Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

УЧебно-Методическое пособие

к практическим занятиям по курсу

«Математические методы моделирования в геологии»

для студентов специальности 130304 «Геология нефти и газа»

Уфа 2008

В учебно-методическом пособии приведены практические работы, предусмотренные программой дисциплины «Математические методы моделирования в геологии». Даются описание работ и некоторые сведения, необходимые для их выполнения.

Предназначено для студентов специальности 130304 «Геология нефти и газа».

Составитель Абабков К.В., канд. геол.-минерал. наук,

Султанов Ш.Х., доц., канд. геол.-минерал. наук.

Рецензент доцент, канд.техн. наук Чибисов А.В.

© Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2008

Введение

Практические работы предусмотрены программой курса «Математические методы моделирования в геологии» и выполняются с использованием персональных компьютеров и операционной системы Microsoft Windows XP/2000. Программное обеспечение: Microsoft Excel, Golden Software Surfer 8.0.

Предполагается, что для выполнения представленных работ студенты имеют начальные навыки работы с компьютерами. Считается, что студенты самостоятельно с помощью компьютера (в операционной системе Windows) могут совершать следующие операции: создавать папки, копировать, перемещать, сохранять и стирать файлы, распознавать тип файла по расширению, создавать новые файлы.

Кроме того, студенты должны иметь минимальные навыки работы со следующими программами: Microsoft Excel, Microsoft Word, NotePad (блокнот). В этих программах необходимо уметь создавать новый документ (файл), сохранять, открывать и редактировать его.

Задания к работам по вариантам хранятся в электронном виде и доступны при выдаче варианта в начале выполнения курса практических работ.

В результате выполнения курса студент должен овладеть основными навыками оперирования геологической информацией в электронном виде, а также выполнять обработку информации с помощью общих и специальных программных средств.

Для выполнения практических работ потребуется носитель информации для сохранения и копирования своих результатов работы: 2-3 дискеты 3-дюймового формата либо flash-накопитель.

Практическая работа 1 «Организация и анализ и геологических данных»

Цель работы – научиться следующему:

• пользоваться инструментом работы с базами данных в программе электронных таблиц Microsoft Excel;

• создавать простую реляционную базу данных;

• пользоваться процедурами поиска, сортировки информации в базе данных;

• создавать выборки из базы данных по различным критериям;

• рассчитывать статистические показатели на основе выборки базы данных.

Программа Microsoft Excel имеет широкие возможности по работе с различными функциями. Все функции разделены на несколько категорий: математические, финансовые, статистические, текстовые, логические, работа с базами данных, инженерные, информационные и др. Доступ к функциям осуществляется через меню «Вставка / Функция…». В категорию функций «Работа с базами данных» входят функции, представленные в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Функции работы с базами данных

Функция	Описание
1	2
БДДИСП	Оценивает дисперсию по выборке из выделенных записей базы данных
БДДИСПП	Вычисляет дисперсию по генеральной совокупности из выделенных записей базы данных
БДПРОИЗВЕД	Перемножает значения определенного поля в записях базы данных, удовлетворяющих условию
БДСУММ	Суммирует числа в поле для записей базы данных, удовлетворяющих условию
БДИЗВЛЕЧЬ	Извлекает из базы данных одну запись, удовлетворяющую заданному условию
БСЧЕТ	Подсчитывает количество числовых ячеек в базе данных
БСЧЕТА	Подсчитывает количество непустых ячеек в базе данных
ДМАКС	Возвращает максимальное значение среди выделенных записей базы данных
ДМИН	Возвращает минимальное значение среди выделенных записей базы данных

Продолжение таблицы 1.1

1	2
ДСРЗНАЧ	Возвращает среднее значение выбранных записей базы данных
ДСТАНДОТКЛ	Оценивает стандартное отклонение по выборке из выделенных записей базы данных
ДСТАНДОТКЛП	Вычисляет стандартное отклонение по генеральной совокупности из выделенных записей базы данных

Каждая из этих функций, которые из соображений совместимости имеют обобщенное название «БДФункция», использует три аргумента:

• база_данных,

• поле,

• критерий.

Эти три аргумента ссылаются на интервалы ячеек на рабочем листе, которые используются данной функцией.

Синтаксис: «БДФункция(база_данных;поле;критерий)».

1. База_данных – это интервал ячеек, формирующих список или базу данных. База данных в Microsoft Excel – это список связанных данных, в котором строки данных являются записями, а столбцы – полями. Верхняя строка списка содержит названия каждого столбцов. Ссылка может быть задана как диапазон ячеек либо как имя, соответствующее диапазону списка.

2. Поле определяет столбец базы данных, используемый функцией. Поля данных в списке должны содержать идентифицирующее имя в первой строке. Аргумент поле может быть задан как текст с названием столбца в двойных кавычках, например «Пористость» или «Пласт» в приведенном ниже примере базы данных, или как число, задающее положение столбца в списке: 1 – для первого поля (Скважина), 2 – для второго поля (Координата X) и так далее.

3. Критерий – это ссылка на интервал ячеек, задающих условия для функции. Функция возвращает данные из списка, которые удовлетворяют условиям, определенным диапазоном критериев. Диапазон критериев включает копию названия столбца в списке, для которого выполняется подведение итогов. Ссылка на критерий может быть введена как интервал ячеек, например «A1:F2» в приведенном ниже примере базы данных, или как имя интервала, например "Критерии".

Советы

• Любой интервал, который содержит по крайней мере одно название столбца и по крайней мере одну ячейку под названием столбца с условием, может быть использован как аргумент критерий БДФункции.

Например, если интервал «G1:G2» содержит название столбца «Доход» в ячейке G1 и величину 10 000 в ячейке G2, то можно определить интервал «СоответствуетДоходу» и использовать это имя как аргумент критерий в функции баз данных.

• Несмотря на то, что диапазон критериев может располагаться в любом месте таблицы, не стоит помещать его внизу списка. Это связано с тем, что данные, добавляемые в список командой Форма меню Данные, вставляются с первой строки после списка. Если эта строка не пустая, Microsoft Excel не сможет добавить данные в список.

• Диапазон критериев не должен перекрываться со списком.

• Чтобы выполнить операцию над целым столбцом базы данных, нужно ввести пустую ячейку под названием столбца в диапазоне критерия.

Примеры по работе с функциями базы данных можно найти в справочной системе программы Microsoft Excel.

Следующий рисунок является примером базы данных для скважин некоторого месторождения. Каждая запись содержит информацию об одной скважине.

Диапазон A5:E11 имеет название «БД», а диапазон A1:G2 – «Критерий».

Рисунок 1.1 – Пример базы данных

БСЧЁТА(БД;"Скважина";A2:B2) равняется 3. Эта функция просматривает записи скважин, которые имеют тип «добывающая» и подсчитывает количество непустых полей в столбце «Скважина».

ДМАКС(БД;"Толщина";A1:A2) равняется 12, максимальная толщина в выборке из всех скважин.

ДМИН(БД;"Пористость";A1:B2) равняется 16, минимальная пористость в добывающих скважинах.

БДСУММ(БД;"Дебит";A1:A2) равняется 121, суммарный дебит по всем скважинам.

БДСУММ(БД;"Дебит";A1:G2) равняется 16, суммарный дебит по добывающим скважинам с дебитом от 7 до 12.

ДСРЗНАЧ(БД;"Пористость";A1:B2) равняется 19.3, средняя пористость по добывающим скважинам.

ДСРЗНАЧ(БД;4;БД) равняется 9, средняя толщина всех скважин.

Задание:

• создать базу данных в Excel путем импорта данных из внешнего источника данных;

• используя функции работы с базами данных, найти следующие характеристики: среднюю пористость по каждой скважине, количество прослоев и толщину прослоев по каждой скважине, толщину прослоев коллектора по каждой скважине.

Исходные данные по вариантам хранятся в электронном виде в файлах. Каждому варианту соответствует свой файл.

Таблица 1.2 – Варианты и соответствующие им файлы с данными

Вариант	Название файла	Вариант	Название файла	Вариант	Название файла
1	a000	21	a200	41	a400
2	a010	22	a210	42	a410
3	a020	23	a220	43	a420
4	a030	24	a230	44	a430
5	a040	25	a240	45	a440
6	a050	26	a250	46	a450
7	a060	27	a260	47	a460
8	a070	28	a270	48	a470
9	a080	29	a280	49	a480
10	a090	30	a290	50	a490
11	a100	31	a300	51	a500
12	a110	32	a310	52	a510
13	a120	33	a320	53	a520
14	a130	34	a330	54	a530
15	a140	35	a340	55	a540
16	a150	36	a350	56	a550
17	a160	37	a360	57	a560
18	a170	38	a370	58	a570
19	a180	39	a380	59	a580
20	a190	40	a390	60	a590

Каждый файл имеет текстовый формат. В файле записаны данные результатов интерпретации ГИС по десяти скважинам. Данные записаны как прямоугольная таблица с фиксированным количеством столбцов.

В каждой строке хранятся данные по одному прослою ГИС. Каждый прослой характеризуется своим набором свойств (полей). Характеристики хранятся в столбцах. В каждом столбце хранится определенное свойство прослоя.

Таблица 1.3 – Описание данных исходных файлов

Номер столбца	Данные (свойство)	Мнемоника
1	Название скважины	Скв
2	Координата X	X
3	Координата Y	Y
4	Название пласта	Пласт
5	Название пропластка	Пропл
6	Глубина кровли, м	ГлКр
7	Абсолютная отметка кровли, м	АоКр
8	Толщина, м	Тол
9	Вертикальная толщина, м	ТолВ
0	Признак коллектора (0 – неколлектор, -1 – коллектор)	Кол
11	Код литологии (4 – уплотнение, 3 – песчаник, 2 – алевролит, 1 – аргиллит)	ЛТ
12	Код насыщения (4 – нефть, 5 – нефть с водой, 6 – вода, 7 – заводнение, 8 – не ясно, 0 – нет насыщения)	НТ
13	Код начального насыщения (4 – нефть, 5 – нефть с водой, 6 – вода, 7 – заводнение, 8 – не ясно, 0 – нет насыщения)	НТнач
14	Сопротивление, Омм	Сопр
15	Альфа ПС, д.ед.	Апс
16	Альфа ГК, д.ед.	Агк
17	Альфа НКТ, д.ед.	Анкт
18	Пористость, %	Кпо
19	Проницаемость, мД	Кпр
20	Нефтенасыщенность, %	Кнн

Последовательность выполнения задания:

1. Создайте папку, соответствующую своим ФИО, выберите файл, соответствующий своему варианту и скопируйте его туда. Создать папку необходимо для того, чтобы сохранять в ней все свои данные и лабораторные работы по курсу.

2. Файл с исходными данными является простым текстовым файлом и чтобы загрузить его в Microsoft Excel, необходима процедура импорта. Откройте программу Microsoft Excel, через меню «Пуск».

3. Через меню программы «Файл / Открыть…» войдите в диалог открытия файла и перейдите в созданную вами папку. Для того чтобы отобразить все файлы, находящиеся в папке, необходимо в поле «Тип файлов» установить элемент «Все файлы (*.*)». Поле «Тип файлов» расположено в нижней части диалога открытия и оформлено в виде выпадающего списка.

4. Укажите на файл и нажмите «Открыть». Появится мастер импорта, состоящий из трех шагов. Изучите возможности мастера импорта. На третьем шаге необходимо нажать кнопку «Подробнее» и установить разделитель целой и дробной части – точку.

5. После открытия убедитесь в корректности данных. Данные во всех столбцах (кроме столбцов 1, 4, 5) должны быть в числовом формате. Если данные загружены в формате дат, то это необходимо исправить на этапе импорта или в самом исходном файле.

6. Добавьте строку в начало таблицы и введите названия столбцов (мнемоники из вышепреведенной таблицы 1.3).

7. Выделите всю область таблицы, где определены данные и присвойте ей имя. Поле имен расположено слева от строки формул (рисунок 1.2). Введите имя в поле имен и нажмите Enter. Имя должно быть уникальным, для того чтобы в дальнейшем обращаться к базе данных по имени. В имени не должно быть пробелов.

8. Поставьте автофильтры на столбцы данных. Для этого выделите левую верхнюю ячейку «A1» и выберите пункт меню Данные / Фильтр / Автофильтр. Фильтры позволяют просматривать только выбранные данные.

9. Чтобы не загромождать лист с базой данных, все результаты расчетов по базе лучше проводить на другом листе электронной таблицы. Перейдите на другой лист и создайте область критериев.

10. Создайте список скважин вашей базы данных. Скопируйте все строчки первого столбца и удалите повторяющиеся элементы. Вы должны получить список из 10 скважин. Для контроля необходимо воспользоваться автофильтром.

11. Для каждой скважины рассчитайте следующие показатели: среднюю пористость, количество прослоев, толщину прослоев и толщину прослоев коллектора. Выходная таблица с результатами должна выглядеть так, как показано на рисунке 1.3. Все расчеты должны быть произведены с использованием функций из таблицы 1.1. В ячейках должны быть записаны не рассчитанные значения, а соответствующая функция со своими аргументами. Для расчета среднего значения воспользуйтесь функцией «ДБСРЗНАЧ», для расчета количества прослоев – функцией «БСЧЕТА», для расчета толщины – функцией «БДСУММ». При расчете толщины коллектора по скважине необходимо применить дополнительный критерий «Кол –1».

12. В качестве дополнительного задания рассчитайте средние значения по трем пропласткам: «1a», «1b», «1c».

13. Сохраните файл с данными. Данные из базы данных понадобятся для выполнения последующих лабораторных работ.

Рисунок 1.2 – Установка имени базы

Рисунок 1.3 – Пример таблицы расчета показателей базы данных

Задания для самостоятельной проработки:

1. Создайте шаблон, позволяющий вычислять показатели по другим реляционным таблицам базы данных.

2. Проведите вычисления по базе данных с помощью инструмента сводных таблиц.