Autor |
Oliveira, Rita Fabiane Guasina de; |
Lattes do autor |
http://lattes.cnpq.br/3683928818447665; |
Orientador |
Chemale Junior, Farid; |
Lattes do orientador |
http://lattes.cnpq.br/3498788836155706; |
Co-orientador |
Rigo, Sandro José; |
Lattes do co-orientador |
http://lattes.cnpq.br/3914159735707328; |
Instituição |
Universidade do Vale do Rio dos Sinos; |
Sigla da instituição |
Unisinos; |
País da instituição |
Brasil; |
Instituto/Departamento |
Escola Politécnica; |
Idioma |
pt_BR; |
Título |
Caracterização de petrofácies e genese das rochas carbonáticas do reservatório Sapinhoá (Pré-sal, Bacia de Santos) e aplicação de aprendizagem de máquina por meio de microscopia óptica e imagens digitais a partir de atributos permo-porosos; |
Resumo |
A presente tese de doutorado tem como tema principal a caracterização de reservatórios carbonáticos do pré-sal e o desenvolvimento de uma abordagem inovadora para a predição de porosidade e permeabilidade destas rochas sem a necessidade de dados geofísicos, utilizando para isto a aprendizagem de máquina. O estudo foi dividido em três manuscristos, como segue: (I) Petrography and Genesis of Carbonate Rocks from the Barra Velha Formation (Santos Basin, Brazil) and Associated Biogenic Structures, (II) Prediction of Porosity and Permeability of Carbonate Rocks Using Thin Section Data and
Machine Learning Methods: A Systematic Review e (III) Prediction of Carbonate Rocks Poroperm Properties Using Convolutional Neural Networks. As técnicas envolveram revisão bibliográfica conceitual e aquelas utilizadas em aprendizagem de máquina, petrografia óptica de rochas carbonáticas e redes neurais convolucionais. Na primeira parte, foram descritas petrograficamente 565 lâminas delgadas de rochas do pré-sal, obtidas de três poços localizados na Bacia de Santos, as quais foram utilizadas para identificar as principais fácies carbonáticas, definir sua gênese e adquirir o dataset utilizado no treinamento da rede neural. Na segunda parte, realizou-se uma revisão bibliográfica sistemática das principais técnicas utilizadas em aprendizagem de máquina com aplicação daquele dataset obtido na fase anterior deste estudo. O objetivo central foi obter a predição da porosidade e a permeabilidade. Por fim, na terceira parte,
desenvolveu-se o treinamento e a predição da porosidade e da permeabilidade de rochas carbonáticas do pré-sal com uso do mesmo dataset da primeira parte. A petrografia óptica permitiu identificar as diferentes fácies carbonáticas que compõe as rochas do pré-sal, bem como as caracteristicas texturais, a mineralogia e o percentual de vazios do arcabouço da rocha, os quais constituem parte dos atributos permo-porosos que compuseram o dataset de treinamento. Ainda, pode-se tecer considerações sobre a gênese do pré-sal que contribuiu para avaliação da complexidade destes depósitos expressivos de óleo e gás. Por sua vez, a análise bibliográfica sistemática contribuiu para conhecer as técnicas mais usadas para o dataset gerado. Por fim, a fase de treinamento possibilitou que fosse desenvolvida uma arquitetura específica para o dataset gerado e para a finalidade de se predizer as porosidades e as permeabilidades de rochas do
pré-sal sem que fosse necessário o uso de dados geofísicos complementares. A integração dos dados gerados na fase de petrografia óptica auxiliou na aquisição e seleção do dataset usado no treinamento bem como na análise dos dados obtidos durante o processo preditivo, tratamento e seleção do dataset de imagens. Além disso, a investigação de evidências hidrotermais e biogênicas fornece insights valiosos sobre gênese das fácies carbonáticas e seus efeitos nas propriedades porosas do reservatório. Os resultados obtidos a partir da análise petrográfica de poços na Bacia de Santos corroboram com o entendimento sobre a importância dos processos de formação na determinação das propriedades porosas das rochas. O uso de uma arquitetura de rede neural convolucional permitiu a obtenção de valores de porosidade e permeabilidade
mesmo em um dataset heterogêneo e complexo, destacado a eficácia da arquitetura desenvolvida, indicando alta capacidade preditiva tanto para a porosidade (R2 = 0,86) quanto para a permeabilidade (R2 = 0,96), consolidandose como uma ferramenta fundamental para a caracterização de reservatórios em ambientes carbonáticos do pré-sal. Posteriormente, novos testes serão feitos, utilizando para isto um dataset maior, composto por um número maior de imagens e uma nova abordagem híbrida, onde pretende-se utilizar no treinamento imagens e rótulos obtidos na fase de petrografia óptica.; |
Abstract |
The central focus of this doctoral thesis comprises the characterization of pre-salt carbonate reservoirs and the development of an innovative approach to predict the porosity and permeability of these rocks. This prediction method utilizes machine learning techniques, eliminating the dependency on geophysical data. The study is structured into three distinct manuscripts: (I) Petrography and Genesis of Carbonate Rocks from the Barra Velha Formation (Santos Basin, Brazil) and Associated Biogenic Structures, (II) Prediction of Porosity and Permeability of Carbonate Rocks Using Thin Section Data and Machine Learning Methods: A Systematic Review, and (III) Prediction of Carbonate Rock Porosity and Permeability Properties Using Convolutional Neural Networks. The
techniques employed encompassed a conceptual literature review, as well as methodologies in machine learning, optical petrography of carbonate rocks, and convolutional neural networks. In the initial phase, 565 thin sections of pre-salt
rocks were described through optical petrography, obtained from three wells within the Santos Basin. These descriptions facilitated the identification of primary carbonate facies, elucidated their genesis, and provided the dataset essential for training the neural network. Subsequently, a systematic literature review of prominent machine learning techniques was conducted, integrating the datasets obtained in the previous phase. The primary aim was to leverage these datasets for predicting porosity and permeability. Lastly, in the third phase, the training and prediction of porosity and permeability of pre-salt carbonate rocks were executed utilizing the same dataset utilized in the initial phase. Optical petrography enabled the identification of distinct carbonate facies within the pre-salt rocks, alongside their textural characteristics, mineralogy, and void percentage within the rock matrix. These attributes collectively formed the foundational components of the
training dataset for poroperm prediction. Moreover, insights can be discussed regarding the genesis of pre-salt formations, contributing to the evaluation of the complexity inherent in these substantial oil and gas reserves. Concurrently, systematic bibliographic analysis aids in comprehending the most prevalent techniques employed for dataset generation. Ultimately, the training phase facilitated the development of an specific architecture for the dataset and the particular purpose of predicting porosities and permeabilities of pre-salt rocks, without the necessity for supplementary geophysical data. The integration of data
from the optical petrography phase not only facilitated the acquisition and selection of the training dataset but also played a pivotal role in analyzing the data obtained during the predictive process. This phase encompassed the treatment and selection of the image dataset. Moreover, exploration of hydrothermal and biogenic evidence yields valuable insights into the genesis of carbonate facies and their impact on reservoir porous properties. The results obtained from the petrographic analysis of wells in the Santos Basin corroborate with the understanding of the importance of formation processes in determining the porous properties of rocks. The utilization of a convolutional neural network architecture enabled the extraction of porosity and permeability values from a
heterogeneous and complex dataset, underscoring the efficacy of the developed architecture. It points out high predictive capacity for both porosity (R2 = 0.86) and permeability (R2 = 0.96), establishing itself as a fundamental tool for characterizing reservoirs in pre-salt carbonate environments. Subsequently, further experimentation will be conducted employing an expanded dataset comprising a larger number of images, alongside a novel hybrid approach, integrating images and labels obtained from the optical petrography phase for training purposes.; |
Palavras-chave |
Aprendizado de máquina; Porosidade e permeabilidade; Atributos permo-porosos; Imagens digitais; Machine learning; Porosity and permeability; Permeable-porous attributes; Digital images; |
Área(s) do conhecimento |
ACCNPQ::Ciências Exatas e da Terra::Geologia; |
Tipo |
Tese; |
Data de defesa |
2024-04-19; |
Agência de fomento |
CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior; |
Direitos de acesso |
openAccess; |
URI |
http://repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/13221; |
Programa |
Programa de Pós-Graduação em Geologia; |