Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор методов сбора, предварительной обработки и систематизации геофизической информации 12
1.1. Аналоговая регистрация каротажных диаграмм 14
1.1.1. Каротажная лаборатория ЛКЦ7-02 14
1.2. Цифровая регистрация 16
1.2.1. Цифровые регистраторы 16
1.2.2. Модели цифровых регистраторов 17
1.2.3. Программно-управляемые каротажные комплексы 19
1.2.4. Управляющие и обрабатывающие каротажные комплексы 20
1.3. Преобразование каротажных диаграмм в цифровую форму 22
1.3.1. Подготовка диаграмм к оцифровке 23
1.3.2. Преобразователи каротажных диаграмм 24
1.3.3. Оцифровка диаграмм с помощью преобразователей 25
1.3.4. Программное обеспечение для оцифровки каротажных диаграмм 26
1.3.5. Пакет программ NordSoft
1.3.5.1. Программа ScanDigit 28
1.3.5.2. ПрограммаDigitControl 28
1.3.5.3. Программа LASEd.it 29
1.3.5.4. ПрограммаPlanshet
1.3.6. Достоинства и недостатки пакета программ NordSoft 30
1.3.7. Программа NeuraLog 31
1.3.8. Достоинства и недостатки программы NeuraLog 32
1.4. Предварительная обработка цифровых данных 32
1.4.1. Редактирование цифровой информации 32
1.4.2. Увязка кривых по глубине 36
1.4.3. Приведение геофизических кривых к стандартным скважинным условиям 38
1.5. Базы данных ГИС 38
1.5.1. База данных системы АСОИГИС 39
1.6. Выводы и постановка цели и задач исследований 41
ГЛАВА 2. Программное обеспечение автоматизированной системы оцифровки твердых копий каротажных диаграмм на бумажном носителе 42
2.1. Введение з
2.1. Описание процесса оцифровки 44
2.3. Структурная схема автоматизированной информационно- управляющей системы процесса поточной оцифровки материалов ГИС 46
2.4. Программные компоненты системы оцифровки 48
2.4.1. Подсистема сканирования 49
2.4.2. Подсистема выделения линий 49
2.4.3. Подсистема векторизации 52
2.4.4. Подсистема контроля качества оцифровки 55
2.4.5. Подсистема ввода информации о приборах и условиях измерений 56
2.4.6. Подсистема склейки фрагментов кривых 56
2.4.7. Подсистема записи цифровых данных на машинный носитель 57
2.5. Цифровая обработка изображений каротажных диаграмм 58
2.5.1. Общая непрерывная модель изображения 58
2.5.2. Модель дискретизированного изображения 58
2.5.3. Дискретная двумерная система 59
2.5.4. Двумерная нерекурсивная фильтрация 61
2.5.5. Контрастирование изображения 61
2.5.6. Медианные фильтры 62
2.5.7. Выделение информационного множества 63
2.5.8. Утончение линий 64
2.5.9. Построение скелета информационной области методом преобразования расстояний , 66
2.6. Выделение каротажных кривых на изображении 67
2.6.1. Предварительная обработка примитивов 67
2.6.2. Реконструкция кривой 69
2.6.4. Восстановление непрерывной каротажной кривой 74
2.7. Выводы 76
ГЛАВА 3. Систематизация, предварительная обработка и анализ каротажной информации 78
3.1. База данных каротажной информации 78
3.1.1. Введение 78
3.1.2. Стандартизация хранимых типов каротажной информации 80
3.1.3. Структурная схема программы 80
3.1.4. Организация данных 82
3.1.5. Отображение каротажных кривых в графическом виде 86
3.1.6. Импорт каротажных кривых из файла в формате LAS 92
3.1.7. Иерархия программных компонентов для обработки хранимой
информации .94
3.2. Модуль оперативной предварительной обработки каротажных данных 95
3.2.1. Увязка кривых по глубине 96
3.2.1.1. Алгоритм увязки кривых методом взаимной корреляции 96
3.2.1.2. Алгоритм увязки по этапам 98
3.2.1.3. Попластовая увязка диаграмм 99
3.2.1.4. Увязка по узловым точкам
3.2.2. Приведение показаний методов к стандартным условиям измерений 101
3.2.3. Статистическое эталонирование показаний методов 102
3.3. Модуль спектрального анализа каротажных данных 103
3.3.1. Предварительная обработка временного ряда 104
3.3.2. Спектральный анализ 105
3.4. Выводы 107
ГЛАВА 4. Комплекс программ для оперативной предварительной обработки каротажных сигналов, зарегистрированных с помощью ЦМР 109
4.1. Введение 109
4.2. Входные данные комплекса 112
4.3. Выходные данные комплекса 114
4.4. Функционирование комплекса
4.4.1. Основные этапы обработки 114
4.4.2. Дополнительные возможности комплекса
4.5. Оценка качества информации в процессе предварительной обработки зарегистрированных на ЦМР данных ГИС 120
4.6. Алгоритм раскодирования глубины с самокоррекцией интервалов кодов глубины 120
4.7. Алгоритм автоматического анализа качества стандарт-сигнала 1 4.8. Алгоритм восстановления геофизического сигнала по нескольким его реализациям с одновременным переходом к равномерному шагу по глубине 128
4.9. Алгоритм последовательной обработки информации, записанной на ЦМР, с использованием диалога 133
4.10. Выводы 137
Заключение 140
Литература
- Программно-управляемые каротажные комплексы
- Подсистема контроля качества оцифровки
- Отображение каротажных кривых в графическом виде
- Оценка качества информации в процессе предварительной обработки зарегистрированных на ЦМР данных ГИС
Программно-управляемые каротажные комплексы
Цифровая регистрация имеет большие преимущества перед оцифровкой диаграмм, полученных с помощью аналоговой регистрации: 1) достигается более оперативное получение информации в цифровом виде; 2) обеспечивается более точное преобразование данных в цифровой код; 3) кривые ГИС имеют лучшее согласование по глубине; 4) полученная на буровой цифровая информация может непосредственно вводиться в ЭВМ, что также повышает оперативность и сокращает общее время автоматизированной обработки; 5) появляется возможность адекватно реагировать на события, связанные с процессом исследований или проходкой скважины [3,7-9,11,12,22,35].
Программно-управляемые (компьютеризованные) цифровые каротажные комплексы развиваются в два этапа. На первом этапе создавались аналого-цифровые компьютеризованные лаборатории, рассчитанные на старый аналоговый ряд скважинных приборов (сигналы от каротажных зондов передаются на поверхность в аналоговой форме и регистрируются с помощью цифровых регистраторов); на втором - цифровые программно-управляемые комплексы, рассчитанные на комплексные цифровые многоканальные скважинные приборы. Эти приборы характеризуются преобразованием сигналов зондов (датчиков) в цифровые коды в скважине и передачей их на поверхность (лабораторию) в цифровой форме.
Цифровые регистраторы позволяют проводить цифровую запись на перфоленту (ПЛ) - в ранних моделях, на магнитную ленту (МЛ) и непосредственно в память технологической ЭВМ, установленной в каротажной лаборатории [1 17 3,11,12,22,42-44]. Цифровые регистраторы устанавливают либо в существующие аналоговые лаборатории (типа ЛКЦ7-02 или АКСЛ-7) [1-3,38-41] с целью их модернизации и превращения в комбинированные аналогово-цифровые регистрирующие комплексы, либо строят на их базе цифровые каротажные лаборатории (типа ЛЦК-10).
Цифровая регистрация каротажа должна обеспечивать заданную техническими условиями точность получаемых данных и возможность обработки их с помощью вычислительных машин. В связи с этим методика цифровой регистрации должна содержать приемы проверки исправности цифрового регистратора, калибровки (градуировки) и записи контрольной информации, записи признаков (кодов), предусмотренных форматом записи (необходимо для ввода и редактирования информации в ЭВМ), записи этикетки (информация о скважине и условия каротажа), регистрации данных каротажа, оценки качества полученных цифровых данных (ПЛ, МЛ).
При создании с помощью цифровых регистраторов аналогово-цифровых регистрирующих комплексов должны удовлетворяться следующие требования: 1) цифровая регистрация не должна снижать скорости проведения геофизических исследований; 2) цифровая запись должна дублироваться аналоговой, что необходимо в первую очередь на начальной стадии внедрения цифровой техники, а также для избежания потерь информации при сбоях работы цифровой регистрирующей аппаратуры; 3) цифровая регистрация должна быть многоканальной для использования современной многоканальной скважинной аппаратуры.
Цифровой регистратор НО-78 использовался в составе цифровой геофизической лаборатории ЛКЦС-10-01, а также в составе других станций. Регистратором обеспечивалось преобразование аналоговых сигналов, их обработка, регистрация в цифровой форме на МЛ в формате ЕС ЭВМ, прием цифровых данных от преобразователей волновых картин широкополосного акустического метода, а также воспроизведение информации с МЛ. Регистратор производил согласование данных по глубине в процессе регистрации путем взаимного смещения данных различных каналов между собой от 0 до 12 м и осуществлял поиск информации по заданному адресу (глубине). Число каналов регистрации - 8, вместимость записи на одной катушке МЛ - 2 км разреза скважины.
Цифровой регистратор "Триас" (рис. 1.2) был рассчитан на применение в серийных геофизических лабораториях и в системах обработки данных ГИС на ЕС ЭВМ. Регистратором обеспечивалась высокая точность записи, большая информационная емкость, прямая совместимость с ЕС ЭВМ и аппаратурой передачи данных "Аккорд", воспроизведение данных в аналоговом и цифровом виде, возможность регистрации волновых картин акустического метода и спектров радиоактивных методов, возможность работы в системах сбора и обработки данных на основе микроЭВМ ВТ-20А. Число каналов регистрации - 16; шаг квантования по глубине - 1 и 10 см; вместимость записи на одной катушке МЛ (при шаге квантования 10 см) - 2 км разреза, максимальная скорость регистрации 7200 м/ч.
Цифровой регистратор НО-90 предназначен для регистрации специальных и стандартных методов ГИС в цифровой форме. Использовался в качестве регистратора в существующих аналоговых геофизических лабораториях, как блок первичной регистрации в составе программно-управляемой геофизической лаборатории с бортовой ЭВМ комплекса "Скважина-2", в качестве регистратора в аппаратном компьютеризированном комплексе "Пласт-3". Регистратор мог производить цифровую регистрацию исходных данных ГИС, а также результатов обработки на МЛ в формате ЕС ЭВМ.
Подсистема контроля качества оцифровки
Подсистема служит для осуществления проверки корректности полученных цифровых данных. На первом этапе происходит обработка цифровых данных с целью поиска отсчетов, возможно являющихся ошибочными: 1) Значение геофизического сигнала не может принимать отрицательных значений: Уі 0. 2) Случайные выбросы кривой, связанные с ошибочным распознаванием линий миллиметровки или каких-либо других пометок на изображении как ли ний, содержащих каротажные кривые. Большая часть таких выбросов может быть обнаружена автоматически по превышению угла наклона кривой в точке сверх установленного предельного значения: \УІ-УІ-І\ С гдеyhуІЛ - значения кривой в точках і и і-\ соответственно; С - константа, задающая предел наклона кривой. Большинство каротажных кривых не имеют пиков, крутизна склона которых больше 85 [2,11], поэтому в качестве константы можно выбрать С = tg85.
На втором этапе пользователь решает, действительно ли найденные точки являются ошибочными и нужно ли их исправлять. На третьем этапе пользователь в интерактивном режиме проверяет правильность полученных цифровых данных путем сравнения их с кривыми на скан образе. Сравнение идет визуально, по принципу светостола, где на скан образ диаграммы накладывается векторизированная кривая, приведенная к системе координат скан образа. Для приведения к системе координат скан образа используются преобразования, обратные использованным в подсистеме векторизации.
Пользователь имеет возможность исправления мелких неточностей и несовпадений цифровой кривой непосредственно в подсистеме контроля качест 56 ва. Если будут обнаружены грубые расхождения цифровой кривой и кривой на скан образе, то диаграмма может быть отправлена на повторную оцифровку. Подсистема контроля качества оцифровки использует для своей работы информацию из БД скан образов диаграмм, БД информации процесса оцифровки и БД фрагментов каротажных кривых. Подсистема предназначена для ввода и формирования в БД проектов оцифровки массивов сопутствующей информации, играющей немаловажную роль для последующей обработки каротажных кривых: данных о скважине, времени проведения исследований, использовавшихся приборах и условиях проведения измерений. Необходимые данные содержатся в информационном заголовке диаграммы (рис. 2.1, 2.2).
Каротаж проводится комбинированными приборами, позволяющими снимать несколько кривых за один подъем прибора, однако комплекс исследований, особенно при разведке месторождений полезных ископаемых, шире возможностей одного прибора. Поэтому, при выполнении нескольких спускоподъ-емных операций производится регистрация результатов каротажных исследований одной скважины на разных диаграммах. Кроме того, результаты исследования перспективных интервалов разреза скважины обычно регистрируются на отдельных диаграммах с более крупным, нежели у остальных интервалов, масштабом по глубине.
Задачей подсистемы склейки фрагментов является склейка фрагментов каротажных кривых, оцифрованных с разных диаграмм в единый массив по всему стволу скважины. При этом, при пересечении интервалов глубин фрагментов повышенным приоритетом пользуются фрагменты с более крупным масштабом записи по глубине.
Фрагменты кривых считываются из БД фрагментов каротажных кривых, а результат работы передается в подсистему записи цифровых данных на машин 57 ный носитель или в БД каротажной информации (рис. 2.4). Подсистема работает следующим образом: Шаг 1. Из БД фрагментов каротажных кривых считывается набор фрагментов Gn, п -1 -ь N, где N общее количество фрагментов для скважины. Шаг 2. Из набора фрагментов Gn выделяются фрагменты, представляющие кривые одинаковых методов исследований и заносятся в набор Gnm, где т - номер метода исследований. ШагЗ. Для каждого набора фрагментов Gnm : - определяются варианты пересечения интервалов глубин и границы участков пересечений; - набор Gnm упорядочивается в порядке укрупнения масштаба регистрации; - по фрагментам из Gnm формируется единый массив с учетом вариантов пересечения, начиная с фрагментов с более мелким масштабом по глубине. При пересечении двух фрагментов с одинаковым масштабом выдается запрос пользователю о том, какой фрагмент будет пользоваться большим приоритетом.
Подсистема записи цифровых данных на машинный носитель решает задачу приведения хранимых массивов каротажной информации и информации о скважине, использовавшихся приборах и условиях измерений к отраслевому стандарту на передаваемую информацию. Наиболее употребительным стандартным форматом записи геофизической информации в настоящее время является формат LAS [67].
Подсистемой формируется многосекционный текстовый файл, в заголовочные секции которого заносится информация о записываемом интервале, скважине, измерительных приборах и условиях измерений. В секции каротажных данных формируется массив строк, содержащих глубину и значения каро 58 тажных кривых на этой глубине в физических единицах измерения.
Отображение каротажных кривых в графическом виде
Каротажные кривые могут отображаться в двух режимах: с переходами на кратные масштабы или без переходов. Режим отображения с переходами на кратные масштабы позволяет показать кривую, даже если она из-за большого размаха амплитуды не помещается в области отображения. В этом случае осуществляется переход на старший масштаб, т.е. масштаб шкалы кривой уменьшается в число раз, равное коэффициенту масштаба. Модуль предусматривает коэффициенты масштаба, кратные пяти: 5, 25,125 и т.д. Места смены масштабов определяются пользователем визуально по пунктирным линиям, которыми соединяются точки разрыва кривой (рис. 3.7).
На рис. 3.8 и рис.3.9 представлены блок-схемы алгоритмов отображения координатной сетки и каротажной кривой.
Файл, записанный в формате LAS (LAS-држл), является стандартным и широко используемым средством передачи геофизической информации между программными и программно-аппаратными комплексами, используемыми в геофизических исследованиях и построении геологических моделей месторождений. Спецификация стандарта на файл в формате LAS дана в [67].
Стандарт разбивает весь файл на несколько блоков в зависимости от типа записываемой информации и определяет основную структуру блоков. В то же время стандарт не регламентирует содержание и вид записи блока "-Parameter information" (блок параметров), содержащего информацию о параметрах скважины и проведенных измерений, то есть не существует определенных соглашений на именование различных параметров измерений в этом блоке. Кроме того, вольная интерпретация стандарта создателями некоторых широко распространенных систем обработки геофизической информации привела к тому, что стало невозможным без определенных программных ухищрений прочитать важную информацию о параметрах измерений, записанную в блоке параметров LAS-файла.
База данных каротажной информации «Carbon» хранит документацию по скважине, часть параметров которой может соответствовать информации, записанной в блоке параметров LAS-фашіа, поэтому с целью максимально полного использования данных, относящихся к документации по скважине, в базе данных была создана подсистема импорта таких файлов. Основным понятием, используемым подсистеме импорта, является шаблон LAS-фашіа. Шаблон представляет собой заголовок І -файла в котором с помощью условных обозначений указано, откуда должны быть прочитаны нужные параметры. Таким образом, если при чтении заголовка программа встретит в шаблоне условное обозначение, соответствующее какому-либо параметру, то будет выполнена подстановка условного обозначения реальным параметром из загружаемого LAS-файла.
База данных каротажной информации «Carbon» предоставляет средства для создания и редактирования шаблонов, поэтому она может быть оперативно настроена на импорт любого типа LAS-файла самим пользователем.
Еще одной проблемой, возникающей при импорте данных из 1 -файла в уже созданную в базе данных скважину, является наложение друг на друга кривых одного типа. Возьмем, например, в базе данных скважину, в которой уже имеется каротажная кривая метода КС и LAS-фаті, также имеющий кривую метода КС. При попытке импорта LAS-файла в эту скважину возникают вопросы: существует ли наложение каких-либо интервалов импортируемой кривой на кривую, содержащуюся в базе и, если существует, то каким образом программа должна поступить с участками наложения.
Реализованный в базе данных каротажной информации «Carbon» механизм решения вопросов наложения интервалов кривых предусматривает автоматическое предупреждение о наличии проблемных участков и, в соответствии с выбором пользователя, склеивает кривые друг с другом. Программой обрабатываются 6 вариантов наложения кривых (рис. 3.10) и 4 варианта выбора поль 94 зователя при импорте Х -файла: - оставить на участке наложения уже хранимые в базе данных значения; - заменить участок наложения значениями импортируемой кривой; - не импортировать кривую; - полностью заменить хранимую в базе данных кривую на импортируемую кривую.
Для извлечения и обработки хранимой в базе данных информации разработана иерархия компонентов, представляющих собой классы языка ObjectPascal для основных видов геофизической информации (рис.3.11). Эти компоненты обеспечивают проблемно-ориентированный программный интерфейс между базой данных и дополнительно разрабатываемыми обрабатывающими модулями.
1)TBorehole. Самая крупная структурная единица. Хранит указатели на подчиненные компоненты TCurvesCollection, Tlnkl, TZakl, представляющие собой основные типы хранимой информации. Содержит методы для создания и удаления скважины, чтения и записи каротажной информации .
2) TCurvesCollection. Представляет собой массив указателей на компоненты TCurve. Содержит методы для добавления и удаления кривой, поиска кривой по названию или внутреннему коду метода исследований. Производные классы: TSQLCurvesCollection - для работы с БД SQL-сервера, TLasFile - для чтения и записи в LAS-фаш.
3) TCurve. Хранит значения кривой с равномерным шагом квантования по глубине в виде линейного массива. Реализует методы для доступа к значениям кривой по глубине и индексу в массиве, перехода к другому шагу квантования, упаковки кривой с целью удаления начальных и конечных незначащих элементов.
4) Tlnkl и TZakl. Представляют собой списки структурированных записей, включающих все необходимые параметры, и отличаются только типами хранимой информации: Tlnkl содержит информацию о замерах инклинометрии, TZakl содержит заключения по результатам интерпретации материалов ГИС. Эти компоненты реализуют методы для добавления, удаления и поиска необходимой записи в списке. Поиск осуществляется по значению глубины.
Оценка качества информации в процессе предварительной обработки зарегистрированных на ЦМР данных ГИС
Для увеличения динамического диапазона регистрации запись каротажных сигналов на ЦМР производится обычно в нескольких масштабах с различными коэффициентами усиления. Регистрация параметров каротажа ведется с неравномерным шагом по глубине, к тому же при параллельной записи разных методов из-за смещения зондов относительно точки съема глубины следует учитывать сдвиг по глубине на некоторую постоянную величину. В связи с этим при редактировании возникают задачи восстановления сигналов по его реализациям в различных масштабах и перехода к равномерному шагу по глубине.
Допустим, запись каротажного сигнала ведется в трех масштабах с коэффициентами усиления К], К2, Кз (коэффициенты считаются расположенными в порядке возрастания). Обозначим значения сигнала в трех масштабах соответственно X], %2, х3 . При цифровой регистрации каждый из этих сигналов квантуется в некотором диапазоне и может принимать целые положительные значения от 60 до 249. При выходе за верхнюю границу диапазона сигнал принимает значение, равное границе.
Для дальнейшего использования каротажной информации в системах обработки необходимо по имеющимся реализациям построить единый сигнал.
Предположим, имеется совокупность реализаций сигнала {ХЦ , х2г-, Х3І }, последовательность значений глубины {Gj} и последовательность номеров значений сигнала, соответствующих М, заведомо меньше количества реализаций сигнала N. Необходимо определить последовательность значений единого сигнала с заданным шагом дискретизации по глубине HR с учетом сдвига по глубине Z. Значение сигнала Ук в некоторой точке GR = GH + HR (k-l) глубины с равномерным шагом находится с помощью линейной интерполяции следующим образом: В вычислении участвуют значения единого каротажного сигнала в точках регистрации Gh ближайших по глубине к GR . Значение глубины, соответствующее значению сигнала /, определяется по формуле Gi = Gj.i +z + h(i- пи). (4.12)
Таким образом, восстановление значения единого сигнала по нескольким реализациям производится не для всех точек регистрации, а только для точек Gh ближайших по глубине к расчетным значениям глубины GR , полученным при переходе к равномерному шагу. Такое совмещение этапов решения двух задач редактирования дает выигрыш во времени вычислений.
Задача восстановления единого сигнала решается путем приведения реализаций сигнала ХЦ , Х2І , ХЗІ К тому масштабу, по которому производилась калибровка сигнала. Номер К калибровочного канала считается априорно заданным.
Очевидно, что для канала калибровки РКк = 1. Алгоритм программы, реализующий решение задачи восстановления единого сигнала с одновременным переходом к равномерному шагу по глубине, имеет следующий вид. Шаг 1. Вычисляются начальное и конечное значения интервала глубин с учетом сдвига по глубине: GNAH=GH + Z, GKON=GK + Z-1, (4.16) причем полученные значения округляются до наименьшего целого числа, большего или равного данному значению. Вычисляются пересчетные коэффициенты РК, равные отношению величины ступени стандарт-сигнала для данного канала к величине ступени калибровочного канала. Их удобнее вычислять на этапе автоматического анализа стандарт-сигналов. Читается начальное значение файла глубин в структуру, объединяющую значение глубины и номера точки. Значение глубины сдвигается на z, и записывается в переменную G1. Номер соответствующей точки сигнала - в NG1. Глубина NG1 сравнивается с началом интервала глубин GNAH Если GMAH меньше G1, выдается сообщение об ошибке.
Шаг 2. Читаются последовательно значение меток глубин и соответствующие им номера точек из файла глубин в переменные G2 и GNAH. Чтение повторяется до тех пор, пока G2 не превысит GMAH- При этом предыдущее значениє глубины сохраняется в G1 , а соответствующий номер точки - в NG1 . Начальное значение расчетной глубины с равномерным шагом GR равно GMAH
Шаг 3. Сравнивается значение глубины G2 с конечным значением интервала глубин GKON Если G2 меньше GKON , производятся вычисления на интервале [Gl, G2).
После обработки у -го интервала [G1 , G2), где G1 = GJ.J + z, для точки с номером NG1, G2 = Gj +z, для точки с номером NG2, последнее значение метки глубины G2 сохраняется в G1, номер NG2 пересылается в NG1. Затем читается следующее значение глубины из файла глубин, сдвигается на величину z и записывается в G2, номер соответствующей точки сигнала равен NG2, т.е. определяются границы следующего интервала [Gl, G2) и повторяется п. 3.
Если G2 GKON обрабатывается последний интервал [Gl , G2) , вычисления на котором отличаются от общего случая тем, что выход из цикла будет при условии GR GKON а не при GR G2 , после чего печатается сообщение «выход по ограничению глубин» и программа переходит к этапу перевода сигнала в физические единицы.
