Введение к работе
Актуальность работы. Геофизические исследования скважин (ГИС) обеспечивают получение основной информации для решения таких важнейших задач нефтегазовой геологии, как изучение геологического строения месторождений, выявление нефтяных и газовых пластов, оценка степени нефтегазонасыщения и коллекторских свойств пород, подсчет запасов нефти и газа, коэффициента их извлекаемое. Применяемый в настоящее время комплекс ГИС включает: боковое каротажное зондирование (БКЗ), одиночные кровельный градиент - и потенциал - зонды (ГЗ и ГО), боковой каротаж (БК) в различных модификациях ( трех -, пяти-, семи- и девятизлектродный), индукционный каротаж (ИК), микрокаротаж (Ж) потенциал- и градиент микрозондами (ПМЗ и ГМЗ), боковой ыикрокаротаж (БМК), измерения потенциалов самопроизвольной поляризации '(ПС), диэлектрический каротаж (ДК), резистивиметрию, профилеметрию, акустический каротаж (АК), гамма каротаж интегральный (ГК) и спектрометрический (ГКС), гамма-гамма каротаж (ГТК) плоткостной (ГГКП) и литологи-ческий, нейтронный гамма каротаж (НТК), нейтрон-нейтронный каротаж (ННК), импульсные методы радиоактивного каротажа (РК). Кроме того,на стадии внедрения находятся такие методы, как ядерно-магнитный каротаж (ЯМК), индукционное каротажное зондирование (ИКЗ) и высокочастотное индукционное каротажное изопараметрическре зондирование (ВИКИЗ)', а также технологии, необходимые для комплекси-рования ГИС и сейсморазведки (ВСП, сейсмокаротаж). Кроме этого, в базовых, опорных и параметрических скважинах широкое применение получили специальные геофизические исследования, выполняемые в сочетании с различными воздействиями на изучаемый объект (смена промывочной жидкости, акустические источники, давление).
В целом,успехи, достигнутые в этих направлениях, весьма значительны, однако имеющиеся в стране технологии проведения ГИС нефтегазоразведочных скважин существенно отстают от технологий, применяемых ведущими западными фирмами. Это обусловлено прежде всего отсутствием сопоставимых с западными образцами программно-управляемых каротажных лабораторий, которые бы обеспечивали регистрацию,- визуализацию и первичную обработку скважиных материалов в реальном масштабе времени непосредственно в процессе каротажа, а также оперативную интерпретацшо получаемых материалов ШС и выдачу оперативного заключения непосредственно на скважине. Форма представления скважинных материалов также не всегда совпа-
дает с общепринятыми стандартами, что осложняет работу по контрактам с иностранными фирмами, прежде всего с внедряющимися на российский рынок. Учитывая вышеизложенное, разработка конкурентно-способной компьютеризованной технологии геофизических исследований нефтяных и газовых скважин является актуальной ' научно-технической проблемой, имеющей важное народно-хозяйственное значение .
Цель работы. Разработка компьютеризованной технологии геофизических исследований нефтяных и газовых скважин путем создания на основе современной вычислительной техники аппаратурно-методических комплексов, в совокупности с новейшей скважинной аппаратурой и алгоритмами обработки, обеспечивающих регистрацию, визуализацию, оперативную интерпретацию и представление материалов ГИС, соответствующее мировому уровню.
Основные задачи исследований:
анализ информативности современной и разрабатываемой, отечественной и зарубежной аппаратуры для геофизических исследований нефтяных и газовых скважин и методов регистрации и обработки получаемых ею скважинных материалов;
разработка научно-технической концепции компьютеризованной технологии геофизических исследований скважин с обоснованием основных требований к скважинной аппаратуре, каротажной лаборатории и ее программному обеспечению;
обоснование основных элементов компьютеризованной технологии ГИС на базе серийно-выпускаемой цифровой скважинной аппаратуры, использования уплотнения информации, пропускной способности каналов связи и мощностей бортовых ЭВМ,необходимых для обеспечения регистрации, визуализации и документирования материалов ГИС в реальном масштабе времени, методики для определения длины каротажного кабеля; і
разработка технических средств и программного обеспечения компьютеризованной технологии ГИС, определение состава и структуры информационно-измерительного комплекса, способов взаимодействия его подсистем и отдельных элементов, определение их технических характеристик и реализация последних;
разработка аппаратурно-методических комплексов, реализующих компьютеризованную технологию геофизических исследований нефтяных и газовых скважин парком аналоговой скважинной аппаратуры и серийно-выпускаемой цифровой;
- опробование разработанной компьютеризованной, технологии,
анализ полученных результатов и определение направления дальней
шего развития компьютеризации ГИС на современном этапе.
Методы исследования основаны на:
систематизации, обобщении и анализе научно-технической информации в области компьютеризации ГИС;
математическом и физическом моделировании измерительных, вычислительных, интерпретационных процессов, а также алгоритмов определения глубины, регистрации и визуализации геофизической информации;
конструировании, изготовлении и испытании различных элементов лаборатории;
-' разработки и апробировании программного обеспечения, узлов и лаборатории в целом.
Защищается следующий основной научный результат.
Компьютеризованная технология геофизических исследований нефтяных и газовых скважин , включающая технические и программные средства для регистрации, визуализации, первичной обработки и документирования сквахинных материалов в реальном масштабе времени и оперативной интерпретации данных ГИС непосредственно на скважине, с использованием либо аналоговой скважинной аппаратуры, либо выпускаемой серийно цифровой. Научная новизна.
В процессе создания компьютеризованной технологии геофизических исследований нефтяных и газовых скважин предложены, обоснованы и разработаны:
-
Научно-техническая концепция компьютеризованной технологии геофизических исследований скважин с основными техническими требованиями к-программно-управляемой каротажной лаборатории, как основной части промыслово-геофизического комплекса.
-
Технологическая схема компьютеризованной технологии проведения геофизических исследований на основе цифровой системы передачи информации из скважинного прибора и использования мини- и микропроцессоров в различных блоках информационно-измерительной системы промыслово-геофизического комплекса.
-
Способы и алгоритмы уплотнения получаемой от скважинных приборов информации, путем ее нормализции и преобразования в величины, непосредственно используемые при интерпретации КС, двойных разностных параметров ГК, НТК, ПС, альфа ПС ("физическое" уп-
- б -
лотнение) и применении кусочно-линейных и кусочно-логарифмических масштабов записи ("математическое" уплотнение).
-
Имитационная модель управляющего вычислительного комплекса (УВК), позволившая проанализировать информационные потоки в каротажной лаборатории для различных типов скважинной аппаратуры и различных конфигураций УВК и определить количественно требования к пропускной.способности каналов связи и быстродействию процессоров УВК;
-
Управляющий вычислительный комплекс, с полными связями, обладающий способностью перераспределения задач и ресурсов при отказе одного из процессоров, и обеспечивающий выполнение основных процедур компьютеризованной технологии ГНС в реальном масштабе времени.
-
Система сбора геофизических данных от скважинных приборов с аналоговой и цифровой передачей информации, выполненная на базе микропроцессорной системы управления, и ее алгоритмическое обеспечение.
-
Алгоритмы компьютеризованной технологии проведения электрического каротажа ( БКЗ, БК, ПС, МК и др.) комплексными цифровыми скважинными приборами и обработки информации на основе алгоритмов уплотнения (см. п.З)
Практическая ценность работы состоит в следующем:
создан ряд компьютеризованных программно-управляемых каротажных лабораторий, обеспечивающих регистрацию, визуализацию, документирование и оперативную интерпретацию материалов ГИС как при работе с серийно выпускаемой цифровой скважинной аппаратурой, так и со старой аналоговой;
сокращено время проведения каротажных исследований и первичной обработки данных ГИС, повышены качество получаемых в процессе каротажа скважинных материалов и достоверность результатов оперативной интерпретации материалов ГИС;
разработана (в нескольких модификациях) компьютеризованная технология проведения геофизических исследований нефтяных и газовых скважин применяемым в России комплексом' методов ГИС, конкурентно-способная известным зарубежный технологиям;
технические и технологические возможности созданных программно-управляемых каротажных лабораторий обеспечили благоприятные условия для дальнейшего повышения научно-технического уровня ГИС, разработки новых более эффективных методов и технологий исс-
ледования скважин (электрическое микросканирование, ВСП, сейсмокаротаж, построение геоэлектрических и литоскоростных моделей разрезов).
- результаты, полученные в процессе создания компьютеризо
ванной технологии геофизических исследований скважин и техничес
ких средств для нее использованы в учебном процессе геофизическо
го факультета Санкт-Петербургского Государственного Горного инс
титута. v
Внедрение результатов работы. На основе результатов многолетних исследований,выполненных подруководством и при непосредственном участии автора разработаны, изготовлены и внедрены на производство:
два типа программно-управляемых каротажных лабораторий для геофизических исследований нефтяных и газовых скважин: ЛКС-10УУ1-01, ЛКС-10УУ1-04;
программно-управляемая каротажная станция для гидрологических исследований скважин;
программно-управляемая каротажная станция для геофизичес- ' ких исследований угольных скважин.
В настоящее время в различных производственных организациях России и ближнего зарубежья эксплуатируется более 50 программно-управляемых каротажных лабораторий указанного ряда с соответствующими пакетами прикладных программ.
Апробация и публикация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях в городах: Тверь (1983 г.), Киев (1983 г.), Новосибирск (1986 г.), Чолпон-Ата (1987 г.), Уфа (1987 г.), Актау (1992 г.).
По теме диссертации опубликовано 24 печатных работы, в том числе 3 авторских свидетельства.
Объем и структура работа.;. Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения, содержит 327 страниц текста, 18 таблиц, 36 рисунков. Библиография содержит 111 наименований.
В диссертации представлены результаты исследований, выполненных лично автором, а также под его руководством и при непосредственном участии в период с 1980 по_ 1995 гг. в отделе программно-управляемых геофизических комплексов ВІЇИГИК. в рамках научно-технических проблем Мингео СССР, руководителями которых были П.А.Бродский, А.А.Молчанов и Р.Т.Хаматдинов.
Автор выражает свою искреннюю признательность и благодар-
- 8 -ность научному консультанту Н.Н.Сохранову, оказавшему большое влияние на научно-технический уровень проведенных исследований.
Большое влияние на уровень исследований оказали также творческие контакты, с В.С.Афанасьевым, Д.В.Белоконем, Б.М.Глинским, Ф.Х.Еникеевой, А.И.Зинченко, В.Ф.Козяром, Э.Е.Лукьяновым, А.А.Молчановым, Н.Л.Прохоровым, Л.М.Плановым, Р.Т.Хаматдиновым, Е.В.Чаадаевым, Л.С.Чесалшым.
Автор благодарит О.Х.Бурханова, Ю.В.Белостока, Н.В.Белякова, С.М.Галкина, М.М.Дамаскина, В.Г.Диченко, С.П.Климова, Е.М.Митюши-на, Ю.А.Наумова, М.Н.Сохранова, А.А.Суханова, принимавших активное участие в разработке технических и программных средств компьютеризованных каротажных лабораторий и скважинных приборов.