Содержание к диссертации
Стр.
Введение 6
1. Анализ проблемы обеспечения качества и достоверности материа
лов геофизических исследований скважин для геолого-технологичес
кого моделирования нефтяных месторождений 15
Задачи обработки и анализа геофизической информации 15
Исходная информация для моделирования нефтяных месторождений 18
Этапы создания трехмерных геолого-гидродинамических моделей нефтяных месторождений 22
Проблема компьютерного моделирования месторождений 30
Гидродинамические исследования скважин 31
Методы и алгоритмы обработки геофизической информации 33
1.6.1. Нейронные сети 40
1.7. Анализ программных средств 40
1.7.1. Краткая характеристика интегрированной системы
«Скважина» 41
Пакет программ Geo WISE 44
Система «СИАЛ-ГИС-КОНТРОЛЬ» 46
Результаты анализа 48
Постановка цели и задач исследований 50
2. Повышение качества интерпретации геолого-геофизической ин
формации и оценка влияния недостоверных данных на результаты
геолого-технологического моделирования месторождений 52
2.1. Анализ и перспективность подходов к интерпретации геолого-
геофизической информации при подсчете запасов и геолого-
технологическом моделировании месторождений 52
Автоматизированная переинтерпретация данных с использованием современных программных средств 53
Восстановление недостающих параметров на основе накопленного опыта эксплуатации месторождений, гидродинамических и геологических исследований скважин 54
2.2. Определение значений проницаемости пласта по разрезу сква
жины 57
Описание исходных данных 58
Предварительная обработка данных 58
Описание топологии сети 58
Отбраковка аномальных значений 53
Обучение и тестирование нейронной сети 60
Сравнение с другими методиками 60
Выводы 61
Оценка коэффициента пористости продуктивных коллекторов 62
Анализ коэффициента пористости 67
Оценка по данным акустического метода 67
Оценка по данным нейтронного метода 68
Плотностный гамма-гамма-каротаж 69
Электрический каротаж по методу КС 69
Анализ коэффициента глинистости 70
Анализ коэффициента нефте-, газо- и водонасыщенности 71
Оценка точности положения ВНК и ГНК .....*. 71
Анализ результатов гидродинамических исследований скважин .. 75
Методы оценки точности параметров 77
2.10. Оценка влияния недостоверных данных на результаты модели
рования 77
2.10.1. Условия построения моделей 78
2.10.2. Сравнение методик определения проницаемости при
помощи гидродинамического моделирования 78
2.11. Полученные результаты и выводы 81
3. Оптимизация системы разработки и режимов эксплуатации сква
жин нефтяного месторождения со сложным геологическим строением. 84
3.1. Геологическое моделирование 85
3.1.1. Методика и результаты интерпретации данных керна и
гис : 86
3.2. Построение трехмерной геологической модели месторождений...93
Обоснование объёмных сеток параметров модели 93
Построение структурной модели 94
3.2.3. Построение литологической модели и распределение
ФЕС 96
3.2.4. Построение модели насыщения пласта флюидами 100
Подсчет запасов нефти 100
Цифровая фильтрационная модель 101
Математические модели расчета фильтрационных процессов на месторождении 101
Исходные данные для построения цифровой фильтрационной модели 101
Требования к точности исходных данных 102
3.5. Трехмерное моделирование разработки нефтяного месторожде
ния со сложным геологическим строением 103
Определяющие уравнения и метод численного решения... 104
Результаты расчетов 105
3.6. Полученные результаты и выводы 109
4. Разработка системы контроля достоверности геолого-геофизических
и промысловых данных 110
4.1. Технологический процесс ввода данных для последующего хранения и обработки информации при помощи программных средств ... 110
Графическая обработка скан-образов дел скважин 111
Формирование базы данных дел скважин 116
Форма WELLJHDR - «Общая информация по скважине» 116
Форма WELL_CASING - «Конструкция скважины» 117
Форма WELL_CEMENTING - «Цементаж скважины» 118
Форма WELL_EVENTS - «События» 118
Форма WELL_DOWN_EQUIP - «Оборудование» 119
Форма WELLPERFORATIONS - «Перфорация» 120
Форма FRACS - «Гидроразрыв пласта» 120
Форма TREATMENT - «Обработка призабойной зоны»... 121
4.4. Формирование базы данных по промысловым ГИС 121
Описание исходных данных 121
Описание системы сбора, обработки и анализа данных по промысловым ГИС 122
4.5. Контроль непротиворечивости информации 123
4.5.1. Автоматизированный контроль базы данных дел скважин 123
4.6. Разработка программных средств контроля данных 128
Алгоритм контроля данных 128
Алгоритм обработки правил контроля 131
4.6.3. Программная реализация модулей системы контроля
данных 132
Заключение 135
Полученные результаты и выводы 136
Заключение 138
Список литературы 141
Приложение. Акт о внедрении и использовании результатов работы....
Введение к работе
Актуальность темы. Количественное увеличение объёмов данных во всех областях науки и промышленности является следствием стремительного роста потока информации в современном обществе. Не составляют исключения и нефтегазодобывающие предприятия. Значительную роль в них играет обработка большого объёма разнородной геолого-геофизической и промысловой информации, на основании анализа которой решаются задачи моделирования.
В сложных условиях залегания углеводородов на больших глубинах в тонких пластах-коллекторах при многокомпонентном литологическом составе и сложной структуре порового пространства возрастают требования к качеству интерпретации результатов геофизических исследований скважин (ГИС). Одним из направлений повышения геологической эффективности и оперативности использования материалов ГИС является автоматизация процессов сбора обработки и интерпретации информации с использованием ЭВМ. При наличии эмпирической базы данных возможно использование методов извлечения знаний из данных и применение обучающихся информационных систем. Так как задачи интерпретации ГИС имеют в своей основе сложные функциональные зависимости, то для их решения нашли применение системы нейронных сетей (НС) и нечеткой логики (НЛ).
Развитие средств вычислительной техники и возрастающий объём информации требует создания и применения специализированных программных систем, способных объединить все геолого-геофизические данные по месторождению, обеспечить интеграцию данных добычи и разведки, поддержку постоянно-действующих геологических, гидродинамических и разного рода других моделей, обеспечить анализ хранимой информации. Опыт показывает, что применение таких систем позволяет рассматривать совокупность данных в едином ключе, делать выводы, основываясь на комплексном подходе к анализируемым данным.
Существует целый ряд систем, решающих эти задачи. Каждая,из них характеризуется разной степенью вовлеченности в процессы сбора, обработки и хранения геолого-геофизической информации. В каждой из них присутствуют элементы контроля достоверности данных на этапах ввода, обработки, либо с помощью механизмов систем управлении базами данных (СУБД). Но нельзя не отметить отсутствие комплексного подхода к контролю достоверности, согласованности и непротиворечивости данных. Именно, рассматривая данные в комплексе, можно сделать выводы об их достоверности. Решения, основанные на недостоверной информации, обходятся очень дорого, так как цена ошибки возрастает с увеличением количества операций, в которых участвуют ошибочные данные.
В целом, применение математических методов теории интеллектуальных систем для обеспечения качества и достоверности материалов геолого-геофизических исследований скважин, а также разработка системы их контроля в рамках геолого-технологического моделирования нефтяных месторождений являются актуальными задачами.
Объектом исследования являются геолого-геофизическая информация, представленная в цифровом виде; геолого-технологическое моделирование нефтяного пласта-коллектора; адаптивные модели НС и НЛ для расчёта количественных параметров пласта в результате проведения ГИС; автоматизированная информационная система (АИС) комплексного анализа достоверности данных, с возможностью исправления явных ошибок в автоматизированном режиме.
Предметом исследования являются математическое описание алгоритмов обработки и анализа достоверности геолого-геофизической и промысловой информации; оптимизация системы разработки и режимов эксплуатации скважин нефтяного месторождения; математическое, информационное и программное обеспечение АИС.
Методы исследования. При решении задач комплексного анализа досто-
8 верности данных использовались модели НЛ, алгоритм адаптивного выбора подклассов, алгоритмы математической статистики, петрофизические закономерности. Для оценки параметров коллекторов применялась теория нечетких множеств (НМ). Результаты работы исследовались на предмет влияния ошибок при построении моделей.
Цифровые геологические модели исследуемых примеров месторождений отстроены на программном продукте IRAP RMS фирмы ROXAR в виде трехмерной детерминированной геологической модели. Построение гидродинамической модели проводилось с использованием пакета программ расчетного комплекса Tempest MORE фирмы ROXAR. Автоматизированная переинтерпретация данных проводилась с использованием программных комплексов Solver и LogWin-ЭК (разработка ОАО «Тверьгеофизика»).
Информационная модель АИС создана с учетом объектно-ориентированных принципов разработки программных комплексов. База правил разработана с учётом механизмов построения реляционных структур данных. Структурная схема системы спроектирована и реализована с учетом теоретических основ информатики и вычислительной техники.
Программное обеспечение системы реализовано на алгоритмическом языке высокого уровня - Object Pascal, интерфейс пользователя разработан в интегрированной среде Borland Delphi 6.0, база данных работает под управлением таких СУБД как Oracle 8i и Microsoft SQ1 Server 7.0. Часть правил системы используются в виде внешних библиотек (DLL) и реализованы на языке высокого уровня Microsoft Visual С.
Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов подтверждена сопоставительным анализом разработанных и существующих математических моделей и методов, а также итогами проведения вычислительного эксперимента.
Математические модели, алгоритмы и прикладные программы, используемые в работе, основаны на положениях теории НМ и нейроинформатики,
9 теоретических основах функционального анализа, теории статистического анализа, теории информации, теории вероятности, вычислительной гидродинамики, подземной гидромеханики и флюидодинамике, нефтегазовой геологии.
Достоверность экспериментальных результатов обеспечена большим объемом экспериментального материала, статистическими методами обработки данных и хорошей воспроизводимостью результатов, а также моделированием фильтраций флюидов в существенно отличающихся по строению пластах при различных начальных и граничных условиях, хорошей согласованностью прогнозируемых и реальных эксплутационных характеристик.
На защиту выносятся результаты разработки и научного обоснования технических и методических решений, направленных на обеспечение качества и достоверности материалов геолого-геофизических исследований скважин, необходимых при геолого-технологическом моделировании и разработке нефтяных месторождений, в том числе:
подходы к интерпретации геолого-геофизической информации при подсчете запасов и геолого-технологическом моделировании месторождений путем уточнения или пополнения промысловой базы данных;
алгоритмы и программные модули, позволяющие определить коэффициенты проницаемости и пористости продуктивных коллекторов по данным каротажных кривых ГИС, реализованные на базе моделей НС и НЛ;
результаты вычислительного эксперимента по сравнению влияния полей проницаемости, полученных традиционно и с помощью искусственных НС, на гидродинамическую модель месторождения;
расчеты показателей разработки месторождения, позволяющие адекватно учесть влияние многих факторов и выполнить интегральный прогноз с удовлетворительной точностью, путем применения численного моделирования;
состав и структура базы правил системы контроля достоверности информации АИС; разработка концептуальной структуры объектно-ориентированной системы, принципов построения программного, информационного, матема-
10 тического и лингвистического обеспечения системы.
Научная новизна результатов диссертационного исследования, полученных лично автором, заключается в следующем:
разработаны научно обоснованные программные решения, направленные на повышение уровня достоверности геолого-геофизических и промысловых данных путем их автоматизированной переинтерпретации с использованием современных программных средств и восстановления недостающих параметров на основе накопленного опыта эксплуатации месторождений, гидродинамических и геологических исследований скважин;
осуществлен выбор структуры и алгоритма работы искусственной НС, позволяющей определять коэффициент проницаемости по данным каротажных кривых ГИС, которая показала лучшие результаты по сравнению с классическим подходом определения проницаемости через зависимость от пористости;
предложена модель НЛ для оценки коэффициента пористости продуктивных коллекторов с применением треугольных функций принадлежности и функций произвольной формы по данным ГИС методами АК и НТК и последующим согласованием решения на основе операции пересечения Заде;
проведено сравнение методик определения проницаемости при помощи гидродинамического моделирования, показавшее, что с помощью НС проницаемость определяется намного точнее, чем через классические зависимости от пористости;
получены результаты моделирования разработки Алексеевского месторождения Удмуртской Республики путем сравнения нескольких вариантов выработки пластов для увеличения нефтеотдачи за счет поддержания пластового давления на уровне, близком к начальному; установлено, что увеличение объема добычи достигается, в основном, за счет более интенсивной разработки пластов С]-Ш и Ci-V;
определены принципы построения алгоритмов и программных средств, предназначенных на ранней стадии обработки информации выявлять ошибоч-
ные данные с механизмом их автоматического исправления; разработана единая методика контроля различных по структуре видов данных, обеспечивающая методы интегрированного анализа, применяемые в рамках различных программных решений.
Практическая ценность. Переход к автоматизированной переинтерпретации геолого-геофизических данных для выполнения сложных расчетов дает возможность использовать наиболее точные методики, повысить оперативность и надежность принятия решений в тех или иных производственных ситуациях, рассмотреть несколько вариантов и выбрать наиболее оптимальный из них для конкретных условий, сделать процесс творческим и высокопродуктивным. Кроме того, предлагаемое восстановление недостающих параметров на основе накопленного опыта эксплуатации месторождений, гидродинамических и геологических исследований скважин реализован при построении трехмерной геологической модели Ончугинского месторождения, что позволило качественно восстановить недостающую информацию и сравнить результаты ручной, выполненной ранее интерпретации, и автоматизированной при помощи программного комплекса Solver.
В результате проведенных экспериментов была получена НС, позволяющая определять коэффициент проницаемости по данным каротажных кривых ГИС. Полученная НС показала лучшие результаты по сравнению с классическим подходом определения проницаемости через зависимость от пористости, что также проявилось в лучшей адаптации гидродинамической модели месторождения по истории разработки (а именно, добыче нефти), которая строилась с использованием поля проницаемостей, рассчитываемых на базе НС.
В работе решена задача определения оптимальной системы разработки и режимов эксплуатации скважин нефтяного месторождения Удмуртской Республики, которое относится к категории месторождений с трудноизвлекаемыми запасами, характеризуются сильной расчлененностью нефтеносных пластов, существенно трехмерным распределением параметров нефтенасышенности,
12 пористости, проницаемости.
Созданная АИС позволила решить ряд проблем, возникших при обработке различного рода геолого-геофизической и промысловой информации. Применение системы повышает уровень достоверности и согласованности данных, используемых в качестве исходных при построении геологических, гидродинамических и прочих моделей месторождений, а также обеспечивает реализацию механизма обнаружения ошибок и неточностей на ранних стадиях обработки данных. Практическую ценность системе придаёт её независимость от используемых аппаратных средств персональных компьютеров и слабую зависимость от хранилища данных. Структура разработанной АИС легко модифицируется под конкретные требования, обеспечивает возможность добавления новых модулей, а также адаптацию системы к различным правилам проверки данных.
Реализация работы в производственных условиях. При непосредственном участии автора была разработана и реализована, описанная в данной работе, АИС. Разработанная система использовалась при работе с распространённой базой данных Finder, где правила системы служили для проверки данных на достоверность и согласованность, а также обеспечивали возможность автоматической корректировки явно ошибочной информации. Тесная интеграция системы в программный комплекс оцифровки, предназначенный для создания базы электронных дел скважин ряда месторождений Западной Сибири и Удмуртии, позволило увеличить скорость обработки скан-образов и снизить ошибки, возникающие при заполнении базы.
Работа системы протестирована в ходе верификации геолого-геофизических и промысловых данных ряда месторождений Западной Сибири и Удмуртии. Результатом верификации явилось построение геологических и гидродинамических моделей месторождений.
Работа выполнялась в соответствии с планами хоздоговорных НИР, проводимых Институтом интеллектуальных технологий и ОАО «ТНК-ВР»: № ГР 01200 409312 «Анализ информации и сопровождение баз данных по месторож-
13 дениям ОАО «Варьеганнефтегаз»; № ГР 01200 406709 «Формирование базы данных геолого-технологических мероприятий на скважинах ОАО «Варьеганнефтегаз»; № ГР 01200 405094 «Формирование базы данных геолого-технологических мероприятий на скважинах Самотлорского месторождения»; № ГР 01200 405096 «Создание библиотеки скан-образов скважин Самотлорского месторождения».
Вся работа в целом, а также её отдельные части могут быть использованы предприятиями нефтегазодобывающей отрасли, организациями, занимающимися построением различных моделей на основе геолого-геофизической и промысловой информации.
Апробация работы. Основные научные положения и практические результаты диссертационной работы обсуждались на: Международных научно-технических конференциях «Информационные технологии в инновационных проектах» (Ижевск, 2002-2003); Российской научно-технической конференции «Высокопроизводительные вычисления и технологии» (Ижевск, 2003); 6 International congress of mathematical modeling (Нижний Новогород-2004); 4-м научном симпозиуме «Геоинформационные технологии в нефтепромысловом деле» - секции «А» 6-го международного конгресса нефтегазопромышленников России (Уфа, 2005); 33-й международной конференции «Информационные технологии в науке, социологии, экономике и бизнесе» (Украина, Крым, Ялта-Гурзуф, 2006); Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Компьютерные и информационные технологии в науке, инженерии и управлении» (Таганрог, 2006); 34-й Международной конференции «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе» (Украина, Крым, Ялта-Гурзуф, 2007).
Публикации. Основные научные результаты по теме диссертации опубликованы в 12 научных работах общим объемом 16,68 п.л., авторский вклад -6,23 п.л. Автор имеет 3 научных труда в издании, выпускаемом в РФ и рекомендуемом ВАКом для публикации основных результатов диссертаций.
14 Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, 4 главы, заключение и акт об использовании результатов работы, изложенные на 154 стр. машинописного текста. В работу включены 72 рис., 7 табл., список литературы из 108 наименований.
