Методика и технология построения эффективных параметров среды по данным электрических методов ГИС с применением параметризованной фильтрации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.10, кандидат технических наук Куделин, Артем Георгиевич

• Куделин, Артем Георгиевич
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Куделин, Артем Георгиевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Анализ возможностей и ограничений традиционных методик интерпретации данных электрических методов ГИС.

1.1. Цели и задачи интерпретации данных ГИС.

1.2. Традиционные методы интерпретации данных электрометрии скважин.

1 1.3. Нитрометрия как основа интерпретации данных электрометрии

1.4. Достоинства и недостатки традиционных методик интерпретации данных электрометрии ГИС и методов нитрометрии, основанных на решении обратных задач.

ГЛАВА 2. Теоретические основы построения распределений эффективных параметров среды по данным электрометрии ГИС путём нелинейной параметрической фильтрации. 4g ш 2.1. Актуальность построения изображений сложнопостроенных сред.

2.2. Понятие и методы фильтрации геофизических данных.

2.3 Метод полного нормированного градиента как теоретическая основа построения изображений распределений эффективных параметров среды.

ГЛАВА 3. Методика и технология применения нелинейной параметрической фильтрации для интерпретации данных ГИС.

3.1. Автоматизированная система «Visual GIS» как реализация тех-• нологии применения нелинейной параметрической фильтрации для интерпретации данных ГИС.

3.2. Построение фильтра уровня анизотропии и применение его для задач литологического расчленения разреза по данным электрического каротажа.

3.3. Построение фильтра для восстановления распределения удельной проводимости среды по результатам БКЗ.

3.4. Построение изображения эффективных источников естественного электрического поля по результатам исследования скважин методом ПС.

ГЛАВА 4. Результаты обработки данных электрического каротажа на постоянном токе и исследований потенциала самопроизвольной поляризации по скважинам Тимано-Печорской провинции и анализ полученных результатов.

4.1. Характеристика объектов исследования. 4.2. Результаты применения технологии нелинейной параметрической фильтрации.

4.3. Сравнение полученных результатов с результатами традиционной интерпретации.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методика и технология построения эффективных параметров среды по данным электрических методов ГИС с применением параметризованной фильтрации»

Актуальность работы. В связи с постоянно усложняющими условиями разведки и разработки месторождений углеводородного сырья всё время повышаются требования к качеству и информативности результатов геофизических методов исследования скважин. Такая необходимость требует оптимизации комплекса ГИС, применения высокоинформативных методов и их модификаций, прогрессивных технологий интерпретации.

Вместе с усложнением задач, которые должны решаться комплексом ГИС, все более возрастает актуальность проблемы сложнопостроенных сред, для которых неприменимы традиционные модельные представления, используемые в настоящее время для интерпретации данных ГИС.

Сложнопостроенными следует называть среды, для которых теряют смысл понятия "граничных" ("кондиционных") значений пористости, глинистости и других петрофизических характеристик. В этом смысле сложными являются объекты с полиминеральным составом матрицы, сложной структурой емкостного пространства и многокомпонентным составом флюида. К специальному типу можно отнести пласты с малыми эффективными толщинами, включая тонкостратифицированные, обладающие свойством анизотропии.

Успешное решение проблем, возникающих при изучении таких сред должно опираться на новые технические возможности и повышение качества измерений, методик обработки и интерпретации данных, метрологического обеспечения и эталонной информации.

В связи с этим требуется не только определение некоторых численных характеристик скважинного пространства, но и детальное изучение присква-жинной области, то есть получение изображений околоскважинного пространства. Эти проблемы могут быть решены с одной стороны разработкой новой аппаратуры и методики исследований, а с другой, повышением интерпретационных возможностей существующих методов геофизических исследований скважин на основе разработки методов более полного извлечения информации из наблюдаемых данных.

Методики интерпретации и обработки данных, которые традиционно используются и основанные на упрощенных модельных представлениях зачастую недостаточно адекватны для описания реальной ситуации, кроме того, они несут на себе нагрузку классических методов и понятий связанных с моделями однородных сред (например, кажущееся сопротивление и пр.)

Развитие компьютерных технологий комплексной интерпретации данных ГИС послужило основой к развитию теории методов ГИС, совершенствованию их интерпретационных и петрофизических моделей, метрологического обеспечения.

В то же время, к объективным трудностям относятся неоптимальность комплекса ГИС и технологий исследований, несовершенство метрологического обеспечения, методик индивидуальной и комплексной интерпретации данных ГИС.

Снятие технических проблем не только не ослабило, но, наоборот, обострило научно-методические проблемы, связанные с преодолением недостатков интерпретационно-метрологического обеспечения и петрофизического обоснования отдельных методов ГИС комплексной интерпретации данных.

Обнаружился разительный контраст между стремительной динамикой технического прогресса и рутинностью, слабой обоснованностью некоторых интерпретационных методик, эмпиризмом алгоритмов интерпретации, переносящих в оперативную память мощных современных компьютеров устаревшие "палеточные" и "поправочные" методики иногда более чем тридцатилетней давности.

В целом, исторически, выделилось два подхода к интерпретации геофизических данных. Условно эти подходы можно назвать геофизической нитрометрией и интроскопией.

Геофизическая нитрометрия позволяет определять численные значения физических параметров, характеризующих геологический разрез. Эффективность её методов ограничена возможностями решения соответствующих обратных задач. Однако задачи прогнозирования требуют введения подобного рода моделей.

В отличии от нитрометрии, интроскопия объединяет методы преобразования геофизических полей, направленные на построение изображений изучаемых сред. Отличие состоит в том, что смысл параметра, в терминах которого строится изображение среды может носить как физический, так и условный (эффективный) характер.

В этой связи целесообразной представляется разработка технологий и методов, позволяющий анализировать измеряемое геофизическое поле средствами фильтрации с целью восстановления каких-то характерных особенностей распределений эффективных параметров в среде.(Есть параметры содержательные (плотность, скорость, сопротивление) и есть параметры эффективные, эффективные параметры удобны для того, чтобы строить изображение объектов (оптическая плотность,.). Процедуры фильтрационной обработки с целью построения изображения среды должны работать в терминах эффективных параметров).

Цели и задачи работы. Повышение информативности результатов геофизических исследований скважин за счёт использования методов и технологии построения изображений среды путём конструирования и применения некоторых нелинейных параметрических фильтров. Разработка методики применения метода полного нормированного градиента для задач интерпретации данных ГИС. Создание технологии применения методов параметрической нелинейной фильтрации для задач интерпретации данных ГИС. Построение нелинейных параметризованных фильтров для задач интерпретации электрического каротажа. Исследование области применимости вышеуказанных методик и технологий.

Научная новизна. В настоящей работе впервые исследована возможность применения механизмов параметрической нелинейной фильтрации (в частности метода полного нормированного градиента и его модификаций) для решения задач качественной интерпретации данных электрометрии скважин. Разработаны методы и технология построения распределений эффективных параметров и их применения к задачам интерпретации данных электрометрии скважин. Построен нелинейный фильтр для восстановления кажущихся сопротивлений среды по данным электрического каротажа.

Защищаемые положения.

Опираясь на проделанную работу, можно утверждать:

1. Применение нелинейной параметрической фильтрации позволяет решать задачи литолого-стратиграфического расчленения разреза по данным электрометрии скважины.

2. С помощью нелинейной параметрической фильтрации возможно восстановление эффективного распределения проводимостей среды в целях качественной интерпретации данных ГИС.

3. Построение распределений эффективных параметров путём параметрической нелинейной фильтрации позволяет строить изображения сложнопостроенных сред, которые могут быть использованы в целях качественной интерпретации данных ГИС.

Практическая значимость результатов. Впервые показана эффективность применения методов интроскопии для анализа данных ГИС. Разработаны методика и технология, которые позволяют эффективно решать следующие задачи: выполнять автоматизированное расчленение разреза по данным электрического каротажа с применением метода полного нормированного градиента; строить пространственные распределения эффективных источников естественного электрического поля с использованием механизмов параметрической нелинейной фильтрации; строить распределения эффективных сопротивлений среды по данным электрического каротажа скважин.

В целях реализации технологии создана автоматизированная система Visual GIS И Для персональных ЭВМ типа IBM PC, работающих под операционными системами семейства WINDOWS 9x/NT. Для опробования методик использовались данные по шести месторождениям Тимано-Печорской провинции. Продемонстрирована эффективность использования этих методик при интерпретации данных электрического каротажа скважин и детальном исследовании прискважинной области в различных геолого-геофизических условиях.

Реализация и внедрение результатов работы. Технология построения распределений эффективных параметров среды по данным электрометрии скважин внедрена в практику работ ГУЛ «Ухтагеосервис» и ОАб «Ко> минефтегеофизика», а так же использована в научной и учебной работу неф-тегазопромыслового факультета Ухтинского государственного технического университета.

Апробация. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на: семинарах и заседаниях кафедры прикладной математики и информатики Ухтинского государственного технического университета, межрегиональных молодёжных научных конференциях «Севергео-экотех-2002», «Севергеоэкотех-2003» (УГТУ, 2002г, УГТУ, 2003г), конференции молодых специалистов «Тэбук-нефть 2003», международном семинаре им. Д.Г. Успенского 2003, 2004 года «Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей» (Москва, 2003г,2004г), международной конференции Евро-Азиатского геофизического общества ЕАвО 2003 (Москва, 2003 г). По теме диссертации опубликовано семь печатных работ.

Заключение диссертации по теме «Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых», Куделин, Артем Георгиевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненной работы теоретически обосновано применение нелинейной параметрической фильтрации в целях построения распределений эффективных параметров среды, построены фильтры уровня анизотропии среды, фильтр восстановления эффективных удельных сопротивлений среды и фильтр построения распределения эффективных источников естественного электрического поля.

Создана технология, реализующая данные методы и позволяющая уже сегодня приступить к подробному изучению области применения данных видов фильтрации.

Произведён анализ применения методов фильтрации к данным электрического каротажа и сопоставление результатов с результатами традиционной интерпретации. Высокая степень корреляции полученных результатов подтверждает возможность построения интерпретационных схем на основе параметрической нелинейной фильтрации.

Построение распределений эффективных удельных сопротивлений даёт возможности для оптимизации комплекса электрических методов ГИС, позволяет повысить уровень извлечения полезной информации. Построение изображения прискважинного пространства в терминах эффективных источников естественного электрического поля, представляет интерес как самостоятельно, так и в рамках комплексной интерпретации данных ГИС.

В настоящий момент технология применяется на предприятии ОАО «Коминефтегеофизика» в целях детализации разрезов по результатам электрического каротажа на постоянном токе и выделения аномальных интервалов на этапе оценки материалов ГИС.

Дальнейшее развитие методов интроскопии, как применительно к электрическим методам ГИС, так и применительно к другим видам ГИС может служить ступенью для развития качественно иных подходов к интерпретации данных ГИС.

Следует отметить, что применение методов интроскопии не ставит под сомнение и не отрицает важность и результативность обработки данных ГИС по традиционным методикам, а может служить для выделения аномальных объектов на стадии предварительной оценки данных ГИС, проверки корректности результатов традиционной интерпретации и построения новых схем комплексной интерпретации с использованием изображений объектов, полученных качественно другими методами.

В заключении хочу принести благодарность своему научному руководителю, доктору физико-математических наук, профессору Кобрунову Александру Ивановичу, за руководство и всестороннюю помощь при написании диссертации, Смирнову Юрию Геннадьевичу, Даниленко Александру Николаевичу, за предоставление материалов и консультации, директору ГУЛ «Ухтагеосервис» Кормину Ивану Ивановичу, генеральному директору ОАО «Коминефтегеофизика» Уланову Валерию Евгеньевичу, главному инженеру ОАО «Коминефтегеофизика» Капранчикову Ивану Тимофеевичу за поддержку и чуткое отношение к данной научной работе.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Куделин, Артем Георгиевич, 2004 год

1. Альпин Л.М. Теория поля. М.: Недра, 1966.

2. Бахвалов Н.С. Численные методы. М.: Наука, 1973.

3. Березкин В.М. Метод полного градиента при геофизической разведке. — М.: Недра, 1988.

4. Воеводин В.В. Вычислительные основы линейной алгебры. М.: Наука, 1977.

5. Гольцман Ф.Н. Статистические модели интерпретации. М.: Наука, 1974.

6. Гради Буч. Объектно-ориентированный анализ и проектирование. -Бином, Невский диалект 1998.

7. Губерман Ш.А. Неформальный анализ данных в геологии и геофизике. — М.: Недра, 1987.

8. Дахнов В. Н. Электрические и магнитные методы исследования скважин: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. - М.: Недра, 1981.

9. Дахнов В. Н. Интерпретация результатов геофизических исследований разрезов скважин: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. - М.: Недра, 1982.

10. Демирчан К.С. Машинные расчеты электромагнитных полей / К.С. Де-мирчан, В.Л. Чечурин // М.: Высшая школа, 1986

11. Джон Влиссидес Применение шаблонов проектирования, дополнительные штрихи, Вильяме, 2003.

12. Джон Макгрегор Тестирование объектно-ориентированного программного обеспечения / Джон Макгрегор, Дэвид Сайке //, 01а8ой 2002

13. Жанов М.С. О едином подходе к проблеме интерпретации геофизических аномалий на основе методов продолжения полей, «Геология и геофизика» №10 1974, с.129-137.

14. Зоммерфильд А. Дифференциальные уравнения в частных производных. -М., ИЛ., 1973.

15. Иан Грэхем Объектно-ориентированные методы. Принципы и практика Вильяме 2004.

16. Иан Соммервилл Инженерия программного обеспечения 6-е издание, Вильяме 2002г.

17. Иванов В.К. Теория линейных некорректных задач и её приложения / В.К. Иванов, В.В. Васин, В.П. Танана//. -М., Наука, 1978.

18. Иванов В.Т. Прямые, обратные и смешанные задачи электрического каротажа / В.Т. Иванов, В.А. Масютина //. М., Высшая школа, 1981.

19. Интенберг С. С. Интерпретация результатов геофизических исследований скважин: Учебное пособие для вузов. 2-е издание переработанное и дополненное —М.: Недра, 1987.

20. Кобрунов А.И., «Один алгоритм решения обратных задач комплексной интерпретации» / А.И. Кобрунов, А.П. Петровский // Деп., УкрНИИНТИ 05.02.87 №619- ук.-87, с.12.

21. Кобрунов А.И., Даниленко А.Н. «К вопросу об интерпретации результатов измерения естественного электрического поля» / А.И. Кобрунов, Даниленко А.Н.// Баку, Изв. ВУЗов, сер. Нефть и газ №6 1991, с.7-13 .

22. Кобрунов А.И., Даниленко А.Н. «Алгоритм решения обратной задачи электрометрии скважин методом ПС» Деп., УкрНИИНТИ 06.03.89 т699 ук.-89.

23. Кобрунов А.И. Теоретические основы решения обратных задач геофизики: Учебное пособие. Ухта: УИИ, 1995.

24. Кобрунов А.И. Специальные вопросы теории физических полей: Учебное пособие. Ухта: УИИ, 1998.

25. Кобрунов А.И. Алгоритм решения систем линейных уравнений большой размерности / А.И. Кобрунов // Геофизический журнал, 1984.-Т.6, №1.-С.81-85.

26. Кобрунов А.И. Детерминированные модели комплексной интерпретации гравиметрических данных //Известия Вузов. Геология и Разведка. -2003г. .-№5.-С.57-62.

27. Кобрунов А.И. К анализу линейных приближений обратной задачи структурной гравиметрии / А.И. Кобрунов // Докл. АН УССР, Б.-1982.-№9.- С.7-9.

28. Кобрунов А.И. К вопросу об интерпретации аномальных гравитационных полей методом оптимизации / А.И. Кобрунов // Изв. АН СССР. Физика Земли, 1979.- №10.- С. 67-78.

29. Кобрунов А.И. К вопросу об эквивалентных перераспределениях в классе плотностных границ / А.И. Кобрунов // Теория и методика интерпретации гравимагнитных полей.- Киев: Наукова Думка, 1981.- С.97-105.

30. Кобрунов А.И. К теории качественной интерпретации геолого — геофизических данных / А.И. Кобрунов // Геофизический журнал. 2002.- №3, Т24, С.25- 35.

31. Кобрунов А.И. К теории комплексной интерпретации / А.И. Кобрунов // Геофизический журнал, 1980.- Т.2, №2.- С.31-38.

32. Кобрунов А.И. К теории методов подбора / А.И. Кобрунов // Геофизический журнал, 1983.- Т.5, №4.- С.34-43.

33. Кобрунов А.И. О введении ограничений типа неравенств на значения плотности при интерпретации гравиметрических данных / А.И. Кобрунов // Изв. вузов. Геология и разведка, 1981.- № 12.- С.75-81.

34. Кобрунов А.И. О детерминистическом подходе к теории комплексной интерпретации геофизических полей / А.И. Кобрунов // Геофизические исследования глубинного строения земной коры,- Киев: Наукова Думка, 1979.- С.60-65.

35. Кобрунов А.И. О классах оптимальности решения обратной задачи гра-виразведки / А.И. Кобрунов // Изв. АН СССР. Физика Земли.- 1982.-№2.- С. 100-107.

36. Кобрунов А.И. О методе оптимизации при решении обратной задачи гравиразведки /А.И. Кобрунов // Изв. АН СССР. Физика Земли.- 1978.-№8.- С.73-78.

37. Кобрунов А.И. О методе поиска оптимальных решений обратной задачи гравиметрии / А.И. Кобрунов// Дисс. канд. физ.- мат. наук. Киев, 1978 г. 156 с.

38. Кобрунов А.И. О методе поиска оптимальных решений обратной задачи гравиразведки в классе распределений плотности / А.И. Кобрунов // Геофизические исследования глубинного строения земной коры.- Киев: Наукова Думка, 1979.- С.65-70.

39. Кобрунов А.И. О построении решений обратной задачи гравиразведки в классе распределений плотности / А.И. Кобрунов // Докл. АН УССР, Б,-1977.-№12.-С. 1077-1080.

40. Кобрунов А.И. О построении решений обратной задачи гравиразведки в классе распределений плотности / А.И. Кобрунов // Разведка и разработка нефтяных и газовых месторождений.- 1978.-Вып.15.- С.48-50.

41. Кобрунов А.И. О проблеме параметризации в математических моделях геологических сред при решении обратных задач / А.И. Кобрунов // Геофизический журнал.—2001. -№5,Т.23, С.3-12.

42. Кобрунов А.И. Об одной постановке задачи оптимизации, возникающей при интерпретации комплекса геофизических данных / А.И. Кобрунов // Геофизический журнал.-1982.- Т.4.- №3.- С.50-56.

43. Кобрунов А.И. Об одном подходе к решению обратной задачи гравиметрии в плотностных границах / А.И. Кобрунов // Разведка и разработка нефтяных и газовых месторождений.-1979.- Вып. 16.- С.29-33.

44. Кобрунов А.И. Принципы интегрированной интерпретации гравиметрических данных / А.И. Кобрунов // Геофизический журнал- 2003.- №6, С.95- 105

45. Кобрунов А.И. Равномерные критерии оптимальности в задачах гравиметрии / А.И. Кобрунов // Докл. АН УССР, Б.-1986.- №11.- С.11-14.

46. Кобрунов А.И. Разрешимость и эквивалентность в обратной задаче гра-виразведки для нескольких плотностных границ / А.И. Кобрунов // Изв. АН СССР. Физика Земли.- 1983.- №5.- С. 67-75.

47. Кобрунов А.И. Теоретические основы критериального подхода к анализу геофизических данных (на примере задач гравиметрии)/ А.И. Кобрунов // Ивано-Франковск, 1985.- 229 с. Деп. в УкрНИИНТИ, 1280 Ук 86.

48. Кобрунов А.И. Теория и методы автоматизированной интерпретации гравиметрических данных для сложнопостроенных сред / А.И. Кобрунов // Разведочная геофизика. Обзор. МГП "Геоинформарк", М.-1993.-51с.

49. Кобрунов А.И. Теория интерпретации данных гравиметрии для сложно-построенных сред: Учебное пособие / А.И. Кобрунов Киев: УМКВО, 1989.-100 с.

50. Кобрунов А.И. Теория интерпретации данных гравиметрии для сложно-построенных сред / А.И. Кобрунов // Геофизический журнал.-1995. -Т. 17. №1.- С.3-12.

51. Кобрунов А.И. Экстремальные классы в задачах гравиметрии и их использование для построения плотностных моделей геологических сред. Дисс. докт. физ.- мат. наук / А.И. Кобрунов.- Ивано-Франковск, 1983 г. -439 с.

52. Кобрунов А.И. Комплекс программ решения обратной задачи гравираз-ведки в классе распределений масс в профильном варианте "Масса-2" /

53. A.И. Кобрунов, С.А. Аникеев, В.А.Варфоломеев, Р.П. Денисюк,

54. B.П.Степанюк // Гос. ФАП СССР № 5087000003 от 5.03.86.

55. Кобрунов А.И Комплекс программ решения обратной задачи гравираз-ведки в классе плотностных границ в профильном варианте "Граница-2" / А.И. Кобрунов, С.А. Аникеев, Р.П. Денисюк, В.П.Степанюк // Гос. ФАП СССР № 5087000035 от 5.03.86.

56. Кобрунов А.И. Комплекс программ решения обратной задачи гравираз-ведки в классе распределения масс в площадном варианте "Масса-З" А.И. Кобрунов, С.А. Аникеев, Р.П. Денисюк, В.П.Степанюк // Гос. ФАП СССР № 5087000081 от 22.02.87.

57. Кобрунов А.И., Комплекс программ решения обратной задачи гравираз-ведки в классе плотностных границ в площадном варианте / А.И. Кобрунов, С.Г.Аникеев, И.И. Благий, Р.П. Денисюк // Гос. ФАП СССР № 50880001415, 1988.

58. Кобрунов А.И Комплекс методов для интерпретации данных гравираз-ведки / А.И. Кобрунов, В.А. Варфоломеев, Денисюк Р.П. // Геофизический журнал.-1983.-Т.5.- №5.- С.3-13.

59. Кобрунов А.И., Результаты исследований оптимальных в равномерной метрике решений обратной задачи гравиметрии / А.И. Кобрунов, О.В.Войнова // Разведка и разработка нефтяных и газовых месторождений.- Львов, 1989.- Вып.26.- С.29-32.

60. Кобрунов А.И., Итерационная схема решения обратной задачи гравиметрии / А.И. Кобрунов, А.П. Петровский // Докл. АН УССР, Б.-1990.-№2.- С.13-16.

61. Кобрунов А.И. Методы и результаты комплексной интерпретации геофизических данных / А.И. Кобрунов, А.П. Петровский // Интерпретация гравитационных и магнитных полей.- Киев: Наукова Думка, 1992.1. C.156-161.

62. Кобрунов А.И. Обратные задачи комплексной интерпретации геофизических данных / А.И. Кобрунов, А.П. Петровский // Геологическая интерпретация гравитационных и магнитных аномалий. Киев: Наукова Думка, 1992. -С. 36-39.66.