автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Разработка и создание интеллектуальной информационно-измерительной технологии и аппаратного комплекса для автоматизации геофизических исследований скважин

На правах рукописи

РГЗ од

МЕЖОВ Анатолий Петрович

7 ~ АВГ 2000

УДК 681.518.3+681.3.016+519.246.8

РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ И АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ СКВАЖИН

Специальность:

05.11.16 - Информационно-измерительные системы (в науке и промышленности)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ижевск-2000

Работа выполнена в Ижевском государственном техническом университете (ИжГТУ) и ОАО «Удмуртгеология».

Научный руководитель:

заслуженный изобретатель Российской Федерации, доктор технических наук, профессор Лялин В.Е.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Шелковников Ю.К.;

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Кузнецов В.Е.

Ведущее предприятие: Научно-исследовательский и проектный институт "УдмуртНЮТИнефть", г. Ижевск

Защита состоится 12 мая 2000 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 064.35.01 в ИжГТУ по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7.

Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью, просим выслать по указанному адресу в двух экземплярах.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИжГТУ.

Автореферат разослан 4 апреля 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор

Гольдфарб В.И.

одЬ'^З. $>2 о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Объектом исследования является программно-аппаратный комплекс для цифровой записи параметров каротажа и их компьютерной обработки, используемый в составе автоматических каротажных станций для геофизических исследований скважин (ГИС) и интерпретационно-вычислительной станции: устройства для ввода и вывода информации, цифровой магнитный регистратор, регистраторы каротажных диаграмм, устройства измерения скорости подъема скважинного прибора и коррекции привязки каротажных сигналов к глубине скважины, микропроцессорные вычислительные средства (МПВС), локальная вычислительная сеть (ЛВС) и технические средства для телекоммуникаций геофизической информации.

Предметом исследования является информационно-измерительная технология для автоматизации ГИС, использующей пакеты прикладных программ для ввода каротажных данных в МПВС и вывода из них на графопостроители, предварительной обработки оцифрованной информации, включающей распознавание полезной, служебной и сопроводительной информации, ее редактирование, создание базы данных (БД) и набора данных, программные средства для преобразования оригинального формата записи геофизической информации в международный LAS формат, выполнения функций администратора ЛВС для обеспечения клиентских мест возможности работы с таблицами БД, программная система управления Finder для интерпретации комплекса каротажных исследований, картопостроения и построения разрезов скважин, а также программный пакет «СПЕКТР», предназначенный для анализа геофизических сигналов.

Актуальность темы. Современные требования к поисково-разведочным работам и процессам разработки месторождений имеют тенденцию к повышению. Одним из главных направлений повышения качества и эффективности работ является применение компьютерных моделей. Проблема создания компьютерных геологических и фильтрационных моделей, адекватных реальному строению пласта, смыкается с общей проблемой повышения качества и количества информации о пласте.

Одним из самых важных информационных потоков являются промысло-во-геофизические исследования в скважинах. От качества, достоверности и полноты каротажного материала зависит корректное выделение пластов - коллекторов, определение фильтрационно-емкостных свойств коллекторов и окружающих их покрышек, анализ закономерностей их латеральной и вертикальной изменчивости, построение зависимостей между различными свойствами коллекторов.

Современные программные средства для обработки и интерпретации ГИС требуют, чтобы каротажный материал поступал в цифровом виде в международном формате хранения кривых LAS .

Геологические, геохимические и наземные геофизические методы разведки на нефть и газ позволяют выявлять структурные, литологические, геохимические и стратиграфические признаки скопления нефти и газа на глубине.

Для надежного и эффективного решения вопроса о наличии нефти и газа, определения местоположения продуктивных объектов, величины их запасов необходимо изучение геологических объектов различными методами исследований в скважинах.

Комплекс кривых по скважине полностью описывает строение вскрытой толщи горных пород. Задачей геофизика-интерпретатора и геолога является получение как можно большего количества разноплановой информации. В результате интерпретации определяются .критерии литологического расчленения разреза, выделения пластов-коллекторов, определяются эффективные толщины и фильтрационно-емкостные свойства коллекторов. Использование оцифрованных данных ГИС непосредственно со скважин позволяет оперативно ввести их в обработку с применением имеющихся программных средств и получать выходную информацию для специалистов.

Результатом всех этих исследований являются различного рода карты, для примера: по кровле, подошве пласта, эффективных толщин, по пористости, проницаемости, а также геологические разрезы и схемы корреляции продуктивных отложений. Работа с цифровым материалом значительно облегчает процесс создания модели. За короткий промежуток времени можно просмотреть различные варианты построений и выбрать оптимальный.

Схема корреляции кривых ГИС позволяет увязать продуктивные пласты и разделяющие их покрышки в разрезе. Построение карт, схем корреляции и геологических разрезов в цифровом виде дает возможность быстрого просмотра любой информации из базы данных. Опыт показывает, что именно использование в едином ключе разнородной геологической, геофизической и промысловой информации является основным ядром технологии и определяет успех и эффект от решения задач.

В результате создается информационная база перспективных структур и месторождений, которая позволяет, используя компьютерную технологию, обеспечить интеграцию данных разведки и добычи, комплексирование методов их обработки и интерпретации для автоматизации решения задач геологической отчетности, проектирования доразведки, подсчета запасов, построения динамических моделей, подготовки проектов разработки по результатам динамического моделирования месторождений, анализа разработки.

Массовые исследования скважин возможны только при использовании автоматизированных интегрированных информационно-измерительных технологий (ИИТ) и систем (ИИС).

Цель работы -решение проблемы по разработке и научному обоснованию концептуальных и технических решений, направленных на создание интеллектуальной информационно-измерительной технологии и современных программно-аппаратных средств для автоматизации комплексных ГИС.

Для этого требуется решить следующие задачи: - создание современных технических средств для автоматизированной ИИС для ГИС, предназначенной для качественной магнитной записи каротажных данных на машинные носители, сбора, предварительной обработки, хранения и

документирования каротажных диаграмм;

- разработка программного комплекса автоматизированной ИИС для ГИС, обеспечивающий распознавание участков информации на магнитном ленточном носителе, обработку стандарт-сигналов, раскодировку сигналов глубины, обработку служебной информации, предварительную обработку геофизической информации.

- разработка методики использования пакета прикладных программ "СПЕКТР" для корреляционного и спектрального анализа каротажных данных на этапах предварительной обработки, классификации, распознавания и интерпретации геофизической информации с целью выявления общих закономерностей исследуемых геологических разрезов.

- преобразование каротажных сигналов, хранящихся на накопителях на магнитной ленте, в международный формат хранения кривых LAS (Las ASCII Standart) для создания БД программной системы управления Hinder с целью автоматических интерпретации и геологических построений с помощью ЛВС.

- внедрение указанных выше технологии и технических средств для автоматизации ГИС и повышения эффективности интерпретации геофизической информации.

Методы исследования. В работе применялись теоретические и экспериментальные исследования.

Теоретические исследования базируются на использовании методов статистического анализа временных рядов в приложении к сигналам геофизических датчиков как одномерным случайным процессам, допускающим дискретизиро-ванную реализацию, что позволяет проводить анализ временного ряда на основе непараметрических методов. При проектировании основных узлов аппаратной части ИИС для ГИС применялась теория механизмов и машин, теория колебаний, теоретические основы радиоэлектроники, теория точной магнитной записи и теоретические основы вычислительной техники.

Для проверки теоретических положений были спроектированы и изготовлены устройства для записи цифровой и графической информации на движущемся ленточном носителе.

При создании программных комплексов использовались теория вероятностей и математической статистики, теоретические основы информатики и программирования и методы распознавания образов.

Экспериментальные исследования аппаратуры цифровой записи параметров каротажа (АЦЗПК) проводились с помощью методов ГИС, теории измерения электрических и механических величин.

Интерпретация каротажной информации осуществляется на основе использования методов геолого-геофизических исследований литологической структуры разрезов скважин и теории корреляционного анализа..

Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов подтверждена результатами технической диагностики АЦЗПК и опытом практической эксплуатации ИИС для ГИС.

Математические модели, алгоритмы и прикладные программы, предложе-

иные в работе, основаны на фундаментальных положениях теории статистического анализа временных рядов.

Достоверность экспериментальных результатов обеспечена использованием аттестованных средств измерений, большим объемом экспериментального материала, статистическими методами обработки данных и хорошей воспроизводимостью результатов.

На защиту выносятся результаты исследования программно-аппаратного комплекса для реализации ИИТ ПДС, обеспечивающего повышение точности, оперативности и наглядности представления результатов ГИС, в том числе:

- структура и аппаратная часть ИИС, обеспечивающей цифровую запись параметров каротажа, ввод данных в МПВС, предварительную обработку информации, наглядное представление результатов ГИС, преобразование оригинального формата цифровой записи в международный формат хранения кривых LAS;

- технические решения элементов и узлов АЦЗПК, регистраторов каротажных диаграмм, устройств определения скорости подъема скважинного прибора и коррекции привязки каротажных сигналов к глубине скважины, телекоммуникационных средств для создания ЛВС на базе интерпретационно-вычислительной станции Sun;

- программное обеспечение автоматизированной ИИС для ГИС, обеспечивающей анализ, распаковку информации по кадрам и разделение ее на участки записи; выделение и обработку стандарт-сигналов; раскодировку и контроль значений глубины; расшифровку, обработку и контроль служебной информации; восстановление значений сигнала по нескольким реализациям с переходом к равномерному шагу по глубине; перевод значений каротажных сигналов в физические единицы;

- создание мощной и гибкой реляционной БД на основе системы Finder, позволяющей хранить все виды геолого-геофизической информации и обеспечивать к ним доступ пользователям, осуществлять картопостроения и построения разрезов скважин.

Научная новизна полученных результатов определяется впервые проведенными комплексными исследованиями, направленными на получение научно-обоснованных технических и программных решений, способствующих созданию интеллектуальной ИИТ для ГИС, позволяющей повысить степень автоматизации и расширить функциональные возможности компьютерной обработки и интерпретации данных ГИС, повышению точности АЦЗПК и созданию оригинальной структуры ЛВС для обработки геолого-геофизической информации, в ходе которых:

- разработаны основополагающие принципы многоканальной цифровой магнитной записи параметров каротажа в оригинальном формате: кодовые посылки формируют без промежутков массивы информации отдельными блоками, соответствующими различным методам каротажа в определенном интерва-

ле глубин скважины, и алгоритм ввода информации путем ее рециркуляции между двумя образованными буферными, блоками оперативной памяти в МПВС при непрерывной развертке носителя информации, осуществляемого механизмом транспортирования ленты;

- разработано программное обеспечение автоматизированной ИИС ГИС для структурирования информации, считанной с цифрового магнитного регистратора и введенной в МПВС, распознавания участков информации, содержащих стандарт-сигналы и служебную информацию, раскодировки глубины, расширения динамического диапазона записанного сигнала, предварительной обработки геофизической информации и представления ее в удобном для документирования и дальнейшей интерпретации виде;

- разработана методика применения непараметрических методов статистической оценки спектральной плотности, ковариационной функции и спектральной функции каротажных сигналов как временных рядов с использованием статистики типа сглаженной периодограммы, статистики, построенной с использованием ковариационных окон, и статистики типа осредненных периодограмм с использованием пакета прикладных программ «СПЕКТР»;

- разработан принцип создания ЛВС на базе интерпретационно-вычислительной станции Sun и реляционной БД на основе программной системы управления Finder для расширения клиентских мест автоматизированной интерпретации геолого-геофизической информации, построения карт и разрезов скважин;

- созданы программно-технические средства для преобразования оригинального формата записи каротажных сигналов в международный формат хранения кривых LAS.

Практическая ценность. Созданный комплекс полевых приборов -АЦЗПК, стационарного оборудования

-центр предварительной обработки информации (ЦПОИ), устройств интерфейса для МПВС и пакетов программных средств для предварительной обработки и анализа каротажных сигналов позволяет решить проблему автоматизации ГИС и оперативной предварительной обработки результатов каротажа. Создание ЛВС и БД на основе Системы Finder обеспечили автоматизацию интерпретации, картопостроения и разрезов скважин, а также получение литоло-гической структуры геологических горизонтов и вынесения заключения о продуктивности исследуемых объектов. Указанные программно-аппаратные средства позволили на практике реализовать интеллектуальную ИИТ ГИС.

Решение задачи преобразования формата записи каротажных сигналов на магнитную ленту, в котором хранятся ГИС, проводимые ОАО «Удмуртгеоло-гия» за последние 10 лет, в LAS - формат позволяет формировать пакеты геолого-геофизической информации для проведения международных конкурсов на разработку разведанных нефтяных месторождений как в Удмуртии, так и в Тюменской области.

Техническая новизна разработанных способов и устройств аппаратной части ИИС защищена свидетельствами на изобретения.

' Результаты диссертации были использованы при создании, отработке и промышленной эксплуатации автоматизированной ИИС для ГИС.

Работа выполнялась в соответствии с тематическими планами госбюджетных опытно-методических работ, проводимых в ОАО «Удмуртгеология» и ИжГТУ: . № ГР 32-87-43/37 «Опытно-методические работы по совершенствованию системы цифровой регистрации параметров каротажа»; № ГР 32-89-37/5:«Опытно-методические работы по созданию гибкой производственной системы сбора, преобразования и передачи каротажных данных»; № ГР 32-8743/28: «Совершенствование методов качественной и количественной интерпретации данных промысловой геофизики с целью повышения достоверности определения подсчетных параметров продуктивных горизонтов в условиях Удмуртской АССР и Кировской области"; № ГР 32-90-456: «Совершенствование методик определения подсчетных параметров по ГИС нефтяных месторождений Удмуртской АССР»; № ГР 32-90-459: «Освоение персональных ЭВМ, разработка и внедрение проблемных программных средств»; № ГР 32-88-38/2: «Разработка автоматизированной системы обработки геологической информации»; № ГР 32-89-37/6: «Создание и внедрение автоматизированного банка геолого-геофизической информации УПГО «Удм»; № ГР 70-98-1/3: «Обобщение и анализ результатов поисково-разведочных работ на нефть и газ на территории ' Удмуртской Республики с целью совершенствования их методики и повышения эффективности; № ГР 36-П-01/0180 ХН: «Анализ геолого-геофизических материалов и оценка перспектив нефтегазонасыщенности нижнепермских отложений Удмуртской Республики».

Реализация работы в производственных условиях. Полученные в работе результаты использованы при проведении ГИС в ОАО «Удмуртгеология». При непосредственном участии автора разработаны и внедрены приборы для цифровой записи параметров каротажа и ввода их в МПВС, программы оперативной обработки геофизической информации, а также ее интерпретации, построения разрезов скважин.

Результаты работы могут быть использованы в практике работы предприятий, занимающихся геологической разведкой и оценкой запасов полезных ископаемых, геофизическими исследованиями территорий.

Общий экономический эффект от внедрения диссертационной работы и вклада ее автора в создание интеллектуальной ИИТ и ИИС, рассчитанных в ценах 1984 года, составляет 720 тыс. рублей.

Апробация работы. Научно-практической конференции Устиновского механического института (Устинов, 1986), Республиканской научно-практической конференции «Молодежь Удмуртии-ускорению научно-технического прогресса», (Ижевск, 1987), VII Всемирном конгрессе международной федерации по теории механизмов и машин (Севилья, Испания, 1987), Всесоюзной научно-технической конференции "Конструкторско-технологическое обеспечение качества микро- и радиоэлектронной аппаратуры при проектировании и в производстве" (Ижевск, 1988); Зональной научно-технической «Методы оценки и повышения надежности РЭА» (Пенза, 1989), 34 Международном технологическом

коллоквиуме (Ильменау, Германия, 1989), III Российской университетско-ака-демической научно практической конференции (Ижевск, 1997), конференции International Conference "VIBROENGINEERING-98" (Вильнюс, Литва, 1998), 32 Научно-технической конференции ИжГТУ.

Публикации. Результаты работы отражены в следующих научных публикациях: 1 статья в международном журнале, 1 монография, 5 статей в центральной печати, 2 тезисов конференций , 9 научно-технических отчетов по госбюджетным НИР.

Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, 5 глав и заключение, изложенные на 194 с. машинописного текста. В работу включены 60 рис., 3 табл., список литературы из 116 наименований и приложения, включающие краткое описание программ комплекса «POISK" на 14 с. машинописного текста, рис.2, табл.2, и Акты об использовании результатов работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности темы исследования, формулировку цели и задач работы.

В первой главе приведены общие сведения о каротаже, указаны принципы автоматизации сбора геофизической информации, дан обзор различных аппаратных средств для автоматизации ГИС, подробно проанализирована работа оригинальной ИИС и ее основных блоков, рассмотрены методы интерпретации и задачи классификации и распознавания при комплексных ГИС.

Во второй главе описан аппаратный комплекс автоматизированной ИИС для ГИС, включающий АЦЗПК, ЦПОИ, устройство сопряжения цифрового магнитного регистратора через интерфейс с блоком ввода в МПВС, устройства для подготовки и ввода служебной информации, вывода графической информации и распознавания кода глубины скважины, а также рассмотрено функционирование блоков измерения скорости подъема скважинного прибора и блок синхронизации скорости записи ЦМР.

АЦЗПК предназначена для усиления низковольтных (слаботочных) сигналов, снимаемых с осциллографа каротажной станции, преобразования в цифровую форму и запоминания этих сигналов на магнитном носителе в соответствии с координатой глубины. АЦЗПК включает в себя (рис.1) модуляционные и масштабные усилители, входы которых подсоединены к регистратору каротажной станции, а выходы нагружены через коммутатор каналов и фильтр низких частот.

Формирование глубины, снимаемой с панели управления каротажной станции, происходит в ячейке формирования уровней и записывается в ЦМР по служебному каналу.

Для записи информации о скважине в ЦМР разработано устройство ввода информации и устройство измерения скорости, устройство синхронизации протяжки ЦМР со скоростью подъема скважинного прибора, что позволяет оперативно записывать данные о скважине, контролировать скорость подъема и ав-

томатически управлять скоростью протяжки ЦМР синхронно скорости подъема скважинного прибора.

Функциональная схема АЦЗПК

Рис. 1.

Для оценки качества зарегистрированной информации создано графическое устройство, которое позволяет получить каротажные кривые с информацией о глубине и служебной информации.

Для оперативности в работе на скважине, а также для поиска определённых значений информации в процессе вывода на график и при вводе в МПВС с ЦМР разработано устройство распознавания кода глубины, воспроизводимого в ЦМР, которое позволяет отыскивать необходимую глубину, записанную на магнитной ленте в ЦМР в соответствии с набранной на переключателях «набор интервала глубины» с передней панели блока управления.

На вход АЦЗПК поступают аналоговая информация регистрируемых методов геофизических исследований скважин (ГИС), значения кода глубины и 5-сантиметровые синхроимпульсы скорости подъема скважинного прибора. Аналоговая информация 1-8 каналов регистратора каротажной станции поступает

на вход модуляционных усилителей, где усиливается до величины,- необходимой для нормальной работы масштабных усилителей, далее, через коммутатор каналов и фильтр нижних частот идет на вход ЦМР.

Созданный комплекс АЦЗПК обеспечивает преобразование аналогового электрического сигнала, несущего информацию о физико-химических свойствах земных пород, в цифровой код записи на магнитную ленту больших массивов информации в течение 60 часов. Максимальная частота записываемого сигнала 12 Гц, амплитуда 6 в, полный динамический диапазон -72 дБ. Блоки записи-воспроизведения и механизм транспортирования ленты герметизированы, что позволяет использовать АЦЗПК в полевых условиях.

ЦПОИ, установленный на ВЦ, позволяет визуализировать геофизическую информацию на электронно-лучевых трубках, документировать каротажные диаграммы в зависимости от глубины скважины с выбором оптимального масштаба развертки в требуемом количестве экземпляров, создавать банк данных на накопителях на магнитной ленте. ЦПОИ состоит из буферного запоминающего устройства, блоков электронно-лучевой индикации, преобразования сигналов, их дешифрации и комплекта графопостроителей, позволяющих одновременно отображать 6 диаграмм. Ввод геофизической информации в ЭВМ возможен либо из буферного магнитного накопителя, либо непосредственно от ЦМР АЦЗПК, работающих в непрерывном режиме воспроизведения информации и осуществляется через устройство сопряжения ЦМР через интерфейс с блоком ввода в ЭВМ (рис. 2).

Блок-схема устройства сопряжения ЦМР с ЭВМ

Рис. 2.

Информация со скважины, поступающая в ЦМР, представляет собой каротажные сигналы, записанные в цифровой форме на магнитную ленту в следующем формате. Запись многоканальная, каждый канал содержит информа-

цию, соответствующую различным методам каротажа. Отличительной особенностью организации данных на магнитной ленте ЦМР является то, что информация записана без промежутков, непрерывной зоной длиной в несколько миллионов байт, так как используемый механизм транспортирования ленты ЦМР не является старт-стопным устройством.

Структура информации для участка записи каротажного сигнала

Аппаратура осуществляет многоканальную цифровую запись одновременно нескольких параметров каротажа, а также значений глубины и служебной информации. Сигналы, соответствующие значениям параметров, записываются по шести информационным каналам, а по седьмому каналу - значения счетчика глубин в специальном коде. Восьмой канал предназначен для разделения информации по кадрам и при вводе в МПВС принимает нулевое значение. Таким образом, вся информация делится на кадры длиной по 8 байт. Значения параметров в кадре соответствуют определенной точке глубины. Сигналы квантуются на уровни, значения кодов изменяются в пределах от 60 до 249.

Блок информации на магнитной ленте ЦМР состоит из отдельных участков, соответствующих различным методам каротажа в определенном интервале глубин. Эти участки отделяются друг от друга участками переполнения достаточной длины: код, равный 249, записывается по шести информационным каналам.

В каждом участке записи, соответствующем одному интервалу глубин, могут быть одновременно записаны в линейном или логарифмическом масштабе сигналы для нескольких методов каротажа с разными коэффициентами усиления.

Запись одного параметра с различными коэффициентами усиления производится для увеличения динамического диапазона регистрируемого сигнала.

Структура информации внутри участка записи также неоднородна (рис.3) и содержит зоны калибровочного сигнала. Калибровочные сигналы обычно переписывают (дублируют) в начале и в конце участка записи. Они имеют форму сигнала, состоящего из одной или нескольких ступеней, ограниченных с обеих

1 - зона переполнения, 2 - зона калибровочного сигнала, 3 - зона каротажного сигнала.

Рис. 3.

сторон условным нулевым уровнем.

По седьмому каналу записываются значения глубины с некоторым шагом (обычно 1м). Каждое текущее значение глубины записывается за 18 кадров с помощью специального шестнадцатиуровневого кода. Начало каждой глубины отмечается маркерным сигналом.

Аппаратура дает возможность регистрировать на 1м глубины до 120-130 значений сигнала с шагом, намного меньшим, чем требуется при обработке геофизической информации.

В том же седьмом канале записывается служебная информация в алфавитно-цифровом коде, представляющая собой сведения о скважине, регистрируемых методах каротажа и т.п.

Таким образом, формат полевой записи материалов ГИС, полученный с помощью ЦМР, является оригинальным.

/ Третья глава посвящена разработке математического и программного обеспечения ввода в МПВС и предварительной обработки каротажной информации, в процессе которой решены задачи распаковки вводимой информации, выделение и обработка калибровочных сигналов, раскодировка глубин и служебной информации и восстановление сигнала по нескольким реализациям с переходом к равномерному масштабу его привязки к глубине; описан комплекс программ предварительной обработки и его структура, указаны входные и выходные данные комплекса и описано его функционирование.

Комплекс программ ввода и предварительной обработки представляет собой совокупность программ и процедур, написанных на языках различного уровня (АССЕМБЛЕР, ФОРТРАН, СИ).

Структурно программы комплекса условно можно разделить на шесть групп, согласно выполняемым функциям.

Первая группа содержит программы, обеспечивающие ввод информации из специализированного устройства ввода в МПВС и контрольную печать начального участка информации в цифровом виде, а также программ ввода информационной таблицы записи.

Вторая группа включает программы, обеспечивающие решение основной задачи первичной обработки информации и редактирования каротажных сигналов, в том числе: анализ, распаковку информации по кадрам с контролем кадровой структуры и разделение ее на участки записи; выделение стандарт-сигналов на основном участке записи, обработку стандарт-сигналов на участке; раскодировку и контроль значений глубины на участке; расшифровку, обработку и контроль служебной информации; восстановление значений сигнала по нескольким реализациям с переходом к равномерному шагу по глубине; перевод значений каротажных сигналов в физические единицы; запись отредактированного сигнала в базу данных (БД).

Третья группа модулей содержит программы, обеспечивающие контроль и оценку качества информации в процессе предварительной обработки: контроль кадровой структуры введенной информации; автоматический анализ качества стандарт-сигналов.

Четвертая группа программ обеспечивает отображение информации в цифровом и символьном виде на устройстве печати на промежуточных этапах обработки.

Пятая группа включает программы графического отображения каротажной информации, в том числе: управляющие программы вывода каротажных кривых на рулонный графопостроитель или электростатического печатающего устройства (ЭСПУ); комплекс программ графического вывода геофизической информации ОЯАРСОМ.

В шестую группу входят программы, выполняющие ряд вспомогательных функций: создание файлов вспомогательной информации; корректировку заданного участка введенной информации; запись разделяющего признака в заданное место; передача уровней стандарт-сигналов из одного участка в другой; запись оператором уровней стандарт-сигналов и служебной информации.

Комплекс включает в себя процедуры, обеспечивающие управление процессом ввода и предварительной обработки. Для этого разработан и специальный язык команд, с помощью которого вызываются управляющие процедуры.

Переход к равномерному шагу по глубине в разработанном в данной главе алгоритме восстановления значений сигнала по нескольким реализациям основан на следующем.

Переход к равномерному шагу можно реализовать с помощью линейной интерполяции. Предположим, что имеется последовательность значений сигнала^ , Х2, ..., Х>, ..., Хц , последовательность значений глубины С/, С2, ..., в) ..., йм и последовательность номеров значений сигнала, соответствующих данным точкам глубины л/, п2, ..., и,, .... пм (1V >М).

Необходимо определить последовательность значений сигнала в заданном интервале глубин скважины [Сц, б*] с заданным шагом дискретизации по глубине Н с учетом сдвига по глубине 2.

Будем считать, что между соседними значениями глубины измерения проводились с одинаковым шагом: = в - С/ п] - и ,,, _/ = 2,..., М.

Пусть Пу! < / < и,, тогда значение глубины, соответствующее значению сигналаопределяется по формуле: С, = (7;./ + 2 + Л,- (7 - п^/). Значение сигнала Хк в некоторой точке = Сп + Н (к - 1) глубины с равномерным шагом находится с помощью линейной интерполяции следующим образом: если С7д =

+ г, то Х1 =Хп г = 1, ...,М, если + 2< вя< + г, i = 2, ...,Ы, то

ХК = + (X ~ X,.,- -г/й,.

Таким образом, получается последовательность значений сигнала

Х1,Х1,...,ХК,... на интервале глубин [б//, Су], вычисленных с равномерным шагом Н с учетом сдвига по глубине на величину 2.

В четвертой главе проведен спектральный анализ каротажных сигналов с помощью непараметрических методов и пакета программ «СПЕКТР», осуще-

ствлен выбор базовых статистик, показана возможность применения оценок типа сглаженной периодограммы, оценок с адаптивными ковариационными окнами и оценок типа осреднения периодограмм, а также' представлены полученные в результате машинного анализа графики статистических 'оценок спектральной плотности, взаимной спектральной плотности и пространственной спектральной плотности каротажных сигналов.

В пакет "СПЕКТР" заложен ряд методов, позволяющих определять: среднее ¡л ; среднеквадратичное отклонение сг = -^Ъхц); нормированную спектральную плотность д(у)=2^(27гу)/аг, у > О (1); корреляционную функцию /?(?)= С(/)/сг (2) ; нормированную спектральную функцию

*

С{у)~ ^д(х)ск, V > 0 (3), где V = Я / (2л) - круговая частота в периодах за

о „ .

" г

единицу "времени" С(г) -ковариационная функция каротажной-диаграммы; X - частота. Функции (1) и (3) оцениваются на интервале частот 0 < у< у„, где 1"п = 1 / (2А) - частота Найквиста, а функция (2) - па интервале "времени" О < г < (ЛГ- 1)Д..

В качестве статистических оценок ¡и и а временного ряда хк применяются статистики:

Г ч"!1'2

/V ы\ [/V *=1 ]

Оценки функций (1) - (3) основаны на предварительном вычислении периодограммы:

/ ч(я) = — -х)е-ш\\ Л ей1 в точках: Я, =— у, / =

где N° - 2т > N \ т- подбираемое пользователем целое число. Указанные значения периодограммы вычисляются с помощью алгоритма БПФ.

Выборочная ковариационная функция С„(кА) связана с периодограммой формулой:

С, (М) = ^ , к = 0,±1,... ,±(N'-N1

/V А _,=о

•Значения выборочной ковариационной функции можно вычислить с помощью двукратного применения алгоритма БПФ (если выбрать /V' > 2.У-1).

В качестве оценки нормированной спектральной функции применяется

статистика: • (51—| = 5'(Я1)/5,2, 4 = 0,1,..., —, где

Плк)=

0

Оценки типа сглаженной периодограммы называются статистками:

График геофизического сигнала (индукционный каротаж в условных единицах, 4050) и гпасЬик его спектоальной плотности ПЧ = 4096"*

Рис. 4.

к—М

где % — последовательность действительных чисел, называемая спектральным окном (с.о.), к= 0, ±1, ..., ±М, удовлетворяет условиям:

к-\,2,...,М и

г.-М

Параметр М— полуширина с.о., 0 < М < N'/2. В библиотеку спектральных окон пакета "СПЕКТР" включены: прямоугольное окно А(х) = 1; 0 < х < 1; треугольное окно А(х) — 1 - х ; знакопеременное окно А(х) = 3 - 8х + 5х2 и др.

Оценки, построенные с помощью ковариационных окон, имеют вид:

•С(*Д)= WtCu(kA), к = 0,1,..., N-1, и 7(Д)= — %1УкС„{кА)е-'ш, 0 < Я < я/Д,

2/г

где - последовательность неотрицательных чисел, называемая ковариационным окном (к.о.). Предполагается, что W.k = Wj,, А: = 1,2, ..., М и = 0 при | А: | > М. Параметр Мназывается полушириной к.о., 0 <M<N.

Библиотека ковариационных окон включает: трапециидальное к.о. и (х) -1-х; дифференцируемое к.о. и (х) = 1 - х2 (3 - 2х); дважды дифференцируемое к.о. и (х) — 1 - х3( 10 - 15х + 6х2) и др.

В случае применения окна данных (о.д.) qt, ¿=1,2, ... N, периодограмма вычис-

Д " -

ляется по формуле: =-ЛеЛ',а уже по ней вышеуказанные статистики. Использование окна данных позволяет уменьшить смешение статистических оценок }(Х) (при этом, однако, возрастает их дисперсия) и ослабить влияние значений /(//), ц^ X на значение статистики / в точке Я. Всюду в пакете "СПЕКТР" предполагается, что <^>0, qk-qu+i-k для

всех &=1,2,... N, и что ¿¿qk = N. Заложенные в пакет "СПЕКТР" о.д. вычис-

г j у

таются по формуле: qk~ak/<—, £ = l,2,...,JV,rae at, k = \,2,...,N -

[N M J

некоторая другая последовательность положительных чисел, симметричная относительно точки k = (N+ 1) /2. При расчетах использовались трапецеидальное о.д. D(x) = х , 0 < х < 1; cos - сглаживающее о.д. D(x) = (1- cos л х) / 2 , 0 < х < 1; трижды дифференцируемое о.д. Dfx) = х4(35 -84х + 70х2- 20х3) , 0 <х < 1.

Оценки типа осреднения периодограмм соответствуют статистикам вида

q (v) = q (v; N, m, n) = - J Jn (v; / ), 0 < v < ~,

ге м 2Д

где 1 <m<N и 1 <n<N - выбираемые параметры,

Г(N-n)lm, если (N - и)/m-целое число |[(iV - «)/ т\ +1, в противном случае, Jn(v; Г) - нормированная периодограмма, построенная по отрезку

Д

X, ,х, ,...,х, , т.е. J„(v;/) =

1 'fli+2 <та+л ' п\ ' / N S

v > 0.

На рис. 4 изображены график геофизического сигнала и график его спектральной плотности. .

В пятой главе описана методика применения программной системы управления Finder на основе созданных ЛВС, включающей интерпретационно-вычислительную станцию Sun, и реляционной БД ГИС для обработки и интерпретации данных ГИС; показана возможность использования каротажных дан-

Структура ЛВС Комплексной тематической экспедиции

_ Центральная лаборатория ^

Планируемое для приобретения программное и аппаратное обеспечение Рис. 5.

ных, записанных ЦМР, для построения компьютерных геологических и фильтрационных моделей пластов; приведены образцы получаемых разрезов скважин и геолого-геофизических карт.

Автором работы решен целый ряд задач по применению законченного комплекса программ, который включает в себя базу данных Finder, программу по построению карт CPS, программу для построения разрезов StratLog и дальнейшему освоению программ для построения статической модели резервуара RM, построение динамической модели Eclipse, интерпретацию сейсмики Charisma, совместную интерпретацию сейсмики и ГИС IESX, интерпретацию ГИС GeoFrame. При этом достигнуто, что каждая из программ может использоваться в достаточной степени автономно, используя информацию, хранящуюся в общей для всего пакета базе данных Finder.

Использование мощной и гибкой реляционной базы данных Finder позволяет хранить все типы данных и обеспечивать к ним доступ пользователям. Управляет данными реляционная СУБД типа ORACLE.

Для эффективного хранения каротажных диаграмм обычная реляционная база данных дополнена векторной базой - n-lists. В результате проведённых работ геологам и специалистам, связанным с добычей нефти и газа, предоставлена возможность напрямую работать со своими данными и заниматься интерпретацией их. Пользователь имеет авторизированный доступ к данным, может анализировать их в реальном времени, интерпретировать, редактировать, отображать на картах или разрезах, создавать твердые копии графических построений.

Для обеспечения загрузки данных каротажа в БД Finder, оцифрованных с помощью ЦМР, решена проблема совместимости физических носителей информации и форматов данных путем разработки программы-перекодировщика оригинального формата каротажных данных в LAS-формат и записи их на дискеты.

С целью решения проблемы ввода в рабочую станцию Sun, используемую в качестве физической основы Finder, триллионов бит нужной геолого-геофизичесой информации, создана ЛВС (рис. 5) с включением в нее станции Sun в качестве сервера БД и персональных компьютеров, и обеспечено развертывание клиентских мест на ПК для работы с таблицами БД. ЛВС построена по типу Ethernet, поскольку станция Sun предназначена именно для работы с Ethernet. В качестве общего программного обеспечения предложено использовать обычную систему MS Windows. Кроме того, на ПК установлено специальное программное обеспечение, необходимое для связи с сервером БД, и собственное программное обеспечение ORACLE-клиент, позволяющее пользователю работать с таблицами БД Finder. В его состав входит специализированный сетевой программный продукт SQL*Net V2.0 и утилиты SQL*Plus, SQL*Loader. Все это давало пользователю возможность вводить данные в БД и просматривать их, используя соответствующие SQL-запросы. Загрузка данных в Finder производится с помощью программы- загрузчика ASCII Well Log в LAS формате в виде файлов, в которых каротажные диаграм-

Геолого-геофизический разрез

Башкирский

А4~3

В-III

Башкирский

А4-3

Условные обозначения

I - эффективная пористость Характер насыщения по П1С — нефть. Кн 1 •МВД) - вода

Результаты испытания в колонне 1305.6 1,407

ъв - 13.6 ЫЗЩ Э _ еода Ян _ в I „з^Нзк нефть 10 09 МПа| | о| <1Р- 7ЭМПа

Рис.6

мы записаны в LAS формате, .который содержит два главных блока. Первый -это информационный блок, второй - блок с данными. Информационный блок описывает содержимое файла. Блок с данными содержит колонки со значениями для каждого метода, указанного в информационном блоке.

Решена задача использования программ-приложений Finder для картопо-строения и построения разрезов. В качестве основной такой программы служит приложение Finder Cross Section - мощный инструмент на этапе проверки, оценки, экспертизы данных, особенно если оно применяется в совокупности с другими приложениями. Построение разреза дает возможность быстрого просмотра каротажных диаграмм, маркеров и любой другой информации из базы данных. На рис. 6 изображен геолого-геофизический разрез скважины.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных в работе комплексных исследований, направленных на получение научно-обоснованных технических и программных решений, способствующих созданию интеллектуальной ИИТ для ГИС, позволяющей повысить степень автоматизации и расширить функциональные возможности компьютерной обработки и интерпретации данных ГИС, повышению точности АЦЗПК и созданию оригинальной структуры ЛВС для обработки каротажных диаграмм, решены следующие задачи.

Основные выводы и результаты работы.

1.Создана и внедрена автоматизированная ИИС для осуществления интеллектуальной ИИТ комплексных ГИС. Она включает АЦЗПК, ЦПОИ и интерфейсный блок согласования ЦМР с МПВС.

2. Многолетнее использование серийно изготавливаемого ЦМР в полевых условиях Удмуртии и севера Тюменской области показали его высокую надежность записи каротажных сигналов. Требуемая динамическая точность работы ЦМР достигнута за счет корректного выбора кинематической схемы механизма транспортирования ленты, а его прецизионность обеспечена за счет применения эффективных математических методов оптимального синтеза механических фильтров.

3. Для осуществления надежной работы ЦМР в экстремальных полевых условиях разработаны основополагающие принципы многоканальной цифровой магнитной записи параметров каротажа в оригинальном формате: кодовые посылки формируют без промежутков массивы информации отдельными блоками, соответствующими различным методам каротажа в определенном интервале глубин скважины.

4. Следует особо подчеркнуть, что техническая новизна и практическая полезность всех блоков ИИС защищены многочисленными свидетельствами на изобретения.

5. Разработано программное обеспечение автоматизированной ИИС ГИС для структурирования информации, считанной с ЦМР и введенной в МПВС, распознавания участков информации, содержащих стандарт-сигналы и служебную информацию, раскодировки глубины, расширения динамического диапа-

зона записанного сигнала, предварительной обработки геофизической информации и представления ее в удобном для документирования и дальнейшей интерпретации виде.

6. В результате проведения статистического анализа случайных сбоев в структуре кадра информации с помощью разработанных автором алгоритма и программного модуля для оценки качества введенной информации установлено, что процент таких искажений очень мал относительно общего объема информации, и составляет в среднем 0.01%. За основной критерий оценки качества информации выбран относительный процент кадровых сбоев и общая длина непрерывного участка бракованной информации.

7. Отобранные для исследования каротажные сигналы были подвергнуты непараметрическому спектральному анализу, осуществляемому с помощью пакета программ "СПЕКТР", который позволяет определять параметры и функции: среднее, среднеквадратичное отклонение, нормированную спектральную плотность, корреляционную функцию, нормированную спектральную функцию. При спектральном анализе каротажных сигналов для получения сравни' тельных данных использовались спектральные окна и ковариационные окна.

Получены оценки периодограмм каротажных сигналов на основе нескольких окон данных.

8. Рассчитаны и представлены в графическом виде статистические оценки спектральной плотности, взаимной спектральной плотности и пространственной спектральной плотности исследованных каротажных сигналов в зависимости от диапазона глубин, типов пород в разрезе скважины, различных методов каротажа в одной скважине и одинаковых методов каротажа в различных скважинах.

9. Каротажные кривые, полученные в результате предварительной обработки и хранящиеся в базе данных с помощью разработанных программ переводятся в международный LAS-формат и в таком виде интерпретируются, хранятся в реляционной БД Finder, а также используются для геологических кар-топостроений и построения разрезов. Для обработки каротажных кривых в LAS-формате создана локальная компьютерная сеть с включением в нее станции Sun в качестве сервера БД и персональных компьютеров и увеличено число клиентских мест на них для работы с таблицами БД.

10. В результате многолетнего промышленного использования различных уровней ИИТ в ОАО "Удмуртгеология" проведены ГИС более чем на 200 разведочных и промысловых скважинах, открыт целый ряд месторождений нефти. Сформированная на машинных носителях БД каротажных кривых позволила сформировать пакеты геолого-геофизической информации для проведения международных конкурсов на разработку нефтяных месторождений .

11. Автоматизированная ИИС внедрена в ОАО "Удмуртгеология" и была использована для ГИС в Удмуртии и Тюменской области. Экономический эффект от использования результатов данной диссертационной работы составляет 650 тысяч рублей в ценах 1984 года.

НАУЧНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Опытно-методические работы по совершенствованию системы цифровой регистрации параметров каротажа: Отчет о НИР / Удмуртское производственное геологическое объединение; Рук. В.Е.Лялин; Исп. В.Е.Лялин, П.К.Бондарчук, Межов А.П., А.В.Тарасов и др. - № ГР 32-87-43/37; Инв. № 2032. - Ижевск, 1989. - 116 с.

2. Опытно-методические работы по созданию гибкой производственной системы сбора, преобразования и передачи каротажных данных: Отчет о НИР / Удмуртское производственное геологическое объединение; Рук. В .Е.Лялин; Исп. П.К.Бондарчук, Межов А.П., А.В .Тарасов и др. - № ГР 32-89-37/5; Инв. № 2139. - Ижевск, 1990. - 45 с.

3. Освоение персональных ЭВМ, разработка и внедрение проблемных программных средств: Тематический отчет / ГТП «Удмуртгеология»; Рук. Межов А.П.; Исп. Межов А.П., Наймушина А.Г., Нистюк Т.Ю. и др. - № ГР 32-90-459; Инв. №2168.-Ижевск, 1991.-113 с.

4. Разработка автоматизированной системы обработки геологической информации: Тематический отчет / Удмуртское производственное геологическое объединение; Рук. Межов А.П.; Исп. Межов А.П., Нистюк Т.Ю. Маслова И.С. и др. - № ГР 32-88-38/2; Инв. № 2140. - Ижевск, 1990. - 122 с.

5. Создание и внедрение автоматизированного банка геолого-геофизической информации У ill О «У дм»: Тематический отчет / Удмуртское производственное геологическое объединение; Рук. Межов А.П.; Исп. Межов А.П., Реку-хина А.П., Наговицина Н.В. и др. - № ГР 32-89-37/6; Инв. № 2137. - Ижевск, 1990. - 133 с.

6. Совершенствование методов качественной и количественной интерпретации данных промысловой геофизики с целью повышения достоверности определения подсчетных параметров продуктивных горизонтов в условиях Удмуртской АССР и Кировской области: Тематический отчет / Удмуртское производственное геологическое объединение; Рук. Межов А.П.; Исп. Межов А.П., Гатаулин О.Н., Романенко Л.М. и др. - № ГР 32-87-43/28. Инв. № 2081. -Ижевск, 1990. - 165 с.

7. Совершенствование методик определения подсчетных параметров по ГИС нефтяных месторождений Удмуртской АССР: Тематический отчет / ГШ «Удмуртгеология»; Рук. Межов А.П.; Исп.Межов А.П., Романенко Л.М., Рубинштейн Г.Ю. и др. - № ГР 32-90-456,- Ижевск, 1991. - 68 с.

8. . Lyalin V., Mezhov A., Vahrushev I. The Recognition of the Relative Frequency Content Locotion During the Sinthesis of Pricision Tape Handles. // International conference VIBROINGENEERING'98, September 24-26, 1998. - Vilnius: Litiluanian Academy of Sciences, 1998.

9. Обобщение и анализ результатов поисково-разведочных работ на нефть и газ на территории Удмуртской Республики с целью совершенствования их методики и повышения эффективности: Тематический отчет / ОАО «Удмуртгеология»; Рук. Межов А.П.; Исп. Межов А.П., Рябова E.H., Проворов В.М. и др. - № ГР 70-98-1/3; Инв. № 2455. - Ижевск, 1998. - 72 с.

\7 у

24

10. Анализ геолого-геофизических материалов и оценка перспектив нефте-газонасыщенности нижнепермских отложений Удмуртской Республики: Тематический отчет / ОАО «Удмуртгеология»; Рук. Межов А.П.; Исп. Межов А.П., Коркин K.M., Толстухин Е.А.. и др. - № ГР 36-П-01/0180 ХН; Инв. № 2430. -Ижевск, 1997. - 52 с.

- 11. Автоматизированная информационно-измерительная система для геофизических исследований скважин / Лялин В.Е., Тарасов A.B., Межов А.П., Немирович Т.Г., Швейцер П.Б.; Ижев. гос. тех. унив-т,.- Деп. в ВИНИТИ 1999, №3425 -В99. - 66с.

12. Использование каротажных данных, записанных цифровым магнитным регистратором, для построения компьютерных геологических и фильтрационных моделей пластов с помощью про1раммной системы управления "Finder" / Межов А.П., Лялин В.Е., Бархатов С.П., Косухина Е.Н; Ижев. гос. тех. унив-т.-Деп. в ВИНИТИ 1999, №3436 -В99. - 35с

13. Обзор технологических и программно-аппаратных средств для комплексных геофизических исследований скважин / Межов А.П., Лялин В.Е.; Ижев. гос. тех. унив-т-Ижевск,.- Деп. в ВИНИТИ 1999, №3426 -В99. - 68с.

14. Программный комплекс "Спектр" как инструмент интеллектуальных информационных технологий для геофизических исследований скважин / Бент-кус Р.Ю., Лялин В.Е., Межов А.П., Тарасов A.B., Данилов В.А.; Ижев. гос. тех. унив-т.- Деп. в ВИНИТИ 1999, №3424 -В99. - 57с.

15. Создание информационно-измерительной технологии программно-аппаратного комплекса для автоматизации геофизических исследований скважин / Лялин В.Е., Межов А.П., Шилов H.A., Нистюк Т.Ю, Зимин П.В.; Ижев. гос. тех. унив-т,.- Деп. в ВИНИТИ 1999, №3432 -В99. - 95с.

16. Устройства цифровой магнитной записи и регистрации каротажных диаграмм информационно-измерительных систем для геофизических исследований скважин / Кайсин А.Е., Лялин В.Е., Межов А.П., Гурьянов A.B.; Ижев. гос. тех. унив-т,.- Деп. в ВИНИТИ 1999, №3435 -В99. - 32с.

17. Лялин В.Е., Межов А.П.,Немирович Т.Г. Разработка математических и программных инструментов для статистического анализа каротажных диаграмм //Тез. докл. 32 Научно-технической конференции ИжГТУ. - Ижевск: ИжГТУ, 2000.-1с.

18. Межов А.П., Бархатов С.П., Лялин В.Е. Создание аппаратных средств и программных инструментов для построения компьютерных геологических моделей пластов //Тез. докл. 32 Научно-технической конференции ИжГТУ. -Ижевск: ИжГТУ, 2000. -1с.

Подписано к печати ^ & ,0 3. 2000 г. Формат 60x84/16. Бумага писчая. Усл. печ. л. 1.0. Тираж 100 экз. Заказ №77 Отпечатано в типографии ИжГТУ, 426069, г. Ижевск, ул.Студенческая, 7.

Введение

Глава 1. Обзор технологических и программно-аппаратных средств для комплексных геофизических исследований скважин

1.1. Геофизические исследования месторождений

1.1.1. Разведка месторождений с помощью скважин

1.1.2. Каротаж геологоразведочных скважин

1.1.3. Автоматизация процессов сбора, обработки и интерпретации результатов ГИС

1.1.4. Принципы автоматизации сбора геофизической информации

1.2. Автоматизированная информационно-измерительная система для геофизических исследований скважин

1.2.1. Структура информационно-измерительной системы

1.2.2. Аппаратура цифровой записи параметров каротажа

1.2.2.1. Структура и назначение комплекса АЦЗПК

1.2.2.2. Цифровой магнитный регистратор

1.2.2.3. Устройства повышения точности измерения глубины при проведении ГИС

1.2.3. Центр предварительной обработки информации

1.2.3.1. Структура центра предварительной обработки информации

1.2.3.2. Устройство преобразования информации

1.2.3.3. Регистратор каротажных диаграмм

1.3. Задачи классификации и распознавания при комплексных ГИС

1.3.1. Интерпретация каротажных данных

1.3.2. Принципы автоматизированной обработки и интерпретации результатов ГИС

1.3.3 Региональные вычислительные сети для обработки и интерпретации каротажных данных 1.4. Выводы и постановка задач исследований

Глава 2. Разработка аппаратного комплекса ИИС для ГИС

2.1. Введение

2.2. Структура и назначение комплекса АЦЗГЖ

2.3. Цифровой магнитный регистратор

2.4. Блок управления и усиления

2.5. Устройство для подготовки и ввода служебной информации

2.6. Блок синхронизации скорости записи цифрового магнитного регистратора

2.7. Блок сопряжения ЦМР с регистратором каротажных диаграмм

2.8. Устройство вывода графической информации

2.9. Устройство распознавания кода глубины

2.10. Блок измерения скорости подъема скважинного прибора 76 2.11 Устройство сопряжения ЦМР с ЭВМ 78 2.12. Полученные результаты и выводы

Глава 3.Разработка математического и программного обеспечения ввода в

ЭВМ и предварительной обработки геофизической информации

3.1. Введение

3.2. Структура информации в цифровом магнитном регистраторе

3.3. Требования к составу и структуре информации на входе АСОИГИС

3.4. Описание задач предварительной обработки данных ГИС

3.4.1. Ввод информации с ЦМР АЦЗПК в ЭВМ

3.4.2. Анализ и распаковка введенной информации

3.4.3. Выделение и обработка калибровочных сигналов

3.4.4. Раскодировка глубин

3.4.5. Раскодировка служебной информации

3.4.6.Восстановление сигнала по нескольким реализациям

3.4.7. Переход к равномерному масштабу по глубине

3.4.8. Перевод значений каротажных сигналов в физические единицы

3.5. Комплекс программ предварительной обработки данных ГИС

3.5.1. Общее описание структуры комплекса

3.5.2. Входные данные комплекса

3.5.3. Выходные данные комплекса

3.5.4. Функционирование комплекса

3.5.5. Эксплуатационные характеристики комплекса

3.6. Полученные результаты и выводы

Глава 4. Получение статистических оценок каротажных сигналов при комплексных геофизических исследованиях скважин

4.1. Введение

4.2. Проведение спектрального анализа каротажных сигналов с помощью непараметрических методов и пакета программ

СПЕКТР"

4.3. Базовые статистики

4.4. Оценки типа сглаженной периодограммы

4.5. Оценки, построенные с помощью ковариационных окон

4.6. Оценки с адаптивными ковариационными окнами

4.7. Оценки с использованием окон данных

4.8. Оценки типа осреднения периодограмм

4.9. Получение статистических оценок спектральной плотности, взаимной спектральной плотности и пространственной спектральной плотности каротажных сигналов

4.10. Полученные результаты и выводы

Глава 5. Использование каротажных данных, записанных цифровым магнитным регистратором, для построения компьютерных геологических и фильтрационных моделей пластов с помощью программной системы управления Finder

5.1. Введение

5.2. Finder - система управления геологическими, геофизическими и производственными данными

5.3.Загрузка данных

5.3.1. Совместимость

5.3.2. Использование загрузчиков Finder

5.3. Построение разрезов -Finder Cross Section

5.4. Образцы геолого-геофизических графических документов, полученных с помощью созданной интеллектуальной информационно-измерительной технологии для ГИС

5.5. Полученные результаты и выводы 176 Заключение 178 Список литературы 181 Приложение

1. Краткое описание программ комплекса «POISK»

2. Акт об использовании результатов работы

Объектом исследования является программно-аппаратный комплекс для цифровой записи параметров каротажа и их компьютерной обработки, используемый в составе автоматических каротажных станций для геофизических исследований скважин (ГИС) и интерпретационно-вычислительной станции: устройства для ввода и вывода информации, цифровой магнитный регистратор, регистраторы каротажных диаграмм, устройства измерения скорости подъема скважинного прибора и коррекции привязки каротажных сигналов к глубине скважины, микропроцессорные вычислительные средства (МПВС), локальная компьютерная сеть (JIKC) и технические средства для телекоммуникаций геофизической информации.

Предметом исследования является информационно-измерительная технология для автоматизации ГИС, использующая пакеты прикладных программ для ввода каротажных данных в МПВС и вывода из них на графопостроители, предварительной обработки оцифрованной информации, включающей распознавание полезной, служебной и сопроводительной информации, ее редактирование, создание базы данных (БД) и набора данных, программные средства для преобразования оригинального формата записи геофизической информации в международный LAS формат, выполнения функций администратора ЖС для обеспечения клиентских мест возможности работы с таблицами базы данных, программная система управления Finder для интерпретации комплекса каротажных исследований, картопостроения и построения разрезов скважин, а также программный пакет «СПЕКТР», предназначенный для анализа геофизических сигналов.

Актуальность темы. Современные требования к поисково-разведочным работам и процессам разработки месторождений имеют тенденцию к повышению. Одним из главных направлений повышения качества и эффективности работ является применение компьютерных моделей. Проблема создания компьютерных геологических и фильтрационных моделей, адекватных реальному строению пласта, смыкается с общей проблемой повышения качества и количества информации о пласте.

Одним из самых важных информационных потоков являются промысло-во-геофизические исследования в скважинах. От качества, достоверности и полноты каротажного материала зависит1 корректное выделение пластов - коллекторов, определение фильтрационно-емкостнъгх свойств коллекторов и окружающих их покрышек, анализ закономерностей их латеральной и вертикальной изменчивости, построение зависимостей между различными свойствами коллекторов.

Современные программные средства для обработки и интерпретации ГИС требуют, чтобы каротажный материал поступал в цифровом виде в международном формате хранения кривых LAS .

Геологические, геохимические и наземные геофизические методы разведки на нефть и газ позволяют выявлять структурные, литологические, геохимические и стратиграфические признаки скопления нефти и газа на глубине. Для надежного и эффективного решения вопроса о наличии нефти и газа, определения местоположения продуктивных объектов, величины их запасов необходимо изучение геологических объектов различными методами исследований в скважинах.

Комплекс кривых по скважине полностью описывает строение вскрытой толщи горных пород. Задачей геофизика-интерпретатора и геолога является получение как можно большего количества разноплановой информации. В результате интерпретации определяются критерии литологического расчленения разреза, выделения пластов-коллекторов, определяются эффективные толщины и фильтрационно-емкостные свойства коллекторов. Использование оцифрованных данных ГИС непосредственно со скважин позволяет оперативно ввести их в обработку с применением имеющихся программных средств и получать выходную информацию для специалистов.

Результатом всех этих исследований являются различного рода карты, для примера: по кровле, подошве пласта, эффективных толщин, по пористости, проницаемости, а также геологические разрезы и схемы корреляции продуктивных отложений. Работа с цифровым материалом значительно облегчает процесс создания модели. За короткий промежуток времени можно просмотреть различные варианты построений и выбрать оптимальный.

Схема корреляции кривых ГИС позволяет увязать продуктивные пласты и разделяющие их покрышки в разрезе. Построение карт, схем корреляции и геологических разрезов в цифровом виде дает возможность быстрого просмотра любой информации из базы данных. Опыт показывает, что именно использование в едином ключе разнородной геологической, геофизической и промысловой информации является основным ядром технологии и определяет успех и эффект от решения задач.

В результате создается информационная база перспективных структур и месторождений, которая позволяет, используя компьютерную технологию, обеспечить интеграцию данных разведки и добычи, комплексирование методов их обработки и интерпретации для автоматизации решения задач геологической отчетности, проектирования доразведки, подсчета запасов, построения динамических моделей, подготовки проектов разработки по результатам динамического моделирования месторождений, анализа разработки.

Массовые исследования скважин возможны только при использовании автоматизированных интегрированных информационно-измерительных технологий (ИИТ) и систем. (ИИС).

Цель работы -решение проблемы по разработке и научному обоснованию концептуальных и технических решений, направленных на создание интеллектуальной информационно-измерительной технологии и современных программно-аппаратных средств для автоматизации комплексных ГИС.

Для этого требуется решить следующие задачи:

- создание современных технических средств для автоматизированной ИИС для ГИС, предназначенной для качественной магнитной записи каротажных данных на машинные носители, сбора, предварительной обработки, хранения и документирования каротажных диаграмм;

- разработка программного комплекса автоматизированной ИИС для ГИС, обеспечивающий распознавание участков информации на магнитном ленточном носителе, обработку стандарт-сигналов, раскодировку сигналов глубины, обработку служебной информации, предварительную обработку геофизической информации:

- разработка методики использования пакета прикладных программ "СПЕКТР" для корреляционного и спектрального анализа каротажных данных на этапах предварительной обработки, классификации, распознавания и интерпретации геофизической информации с целью выявления общих закономерностей исследуемых геологических разрезов;

- преобразование каротажных сигналов, хранящихся на накопителях на магнитной ленте, в международный формат хранения кривых LAS (Las ASCII Standart) для создания БД программной системы управления Finder с целью автоматических интерпретации и геологических построений с помощью ЛКС:

- внедрение указанных выше технологии и технических средств для автоматизации ГИС и повышения эффективности интерпретации геофизической информации.

Методы исследования. В работе применялись теоретические и экспериментальные исследования.

Теоретические исследования базируются на использовании методов статистического анализа временных рядов в приложении к сигналам геофизических датчиков как одномерным случайным процессам, допускающим дискрети-зированную реализацию, что позволяет проводить анализ временного ряда на основе непараметрических методов. При проектировании основных узлов аппаратной части ИИС для ГИС применялась теория механизмов и машин, теория колебаний, теоретические основы радиоэлектроники, теория точной магнитной записи и теоретические основы вычислительной техники.

Для проверки теоретических положений были спроектированы и изготовлены устройства для записи цифровой и графической информации на движущемся ленточном носителе.

При создании программных комплексов использовались теория вероятностей и математической статистики, теоретические основы информатики и программирования и методы распознавания образов.

Экспериментальные исследования аппаратуры цифровой записи параметров каротажа (АЦЗПК) проводились с помощью методов ГИС, теории измерения электрических и механических величин.

Интерпретация каротажной информации осуществляется на основе использования методов геолого-геофизических исследований литологической структуры разрезов скважин и теории корреляционного анализа.

Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов подтверждена результатами технической диагностики АЦЗПК и опытом практической эксплуатации ИИС для ГИС.

Математические модели, алгоритмы и прикладные программы, предложенные в работе, основаны на фундаментальных положениях теории статистического анализа временных рядов.

Достоверность экспериментальных результатов обеспечена использованием аттестованных средств измерений, большим объемом экспериментального материала, статистическими методами обработки данных и хорошей воспроизводимостью результатов.

На защиту выносятся результаты исследования программно-аппаратного комплекса для реализации ИИТ ГИС, обеспечивающего повышение точности, оперативности и наглядности представления результатов ГИС, в том числе:

- структура и аппаратная часть ИИС, обеспечивающей цифровую запись параметров каротажа, ввод данных в МПВС, предварительную обработку информации, наглядное представление результатов ГИС, преобразование оригинального формата цифровой записи в международный формат хранения кривых LAS;

- технические решения элементов и узлов АЦЗПК, регистраторов каротажных диаграмм, устройств определения скорости подъема скважинного прибора и коррекции привязки каротажных сигналов к глубине скважины, телекоммуникационных средств для создания JIKC на базе интерпретационно-вычислительной станции Sun;

- программное обеспечение автоматизированной ИИС для ГИС, обеспечивающей анализ, распаковку информации по кадрам и разделение ее на участки записи; выделение и обработку стандарт-сигналов; раскодировку и контроль значений глубины; расшифровку, обработку и контроль служебной информации; восстановление значений сигнала по нескольким реализациям с переходом к равномерному шагу по глубине; перевод значений каротажных сигналов в физические единицы;

- создание мощной и гибкой реляционной БД на основе Системы Finder, позволяющей хранить все типы геолого-геофизических информации и обеспечивать к ним доступ пользователям, осуществлять картопостроения и построения разрезов скважин.

Научная новизна полученных результатов определяется впервые проведенными комплексными исследованиями, направленными на получение научно-обоснованных технических и программных решений, способствующих созданию интеллектуальной ИИТ для ГИС, позволяющей повысить степень автоматизации и расширить функциональные возможности компьютерной обработки и интерпретации данных ГИС, повышению точности АЦЗПК и созданию оригинальной структуры ЛКС для обработки каротажных диаграмм, в ходе которых:

- разработаны основополагающие принципы многоканальной цифровой магнитной записи параметров каротажа в оригинальном формате: кодовые посылки формируют без промежутков массивы информации отдельными блоками, соответствующими различным методам каротажа в определенном интервале глубин скважины,- и алгоритм ввода информации путем ее рециркуляции между двумя образованными блоками оперативной в МПВС при непрерывной развертке носителя информации , осуществляемого механизмом транспортирования ленты;

- разработано программное обеспечение автоматизированной ИИС ГИС для структурирования информации, считанной с цифрового магнитного регистратора и введенной в МПВС, распознавания участков информации, содержащих стандарт-сигналы и служебную информацию, раскодировки глубины, расширения динамического диапазона записанного сигнала, предварительной обработки геофизической информации и представления ее в удобном для документирования и дальнейшей интерпретации виде;

- разработана методика применения непараметрических методов статистической оценки спектральной плотности, ковариационной функции и спектральной функции каротажных сигналов как временных рядов с использованием статистики типа сглаженной периодограммы, статистики, построенной с использованием ковариационных окон, и статистики типа осредненных периодограмм с использованием пакета прикладных программ «СПЕКТР»;

- разработан принцип создания ЛКС на базе интерпретационно-вычислительной станции Sun и реляционной БД на основе программной системы управления Finder для расширения клиентских мест автоматизированной интерпрерации геолого-геофизической информации, построения карт и разрезов скважин;

- созданы программно-технические средства для преобразования оригинального формата записи каротажных сигналов в международный формат хранения кривых LAS.

Практическая ценность. Созданный комплекс полевых приборов -АЦЗПК, стационарного оборудования-центр предварительной обработки информации, устройств интерфеса для МПВС и пакетов программных средств для предварительной обработки и анализа каротажных сигналов позволяет решить проблему автоматизации ГИС и оперативной предварительной обработки результатов каротажа. Создание ЛКС и БД на основе Системы Finder обеспечили автоматизацию интерпретации, картопостроения и разрезов скважин, а также получение литилогической структуры геологических горизонтов и вынесения заключения о продуктивности исследуемых объектов. Указанные программно-аппаратные средства позволили на практике реализовать интеллектуальную ИИТГИС.

Решение задачи преобразования формата записи каротажных сигналов на магнитную ленту, в котором хранятся ГИС, проводимые ОАО «Удмуртгеоло-гия» за последние 10 лет, в LAS - формат позволяет формировать пакеты геолого-геофизической информации для проведения международных конкурсов на разработку разведанных нефтяных месторождений как в Удмуртии, так и в Тюменской области.

Техническая новизна разработанных способов и устройств аппаратной части ИИС защищена свидетельствами на изобретения.

Результаты диссертации были использованы при создании, отработке и промышленной эксплуатации автоматизированной ИИС для ГИС. Работа выполнялась в соответствии с тематическими планами госбюджетных опытно-методических работ, проводимых в ОАО «Удмуртгеология» и ИжГТУ: . № ГР 32-87-43/37: «Опытно-методические работы по совершенствованию системы цифровой регистрации параметров каротажа»; № ГР 32-89-37/5:«Опытно-методические работы по созданию гибкой производственной системы сбора, преобразования и передачи каротажных данных»; № ГР 32-87-43/28: «Совершенствование методов качественной и количественной интерпретации данных промысловой геофизики с целью повышения достоверности определения подсчетных параметров продуктивных горизонтов в условиях Удмуртской АССР и Кировской области"; № ГР 32-90-456: «Совершенствование методик определения подсчетных параметров по ГИС нефтяных месторождений Удмуртской АССР»; № ГР 32-90-459: «Освоение персональных ЭВМ, разработка и внедрение проблемных программных средств»; № ГР 32-88-38/2: «Разработка автоматизированной системы обработки геологической информации»; № ГР 32-89-37/6: «Создание и внедрение автоматизированного банка геолого-геофизической информации УПГО «Удм»; № ГР 70-98-1/3: «Обобщение и анализ результатов поисково-разведочных работ на нефть и газ на территории Удмуртской Республики с целью совершенствования их методики и повышения эффективности; № ГР 36-П-01/0180 ХН: «Анализ геолого-геофизических материалов и оценка перспектив нефтегазонасыщенности нижнепермских отложений Удмуртской Республики».

Реализация работы в производственных условиях. Полученные в работе результаты использованы при проведении ГИС в ОАО «Удмуртгеология».

При непосредственном участии автора разработаны и внедрены приборы для цифровой записи параметров каротажа и ввода их в МПВС, программы оперативной обработки геофизической информации, а также ее интерпретации, построения разрезов скважин.

Результаты работы могут быть использованы в практике работы предприятий, занимающихся геологической разведкой и оценкой запасов полезных ископаемых, геофизическими исследованиями территорий.

Общий экономический эффект от внедрения диссертационной работы и вклада ее автора в создание интеллектуальной ИИТ и ИИС, рассчитанных в ценах 1984 года, составляет 720тыс. рублей.

Апробация работы. Научно-практической конференции Устиновского механического института (Устинов, 1986), Республиканской научно-практической конференции «Молодежь Удмуртии-ускорению научно-технического прогресса», (Ижевск, 1987), VII Всемирном конгрессе международной федерации по теории механизмов и машин (Севилья, Испания, 1987), Всесоюзной научно-технической конференции "Конструкторско-технологичес-кое обеспечение качества микро- и радиоэлектронной аппаратуры при проектировании и в производстве" (Ижевск, 1988); Зональной научно-технической конференции «Методы оценки и повышения надежности РЭА» (Пенза, 1989), 34 Международном технологическом коллоквиуме (Ильменау, Германия, 1989), III Российской университетско-академической научно практической конференции (Ижевск, 1997 ), конференции International Conference "VIBROENGINEER-ING-98" (Вильнюс, Литва, 1998).

Публикации. Результаты работы отражены в следующих научных публикациях: 1 статья в международном журнале, 1 монография, 5 статей в центральной печати, 3 тезисов конференций , 9 научно-технических отчетов по госбюджетным НИР.

Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, 5 глав и заключение, изложенные на 194 с. машинописного текста. В работу включены 60 рис., 3 табл., список литературы из 115 наименований и приложения, включающие краткое описание программ комплекса «POISK" на 14 с. машинописного текста, рис.2, 2 табл., и Акты об использовании результатов работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных в работе комплексных исследований, направленных на получение научно-обоснованных технических и программных решений, способствующих созданию интеллектуальной ИИТ для ГИС, позволяющей повысить степень автоматизации и расширить функциональные возможности компьютерной обработки и интерпретации данных ГИС, повышению точности АЦЗПК и созданию оригинальной структуры ЛКС для обработки каротажных диаграмм.