Автоматизированная интерпретация данных геофизических исследований
..pdfФедеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Пермский государственный технический университет»
В.Н. Косков
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДАННЫХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ СКВАЖИН ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
Издательство Пермского государственного технического университета
2008
УДК 550.832 ББК 26.21
К71
Рецензенты:
д-р техн. наук, профессор В.А. Гершанок (ГОУ ДПО «Институт повышения квалификации - РМЦПК»);
канд. техн. наук, профессор Э.В. Любимов (Пермский государственный технический университет)
Косков, В.Н.
К71 Автоматизированная интерпретация данных геофизических иссле дований скважин при моделировании геологических объектов: учеб, пособие / В.Н. Косков. - Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008. - 204 с.
ISBN 978-5-88151-959-9
Рассмотрены ключевые аспекты проблемы использования системных представлений при моделировании нефтяных и газовых месторождений. Приведены сведения об использовании персональных компьютеров и программных технологий при обработке данных ГИС. Даны ме тодические рекомендации с учетом использования информационно-коммуникационных тех нологий в процессе изучения дисциплины^
Предназначено для студентов, изучающих дисциплину «Интерпретация данных ГИС». Может быть полезно студентам различных геологических специальностей, изучающим дис циплины: «Геофизика», «Промысловая геофизика», «Геофизические методы стратиграфиче ской корреляции», «Геофизические методы по контролю за разработкой».
УДК 550.832 ББК 26.21
Издано в рамках приоритетного национального проекта «Образование» по программе Пермского государственного технического университета «Создание инновационной системы формирования профессиональных компетенций кадров и центра инновационного развития региона на базе многопрофильного техниче ского университета»
ISBN 978-5-88151-959-9 © ГОУ ВПО «Пермский государственный технический университет», 2008
СПИСОК АББРЕВИАТУР
И ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
АК - акустический каротаж БК - боковой каротаж
БКЗ - боковое каротажное зондирование ВНК - водонефтяной контакт ГГК - гамма-гамма-каротаж ГЖК - газожидкостной контакт
ГИС - геофизические исследования скважин ГК - гамма-каротаж ГСР - геолого-статистический разрез
ГТК - геолого-технический комплекс ДС - диаметр скважины
ИННК - импульсный нейтрон-нейтронный каротаж ИК - индукционный каротаж КВ - кавернограмма
КИН - коэффициент извлечения нефти КС - кажущееся сопротивление МБК - микробоковой каротаж МГЗ - микроградиент-зонд М3 - микрозондирование МПЗ - микропотенциал-зонд МК - микрокаротаж
М2 (M2.0A0.5B) - стандартный 2-метровый градиент-зонд М4 (M4.0A0.5B) - 4-метровый градиент-зонд
НГК - нейтронный гамма-каротаж ННК-т - нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым нейтронам ПК - персональный компьютер
ПС - потенциал собственной поляризации скважин ПЭВМ - персональная электронно-вычислительная машина РК - радиоактивный каротаж УВ - углеводороды, углеводородный (-ая, -ое)
ФЕС - фильтрационно-емкостные свойства ЭВМ - электронно-вычислительная машина ЯМК - ядерно-магнитный каротаж
1У- интенсивность естественной радиоактивности по ГК 1пу~ интенсивность радиоактивности по НГК А1У- двойной разностный параметр по ГК А1пу- двойной разностный параметр по НГК Ки~ коэффициент пористости Ки- коэффициент нефтенасыщенности
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящее учебное пособие состоит из введения, четырех час тей, включающих в себя 16 глав. Первые две части посвящены мето дологическим и общетеоретическим вопросам интерпретации про мыслово-геофизических материалов и обобщенной характеристике логико-математического аппарата, используемого при интерпрета ции данных ГИС с помощью ЭВМ. В первой части (главы 1-4) изло жены концептуальные основы совершенствования интерпретации данных ГИС при системно-структурном моделировании залежей нефти и газа. Вторая часть (главы 5-9) посвящена существующим проблемам, возникающим при автоматизированной обработке ма териалов ГИС, и путям их преодоления. Третья и четвертая части посвящены ключевым вопросам математического моделирования геологических объектов на ЭВМ и конкретным геологическим зада чам, решаемым с помощью предлагаемой автором комплексной сис темы интерпретации данных ГИС. Третья часть (главы 10-13) пред ставляет собой всестороннее описание постановки, теоретических основ, алгоритмических и программных средств решения задачи ли- толого-стратиграфической интерпретации. Четвертая часть (главы 1 4 -16 )- это описание системы KVNGIS как средства выполнения комплексной интерпретации материалов промыслово-геологических исследований скважин в интерактивном и автоматическом режимах с помощью ПЭВМ.
Учебное пособие подготовлено в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта и предназначено для студентов геологических специальностей вузов. Для успешного ос воения учебного материала дисциплины студенты должны обладать знаниями, умением и практическими навыками по дисциплинам «Ли тология», «Физика», «Математика», «Нефтегазопромысловая геоло гия». Настоящее учебное пособие может быть полезно при освоении дисциплин, изучаемых позднее: «Подсчет запасов и оценка ресурсов нефти и газа» и «Разработка нефтяных и газовых месторождений».
ВВЕДЕНИЕ
Нефтяная и газовая промышленность и собственно добыча нефти и газа - если не единственный, то один из немногих видов человеческой деятельности, описываемой известной философской
триадой - «производитель |
(человек трудящийся) - орудие труда |
и средства производства - |
предмет труда», в процессе которой про |
изводитель не видит предмет своего труда, т.е. нефтяную или газо вую залежь. Отличительная особенность нефтяной или газовой зале жи - ее недоступность для изучения путем непосредственных наблю дений и измерений. Информация о залежи является косвенной и к тому же дискретной (разрывной, несплошной), характеризующей далеко не все «точки» (элементарные объемы) продуктивного пласта, а преимущественно те, где пробурены скважины и эти скважины каким-то образом исследованы, т.е. в них проведены измерения ка ких-то физических величин.
Процесс добычи нефти и газа представляет собой взаимодейст вие двух больших систем: 1) управляющей («производитель» и «ору дия труда, средства производства»); 2) управляемой («предмет тру д а » - залежь). Известно, что управляемая система имеет гораздо больше степеней свободы (т.е. характеристик своего положения и по ведения в пространстве и во времени), чем управляющая, возможно сти воздействия которой на управляемую систему (как в целом, так и на ее отдельные компоненты) весьма ограничены по разным при чинам. Коэффициент полезного действия управляющей системы объективно не высок; его повышение может быть достигнуто только за счет систематического и углубленного изучения предмета труда по мере поступления все новой информации об управляемой систе м е - залежи нефти или газа, т.е. при осуществлении мониторинга. Доскональное знание предмета труда в любом производственном процессе необходимо для рациональной организации (планирования
и проектирования) этого процесса и, по возможности, для безоши бочной прогнозной оценки результатов труда (производственного процесса). В условиях рыночной экономики эта необходимость трансформируется в довольно жесткие прагматические требования: какой объем прибыли будет получен в конкретный период функцио нирования производства, какую часть прибыли направить на разви тие производства (совершенствование орудий труда и средств про изводства и изучение предмета труда) и какую - на восстановление и поддержание трудоспособности производителя (все вопросы со циального характера).
Противоречие между необходимостью знания предмета труда и невозможностью его непосредственного изучения преодолевается единственно возможным способом - построением модели предмета труда (в данном случае - модели нефтяной или газовой залежи). Другими словами, вопросы рациональной организации и прогно зирования результатов труда в нефтяной и газовой промышленно сти решаются не непосредственно для реальной нефтяной и газо вой залежи, а для ее модели. Запасы и величины планируемых объемов добычи нефти и газа определяются на основе моделей залежи нефти или газа, реальные же нефть и газ добываются из реаль ных залежей, причем нередко далеко не в тех количествах, в кото рых планируются.
Налицо извечная, и вряд ли когда-нибудь до конца устрани мая, сложная ситуация нефтяной и газовой отрасли, когда на основе скудных сведений о залежи приходится принимать ответственные решения по вопросам проектирования, анализа и регулирования разработки нефтяных и газовых залежей, несущие в себе высокую степень риска, что в условиях рыночной экономики может привести к крайне нежелательным социально-экономическим последствиям.
Получение информации о геологическом строении недр и их нефтегазоносности осуществляется по результатам скважинных ис следований. Наиболее полные сведения о пересеченных скважинами отложениях получают при интерпретации данных геофизических
исследований скважин (ГИС), которые вместе с материалами лито
логического и палеонтологического изучения образцов горных пород
искважинных термометрических, потокометрических и других исследований могут явиться основой для создания моделей нефтяных
игазовых залежей, получения литолого-стратиграфических описаний разрезов скважин и характеристики каждого из вскрытых скважиной
пластов, построения схем корреляции и т.п. (В.Н. Дахнов [17];
В.А. Долицкий [22]). Поэтому материалы ГИС являются основным источником информации о геологическом строении нефтяных и га зовых месторождений.
Большие возможности использования результатов обработки скважинных наблюдений при поиске и разведке нефтяных и газовых месторождений, при подсчете запасов углеводородного сырья, про ектировании и контроле процессов разработки месторождений дока заны многолетней практикой. Детальный анализ этих возможностей дан в трудах многих отечественных ученых (Б.Ю. Венделынтейн [10,21]; С.С. Итенберг [29]; С.Г. Комаров [30] и др.).
В связи с увеличением объема промыслово-геофизической информации и необходимостью оперативной ее обработки в свое время (в конце прошлого века) широко использовались большие ЭВМ, а в настоящее время - персональные компьютеры. Машинная обработка данных ГИС позволяет решать большое количество геологи ческих задач: расчленение и корреляция разрезов скважин, моделирова ние залежей углеводородного сырья, построение всевозможных про гнозных карт, определение численных значений геопараметров, так не обходимых для решения задач подсчета запасов, проектирования, анализа и регулирования разработки нефтяных и газовых месторожде ний (А.М. Волков [12]; Ш.А. Губерман [15]; Т.Ф. Дьяконова [24]).
Значительный вклад в развитие методов машинной интерпре тации данных ГИС внесли В.А. Бадьянов [4], Ш.А. Губерман [15], Г.Н. Зверев [27], В.Г. Ингерман [28], А.Е. Кулинкович [37], Н.Н. Сохранов [53, 54], М.М. Элланский [61]. Теоретические основы решения важнейших вопросов интерпретации ГИС на ЭВМ разработаны
Э.М. Браверманом, В.Н. Вапником, Ю.А. Ворониным, Ю.И. Журав левым, А.И. Холиным, Я.И. Хургиным и др. [8, 9, 14, 26]. К настояще му времени почти общепризнанным стало утверждение, что перспек тивы кардинального повышения качества машинной интерпретации данных ГИС следует связывать с обращением к так называемому системному (или системно-структурному) подходу.
Вопрос о системном изучении природных объектов в начале 30-х годов прошлого века впервые был поставлен известным биоло гом Л. Берталанфи [5], который сформулировал основные положения теории системных исследований. Дальнейшее развитие системных
исследований |
связано с работами А.К. Анохина, К. Боулдинга, |
А.А. Ляпунова, |
А.А. Малиновского, Д. Нидхема, Н.Ф. Овчинникова, |
А. Рапопорта, В.Н. Садовского, Ю.А. Урманцева, У.Р. Эшби и др. [42, 44, 48, 50, 56]. Вопросы применения системного подхода в геоло гии рассмотрены в трудах В.И. Вернадского, Ю.А. Воронина, Л.Ф. Дементьева, А.Н. Дмитриевского, А.Б. Каждана, Ю.Н. Карагодина, Л.Д. Кноринга, Ю.А. Косыгина, В.А. Соловьева, А.И. Холина, Л.И. Чет верикова, И.П. Шарапова, Ю.В. Шурубора, М.М. Элланского и ряда других исследователей [6, 19, 36, 39, 48, 51, 52].
Очевидная значимость моделирования нефтяных и газовых залежей обусловлена следующими обстоятельствами:
-недоступностью залежи УВ для непосредственных измерений
еегорно-геологических параметров;
-возможностью создания хотя бы приблизительных пред ставлений о залежи только на основе косвенных (опосредованных) измерений;
-дискретностью прямых и даже косвенных измерений, т.е. воз можностью их получения далеко не во всех без исключения точках пласта, а только в пересечениях его (пласта) скважинами;
-изменчивостью оценок начальных параметров залежей, свя занной с получением новой информации в процессе их разбуривания и эксплуатации, и порождаемой этим необходимостью непрерывной корректировки моделей;
- высокой трудоемкостью и длительностью «ручного» построе ния моделей залежей и неизбежной при этом значительной долей субъективизма интерпретатора, строящего эти модели, зависимостью получаемых результатов от его опыта, интуиции, уверенности и дру гих личностных данных.
Изложенное свидетельствует о том, что модели нефтяных и газовых залежей никогда не могут быть полностью адекватными моделируемым объектам. Поэтому проблема совершенствования методов построения моделей залежей всегда актуальна и остра.
Новизна настоящего издания определяется тем, что в нем изла гаются основные сведения об автоматизированной интерпретация дан ных Г'ИС, которая осуществляется с применением математических методов и современной вычислительной техники и базируется на сис темно-структурном представлении изучаемых геологических объектов. Широкое применение ПЭВМ позволяет повысить оперативность полу чения результатов обработки материалов скважинных наблюдений в виде достаточно полных модельных описаний изучаемых геологиче ских объектов, литолого-стратиграфических колонок, геолого-геофизи ческих разрезов скважин по выбранным профилям, корреляционных схем и других документов геологической службы.