌بینی گیر مکانیکی و اختلاف فشاری ............................................................................... 85 5-5-1-2- پیش‌بینی گیر اختلاف فشاری ..................................................................................................... 87 5-5-1-3- کاهش احتمال گیر لوله حفاری ................................................................................................... 88 فصل ششم: نتایج و پیشنهادها6-1- نتایج ................................................................................................................................................................................. 926-2- پیشنهادها ..................................................................................................................................................................... 94منابع ............................................................................................................................................................................................... 95پیوست ......................................................................................................................................................................................... 102 فهرست جدول عنوان صفحه جدول 2-1 لیست تعدادی از روابط تجربی محاسبه UCS........................................................................................ 11جدول 2-2 مقایسه مدل UCS ارائه شده با روش‌های دیگر ................................................................................... 13جدول 2-3 مقایسه مدل انتخاب مته و نرخ نفوذ ارائه شده با روش‌های دیگر ............................................... 16جدول 2-4 مقایسه مدل هرزروی پیشنهادی با سایر روش‌ها ............................................................................... 18جدول 2-5 مقایسه مدل گیر لوله حفاری ارائه شده با سایر روش‌ها .................................................................. 21جدول 3-1 لیست تعدادی از توابع انتقال مورد استفاده برای شبکه های عصبی ......................................... 29جدول 4-1 تحلیل آماری داده‌های استفاده شده در مدل‌سازی مقاومت فشاری سنگ سازند ................ 50جدول 4-2 توصیف آماری داده‌های استفاده شده در مدل‌سازی انتخاب مته و نرخ نفوذ حفاری ......... 52جدول 4-3 توصیف آماری داده‌های استفاده شده در مدل‌سازی هرزروی سیال حفاری ......................... 54جدول 4-4 توصیف آماری داده‌های استفاده شده در مدل‌سازی گیر لوله حفاری ...................................... 56جدول 5-1 مقایسه عملکرد دو شبکه عصبی استفاده شده برای مدل‌سازی تعیین UCS........................ 66جدول 5-2 بررسی عملکرد شبکه‌های عصبی استفاده شده برای پیش‌بینی انتخاب مته و نرخ نفوذ حفاری .......................................................................................................................................................................................... 69جدول 5-3 مقدار و محدوده پارامترهای ثابت و متغیر در بخش‌های مختلف چاه ...................................... 70جدول 5-4 مقادیر پارامترهای بهینه‌سازی شده در بخش‌های مختلف چاه .................................................... 70جدول 5-5 بررسی مته حفاری انتخاب شده ............................................................................................................... 72جدول 5-6 بررسی نرخ نفوذ و دبی جریان گل بهینه‌سازی شده ........................................................................ 74جدول 5-7 بررسی فشار پمپ گل و سطح مقطع جریان بهینه‌سازی شده .................................................... 75جدول 5-8 بررسی وزن روی مته و سرعت دوران رشته حفاری بهینه‌سازی شده ..................................... 76جدول 5-9 ساختار شبکه عصبی پیمانه‌ای مدل اول .............................................................................................. 78جدول 5-10 ساختار شبکه عصبی پیمانه‌ای مدل دوم ............................................................................................. 79جدول 5-11 تعیین محدوده برای خروجی مدل پیش‌بینی کیفی هرزروی سیال حفاری ........................... 80جدول 5-12 مقایسه عملکرد شبکه‌های عصبی استفاده شده برای هر دو مدل ........................................... 81جدول 5-13 نتایج بهینه‌سازی پارامترهای موثر بر هرزروی سیال حفاری با استفاده از الگوریتم تجمع ذرات ............................................................................................................................................................................................. 84جدول 5-14 تست نتایج بهینه‌سازی با استفاده از شبکه عصبی مدل اول...................................................... 85جدول 5-15 تعیین محدوده برای خروجی مدل پیش‌بینی گیر مکانیکی لوله حفاری ............................... 87جدول 5-16 عملکرد شبکه‌های عصبی استفاده شده در دو مدل ..................................................................... 87جدول 5-17 نتایج بهینه‌سازی پارامترهای موثر بر گیر لوله حفاری با استفاده از الگوریتم ترکیبی ژنتیک و تجمع ذرات ............................................................................................................................................................... 90جدول 5-18 تست نتایج بهینه‌سازی با استفاده از شبکه عصبی ......................................................................... 91 فهرست اشكال عنوان صفحه شکل 2-1 نمودار تنش-کرنش دو سنگ شکننده و شکل پذیر. نمودار سمت چپ منحني تنش کرنش نمونه‌ي شکننده و سمت راست نمونه‌ي تغيير شکل‌پذير .......................................................................................... 8شکل 3-1 نمونه عصب واقعی (در این شکل اکسون ترمینال در واقع همان سیناپس است) .................. 25شکل 3-2 مدل یک شبکه عصبی با یک نرون و یک ورودی ............................................................................... 27شکل 3-3 شبکه عصبی پرسپترون دو لایه (دارای سه نرون در لایه ورودی و چهار نرون در لایه پنهان و یک نرون در لایه خروجی است) .................................................................................................................................... 30شکل 3-4 طرح شماتیک از یک شبکه عصبی پیمانه ای ....................................................................................... 31شکل 3-5 ساختارهای مختلف شبکه عصبی پیمانه ای ......................................................................................... 32شکل 3-6- ابرصفحه جدایش و بردارهای پشتیبان................................................................................................ 34شکل 3-7 فلوچارت الگوریتم ژنتیک ............................................................................................................................ 38شکل 3-8 فلوچارت الگوریتم تجمع ذرات ................................................................................................................... 41شکل 3-9 شکل شماتیکی از الگوریتم ترکیبی GA&PSO................................................................................... 43شکل 4-1- موقعیت جغرافیایی میدان نفتی اهواز .................................................................................................... 46شکل 4-2- شکل میدان مارون و تقسیم بندی آن به هشت بخش ................................................................... 47شکل 4-3- موقعیت جغرافیایی میدان نفتی مارون ................................................................................................ 48شکل 4-4- موقعیت جغرافیایی (مختصات شمال و شرق جغرافیایی) چاه های حفر شده در میدان نفتی مارون ............................................................................................................................................................................................ 49 شکل 5-1 نمودار ضریب رگرسیون MLP برای پیش‌بینی داده‌های UCS در مرحله تست ...................... 63شکل 5-2 فلوچارت آموزش شبکه MLP توسط الگوریتم ژنتیک ...................................................................... 64شکل 5-3 نمودار ضریب رگرسیون MLP&GA برای پیش‌بینی داده‌های UCS در مرحله تست ........... 65شکل 5-4 مقایسه شبکه‌های MLP و MLP&GA بر اساس میزان خطا و سرعت همگرایی ..................... 65شکل 5-5 مقایسه مقادیر تخمین زده شده UCS توسط هر دو شبکه با مقادیر واقعی ............................. 66شکل 5-6 ضریب رگرسیون شبکه‌ی عصبی در انتخاب مته حفاری برای داده‌های تست ........................ 67شکل 5-7 ضریب رگرسیون شبکه‌ی عصبی در پیش‌بینی نرخ نفوذ حفاری برای داده‌های تست ....... 68 شکل 5-8 نتایج بهینه‌سازی پارامترهای حفاری توسط الگوریتم ژنتیک در سایز 5/8 چاه (شکل 5-8-1)، 25/12 چاه (شکل 5-8-2) و 5/17 چاه (شکل 5-8-3) ................................................................................. 71شکل 5-9 شبکه عصبی پیمانه‌ای استفاده شده در مدل‌سازی ........................................................................... 77شکل 5-10 ضریب رگرسیون شبکه عصبی پیمانه‌ای مدل اول در مرحله تست ........................................... 78شکل 5-11 ضریب رگرسیون شبکه عصبی پیمانه‌ای مدل دوم در مرحله تست ........................................... 80 شکل 5-12 مقایسه MNN و MLP بر اساس دقت و سرعت همگرایی برای هر دو مدل (محور عمودی لگاریتمی است) ......................................................................................................................................................................... 81 شکل 5-13 مقایسه مقادیر واقعی و مقادیر پیش‌بینی شده هرزروی سیال حفاری در مرحله تست برای مدل اول ...................................................................................................................................................................................... 82شکل 5-14 مقایسه مقادیر واقعی و مقادیر پیش‌بینی شده هرزروی سیال حفاری در مرحله تست برای مدل دوم ...................................................................................................................................................................................... 82شکل 5-15 ضریب رگرسیون شبکه ماشین بردار پشتیبان برای داده‌های تست ........................................ 86شکل 5-16 ضریب رگرسیون شبکه عصبی پرسپترون چندلایه بهینه‌شده توسط الگوریتم تجمع ذرات برای داده‌های تست ................................................................................................................................................................. 88شکل 5-17 فلوچارت آموزش شبکه عصبی توسط الگوریتم تجمع ذرات ...................................................... 88 فهرست نشانه‌هاي اختصاري مساحت نازل ............................................................................................................................................ الگوریتم کلونی مورچگان .................................................................................................................. هوش مصنوعی ........................................................................................................................................ شبکه عصبی مصنوعی ...................................................................................................................... پارامتر شناختی .......................................................................................................................................... پارامتر اجتماعی ....................................................................................................................................... قیمت مته حفاری ...................................................................................................................................... هزینه ثابت عملیاتی دکل حفاری ............................................................................................................. نمودار گامای طبیعی ........................................................................................................................... ضریب تصحیح زاویه ........................................................................................................................... ضریب تصحیح سایز خرده‌های حفاری ................................................................................................. ضریب تصحیح وزن ............................................................................................................................. قطر نازل ..................................................................................................................................................... عمق حفاری ............................................................................................................................................... عمق لوله جداری .................................................................................................................................. قطر مته .................................................................................................................................................. قطر آنالوس ........................................................................................................................................ قطر چاه ................................................................................................................................................ سایز متوسط خرده‌ها ........................................................................................................................ چگالی خرده‌های حفاری ...................................................................................................................... قطر خرده‌های حفاری ............................................................................................................................. مدول یانگ استاتیکی .............................................................................................................................. مدول یانگ دینامیکی ............................................................................................................................. الگوریتم ژنتیک ...................................................................................................................................... هیدروژن سولفور ................................................................................................................................ متراژ حفاری ................................................................................................................................................ طول حفره باز ......................................................................................................................................... انجمن بین المللی پیمانکاران حفاری ................................................................................................. IADCپرسپترون چند لایه ............................................................................................................................. MLPشبکه عصبی پیمانه‌ای ........................................................................................................................ MNNمیانگین مربع خطا ................................................................................................................................ MSEوزن گل حفاری ....................................................................................................................................... MWتعداد جمعیت ............................................................................................................................................... Nنمودار تخلخل نوترون ........................................................................................................................ NPHIتخلخل موثر .............................................................................................................................................. قطر بیرونی لوله حفاری ..................................................................................................................... درصد تقاطع .............................................................................................................................................. بهترین موقعیت محلی ذره ............................................................................................................... بهترین موقعیت سراسری ذره ......................................................................................................... درصد جهش ............................................................................................................................................ فشار گل حفاری .................................................................................................................................. الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات ....................................................................................................... PSOدبی پمپ ...................................................................................................................................................... Qضریب رگرسیون .......................................................................................................................................... Rنمودار چگالی ظاهری ........................................................................................................................ RHOBنرخ نفوذ ................................................................................................................................................ ROPسرعت چرخش رشته حفاری .............................................................................................................. RPMفضای جستجو .............................................................................................................................................. Sانرژی مخصوص ......................................................................................................................................... SEماشین بردار پشتیبان .......................................................................................................................... SVMزمان حفاری ................................................................................................................................................... tزمان راندمان مته ....................................................................................................................................... زمان اتصال ................................................................................................................................................. زمان بالا و پایین کردن رشته حفاری ....................................................................................................... کل سطح مقطع جریان .......................................................................................................................... TFAحفاری فرو تعادلی ............................................................................................................................... مقاومت فشاری تک محوره سنگ سازند ............................................................................................. UCSسرعت موج تراکمی .................................................................................................................................. سرعت موج برشی ..................................................................................................................................... سرعت ذره ......................................................................................................................................... سرعت جدید ذره ....................................................................................................................... حداکثر سرعت ذره .............................................................................................................................. حداقل سرعت گل مورد نیاز ................................................................................................................ سرعت انتقال خرده‌های حفاری ............................................................................................................ سرعت لغزش ......................................................................................................................................... وزن روی مته ..................................................................................................................................... ورودی شبکه .............................................................................................................................................. موقعیت ذره ....................................................................................................................................... موقعیت جدید ذره ..................................................................................................................... خروجی شبکه ............................................................................................................................................ مقاومت فشاری تک محوره سنگ سازند ................................................................................................ متراژ حفاری ........................................................................................................................................... زمان عبور موج صوتی ............................................................................................................................ ضریب وزنی سکون .................................................................................................................................... نیروی برشی در سرعت 600 دور در ثانیه .............................................................................................. نیروی برشی در سرعت 300 دور در ثانیه ............................................................................................. خروجی نورون ........................................................................................................................................... زاویه انحراف چاه از حالت عمود .......................................................................................................... چگالی گل ............................................................................................................................................. نرخ یادگیری ............................................................................................................................................... حوزه محلی ............................................................................................................................................... مشتق تابع فعال‌سازی .............................................................................................................................. ویسکوزیته ظاهری ................................................................................................................................... فصل اول : مقدمه 1-1- اهمیت و بیان مسئله1-1-1- مقاومت فشاری تک محوره سنگ سازنددانش معقولازخواص فیزیکی و مکانیکیسنگو انتخابمناسب پارامترهای عملیاتحفاری[1] کمک زیادی در کاهش هزینه‌های حفاری و تولید از مخزن نفت[2] می‌کند. بنا به تعریف، مقاومت فشاری تک محوره[3]، مقدار تنش فشاری تک محوره است، هنگامی که المان مورد نظر کاملاً گسیخته می‌شود.UCS در واقعسطح استرسی که باعث شکست سنگ می‌شود است، زمانیکهآن را تحتتنشتک محورهقرار می‌دهیم.مقاومت فشاری تک محوره سنگ سازند، پارامتر مکانیکی مهم سنگ می‌باشد که نقش حیاتی در حفاری چاه‌های نفت و گاز دارد. عملیات حفاری تعامل بین سنگ و مته حفاری[4] می‌باشد زمانی که استرس حاصل بزرگ‌تر از مقاومت سنگ شود، سنگ دچار شکست می‌شود.از آنجایی که مقدار مقاومت فشاری تک محوره توسطپارامترهایبسیاری از قبیلچگالیوتخلخل[5]تحت تأثیراست، به کمک آن می‌توانخواص مکانیکیسنگ رانشان داد.ازاینرومی‌توان آن را در محاسباتانتخابمته، تخمین زمان بهینه برای بیرون کشیدن مته، تجزیه و تحلیلپایداریچاه (انتخاب محدوده مناسب برای وزن گل)، تولیدشن و ماسهوتعیینمیدانتنشدرجامؤثر، طراحی روش‌های ازدیاد برداشت و مطالعات نشست مخزن در نظر گرفت. که انتخاب درست این موارد باعث بهبود و بهینه‌سازی عملیات حفاری و تولید می‌گردد [1]. 1-1-2- مته حفاری و نرخ نفوذدرعملياتحفاري،نرخنفوذ[6]،یکی از عواملاصلىبهينه‌سازی است. نرخنفوذمتهازرابطه‌ايبر اساسمتراژ حفاريبرحسبزمانحاصلمي‌گردد؛ و به عواملی از قبیل نوع مته، خصوصیات سازند[7]، وزن روی مته[8]، سرعت چرخش رشته حفاری[9]، خصوصیات گلو غیره بستگی دارد. پایین بودن نرخ نفوذ حفاری باعث از دست دادن زمان دکل و افزایش هزینه‌های حفاری می‌شود.در بعضی موارد افزایش غیر اصولی نرخ نفوذ می‌تواند باعث شکسته شدن سنگ مخزن و در نهایت هرزروی گل حفاری و همچنین گیر رشته حفاری و در نهایت از دست دادن چاه گردد. پس می‌توان گفت بهینه‌سازی نرخ نفوذ کمک زیادی در پیشبرد و کاهش زمان عملیات حفاری می‌کند. پیش‌بینی سرعت حفاری از آن جهت که موجب انتخاب بهینه پارامترها و کاهش هزینه‌های حفاری می‌گردد، همیشه اهمیت قابل توجهی برای مهندسین حفاری داشته است.از میان پارامترهای موثر بر نرخ نفوذ، مته حفاری نقش تأثیرگذارتری نسبت به سایر پارامترها دارد. به گونه‌ای که بهینه‌سازی عملیات حفاری بدون در نظر گرفتن نقش مته تقریباً غیر ممکن است. مته‌ی حفاری به پایین‌ترین بخش رشته حفاری گفته می‌شود که عامل انتقال انرژی دریافتی از لوله‌های حفاری به سنگ می‌باشد و از این طریق موجب نفوذ در سازند می‌گردد. اگر مته درست انتخاب و مورد استفاده قرار بگيرد، مطمئناً در بهبود نرخ نفوذ و كاهش هزينه چاه مؤثر خواهد بود. باوجوداینکهقیمتمته، تنها2تا3درصدهزینهتکمیلیکچاهرادربر می‌گیرد، امابر75درصد هزینه‌هایکلیحفاری،که شامل 45درصد هزینهتکمیلیکچاهاست، تأثیرگذارمی‌باشد [2].نوع مته‌ای که برای عملیات حفاری انتخاب می‌شود در درجه اول به نوع سنگی بستگی دارد که باید حفاری گردد. علاوه بر شاخص ذکر شده عامل اقتصادی نیز باید مورد توجه قرار گیرد. به طور کلی شیل‌های نرم، سنگ‌های جوان رسوبی توسط سیستم‌های حفاری که مجهز به مته‌های تیغه‌ای باشند بازدهی مناسب‌تری دارند و هر چه تیغه‌های مته بلندتر باشد برای سازندهای نرم‌تر مناسب هستند. مته‌هایی که دندان‌گونه دارند مناسب‌ترین مته برای شیل‌های سخت، ماسه سنگ و آهک هستند و به دلیل سختی الماس نسبت به کانی‌ها و سنگ‌های معمولی از نظر اقتصادی از آن برای شرایط بسیار سخت استفاده می‌شود. 1-1-3- هرزروی سیال حفاریدرحفاريچاههاينفتو گاز،بههدررفتنسيالحفاريدرسازندهایتراوا هرزرويگفتهمی‌شود. هرزروي سيال[10]حفارييكيازمشهودترينمشكلاتحفاري مي‌باشدكههزینه‌یزياديرابه شركت‌هاينفتيتحميلمي‌كند. اينپديدهاززمانشروعحفاريشروعشده وتاهنگام جداره‌گذاریادامهمي‌يابد.ممكناستهرزروياز مقاديركمتابسيارشديداتفاقبيفتد.هرزروي محدود بهنواحيحفاريخاص نمي‌باشدبلكهدرهرعمقيكه فشار ستونگلحفاريازفشار شكست سازندبيشترباشد،لايه شكستهوهرزرويرخمی‌دهدهمچنين سيال حفاريدرسازندهای با نفوذپذيريبالاوياشكستگي‌هايطبيعيكهازقبلدرسازند وجود داشته،هدر می‌رود. براساس استانداردهاي گلحفاري،سازندبايدحداقلداراينفوذپذيري10تا25ميلي‌دارسيباشدتا هرزروي گلايجادگردد [3]. هرزروي سيال حفاري ممكن است به علل متفاوتي از جمله وجود سازندهای با تراوايي بالا، فيلتر شدن سيال حفاري، نفوذ سيال داخل ماتريكس سنگ و يا ايجاد و گسترش شكاف در داخل سنگ ايجاد شود كه مورد آخر از عمده‌ترين دلايل هرزروي كامل سيال حفاري به شمار مي‌رود و بيش از 90 درصد هزينه‌هاي صرف شده براي درمان هرزروي به اين مورد اختصاص دارد [4]. شرکت‌های نفتي سالانه ميليون‌ها دلار صرف برطرف كردن مشكل هرزروي و مشكلات ناشی از آن، از جمله از دست رفتن زمان دكل، گير لوله‌ها، فوران چاه، از دست رفتن حجم زيادي از سيال حفاري و آسيب به سازند می‌شود [5].پارامترهاي زيادي شدت هرزروي سيال حفاري را تحت تأثير قرار می‌دهند از جمله: فشار گل، فشار شكست سازند، خصوصيات سيال حفاري، ليتولوژي سازند، وجود درزه‌ها و غارها در سازند، پارامترهاي حفاري مثل فشار و دبي پمپ و پارامترهاي شناخته شده و شناخته نشده بسيار زياد ديگري كه پيش‌بيني مقدار هرزروي سيال هنگام حفاري چاه در يك سازند خاص را بسيار مشكل مي‌كنند. به علاوه، هزينه‌هاي هنگفتي كه بايد صرف درمان هرزروي گل (ساختن گل جديد و اضافه كردن مواد جلوگيري كننده از هرزروي) و مشكلات جانبي آن (گير احتمالي رشته حفاري و از دست رفتن زمان حفاري) شود همواره مهندسين حفاري را به تحقيق و پژوهش در اين راه و يافتن راهكاري براي مقابله با اين مشكل ترغيب كرده است. 1-1-4- گیر رشته حفاریگیرلوله[11]، تعلیقروندبرنامه‌ریزيشدهچاه است،زمانیکهنیروهايدرون‌چاهیمانع بیرون کشیدنرشتهحفاريیاابزارآلاتیکهبهمنظورانجامعملیاتمشخصدرمدتزمانمحدودو معینیدرون چاهراندهشده‌اند، گفته می‌شود. گیرلوله‌هايحفاريیکیازبزرگ‌ترینو پرهزینه‌ترینمشکلاتدرحفاريچاه‌هاينفتوگاز محسوبمی‌شود. بطوریکهچنانچهعملیات آزادسازيرشتهحفاريموفقیت‌آمیزنباشدباپسگردرشتهحفارياز محلگیرلوله‌ها،علاوهبراز دستدادنمقداريازرشتهحفاري،عملیاتکجکردنچاهوحفاريمجددآندر دستورکارقرار می‌گیردکهمی‌تواندهزینه‌هايسنگینیرادرسرجمعهزینه‌هايتکمیلچاهتحمیلنماید.تلاش براي حداقل‌سازي خطر گير لوله حفاري، امروزه يكي از اولويت‌ها و اهداف اصلي مي‌باشد. عوامل بسیارزیاديدرگیررشتهحفاريتأثیرگذارهستند.در حال حاضر مهندسين حفاري فقط از روش‌هاي قديمي و تجربي قادرند تا حدودي شرايط گير رشته حفاری را تشخيص داده و آن‌ها را رفع كنند، اما به کمک اين روش‌ها نمي‌توان به خوبي رفتار غيرخطي گير را پيش‌بيني نمود.گير رشته حفاري را معمولاً به دو دسته گيرهاي مكانيكي و گيرهاي اختلاف فشاري تقسيم مي‌كنند. در گير لوله‌ها به صورت ديفرانسيلي چرخش لوله و حركت آن به سمت بالا و پايين امکان‌پذیر نيست، اما هنوز گردش گل حفاري انجام می‌گیرد، اين امر با گير لوله‌ها به صورت مكانيكي در تناقض است [6].پس از گير افتادن رشته حفاري، لازم است كه به سرعت هر گونه تلاشي براي آزاد سازي آن صورت گيرد. از جمله روش‌هاي مرسوم و شناخته شده آزادسازي رشته‌هاي حفاري، روش افزايش كشش رو به بالا و افزايش وزن رو به پايين مي‌باشند كه تا حدودي وقت‌گير و هزينه‌بر هستند. ولي در بيشتر مواقع منجر به آزادسازي رشته حفاري از چاه مي‌شوند. مشكل گير رشته حفاري زماني اهميت بيشتري پيدا مي‌كند كه به دلايلي نتوان رشته حفاري را از چاه بيرون آورد. در اين صورت تنها راه، بريدن رشته حفاري در چاه و انجام عمليات مانده‌يابي و در بدترين حالت، مسدود کردن قسمت گير و حفاري چاه انحرافي براى انجام ادامه عمليات حفاري مي‌باشد. اين امر باعث تغيير برنامه حفارى، افزايش زمان و هزينه خواهد شد. در عمليات دريايي، گير لوله‌ها به تنهايي مي‌تواند هزينه توسعه يك چاه را به اندازه 30 درصد افزايش دهد. بنابراين بايد براي پيشگيري از اين مشكل و كاهش هزينه‌هاي حفاري به دنبال راه‌حلي اساسي بود [6].پارامترهای بسیاری بر یک عملیات حفاری تأثیر می‌گذارند، که در صورت آشنایی کافی و انتخاب درست آن‌ها، بهبود و کاهش زمان حفاری را باعث شد. از این میان می‌توان به پارامترهای نرخ نفوذ و مته حفاری، مقاومت فشاری تک محوره سنگ سازند، هرزروی سیال حفاری و گیر رشته حفاری اشاره کرد. در این پایان‌نامه سعی بر این است، به کمک روش هوش مصنوعی از جمله شبکه‌های عصبی مصنوعی و الگوریتم‌های بهینه‌سازی مشکلات بیان شده را رفع و عملیات حفاری را بهبود بخشید. از داده‌های ثبت روزانه دکل حفاری و عملیات نمودارگیری[12] برای ساخت شبکه مصنوعی استفاده شد. الگوریتم‌های بهینه‌سازی در دو بخش بهبود عملکرد شبکه عصبی و بهینه‌سازی پارامترهای موثر بر مسئله مورد نظر استفاده شدند.این پایان‌نامه شامل شش فصل می‌باشد. فصل اول مقدمه و بیان مسئله را شامل می‌باشد. در این فصل اهمیت و چرایی بررسی این موارد بیان شد. فصل دوم، مروری بر تحقیقات گذشته را شرح داده است. در این فصل ابتدا روش‌های حل معمول شرح داده شد و سپس چندین مورد از تحقیقاتی که در این رابطه ارائه شده بود را برای هر بخش بررسی کردیم، و پس از آن مدل ارائه شده خود را بیان و برتری آن نسبت به روش‌های معمول بیان کردیم. در پایان این فصل علت استفاده از روش‌های هوش مصنوعی و برتری این روش نسبت به روش‌های گذشته شرح داده شد. فصل سوم شامل توضیح و بررسی شبکه‌های عصبی و الگوریتم‌های بهینه‌سازی می‌باشد. در این فصل انواع شبکه‌های عصبی و الگوریتم‌های بهینه‌سازی استفاده شده برای مدل‌سازی شرح داده شد. در فصل چهارم نحوه آماده‌سازی داده‌ها برای مدل‌سازی و آنالیز بیان شد. در این فصل ابتدا آشنایی مختصری با میادین نفتی که اطلاعات از آنجا جمع آوری شده خواهیم داشت، سپس مراحل آماده‌سازی داده‌ها و پارامترهای مورد استفاده در هر بخش توضیح داده شد و در نهایت معیارهای بررسی عملکرد یک مدل هوش مصنوعی بیان شد. فصل پنجم شامل آنالیز و تحلیل اطلاعات می‌باشد. در این فصل روش کار و مدل‌های ارائه شده در هر بخش مورد بررسی قرار گرفته و نتایج هر بخش بیان شد. فصل ششم نیز شامل نتایج و پیشنهادها می‌باشد.