УДК 550.832 ББК 26.21

К71

Рецензенты:

д-р техн. наук, профессор В.А. Гершанок (ГОУ ДПО «Институт повышения квалификации - РМЦПК»);

канд. техн. наук, профессор Э.В. Любимов (Пермский государственный технический университет)

Косков, В.Н.

К71 Автоматизированная интерпретация данных геофизических иссле­ дований скважин при моделировании геологических объектов: учеб, пособие / В.Н. Косков. - Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008. - 204 с.

ISBN 978-5-88151-959-9

Рассмотрены ключевые аспекты проблемы использования системных представлений при моделировании нефтяных и газовых месторождений. Приведены сведения об использовании персональных компьютеров и программных технологий при обработке данных ГИС. Даны ме­ тодические рекомендации с учетом использования информационно-коммуникационных тех­ нологий в процессе изучения дисциплины^

Предназначено для студентов, изучающих дисциплину «Интерпретация данных ГИС». Может быть полезно студентам различных геологических специальностей, изучающим дис­ циплины: «Геофизика», «Промысловая геофизика», «Геофизические методы стратиграфиче­ ской корреляции», «Геофизические методы по контролю за разработкой».

УДК 550.832 ББК 26.21

Издано в рамках приоритетного национального проекта «Образование» по программе Пермского государственного технического университета «Создание инновационной системы формирования профессиональных компетенций кадров и центра инновационного развития региона на базе многопрофильного техниче­ ского университета»

ISBN 978-5-88151-959-9 © ГОУ ВПО «Пермский государственный технический университет», 2008

СПИСОК АББРЕВИАТУР

И ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

АК - акустический каротаж БК - боковой каротаж

БКЗ - боковое каротажное зондирование ВНК - водонефтяной контакт ГГК - гамма-гамма-каротаж ГЖК - газожидкостной контакт

ГИС - геофизические исследования скважин ГК - гамма-каротаж ГСР - геолого-статистический разрез

ГТК - геолого-технический комплекс ДС - диаметр скважины

ИННК - импульсный нейтрон-нейтронный каротаж ИК - индукционный каротаж КВ - кавернограмма

КИН - коэффициент извлечения нефти КС - кажущееся сопротивление МБК - микробоковой каротаж МГЗ - микроградиент-зонд М3 - микрозондирование МПЗ - микропотенциал-зонд МК - микрокаротаж

М2 (M2.0A0.5B) - стандартный 2-метровый градиент-зонд М4 (M4.0A0.5B) - 4-метровый градиент-зонд

НГК - нейтронный гамма-каротаж ННК-т - нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым нейтронам ПК - персональный компьютер

ПС - потенциал собственной поляризации скважин ПЭВМ - персональная электронно-вычислительная машина РК - радиоактивный каротаж УВ - углеводороды, углеводородный (-ая, -ое)

ФЕС - фильтрационно-емкостные свойства ЭВМ - электронно-вычислительная машина ЯМК - ядерно-магнитный каротаж

1У- интенсивность естественной радиоактивности по ГК 1пу~ интенсивность радиоактивности по НГК А1У- двойной разностный параметр по ГК А1пу- двойной разностный параметр по НГК Ки~ коэффициент пористости Ки- коэффициент нефтенасыщенности

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее учебное пособие состоит из введения, четырех час­ тей, включающих в себя 16 глав. Первые две части посвящены мето­ дологическим и общетеоретическим вопросам интерпретации про­ мыслово-геофизических материалов и обобщенной характеристике логико-математического аппарата, используемого при интерпрета­ ции данных ГИС с помощью ЭВМ. В первой части (главы 1-4) изло­ жены концептуальные основы совершенствования интерпретации данных ГИС при системно-структурном моделировании залежей нефти и газа. Вторая часть (главы 5-9) посвящена существующим проблемам, возникающим при автоматизированной обработке ма­ териалов ГИС, и путям их преодоления. Третья и четвертая части посвящены ключевым вопросам математического моделирования геологических объектов на ЭВМ и конкретным геологическим зада­ чам, решаемым с помощью предлагаемой автором комплексной сис­ темы интерпретации данных ГИС. Третья часть (главы 10-13) пред­ ставляет собой всестороннее описание постановки, теоретических основ, алгоритмических и программных средств решения задачи ли- толого-стратиграфической интерпретации. Четвертая часть (главы 1 4 -16 )- это описание системы KVNGIS как средства выполнения комплексной интерпретации материалов промыслово-геологических исследований скважин в интерактивном и автоматическом режимах с помощью ПЭВМ.

Учебное пособие подготовлено в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта и предназначено для студентов геологических специальностей вузов. Для успешного ос­ воения учебного материала дисциплины студенты должны обладать знаниями, умением и практическими навыками по дисциплинам «Ли­ тология», «Физика», «Математика», «Нефтегазопромысловая геоло­ гия». Настоящее учебное пособие может быть полезно при освоении дисциплин, изучаемых позднее: «Подсчет запасов и оценка ресурсов нефти и газа» и «Разработка нефтяных и газовых месторождений».

ВВЕДЕНИЕ

Нефтяная и газовая промышленность и собственно добыча нефти и газа - если не единственный, то один из немногих видов человеческой деятельности, описываемой известной философской

изводитель не видит предмет своего труда, т.е. нефтяную или газо­ вую залежь. Отличительная особенность нефтяной или газовой зале­ жи - ее недоступность для изучения путем непосредственных наблю­ дений и измерений. Информация о залежи является косвенной и к тому же дискретной (разрывной, несплошной), характеризующей далеко не все «точки» (элементарные объемы) продуктивного пласта, а преимущественно те, где пробурены скважины и эти скважины каким-то образом исследованы, т.е. в них проведены измерения ка­ ких-то физических величин.

Процесс добычи нефти и газа представляет собой взаимодейст­ вие двух больших систем: 1) управляющей («производитель» и «ору­ дия труда, средства производства»); 2) управляемой («предмет тру­ д а » - залежь). Известно, что управляемая система имеет гораздо больше степеней свободы (т.е. характеристик своего положения и по­ ведения в пространстве и во времени), чем управляющая, возможно­ сти воздействия которой на управляемую систему (как в целом, так и на ее отдельные компоненты) весьма ограничены по разным при­ чинам. Коэффициент полезного действия управляющей системы объективно не высок; его повышение может быть достигнуто только за счет систематического и углубленного изучения предмета труда по мере поступления все новой информации об управляемой систе­ м е - залежи нефти или газа, т.е. при осуществлении мониторинга. Доскональное знание предмета труда в любом производственном процессе необходимо для рациональной организации (планирования

и проектирования) этого процесса и, по возможности, для безоши­ бочной прогнозной оценки результатов труда (производственного процесса). В условиях рыночной экономики эта необходимость трансформируется в довольно жесткие прагматические требования: какой объем прибыли будет получен в конкретный период функцио­ нирования производства, какую часть прибыли направить на разви­ тие производства (совершенствование орудий труда и средств про­ изводства и изучение предмета труда) и какую - на восстановление и поддержание трудоспособности производителя (все вопросы со­ циального характера).

Противоречие между необходимостью знания предмета труда и невозможностью его непосредственного изучения преодолевается единственно возможным способом - построением модели предмета труда (в данном случае - модели нефтяной или газовой залежи). Другими словами, вопросы рациональной организации и прогно­ зирования результатов труда в нефтяной и газовой промышленно­ сти решаются не непосредственно для реальной нефтяной и газо­ вой залежи, а для ее модели. Запасы и величины планируемых объемов добычи нефти и газа определяются на основе моделей залежи нефти или газа, реальные же нефть и газ добываются из реаль­ ных залежей, причем нередко далеко не в тех количествах, в кото­ рых планируются.

Налицо извечная, и вряд ли когда-нибудь до конца устрани­ мая, сложная ситуация нефтяной и газовой отрасли, когда на основе скудных сведений о залежи приходится принимать ответственные решения по вопросам проектирования, анализа и регулирования разработки нефтяных и газовых залежей, несущие в себе высокую степень риска, что в условиях рыночной экономики может привести к крайне нежелательным социально-экономическим последствиям.

Получение информации о геологическом строении недр и их нефтегазоносности осуществляется по результатам скважинных ис­ следований. Наиболее полные сведения о пересеченных скважинами отложениях получают при интерпретации данных геофизических

исследований скважин (ГИС), которые вместе с материалами лито­

логического и палеонтологического изучения образцов горных пород

искважинных термометрических, потокометрических и других исследований могут явиться основой для создания моделей нефтяных

игазовых залежей, получения литолого-стратиграфических описаний разрезов скважин и характеристики каждого из вскрытых скважиной

пластов, построения схем корреляции и т.п. (В.Н. Дахнов [17];

В.А. Долицкий [22]). Поэтому материалы ГИС являются основным источником информации о геологическом строении нефтяных и га­ зовых месторождений.

Большие возможности использования результатов обработки скважинных наблюдений при поиске и разведке нефтяных и газовых месторождений, при подсчете запасов углеводородного сырья, про­ ектировании и контроле процессов разработки месторождений дока­ заны многолетней практикой. Детальный анализ этих возможностей дан в трудах многих отечественных ученых (Б.Ю. Венделынтейн [10,21]; С.С. Итенберг [29]; С.Г. Комаров [30] и др.).

В связи с увеличением объема промыслово-геофизической информации и необходимостью оперативной ее обработки в свое время (в конце прошлого века) широко использовались большие ЭВМ, а в настоящее время - персональные компьютеры. Машинная обработка данных ГИС позволяет решать большое количество геологи­ ческих задач: расчленение и корреляция разрезов скважин, моделирова­ ние залежей углеводородного сырья, построение всевозможных про­ гнозных карт, определение численных значений геопараметров, так не­ обходимых для решения задач подсчета запасов, проектирования, анализа и регулирования разработки нефтяных и газовых месторожде­ ний (А.М. Волков [12]; Ш.А. Губерман [15]; Т.Ф. Дьяконова [24]).

Значительный вклад в развитие методов машинной интерпре­ тации данных ГИС внесли В.А. Бадьянов [4], Ш.А. Губерман [15], Г.Н. Зверев [27], В.Г. Ингерман [28], А.Е. Кулинкович [37], Н.Н. Сохранов [53, 54], М.М. Элланский [61]. Теоретические основы решения важнейших вопросов интерпретации ГИС на ЭВМ разработаны

Э.М. Браверманом, В.Н. Вапником, Ю.А. Ворониным, Ю.И. Журав­ левым, А.И. Холиным, Я.И. Хургиным и др. [8, 9, 14, 26]. К настояще­ му времени почти общепризнанным стало утверждение, что перспек­ тивы кардинального повышения качества машинной интерпретации данных ГИС следует связывать с обращением к так называемому системному (или системно-структурному) подходу.

Вопрос о системном изучении природных объектов в начале 30-х годов прошлого века впервые был поставлен известным биоло­ гом Л. Берталанфи [5], который сформулировал основные положения теории системных исследований. Дальнейшее развитие системных

А. Рапопорта, В.Н. Садовского, Ю.А. Урманцева, У.Р. Эшби и др. [42, 44, 48, 50, 56]. Вопросы применения системного подхода в геоло­ гии рассмотрены в трудах В.И. Вернадского, Ю.А. Воронина, Л.Ф. Дементьева, А.Н. Дмитриевского, А.Б. Каждана, Ю.Н. Карагодина, Л.Д. Кноринга, Ю.А. Косыгина, В.А. Соловьева, А.И. Холина, Л.И. Чет­ верикова, И.П. Шарапова, Ю.В. Шурубора, М.М. Элланского и ряда других исследователей [6, 19, 36, 39, 48, 51, 52].

Очевидная значимость моделирования нефтяных и газовых залежей обусловлена следующими обстоятельствами:

-недоступностью залежи УВ для непосредственных измерений

еегорно-геологических параметров;

-возможностью создания хотя бы приблизительных пред­ ставлений о залежи только на основе косвенных (опосредованных) измерений;

-дискретностью прямых и даже косвенных измерений, т.е. воз­ можностью их получения далеко не во всех без исключения точках пласта, а только в пересечениях его (пласта) скважинами;

-изменчивостью оценок начальных параметров залежей, свя­ занной с получением новой информации в процессе их разбуривания и эксплуатации, и порождаемой этим необходимостью непрерывной корректировки моделей;

- высокой трудоемкостью и длительностью «ручного» построе­ ния моделей залежей и неизбежной при этом значительной долей субъективизма интерпретатора, строящего эти модели, зависимостью получаемых результатов от его опыта, интуиции, уверенности и дру­ гих личностных данных.

Изложенное свидетельствует о том, что модели нефтяных и газовых залежей никогда не могут быть полностью адекватными моделируемым объектам. Поэтому проблема совершенствования методов построения моделей залежей всегда актуальна и остра.

Новизна настоящего издания определяется тем, что в нем изла­ гаются основные сведения об автоматизированной интерпретация дан­ ных Г'ИС, которая осуществляется с применением математических методов и современной вычислительной техники и базируется на сис­ темно-структурном представлении изучаемых геологических объектов. Широкое применение ПЭВМ позволяет повысить оперативность полу­ чения результатов обработки материалов скважинных наблюдений в виде достаточно полных модельных описаний изучаемых геологиче­ ских объектов, литолого-стратиграфических колонок, геолого-геофизи­ ческих разрезов скважин по выбранным профилям, корреляционных схем и других документов геологической службы.