Автоматизированная интерпретация данных геофизических исследований

- собственно геологическая интерпретация ГИС и оценка ее результатов.

Успешность решения той или иной геологической задачи, ко­ торое может быть получено с помощью ЭВМ, зависит от многих обстоятельств: характера и качества исходных данных, используе­ мых критериев качества учета априорных знаний и др. Поскольку процедуры принятия решений по всем этим вопросам из-за высокой неопределенности ситуаций не поддаются полной формализации, то их реализация предполагает обращение к интерактивным (чело­ веко-машинным) режимам обработки информации, обеспечиваю­ щим эффективное использование знаний, опыта, интуиции и здра­ вого смысла специалиста.

Рассмотренный круг задач относится к той области науки, кото­ рая называется анализом данных. Раньше эта область называлась обработкой результатов наблюдений. Анализ данных предполагает уяснение предпосылок, заложенных в основу рассматриваемой геоло­ гической модели. Эти данные рассматривают как однозначно опреде­ ленные числовые параметры и показатели. Важнейшее требование к анализу - максимальное использование внешней информации. Его главная особенность - периодический возврат к одним и тем же дан­ ным. Отсюда - шаговый принцип анализа данных, дающий возмож­ ность остановок и управления дальнейшей обработкой.

Применение ЭВМ при решении геологических задач по про­ мыслово-геофизическим данным, как было отмечено выше, обуслов­ лено рядом причин. ГИС являются основным средством изучения

идокументирования геологического разреза, вскрываемого скважи­ нами. Интерпретация материалов ГИС на ЭВМ повышает оператив­ ность и надежность обработки результатов геофизического изучения разрезов скважин, позволяет использовать весьма сложные методики

иалгоритмы обработки ГИС, достигать высокой полноты учета всей имеющейся геофизической и геологической информации. Немало­ важное преимущество машинной интерпретации данных ГИС перед ручной заключается в ее сравнительной дешевизне.

Наибольшее значение автоматизированная обработка данных ГИС приобретает для подсчета запасов нефти и газа и для оператив­ ной выдачи результатов интерпретации при 'разработке нефтяных месторождений и, в частности, определении остаточных нефтенасы­ щенных толщин продуктивных пластов, вырабатываемых в процессе разработки месторождения.

Особенности интерпретации ГИ С на ЭВМ. ГИС являются основным средством изучения и документирования геологического разреза, вскрываемого скважинами. Результаты измерений, получае­ мые непосредственно в процессе скважинных исследований, под­ вержены влиянию многих факторов (литологический состав пластов горных пород и их мощность, технология проводки скважины - каче­ ство промывочной жидкости, конструкция скважины, параметры бурового инструмента и т.п.). По этой причине ГИС можно разде­ лить на геофизические измерения в скважинах и интерпретацию р е ­ зультатов этих измерений.

Измеряемые параметры физических полей связаны с характе­ ристиками зондов, физическими и геометрическими параметрами исследуемых пород и пересекающей их скважины. Непосредственная цель ГИС состоит в том, чтобы по измеренным параметрам полей, преобразованным в геофизические параметры, определить геологи­ ческую и петрофизическую характеристики пересеченных скважи­ ной пород и установить наличие в них продуктивных пластов.

Интерпретация данных ГИС подразделяется на геофизическую и геологическую.

Геофизическая интерпретация сводится к определению физи­ ческих свойств пластов по величинам, измеренным при каротаже. Например, определение удельного сопротивления неискаженной части пласта и зоны проникновения по кажущимся сопротивлениям, полученным зондами БКЗ, ИК и БК; установление водородсодерЖания пластов по данным НГК и др.

Ггологическая интерпретация состоит в определении геологи­ ческих свойств пересеченных скважиной пород по совокупности

данных, полученных при геофизической интерпретации с использо­ ванием априорной геологической и петрофизической информации. Пример - выделение нефтеносных пластов, оценка их пористости, проницаемости, нефтенасыщенносги и др.

Подготовка диаграмм ГИС к обработке на ЭВМ и их пред­

ставление в цифровой форме. В настоящее время результаты гео­ физических исследований разрезов скважин представляются в виде цифровых массивов, содержащих информацию о показаниях того или иного метода ГИС. Наиболее востребованными являются опи­ сания каротажных кривых в виде текстовых файлов в формате LAS, называемые las-файлами.

Следует отметить, что диаграммы ГИС старого фонда скважин (в аналоговом виде) в случае участия их в автоматизированной обра­ ботке нуждаются в цифровой регистрации. Перевод диаграмм из аналогового вида в цифровой заключается в записи последователь­ ности чисел Ai (значений геофизического параметра на различной глубине Zi) через определенный шаг квантования А по глубине (ин­ тервал глубин между двумя соседними точками Ai). Принятые шаги квантования 0,1-0,2-0,4-1,0 м. При равномерной системе квантования диаграмма ГИС имеет вид последовательности чисел А1, А2, АЗ, Ai, ..., Ап, для которых запоминается только глубина начальной точ­ ки оцифровки Zl=Z,,a4. Для всех остальных точек значения глубин не записываются, а рассчитываются по формуле Zi'=Zl+iA, где i - но­ мер точки. Перевод аналоговых кривых в цифровую форму осуществ­ ляется с помощью преобразователей диаграмм [24, 31, 54].

Результаты автоматизированной интерпретации данных ГИС выдаются в виде графиков, рисунков, таблиц, текстов и т.п. построе­ ний. Ранее для этих целей использовались алфавитно-цифропеча- тающие устройства (АЦПУ) и графопостроители, обслуживающие в качестве сервисных устройств большие ЭВМ серии ЕС. В настоя­ щее время их с успехом заменили принтеры, плоттеры и другие вспо­ могательные приспособления, разработанные для персональных ком­ пьютеров (ПК).

Общие сведения об Э ВМ и этапах их развития. Основой циф­ ровой вычислительной системы обычно являются электронные уст­ ройства, которые принято называть электронно-вычислительными машинами. Первоначально ЭВМ использовались в основном для вы­ полнения вычислений. В последние 20-30 лет они широко применя­ ются для автоматизации сбора, передачи, хранения, поиска и обработ­ ки информации широкого профиля, в том числе и в области скважин­

ных исследований.

В ЭВМ информация представляется на основе двоичной сис­ темы счисления. Основоположником этой системы, оперирующей

с числами двоичной системы 0 и 1, является Джон Буль, разработав­ ший в 1854 году основы логической (булевой) алгебры. Единицей информации служит бит, т.е. элемент, который может принимать только два значения - 0 или 1. Комбинация из фиксированного числа битов образует байт. Один байт содержит 8 бит, соответственно бо­

байт называется мегабайтом (Мбайт).

ЭВМ обеспечивают выполнение разнообразных операций, как арифметических (сложение, вычитание, умножение, деление, извле­ чение корня, возведение в степень и др.), так и логических (сравне­ ние двух чисел, определение истинности или ложности определенных условий и т.п.) согласно алгоритму - набору предписаний, однозначно определяющих содержание и последовательность выполнения опера­ ций, обеспечивающих решение тех или иных задач. Для реализации алгоритма с помощью ЭВМ составляется его особая форма, назы­ ваемая программой, т.е. в основе всех ЭВМ заложен программный принцип управления вычислительным процессом. Это означает, что ЭВМ автоматически выполнит все вычисления, необходимые для решения задачи, если ей заранее будет предписано, какие операции она должна совершить, над какими величинами и в какой последова­ тельности.

По принципу действия выделяют ЭВМ двух основных типов: аналоговые и цифровые. Аналоговые ЭВМ (машины непрерывного

действия, или моделирующие установки) работают с данными, пред­ ставленными в виде непрерывно изменяющихся геофизических по­ казаний, и применяются для решения задач, связанных с описанием какой-либо физической характеристики разреза скважин. Обработка данных ГИС при помощи аналоговых ЭВМ не проводилась, так как реализация каждого алгоритма обработки требует отдельной аналоговой вычислительной машины. Причем изменение алгорит­ ма влечет изменение аналогового вычислительного устройства. Поэтому для обработки геофизической информации предпочтение отдавалось цифровым ЭВМ (машины дискретного, прерывистого дей­ ствия).

В 1880 году американский предприниматель Герман Холлерит изобрел специальное устройство для обработки перфокарт с данны­ ми переписи населения США в 1890 году. Тогда же он стал основа­ телем всемирно известной впоследствии фирмы вычислительных машин IBM (International bisnes machines).

Первая треть XX века ознаменовалась последовательным разви­ тием и внедрением многих вычислительных устройств. В 1944 году в фирме IBM была построена электрическая вычислительная маши­ на, в 1946 году разработана электронная вычислительная машина ENIAC на электронных лампах. С 1951 года идет отсчет развития ЭВМ по поколениям. Это связано с разработкой технологии массо­ вого производства электронной машины UNIVAC1, которая стала родоначальником ЭВМ первого поколения.

В 80-е годы в отечественной нефтедобывающей отрасли па­ раллельно с традиционной «ручной» интерпретацией данных ГИС использовались ЭВМ единой системы третьего поколения (ЭВМ ЕС) и системы малых ЭВМ (СМ ЭВМ).

По поколениям ЭВМ классифицируются в основном по техно­ логическим признакам (электронные лампы, транзисторы, интеграль­ ные схемы), т.е. по элементным базам.

ЭВМ 1-го поколения построены на лампах «Юнивак-1» (UNIVAC), ИБМ 650 в США, а также БЭСМ (1951), «Урал» (1954),

«Минск I», «Стрела», «Раздан-2» и т.д. в СССР. 1950-1960 годы - время 1-го поколения ЭВМ. Эти ЭВМ имели большие габариты, потребляли много энергии, имели малый объем памяти и характе­ ризовались малым быстродействием. Обслуживание их было очень трудоемким. Предназначались в основном для вычислительных задач. В нефтепромысловой отрасли могли быть использованы лишь для вы­ полнения отдельных звеньев обработки, связанной с подсчетом за­ пасов нефти и газа: установление статистической зависимости между подсчетными параметрами (пористость, нефтенасыщенность и т.п.) и геофизическими характеристиками пластов (показаниями ПС, БКЗ, ГК, НГК и т.д.), палеточная интерпретация, например, опреде­ ление удельного сопротивления пересеченных скважиной пластов по палеткам БКЗ, выделение в разрезе нефтегазоносных пластов, построение карт изолиний, определение объема залежей и др., т.е.

интерпретация данных Г'ИС решалась как задача распознавания об­ разов. Были разработаны такие программы обработки ГИС на ЭВМ, как «Кора-3», методы квантованных сфер, методы потенциальных и дискриминантных функций и т.п.

не требуют энергии для нагрева источника электронов, имеют практи­ чески неограниченное время жизни, большую надежность в работе и для их производства требуется существенно меньше затрат. Это обес­ печило резкое уменьшение размеров, стоимости, потребляемой мощ­ ности и привело к увеличению быстродействия и объема памяти. Наиболее распространенными ЭВМ 2-го поколения были ИБМ 1401, СГРЭЧ в США и ЭВМ типа БЭСМ (БЭСМ-3, БЭСМ-4), типа М-20 (М-202 и М-222), «Минск-22», «Минск-32» в СССР. 1960-1965 годы - время 2-го поколения ЭВМ, с внедрением которых стало возможным создание замкнутых систем автоматической обработки промыслово­ геофизических данных. Эти системы реализуют весь цикл обработки данных, начиная с контроля исходных материалов и кончая выдачей на печать результатов обработки. В СССР были разработаны слс-

дующие системы: С-1, С-2, С-5, «Каротаж», Ц-1, Ц-2, Ц-3, ПГ-1, ПГ-2 (ПГ'-2Д), ГИК-2М, «Самотлор-Ц2», АСПИД, «Эффект» и др.

Существенным недостатком ЭВМ первых двух поколений бы­ ло то, что они являлись однопрограммными - одновременно реша­ лась только одна задача (выполнялась только одна программа). Когда производился ввод или вывод информации, основная часть ЭВМ - арифметическое устройство - простаивала, в результате чего зада­ чи, связанные с большим объемом вводимой и выводимой инфор­ мации, зачастую решались малоэффективно. Вмешаться в процесс обработки данных ГИС при работе таких систем человеку практи­ чески невозможно - это привело бы к чрезвычайно обременитель­ ным простоям ЭВМ.

3-е поколение ЭВМ разработано на базе микроэлектроники с применением интегральных схем (ИС) и автоматическим управле­ нием периферийными устройствами. Это привело к дальнейшему уменьшению их размеров, снижению стоимости, увеличению быст­ родействия. Машины 3-го поколения являются многопрограммны­ ми - одновременно может решаться несколько задач, в то время как одна задача производит счет, другие задачи (или другие части дан­ ной задачи) могут осуществлять ввод или вывод информации. Поми­ мо медленно работающих накопителей информации на магнитных лентах, в машинах 3-го поколения широко используются быстродей­ ствующие накопители на магнитных дисках.

Развитие ЭВМ 3-го поколения началось с появления в фирме ШМ (США) новой ветви машин IBM-360. В свое время в странах СЭВ (в том числе и в СССР) - это ЭВМ единой системы (ЕС ЭВМ), выпол­ ненные на уровне мировых стандартов (БЭСМ-6, ЕС-1040 и т.д.). Большое значение на этом этапе имело появление малых или миниЭВМ, что позволило резко расширить применение ЭВМ в про­ мышленности. 1965-1980 годы - время 3-го поколения. Системы, разработанные разными организациями и ведомствами и реализо­ ванные на ЭВМ 3-го поколения, стали называться одинаково - АСОИГИС (автоматизированная система обработки и интерпретации

геофизических исследований скважин). Режим работы системы - па­ кетный или интерактивный. Достоинство систем АСОИГИСвоз­ можность взаимного обмена геофизическими программами [1].

4-е поколение ЭВМ создано на основе интегральных микро­ схем с большой степенью интеграции (БИС). К 4-му поколению прежде всего следует отнести класс микроЭВМ, которые еще больше расширили области применения вычислительной техники. Начали они свое развитие с появления персональных компьютеров IBM PC в 1981 году.

В настоящее время программное обеспечение осуществляется микроЭВМ в конфигурации персональных компьютеров (5-е поколе­ ние ЭВМ), когда стандартным становится непосредственное общение пользователя с ПЭВМ в режиме диалога с использованием развитой машинной графики. К этому поколению относятся также суперЭВМ с высоким быстродействием, параллельной организацией вычисли­ тельного процесса.

Системы интерпретации данных ГИС и история их раз­

вития. Начиная с 60-х годов прошлого века разрабатывался целый ряд систем (программ) по автоматизированной обработке каротаж­ ных материалов на ЭВМ 2-го поколения. Наиболее известные среди них следующие:

Система «Каротаж» (ВНИИГеофизика) была первым опытом формализации методов ручной интерпретации данных ГИС и рассчи­ тана на применении ЭВМ БЭСМ-4, «Минск-22», М-222. Она обеспе­ чивала оперативную и сводную интерпретацию материалов ГИС на основе попластовой обработки. Подсистема оперативной интерпрета­ ции осуществляет расчленение разреза скважины на пласты, опреде­ ление их удельного сопротивления, выделение пластов-коллекторов и оценку их пористости, глинистости и нефтегазонасыщенности. Под­ система сводной интерпретации определяет положение ВНК, эффек­ тивные толщины, средневзвешенные значения пористости и нефтега­ зонасыщенности для заданных объектов подсчета запасов.

Система Ц-2 (Цикл-2) создана в ЦГ'Э МНП на базе системы «Каротаж», но с более гибким управлением. Рассчитана на проведе­

ние попластовой обработки ГИС на ЭВМ М-222, БЭСМ-4.

Система ГИК-2М (геофизический интерпретатор-компилятор) создана во ВНИИнефтепромгеофизики (г. Уфа) независимо от всех других систем. Использовалась поточечная обработка данных ГИС без выделения однородных интервалов (пластов) на ЭВМ БЭСМ-4

и Минск-32 и рассчитана на комплекс программ попластовой интер­ претации в терригенных разрезах нефтяных месторождений Азер­ байджана. В системе могли использоваться и программы поточечной интерпретации. Ряд программ, например, литологического расчлене­ ния, оценки удельного электрического сопротивления по данным

БКЗ, заимствованы из системы «Каротаж».

Система СТР (сложный терригенный разрез) разработана в Южморгео для ЭВМ типа «Минск». Управляющая часть системы заимствована из ГИК-2М и модифицирована с учетом возможностей ЭВМ «Минск-22 (32)»; имеет гибкое управление.

Система «Самотлор-Ц2» разработана ПО «Тюменьнефтегеофизика» для ЭВМ М -222 специально для обработки терригенных разрезов нефтяных месторождений Западной Сибири на основе системы Ц-2; обеспечивает попластовую обработку геофизическо­ го материала.

Многопрограммные системы, разработанные разными орга­ низациями и ведомствами для ЭВМ 3-го поколения, назывались одинаково - АСОИГИС (автоматизированная система обработки и интерпретации ГИС). Предусматривалось одновременное решение нескольких задач с активным участием интерпретатора в процессе машинной обработки данных ГИС. Эти системы в основном исполь­ зовались для решения задач по литологическому расчленению разре­ зов скважин, выделению коллекторов с определением их характера

насыщения и пористости при оперативном и промышленном подсче­ те запасов УВ.

Системы интерпретации материалов ГИС на ЭВМ 4-го поколе­ ния решают задачи комплексной интерпретации геолого-геофизи­ ческих данных на всех стадиях геолого-разведочных работ, подсчета запасов УВ и разработки месторождений. Наиболее известные мно­ гопрограммные системы для ПЭВМ следующие: GINTEL, RUSLAN, ПАНГ ЕЯ, TIGRESS и др.

Развитие вычислительных систем в перспективе связано с даль­ нейшим усовершенствованием электронно-вычислительных устройств

5-го поколения за счет миниатюризации микроэлектронных схем и внедрения новых технологий их производства. В настоящее время в связи с бурным развитием персональных компьютеров с помощью ПЭВМ решается большой круг народно-хозяйственных задач, в том числе и в нефтяной отрасли. Так, например, появилась новая техника для распознавания образов, разработаны новые генетические и лин­ гвистические методы, алгоритмы на основе нечетких множеств и ней­ ронных цепей и др.

В настоящее время большое внимание уделяется также ре­ шению отдельных геологических задач, связанных с построением и графическим оформлением планшетов ГИС, корреляционных схем и геологических профилей. Наиболее известными и исполь­ зуемыми сервисными разработками являются программные ком­ плексы ИНГИС, BASEGIS, CARAT, SURFER, LEXX, SOLVER и др. [32]. Краткие характеристики некоторых из них будут рас­ смотрены ниже.

Программный комплекс ИНГИС. Интерактивная система обра­ ботки материалов геофизических исследований скважин ИНГИС разра­ ботана в ЦГЭ МНГП и предназначена в основном для проведения обра­ ботки данных ГИС совместно с геолого-промысловыми данными как по одной скважине, так и по группе скважин. Определяющей ча­ стью программного комплекса ИНГИС является обработка данных по отдельной скважине и получение окончательного заключения.