Разработка и создание интеллектуальной информационно-измерительной технологии и аппаратного комплекса для автоматизации геофизических исследований скважин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.16, кандидат технических наук Межов, Анатолий Петрович

• Межов, Анатолий Петрович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Межов, Анатолий Петрович

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

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и создание интеллектуальной информационно-измерительной технологии и аппаратного комплекса для автоматизации геофизических исследований скважин»

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 диссертации по теме «Информационно-измерительные и управляющие системы (по отраслям)», Межов, Анатолий Петрович

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.