Ứng dụng mạng nơron nhân tạo nhằm nâng cao độ chính xác trong việc phân bổ lại sản lượng các giếng trong mỏ samarang, malaysia

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN THỊ KIM DUNG ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO NHẰM NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC TRONG VIỆC PHÂN BỔ LẠI SẢN LƯỢNG CÁC GIẾNG TRONG MỎ SAMARANG, MALAYSIA CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG THÔNG TIN QUẢN LÝ MÃ SỐ CHUYÊN NGÀNH: 60.34.48 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN THỊ KIM DUNG ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO NHẰM NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC TRONG VIỆC PHÂN BỔ LẠI SẢN LƯỢNG CÁC GIẾNG TRONG MỎ SAMARANG, MALAYSIA CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG THÔNG TIN QUẢN LÝ MÃ SỐ CHUYÊN NGÀNH: 60.34.48 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2014 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học: Tiến sĩ PHẠM QUỐC TRUNG Cán chấm nhận xét 1: Tiến sĩ NGUYỄN CHÁNH THÀNH Cán chấm nhận xét : Tiến sĩ NGUYỄN TUẤN ĐĂNG Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 18 tháng năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS.TS ĐẶNG TRẦN KHÁNH, chủ tịch TS NGUYỄN THANH BÌNH, thư ký TS NGUYỄN CHÁNH THÀNH, phản biện TS NGUYỄN TUẤN ĐĂNG, phản biện TS PHẠM QUỐC TRUNG, uỷ viên Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHAN THỊ KIM DUNG MSHV: 11320954 Ngày, tháng, năm sinh: 12/12/1982 Nơi sinh: Tp Hồ Chí Minh Chuyên ngành: Hệ thống thông tin quản lý Mã số : 60.34.48 I TÊN ĐỀ TÀI: Ứng dụng mạng nơron nhân tạo nhằm nâng cao độ xác việc phân bổ lại sản lượng giếng mỏ Samarang, Malaysia II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1./ Nghiên cứu tìm hiểu chất áp dụng kỹ thuật mạng nơ-ron trí tuệ nhân tạo việc thử nghiệm xây dựng phương pháp phân bổ lại sản lượng khai thác cho cụm giếng SMDP-B, mỏ Samarang, thềm lục địa Malaysia 2./ Thu thập tài liệu vận hành báo cáo khai thác khu vực nghiên cứu giai đoạn từ tháng 9-2013 đến tháng 3-2014 3./ Thiết kế mạng nơ-ron để xây dựng mối quan hệ phi tuyến thông số chế độ khai thác lưu lượng khai thác 4./ Phân tích, đánh giá kết tính tốn mạng nơ-ron so với kết tính tốn thực tế áp dụng đưa nhận xét, kiến nghị III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/01/2014 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/06/2014 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Tiến sĩ PHẠM QUỐC TRUNG Tp HCM, ngày CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) tháng năm 2014 TRƯỞNG KHOA (Họ tên chữ ký) Trang i LỜI CẢM ƠN  Lời em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô công tác giảng dạy trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh tận tâm giảng dạy truyền đạt kiến thức cho em suốt q trình học để em có kiến thức tảng khả nghiên cứu Em xin bày tỏ lòng tri ân đến thầy TS PHẠM QUỐC TRUNG tận tình hướng dẫn, theo dõi, hỗ trợ động viên em suốt trình thực luận văn để em hồn thành nghiên cứu Sau cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình tồn thể bạn bè, đồng nghiệp động viên hỗ trợ em suốt thời gian học tập thực đề tài Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2014 PHAN THỊ KIM DUNG Trang ii TĨM TẮT Trong lĩnh vực dầu khí, để khảo sát hoạt động giếng khai thác cần phải biết lưu lượng vận hành giếng, thực tế chi phí lắp đặt đồng hồ đo lưu lượng đầu giếng đắt nên kỹ sư dầu khí phải thực phân bổ lại sản lượng dựa giá trị đồng hồ đo tổng sản lượng số liệu đo trình kiểm tra giếng Tuy nhiên, việc kiểm tra giếng khơng thực thường xun (trung bình tháng lần) mối quan hệ thông số hoạt động sản lượng khai thác phức tạp, khơng thể thể mơ hình đơn giản, điều gây khó khăn cho kỹ sư công tác khảo sát chi tiết hoạt động hàng ngày giếng Trong mạng nơ-ron nhân tạo chứng minh có khả giải vấn đề phức tạp tương tự cách xây dựng mối quan hệ phi tuyến Do đó, đề tài tiến hành khảo sát thông số hoạt động giếng để chọn biến ảnh hưởng đến sản lượng khai thác áp dụng lí thuyết mạng nơ-ron nhân tạo vào xây dựng mối quan hệ thông tin hoạt động giếng lưu lượng khai thác Từ đó, đề tài loại bỏ được giả định lưu lượng gần không thay đổi hai lần kiểm tra giếng liên tiếp tính tốn giá trị lưu lượng liên tục ngày dựa thông số liên tục thay đổi giếng theo mơ hình mạng nơ-ron Kết đề tài giúp cho công tác phân bổ lại sản lượng thực phương pháp mạng nơ-ron có độ sai lệch thấp so với phương pháp tính tốn Những thành công đạt bước đầu nghiên cứu giúp cho kỹ sư vận hành nắm bắt biểu khai thác giếng cách cụ thể chi tiết nhằm đưa giải pháp cải thiện lưu lượng khai thác cách kịp thời nhanh chóng Trang iii ABSTRACT In oil and gas industry, well production surveillance requires production rate information But due to the fact of meter installation cost for each of the well is not economic, operation engineer is required to perform production back allocation based on total field meter and measurements during well test However, the well test is not performed quite frequently (once a month) and also the complexity of operation parameters and production rates relationship is not able to be represented by a simple model, it causes difficulties to operation engineers in daily production surveillance Meanwhile, neural network has been proven to solve similar problems by constructing non-linear relationships Therefore, in this study, author performed well operational parameters’ surveillance and applied neural network theory to build relationships between operation parameters and production rates Consequently, the study eliminated the remain unchanged production rate between two consecutive well tests assumption and calculated these production rates by daily basic according to well operational behavior Hences, back allocation derived from neural network support resulted lower error in comparison to current method Early success of this study helped operation engineers understand well production performace in details and make decision to improve production in timely manner Trang iv LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết nghiên cứu đề tài “Ứng dụng mạng nơron nhân tạo nhằm nâng cao độ xác việc phân bổ lại sản lượng giếng mỏ Samarang, Malaysia” trình học tập nghiên cứu thân Các số liệu nghiên cứu khảo sát thu thập có nguồn gốc rõ ràng đáng tin cậy Dữ liệu xử lý cách khách quan trung thực Tp.Hồ Chí Minh, 23 tháng năm 2014 PHAN THỊ KIM DUNG Trang v MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii ABSTRACT iii LỜI CAM ĐOAN iv MỤC LỤC v DANH MỤC HÌNH ẢNH ix DANH MỤC CÁC BẢNG xi MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Mục tiêu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu công tác phân bổ lại sản lượng khai thác 1.2 Những khó khăn công tác phân bổ lại sản lượng khai thác 10 1.3 Các nghiên cứu liên quan 11 1.4 Vì dùng phương pháp mạng nơ-ron 13 1.5 Quy trình nghiên cứu 16 CHƯƠNG 2: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT 19 2.1 Các khái niệm lĩnh vực dầu khí 19 2.1.1 Mỏ dầu/khí 19 2.1.2 Giếng dầu / khí 20 Trang vi 2.1.3 Mạng lưới thu gom xử lý khai thác 21 2.1.4 Công tác kiểm tra giếng (Well Test) 23 2.2 Lý thuyết mạng nơ-ron nhân tạo 27 2.2.1 Giới thiệu 27 2.2.2 Các phương pháp huấn luyện mạng 28 2.2.3 Các kiểu mô hình mạng nơ-ron 29 2.2.4 Mạng nơ-ron lan truyền ngược 30 2.2.5 Phương pháp cập nhật trọng số 33 2.2.6 Tiêu chuẩn đánh giá 33 2.2.7 Các bước xây dựng mạng nơ-ron 34 CHƯƠNG 3: KHAI THÁC XÂY DỰNG MẠNG NƠ-RON ĐỂ DỰ BÁO SẢN LƯỢNG 35 3.1 Tổng quan mỏ Samarang 35 3.1.1 Vị trí địa lí lịch sử khu mỏ 35 3.1.2 Giới thiệu mạng lưới giếng nghiên cứu 37 3.1.3 Công tác phân bổ lại sản lượng khai thác 39 3.2 Kiến trúc mạng nơ-ron đề xuất 39 3.3 Chuẩn bị liệu 41 3.3.1 Giới thiệu tập liệu 41 3.3.2 Lựa chọn đầu vào liệu 43 3.3.3 Tiền xử lí liệu 47 3.3.4 Phân hoạch tập liệu 49 3.4 Xác định tham số huấn luyện mạng nơ-ron 49 Trang xii Số nút ẩn 17 17 17 18 18 18 18 19 19 19 19 Hàm truyền lớp ẩn Hàm truyền lớp đầu Logistic Tanh Tanh Logistic Logistic Tanh Tanh Logistic Logistic Tanh Tanh Tanh Tanh Logistic Logistic Tanh Tanh Logistic Logistic Tanh Tanh Logistic Online Back Propagation 0.050 0.056 0.032 0.046 0.053 0.064 0.031 0.050 0.044 0.059 0.032 Online Back Propagation – Random 0.054 0.056 0.052 0.059 0.066 0.054 X X 0.050 0.063 0.053 Batch Back Propagation 0.058 0.064 0.063 0.061 0.067 0.058 0.311 0.311 0.064 0.062 0.060 Giếng B068S Số nút ẩn 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 Hàm truyền lớp ẩn Hàm truyền lớp đầu Logistic Logistic Tanh Tanh Logistic Logistic Tanh Tanh Logistic Logistic Tanh Tanh Logistic Logistic Tanh Tanh Logistic Logistic Tanh Tanh Logistic Tanh Tanh Logistic Logistic Tanh Tanh Logistic Logistic Tanh Tanh Logistic Logistic Tanh Tanh Logistic Logistic Tanh Tanh Logistic Online Back Propagation 0.068 0.077 0.072 0.110 0.061 0.064 0.072 0.075 0.055 0.062 0.057 0.060 0.049 0.055 0.062 0.052 X 0.050 0.061 0.043 Online Back Propagation – Random 0.070 0.083 0.090 X 0.066 0.097 0.078 0.065 0.069 0.066 0.097 X X 0.077 0.073 0.058 0.062 0.065 0.066 X Batch Back Propagation 0.079 0.090 0.072 X X 0.069 0.091 0.054 0.050 0.069 0.061 0.317 0.317 0.061 0.067 0.068 0.066 0.069 0.066 0.313 Trang xiii Số nút ẩn 7 7 8 8 9 9 10 10 10 10 11 11 11 11 12 12 12 12 13 13 13 13 14 14 14 14 15 15 15 15 Hàm truyền lớp ẩn Hàm truyền lớp đầu Logistic Logistic Tanh Tanh Logistic Logistic Tanh Tanh Logistic Logistic Tanh Tanh Logistic Logistic Tanh Tanh Logistic Logistic Tanh Tanh Logistic Logistic Tanh Tanh Logistic Logistic Tanh Tanh Logistic Logistic Tanh Tanh Logistic Logistic Tanh Tanh Logistic Tanh Tanh Logistic Logistic Tanh Tanh Logistic Logistic Tanh Tanh Logistic Logistic Tanh Tanh Logistic Logistic Tanh Tanh Logistic Logistic Tanh Tanh Logistic Logistic Tanh Tanh Logistic Logistic Tanh Tanh Logistic Logistic Tanh Tanh Logistic Online Back Propagation X 0.055 0.056 0.043 X 0.050 0.061 0.043 0.057 0.056 0.061 0.041 X 0.041 0.060 0.041 0.051 0.050 0.054 0.038 X 0.059 0.068 0.037 0.049 0.047 0.053 0.034 0.051 0.055 0.069 0.034 0.056 0.047 0.055 0.034 Online Back Propagation – Random X 0.055 0.070 0.048 0.051 0.072 0.062 X X 0.055 0.066 0.044 0.056 0.059 0.061 0.050 X 0.060 0.051 0.052 0.063 0.062 0.049 0.058 X 0.047 0.053 0.047 0.061 0.068 0.049 X X 0.051 0.060 0.050 Batch Back Propagation 0.316 0.062 0.068 0.068 0.067 0.069 0.065 X 0.312 0.054 0.062 0.058 0.054 0.063 0.060 X 0.315 0.055 0.063 0.063 0.058 0.064 0.066 0.316 0.302 0.051 0.064 0.061 0.067 0.066 0.052 0.306 0.311 0.069 0.064 0.057 Trang xiv So sánh kết mong muốn giá trị nơ-ron tính tốn Giếng B042S Giếng B053S Trang xv Giếng B063L Giếng B063S Trang xvi Giếng B066L Giếng B068S o Node 1: Lưu lượng chất lỏng khai thác o Node 2: Lưu lượng dầu khai thác o Node 3: Lưu lượng khí khai thác Trang xvii So sánh lưu lượng khí, dầu nước số liệu dự báo nơron số liệu kiểm tra giếng Giếng B042S Giếng B053S Trang xviii Giếng B063L Giếng B063S Trang xix Giếng B066L Giếng B068S Trang xx So sánh trước sau phân bổ sản lượng khai thác kiểm tra giếng Giếng B042S Giếng B053S Giếng B063L Giếng B063S Trang xxi Giếng B066L Giếng B068S Trang xxii So sánh trước sau phân bổ sản lượng khai thác mạng nơ-ron Giếng B042S Giếng B053S Giếng B063L Giếng B063S Trang xxiii Giếng B066L Giếng B068S Trang xxiv So sánh phân bổ sản lượng khai thác kiểm tra giếng mạng nơ-ron Giếng B042S Giếng B053S Giếng B063L Giếng B063S Trang xxv Giếng B066L Giếng B068S Trang xxvi LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: PHAN THỊ KIM DUNG Ngày, tháng, năm sinh: 12/12/1982 Nơi sinh: TP Hồ Chí Minh Địa liên lạc: Số 75, Gia Phú, Phường 13, Quận 5, TP Hồ Chí Minh QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 2011 – nay: Cao học chuyên ngành Hệ thống thông tin quản lý, Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh 2010 – 2011: Bổ sung kiến thức ngành Hệ thống thông tin quản lý, Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh 2000 – 2004: Cử nhân Khoa học máy tính, Đại học Ngoại Ngữ - Tin Học TP Hồ Chí Minh Q TRÌNH CƠNG TÁC 2012 – nay: Kỹ sư Quản Lý Hệ Thống Thông Tin – Schlumberger Information Solution, Schlumberger Malaysia Services 2011 – 2012: Kỹ sư Quản Lý Hệ Thống Thông Tin – Schlumberger Information Solution, Schlumberger Vietnam Services 2008 – 2011: Trưởng nhóm Quản Lý Ứng Dụng Web – Elinks Telecom Inc., Việt Nam 2007 – 2008: Kỹ sư Quản Lý Hệ Thống Thông Tin – Schlumberger Information Solution, Schlumberger Vietnam Services 2004 – 2007: Kỹ sư Công Nghệ Thông Tin – Trung tâm quản lý công nghệ thông tin tập đoàn VSL, Việt Nam ... ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN THỊ KIM DUNG ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO NHẰM NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC TRONG VIỆC PHÂN BỔ LẠI SẢN LƯỢNG CÁC GIẾNG TRONG MỎ SAMARANG, MALAYSIA CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG THÔNG... ĐỀ TÀI: Ứng dụng mạng nơron nhân tạo nhằm nâng cao độ xác việc phân bổ lại sản lượng giếng mỏ Samarang, Malaysia II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1./ Nghiên cứu tìm hiểu chất áp dụng kỹ thuật mạng nơ-ron... đoan kết nghiên cứu đề tài ? ?Ứng dụng mạng nơron nhân tạo nhằm nâng cao độ xác việc phân bổ lại sản lượng giếng mỏ Samarang, Malaysia? ?? trình học tập nghiên cứu thân Các số liệu nghiên cứu khảo