Интерпретация данных ГИС на базе системно-структурного подхода учебн

достаточно удаленной как от устья, так и от забоя. Если же точка находится близко к забою или устью, и отрезок, по которому следует выполнять усреднение, выходит за пределы реальной длины скважины, можно воспользоваться тем или иным искусственным приемом, например приписать воображаемому продолжению скважины такое же среднее значение ординаты кривой, каким характеризуется скважина, взятая в целом. Тогда Х– a1 и Х+a1 будут определены для всякой точки оси скважины при любой длине скважины и любых а и с.

Для установления места литолого-стратиграфического элемента в разрезе скважины используются псевдостатистические представления каротажных диаграмм в виде массива чисел геофизических показаний, в которых, помимо исходных нормированных диаграмм, присутствуют их сглаженные отображения. При этом точке на оси скважины приписываются, кроме показаний геофизического параметра с исходной кривой ГИС, целый набор усредненных показаний того же геофизического метода на участках разной длины, лежащих в окрестностях этой точки (рис. 2.3), т.е. различающая информация заключается не в отдельных признаках (исходных диаграмм ГИС), а в их сочетаниях – исходных диаграммах и псевдостатистических отображений каротажных кривых.

По нормированным исходным и сглаженным кривым ГИС определяется коэффициент корреляции (мера близости) для каждой точки разреза скважины – объекта интерпретации с каждой точкой разреза эталонной скважины:

ГИС иих псевдостатистических отображений; g – текущий номер (от 1 до k) диаграммы ГИС или ее псевдостатистического ото-

121

бражения; i – порядковый номер точки в разрезе скважиныэталона; j – порядковый номер точки в разрезе интерпретируемой скважины; Хgi – отсчет по g-й диаграмме ГИС или ее псевдостатистическому отображению на уровне i-й точки в разрезе скважины-эталона; Х'gi – отсчет по g-й диаграмме ГИС или ее псевдостатистическому отображению на уровне j-й точки в разрезе интерпретируемой скважины; Хi – среднеарифметическое

значение отсчетов по исходной или сглаженной кривой ГИС в скважине-эталоне; X i′ – среднеарифметическое значение отсче-

тов по исходной или сглаженной кривой ГИС в интерпретируемой скважине.

Рис. 2.3. Расчет коэффициента корреляции:

i (11, 16, 8, 19, 4, 27, –3, 22, –5, 8, 2) – описание точки скважины-эталона при 6-интервальном сглаживании (m = 6)

122

Полученные значения мер сходства анализируются компьютером, а затем среди них выбирается одно наиболее надежное, т.е. для каждой точки интерпретируемой скважины находится идентичная точка в разрезе скважины-эталона, литологостратиграфический индекс которой присваивается искомой точке в разрезе скважины – объекта интерпретации. Такой прием как раз и обеспечивает системный характер предлагаемого псевдостатистического моделирования.

Из изложенного ясно, что обучением на скважине-эталоне и псевдостатистическим представлением результатов описания кривых ГИС можно пользоваться не только при работе с разрезом скважины, взятым в целом, но и для интерпретации данных по части разреза, вскрытого скважиной.

На рис. 2.4 представлена схема обработки информации по скважинам, одна из которых выступает в качестве эталона, а вторая – в качестве объекта геологической интерпретации относящихся к ней данных скважинной геофизики, реализована в программе «Литолого-стратиграфическая интерпретация данных ГИС» (ЛСИГИС).

Программа ЛСИГИС предназначена для комплексной геологической интерпретации (определение литологического состава и стратиграфической принадлежности горных пород, характера насыщения коллекторов) материалов геофизических исследований скважин с использованием обучения на информации, представленной диаграммами ГИС и детальным литолого- стратигра-фическим описанием разреза, относящимися к некоторой эталонной скважине. Специфическая особенность программы – объединение литологической идентификации горных пород, определение характера насыщения продуктивных пластов и межскважинной корреляции (детальной стратиграфической индексации) разрезов в единую задачу литологостратиграфической интерпретации данных ГИС.

123

Рис. 2.4. Схема последовательности обработки геофизической информации по программе ЛСИГИС

124

Программа может применяться лишь к скважинам, вскрывающим слоистые (стратифицированные) толщи с пологим (углы падения до 15°) залеганием и достаточно устойчивыми последовательностями смены литолого-стратиграфи-ческих разновидностей горных пород по мере увеличения глубины от земной поверхности, при условии, что зенитные углы осей скважин не превосходят 45°. Ее не следует использовать, если скважины проходят через блок нестратифицированных горных пород или через стратифицированную толщу, структура которой усложнена наличием относительно мощных и многочисленных секущих тел любого происхождения или присутствием значительного количества разрывных нарушений с большими амплитудами относительного смещения крыльев.

Однако наличие в разбуренном блоке единичных тектонических разрывов, выраженных зонами дробления небольшой (до первых десятков сантиметров) толщины, удаленных один от другого на расстояния порядка 100 м и более, имеющих такое залегание, что каждый разрыв при данной разбуренности площади подсекается хотя бы двумя-тремя скважинами, эффективному применению программы не препятствует, требуя только особого подхода к кодированию информации о стратиграфической принадлежности пород, встреченных в разрезах скважинэталонов, и к комплексированию наборов «эталон – объект интерпретации», подаваемых на вход программы.

Необходимыми условиями использования программы также является следующие:

–наличие для скважины-эталона достаточно качественных фактических или/и синтетических диаграмм ГИС и полного, адекватного действительности промыслово-геологического описания ее разреза;

–использование на скважинах-объектах интерпретации только тех методов и модификаций ГИС, которые в аналогичных технических скважинных условиях фактически или пред-

125

положительно (для синтетических диаграмм) применялись в скважине-эталоне.

Важнейшие преимущества программы:

–отсутствие практически значимых ограничений на количество и номенклатуру идентифицируемых литологических разновидностей горных пород и типов коллекторов;

–выполнение детальной межскважинной корреляции геологических разрезов непосредственно в процессе интерпретации диаграмм ГИС, относящихся к отдельным скважинам;

–предельная простота настройки (путем подбора скважи- ны-эталона) программы на конкретные условия, связанные со специфическими особенностями геологического разреза изучаемой площади, составом набора использованных методов и модификаций ГИС, техническим состоянием скважин в периоды проведения в них геофизических исследований.

Обеспечиваемое программой объединение литологиче-

ской идентификации пород, определение характера насыщения коллекторов и детальная корреляция геологических разрезов скважин в единую задачу достигнуто за счет одновременного рассмотрения каждой из диаграмм ГИС в ее исходном (не считая предварительной нормировки) виде и в огрубленных отображениях, полученных в результате сглаживания предварительно нормированной исходной диаграммы скользящими окнами различных размеров, наращиваемых по закону геометрической прогрессии со знаменателем, значение которого обычно принимается равным 2 или 3. Отвечающие данной точке оси скважины отсчеты по сглаженным диаграммам используются «на равных правах» с отсчетами по нормированным исходным диаграммам, играя роль признаков, совокупность которых в обобщенной форме отражает «всю» конфигурацию каждой из диаграмм применительно к данной точке разреза, вскрытого скважиной. Благодаря включению в геофизическое описание точки усредненных отсчетов, которые соответствуют целой цепочке разноуровенных подсистем – различных по длине отрезков оси

126

скважины, охватывающих данную точку в качестве одного из своих предельно малых элементов, описание приобретает иерархический, системный характер. Такой учет иерархичности систем путем переноса параметров подсистем разных уровней на составляющие их неделимые элементы именуется псевдостатистическим моделированием и трактуется как особый интегративный способ описания систем.

Основные особенности алгоритма

1.Использование системного представления диаграмм ГИС, реализуемого на основе псевдостатистического моделирования и выступающего в качестве основного средства решения задачи межскважинной корреляции геологических разрезов, которая по самой своей природе носит системный характер, поскольку требует, чтобы в момент выполнения стратиграфической идентификации любого малого элемента разреза интерпретирующая программа «видела» каждую диаграмму ГИС как пространственную конструкцию целиком и «воспринимала» ее как иерархически построенный объект.

2.Опора на материал обучения, представленный скважи- ной-эталоном (реальной или воображаемой скважиной, для которой имеется полное промыслово-геологическое описание ее разреза – стратиграфия, литология пластов со сведениями по характеру насыщения коллекторов), которая исследовалась теми же методами ГИС, которые применялись на скважинах – объектах интерпретации. Эталон непосредственно участвует в каждом акте интерпретации, что, во-первых, позволяет упростить управление литолого-стратиграфической интерпретацией за счет его сведения к подбору скважины-эталона, а, во-вторых, снимает все практически значимые ограничения на количество

иноменклатуру идентифицируемых с помощью ЭВМ разновидностей горных пород и типов коллекторов, на детальность используемых стратиграфических схем.

127

3.Отказ от конструирования обобщенных геофизических образов отдельных слоев. На начальных этапах интерпретации каждая из точек оси скважины-эталона, отраженных в поступающих на вход программы дискретизированных описаниях диаграмм ГИС, рассматривается как отвечающая уникальному, неповторимому литолого-стратиграфическому элементу. Отказ от использования обобщенных образов продиктован результатами специальных исследований. Для каждой из точек оси скважины-объекта интерпретации, отраженных в отвечающих этой скважине аналогичным образом дискретизированных описаниях диаграмм ГИС, определяются меры сходства набора характеризующих ее геофизических показателей, снятых с исходных сглаженных диаграмм, с каждым из наборов соответствующих показателей, характеризующих отдельные литологостратиграфические элементы разреза эталонной скважины. Мерой сходства служит коэффициент корреляции между относящимися к сопоставляемым точкам разрезов двух скважин отсчетам по соответствующим одна другой исходным и сглаженным диаграммам ГИС. Отказ от использования обобщенных образов, оценка сходства через коэффициенты корреляции делают алгоритм малочувствительным к изменчивости толщин литологически однородных слоев, позволяют применять программу как на тонко-, так и на толстослоистых разрезах.

4.Нормировка всех исходных диаграмм ГИС, которая предшествует началу интерпретации. После нормировки каждая диаграмма характеризуется среднеарифметическим значением и дисперсией нормированных отсчетов, соответственно равных 0 и 1. Нормировка дает возможность работать с результатами автоматического и полуавтоматического считывания, а также цифровой регистрации диаграмм ГИС, игнорируя различия в масштабах исходных графиков и единицах измерения геофизических параметров, что очень упрощает технологию интерпретации. Еще большее значение имеет следующее обстоятельство: при сглаживании нормированных диаграмм участку окна сгла-

128

живания, вышедшему ввиду ограниченной длины диаграммы за ее пределы, можно условно приписать значение нормированного отсчета, равное 0. Благодаря этому значения сглаженных показаний могут определяться, что и реализовано в программе, для всех точек диаграммы, как бы близко к ее концам они ни находились.

5. При сглаживании среднее значение нормированного показания относится не к центру отрезка диаграммы, по которому оно рассчитывалось, а к концевой точке отрезка. Как следствие, для каждой точки оси скважины, отраженной в дискретизированных описаниях диаграмм ГИС, при фиксированной длине интервала сглаживания по одной и той же диаграмме получается два сглаженных значения: одно по отрезку, для которого данная точка является его верхним концом, другое по отрезку, у которого с той же точкой совпадает его нижний конец. Такой подход расширяет размерность признакового пространства, в котором решаются задачи интерпретации, позволяет более полно учесть эффекты, обусловленные несимметричностью некоторых геофизических зондов, что большей частью благоприятно сказывается на качестве литологических и стратиграфических идентификаций пород по каротажным диаграммам.

Остановимся на имеющих важное значение для понимания сущности алгоритма принципах кодирования исходных данных о литологическом составе, характере насыщения и стратиграфической принадлежности пород, характеризующих геологический разрез скважины-эталона.

Принципы кодирования заключаются в следующем. Описание разреза задается массивом четырехпозиционных десятичных чисел, отвечающих тем же точкам оси скважины, данные по которым вошли в относящиеся к этой скважине дискретизированные описания кривых ГИС. Как и описания диаграмм, числа, характеризующие геологический разрез, вводятся в порядке возрастания глубин расположения точек оси скважины, к которым они относятся. Первые две позиции каждого из чисел отражают литологический состав и характер насыщения породы. При этом одна и

129

та же порода-коллектор при разном характере насыщения кодируется различными двухпозиционными числами, соотношение значений которых могут быть произвольными. Последние две цифры четырехпозиционного числа являются кодом стратиграфического подразделения, которые необходимо подбирать так, чтобы в описании геологического разреза скважины-эталона их числовые значения образовывали неубывающую последовательность. В частности, при пересечении скважиной разрывного нарушения со значительной амплитудой смещения породы одного и того же стратиграфического подразделения в нижнем тектоническом блоке должны получить код стратиграфической принадлежности с более высоким числовым значением, чем в верхнем блоке, а в тектоническом блоке с опрокинутым залеганием пород более молодые пласты и слои получают большие числовые значения кодов стратиграфической принадлежности, чем более древние. Названия всех литологических разновидностей пород и стратиграфических подразделений, отвечающие используемым кодам, в каждом акте работы программы вводятся заново в виде текстов для словарей «Наименования выделяемых типов пород (иколлекторов)» и «Наименования стратиграфических подразделений». Такой подход снимает все ограничения на используемую номенклатуру пород, типов коллекторов и стратиграфических подразделений, позволяет программе окончательные результаты интерпретации печатать в словесной форме, без применения кодов.

Интерпретация осуществляется в следующем порядке:

1)для каждой точки разреза скважины – объекта интерпретации рассчитываются меры сходства набора ее геофизических характеристик с наборами характеристик каждой из точек разреза скважины-эталона;

2)запоминаются номера пяти точек разреза эталона, на которые данная точка разреза объекта интерпретации похожа в наибольшей степени, и соответствующие этим номерам значения мер сходства. Это дает возможность построить пять разно-

130