Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ. 6
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 13
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СИСТЕМ СБОРА, ОБРАБОТКИ И ХРАНЕНИЯ ГЕОЛОГО-
ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ 15
1.1. Методы разведки месторождений с помощью скважин 15
1.1.1- Терминология и определения 16
1.1.2. Описание геолого-геофизической и геолого- 20
технической информации 20
1.1.3. Геофизические исследования скважин. 28
1.1.3.1. Использование методов каротажа 29
1.2. Преобразование каротажных диаграмм в цифровую форму 31
Подготовка диаграмм к оцифровке 32
Преобразователи каротажных диаграмм. 33
Г.2.3. Оцифровка диаграмм с помощью преобразователей 34
Программное обеспечение для оцифровки каротажных диаграмм. 35
Пакет программ NordSoft. 36
Программа ScanDigit. 37
Программа DigitControl 37
Программа LASEdit 38
Программа Planshet 38'
Достоинства и недостатки пакета программ NordSoft. 39
1.2.6. Программа NeuraLog. 40
1.2.6.1. Достоинства и недостатки программы NeuraLog 41
1.3. Автоматизированные системы сбора, хранения и обработки геолого-
геофизической информации. 41
1.4. Обзор существующих баз данных и программных средств 42
Система сбора и обработки информации Geo WISE 43
Интегрированная система SiGMA 47
База данных системы АСОИГИС 50
1.5. Выводы и постановка цели и задач исследований. 52
ГЛАВА 2. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АЛГОРИТМА
АВТОМАТИЧЕСКОГО РАСПОЗНАВАНИЯ КАРОТАЖНЫХ ДИАГРАММ
МЕТОДОМ ДИНАМИЧЕСКОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ 54
2.1. Введение. 54
Описание процесса оцифровки 56
Постановка задачи, предварительная обработка изображения 58
Схема алгоритма. 59
Предварительная обработка изображения 63
2.4. Применение математической морфологии; для построения скелета
изображения. 64
Основы математической морфологии 64
Замыкание информационных областей 70
Построение скелета информационных областей на изображении 71
2.4.4.Сегментация методом удаления узлов самопересечений. 73
2.5. Построение скелета больших изображений методом преобразования
расстояний 73
2.5.1. Переход от двухуровневого изображения: к его трехмерному
представлению 73
Построение предварительного скелета за одну итерацию 74
Коррекция построенного скелета и выделение примитивов 75
Регуляризация и атрибуция примитивов 77
2.6. Реконструкция кривой методом динамического программирования с
последующим сглаживанием сплайнами. 78
Вычисление локальных весов склейки сегментов. 78
Отбор примитивов, образующим оптимальный путь 81
Интерполяция кубическими сплайнами ...85
2.6.4. Построение результирующей кривой по точкам отобранных
примитивов. 87
2.7. Полученные результаты и выводы 88:
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ И АЛГОРИТМОВ БАЗЫ ДАННЫХ
ГЕОЛОГО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ. 90
Введение 90
Принципы построения системы сбора и обработки геолого-технологической информации 92
Описание разработанной структуры базы данных 94
Требования к базе данных 94
Основные элементы 95
Структура БД 95
3.3.3.1. Структура модели общей информации о скважине 95
3,3.3,2. Структура модели событий и планово-технических мероприятий на
скважине 99
3.3.3.4. Структура модели каротажных диаграмм и заключений экспертов о
скважине. 104
3.3.3.б. Структура справочников 107
3.4. Алгоритмы работы с БД (сервисные программы) 108
ПО для формирования модели дел скважин 108
ПО для формирования БД библиотеки скан-образов 111
ПО для формирования БД данных ПРОМГИС 112
ПО для объедения реплик БД дел скважин 113
Модули для импорта-экспорта данных из БД 114
3.5. Полученные результаты и выводы 114
ГЛАВА 4. РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММНЫХ МОДУЛЕЙ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНО-
ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ И ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА
ФОРМИРОВАНИЯ КОРПОРАТИВНОЙ БАЗЫ ДАННЫХ 116
Общая схема обработки дел скважин. 116
Формирование базы данных геолого-геофизической информации 117
Ввод данных из дел скважин 118
Объединение базы данных 123
Формирование базы данных ПРОМГИС. 126
4.2.4. Формирование базы данных лабораторных исследований керна и
химанализа флюидов 127
Формирование базы данных каротажных диаграмм 128
Графическая обработка скан-образов дел скважин 128
Контроль введенной информации 129
Автоматизированный контроль базы данных дел скважин 130
Контроль оцифровки каротажных диаграмм 131
4.6. Полученные результаты и выводы 133
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 135
ЛИТЕРАТУРА 137
5 ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
АК - акустический каротаж;
БД - база данных;
ГИС - геофизические исследования скважин
КД - каротажная диаграмма;
БК - боковой каротаж;
ГК - гамма-каротаж;
ИК - индукционный каротаж;
КС - каротаж методом кажущегося сопротивления;
НТК - нейтронный гамма-каротаж;
ННКт — нейтронный гамма-каротаж на тепловых нейтронах;
ПС - каротаж методом самопроизвольной поляризации;
РК - радиоактивный каротаж;
ЭВМ — электронная вычислительная машина.;
ИИС - интеллектуально-информационная система;
ВЦ - вычислительный центр;
ОПЗ - обработка призабойной зоны;
ГРП - гидроразрыв пласта;
ПромГИС - промысловые геофизические исследования скважин.
Введение к работе
Актуальность темы. В нефтегазовой отрасли: только в последние несколько лет активно внедряется электронный документооборот, касающийся ремонтных работ и снятия различных параметров действующих скважин, сроков и режимов их функционирования. Поэтому геолого-технологическая информация по большинству скважин, введенных в эксплуатацию в 70-80-е годы, существует в электронном виде только по незначительной части разрабатываемых месторождений.
Однако с каждым годом все острее стоит проблема воспроизводства минерально-сырьевой базы в России, т.к. большинство месторождений уже давно эксплуатируются и их запасы, практически,. исчерпаны. Сложность воспроизводства запасов нефти и газа связана с тем, что новые месторождения отличаются от уже эксплуатируемых сложным геологическим строением, а именно: большими глубинами залегания, небольшой толщиной пластов-коллекторов, многокомпонентным литологическим; составом, сложной структурой порового пространства.
Большую роль для проведения исследований на скважинах играют геофизические исследования скважин (ГИС). ГИС на сегодняшний день являются;, фактически, единственной возможностью выделить в разрезе скважины продуктивные нефтяные и газовые пласты, определить их толщины, емкостные и фильтрационные свойства, литологический состав, эксплуатационные характеристики. Без определения вышеописанных параметров невозможно осуществлять оперативный контроль за разработкой месторождений; моделировать их дальнейшее развитие.
В то же время существует обширный банк каротажных диаграмм (КД), хранимых на фотобумаге ив виде их твердых копий на бумажной ленте, сформированный, еще до появления цифровых магнитных регистраторов и компьютеризированных программно-аппаратных комплексов для;цифровой записи и оперативной предварительной обработки данных ГИС. После оцифровки КД и объединения этой информации с оперативными данными по ме-
7 сторождению появляется возможность переинтерпретировать информацию по уже разрабатываемым месторождениям, строить более точные математические модели месторождений, оптимизируя процесс добычи нефти.
Поэтому для \ автоматизации, этих процессов необходимы интеллектуальные информационные системы,, позволяющие хранить и обрабатывать весь комплекс геолого-геофизической: и технологической информации. Кроме того, необходимы; сервисные программы, обеспечивающие упрощенный ввод разнородной информации, как-то оцифровка КД, данные о конструкции* скважины и планово-предупредительных мероприятиях на скважине. Для облегчения последующей і обработки геолого-геофизической информации, имеющей большое многообразие видов и огромные, объемы, необходимо выполнять ее систематизацию и приведение к определенному количеству стандартизированных типов.
Актуальность.вышеперечисленных проблем, стоящих перед нефтегазовой отраслью, составляющей одну из основ экономики РФ, определила цели и задачи настоящего исследования.
Объектом исследования являются геолого-геофизические и геолого-технологические данные,ТИС, твердые копии КД на бумажном носителе,, интеллектуально-информационная система (ИИС).
Предметом исследования является математическое и лингвистическое обеспечение ИИС,. состоящей из базы данных (БД) и комплекса сервисных программ, математические модели и методы обработки цифровых растровых изображений; база геолого-геофизической информации, оперативная: обработка данных, вводимых в базу.
Цель работы - проведение комплексных исследований, направленных на получение научно обоснованных технических и методических решений, способствующих проектированию И; реализации ИИС с модулями, упрощающими сбор и ввод первичных данных с различных типов носителей, их предварительной обработки и систематизации, что способствует повышению эффективности оперативной обработки и интерпретации данных скважин.
8 Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:
анализ потоков информации, возникающих в процессе сбора и ввода первичной информации для большого количества скважин нефтяного месторождения;
исследование методов и алгоритмов сервисных программ, упрощающих ввод информации в базу данных;.
исследование структуры геолого-геофизической, промысловой и технологической информации;
выработка научно-обоснованных решений; для проектирования и разработки ИИС для сбора и хранения полного комплекса информации по скважине;
создание и внедрение пакета сервисных программ, осуществляющих ввод, предварительную обработку и компьютерный анализ геолого-геофизических данных;
анализ проблем, связанных с оцифровкой КД, зарегистрированных с помощью аналоговых средств регистрации сигналов; создание:и*внедрение автоматизированной системы оцифровки КД, с твердого носителя в составе комплекса сервисных программ; Методы исследования. ИИС спроектирована с использованием объектно-ориентированной модели. Пакет сервисных программ, позволяющий осуществлять комплексный ввод информации в базу, разработан на основе методов динамического программирования.
Программное обеспечение ИИС разработано на алгоритмическом языке высокого уровня — Borland Delphi 7.0 со вспомогательной БД; реализованной в формате Microsoft Access (mdb), основная БД работает под управлением Microsoft SQL-Server 7.0.
Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов подтверждается сопоставительным анализом разработанных и существующих математических моделей и методов, а также итогами практиче-
9 ского использования программного компьютеризированного комплекса сбора и ввода геолого-геофизической информации.
На, защиту выносятся результаты исследований по созданию алгоритмических средств и математического аппарата для проектирования и разработки БД геолого-геофизической и геолого-технологической информации, предназначенной для систематизации и упорядочивания данных о месторождениях и скважинах, в том числе:
проектирование алгоритмов построения и структуры БД геолого-геофизической информации;
разработка алгоритмов и реализация в рамках ИИС сервисного модуля для ввода данных дел и скан-образов скважин; создание программного модуля для ввода данных промысловых геофизических исследований скважин;
математические методы решения задачи оцифровки каротажных кривых с помощью динамического программирования; алгоритмы автоматизированного модуля в составе ИИС, предназначенного для компьютерной оцифровки твердых копий КД на бумажном носителе;
реализация и внедрение разработанного пакета сервисных программных средств в процесс сбора и хранения геолого-геофизической информации. Научная новизна исследований и наиболее существенные результаты работы состоят,в следующем:
на основе исследования различных видов геолого-геофизической и геолого-технологической информации разработана структура БД, позволяющая с минимальными затратами хранить данные скважин и с минимальным временем доступа осуществлять их выборку; спроектирована и реализована ИИС, предназначенная для хранения, систематизации и поиска всего комплекса геолого-геофизической информации: общую информацию о скважине и ее положении
10 (устьевые координаты, конструкция скважины, альтитуды и т.д.); события и технические мероприятия, проводимые на скважине (капитальные и плановые ремонты, подъемы и спуски оборудования, перфорации и.т.д.); хранилище скан-образов документов скважины, данные заключений по скважинам;
предложена методика оцифровки КД, состоящая из этапов сканирования КД; выделения на скан-образе диаграммы непрерывных линий, векторизации кривых с заданным шагом квантования по глубине, контроля качества оцифровки, склейки фрагментов кривых и записи полученных цифровых данных;
разработан алгоритм реконструкции следа самописца на твердой копии КД,, существенно использующий метод динамического программирования, включающий следующие шаги: предварительная обработка изображения, построение скелета информационных областей изображения, регуляризация и атрибуция примитивов, реконструкция* следа самописца и построение результирующей кривой;
разработан комплекс сервисных программ, облегчающий и ускоряющий процесс сбора информации и ввода ее в; БД, состоящий из следующих модулей: формирование дел скважин; объедения реплик; создание библиотеки скан-образов; формирования промысловых ГИС; формирования каротажных исследований; контроля введенной информации; импорта-экспорта информации. Практическая ценность исследования состоит в том, что его выводы и результаты обеспечивают необходимую базу для дальнейшего развития и совершенствования основных направлений сбора, хранения и обработки геолого-геофизической и технологической информации. Созданная в ходе работы ИИС, обладает открытой архитектурой и, с помощью разработанных проблемно-ориентированных программных компонентов для доступа к хранимой в ИИС информации, может легко быть дополнена модулями, произво-
дящими обработку и анализ информации об оперативном состоянии скважины.
Работа выполнялась в соответствии с планами хоздоговорных НИР, проводимых Институтом интеллектуальных технологий и ОАО «ТНК-ВР": № ГР 01200 405097 «Верификация геолого-геофизической информации по объектам разработки месторождений Северного НГДП ОАО «Нижневартовск»;№ ГР 01200 405096 «Формирование базы данных геолого-технологических мероприятий на скважинах Самотлорского месторождения»; № ГР 01200 405095 «Оцифровка каротажного материала Каширо-подольского объекта Вятской площади Арланского месторождения»; № ГР 01200 405096 «Создание библиотеки скан-образов скважин Самотлорского месторождения».
Реализация; работы Bv производственных условиях. Полученные в работе результаты использованы при создании и поддержке корпоративной БД по геолого-технологическим мероприятиям (ГТМ) Самотлорского месторождения для управления, контроля и прогнозирования добычи углеводородов. При выполнении работы использовались фактические материалы по геологическому изучению исследованных месторождений: Самотлорское (цех 14), Самотлорское (цех 24), Самотлорское (цех 30), имеющихся в наличии в ОАО «ТНК-Нижневартовск».
При непосредственном участии автора был осуществлен поиск, загрузка и верификация информации по проведенным ГТМ скважин, проведена разработка пакета сервисных программ и ввод информации в сегмент корпоративной БД, согласование созданного сегмента с другим сегментами БД заказчика.
Результаты работы могут быть использованы в практике работы нефтяных предприятий, занимающихся геологической разведкой, оперативным контролем за функционированием скважин и оценками дальнейших путей разработки месторождений.
Апробация. Основные научные положения и практические результаты диссертационной работы обсуждались на научно-технических конференциях
12 ИжГТУ (Ижевск, 2002-2004); международных научно-технических конференциях «Информационные технологии в инновационных проектах» (Ижевск, 2002-2003); международном симпозиуме «Надежность и качество» (Пенза, 2004); Российской научно-технической конференции «Приборостроение в XXI веке. Интеграция науки, образования и производства» (Ижевск, 2001); Российской научно-технической конференции «Высокопроизводительные вычисления и технологии (ВВТ-2003)» (Ижевск, 2003); 6 International congress of mathematical modeling (Нижний Новогород-2004); международной конференции «Компьютерное моделирование-2004) (Санкт-Петербург, 2004).
Публикации. Результаты работы отражены в 12 научных публикациях, в том числе: 6 статей в журналах и сборниках, 4 отчета о научно-исследовательских работах объемом соответственно 35, 50, 63 и 91страниц машинописного текста и одна депонированная рукопись объемом 53 страницы машинописного текста.
Структура диссертации. Диссертация содержит введение, 4 главы и заключение, изложенные на 145 страницах машинописного текста. В работу включено 33 рисунка и 23 таблицы. Список литературы включает 118 наименований и приложение, включающее акт об использовании результатов работы.
