Автоматизированная интеллектуально-информационная система для обработки геолого-геофизической информации

Актуальность темы

В нефтегазовой отрасли только в последние несколько лет активно внедряется электронный документооборот, касающийся ремонтных работ и снятия различных параметров действующих скважин, сроков и режимов их функционирования. Поэтому геолого-технологическая информация по большинству скважин, введенных в эксплуатацию в 70−80-е годы, существует в электронном виде только по незначительной части разрабатываемых месторождений.

Однако с каждым годом все острее стоит проблема воспроизводства минерально-сырьевой базы в России, т.к. большинство месторождений уже давно эксплуатируются и их запасы, практически,. исчерпаны. Сложность воспроизводства запасов нефти и газа связана с тем, что новые месторождения отличаются от уже эксплуатируемых сложным геологическим строением, а именно: большими глубинами залегания, небольшой толщиной пластов-коллекторов, многокомпонентным литологическим составом, сложной структурой порового пространства.

Большую роль для проведения исследований на скважинах играют геофизические исследования скважин (ГИС). РИС на сегодняшний день являются-. фактически, единственной возможностью выделить в разрезе скважины продуктивные нефтяные и газовые пласты, определить их толщины, емкостные и фильтрационные свойства, л отологический состав, эксплуатационные характеристики. Без определения вышеописанных параметров невозможно осуществлять оперативный контроль за разработкой месторождениймоделировать их дальнейшее развитие.

В то же время существует обширный банк каротажных диаграмм (КД), хранимых на фотобумаге и в виде их твердых копий на бумажной ленте, сформированный, еще до появления цифровых магнитных регистраторов и компьютеризированных программно-аппаратных комплексов для цифровой записи и оперативной предварительной обработки данных ГИС. После оцифровки КД и объединения этой информации с оперативными данными по месторождению появляется возможность переинтерпретировать информацию по уже разрабатываемым месторождениям, строить более точные математические модели месторождений, оптимизируя процесс добычи нефти.

Поэтому дляавтоматизации, этих процессов необходимы интеллектуальные информационные системы, позволяющие хранить и обрабатывать весь комплекс геолого-геофизическойи технологической информации. Кроме того, необходимысервисные программы, обеспечивающие упрощенный ввод разнородной информации, как-то оцифровка КД, данные о конструкции" скважины и планово-предупредительных мероприятиях на скважине. Для облегчения последующей^ обработки геолого-геофизической информации, имеющей большое многообразие видов и огромные, объемы, необходимо выполнять ее систематизацию и приведение к определенному количеству стандартизированных типов.

Актуальность.вышеперечисленных проблем, стоящих перед нефтегазовой отраслью, составляющей одну из основ экономики РФ, определила цели и задачи настоящего исследования.

Объектом исследования являются геолого-геофизические и геолого-технологические данные, ГИС, твердые копии КД на бумажном носителе, интеллектуально-информационная система (ИИС).

Предметом исследования является математическое и лингвистическое обеспечение ИИС,. состоящей из базы данных (БД) и комплекса сервисных программ, математические модели и методы обработки цифровых растровых изображенийбаза геолого-геофизической информации, оперативная: обработка данных, вводимых в базу.

Цель работы — проведение комплексных исследований, направленных на получение научно обоснованных технических и методических решений, способствующих проектированию Иреализации ИИС с модулями, упрощающими сбор и ввод первичных данных с различных типов носителей, их предварительной обработки и систематизации, что способствует повышению эффективности оперативной обработки и интерпретации данных скважин.

Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи: анализ потоков информации, возникающих в процессе сбора и ввода первичной информации для большого количества скважин нефтяного месторожденияисследование методов и алгоритмов сервисных программ, упрощающих ввод информации в базу данных-. исследование структуры геолого-геофизической, промысловой и технологической информациивыработка научно-обоснованных решенийдля проектирования и разработки ИИС для сбора и хранения полного комплекса информации по скважинесоздание и внедрение пакета сервисных программ, осуществляющих ввод, предварительную обработку и компьютерный анализ геолого-геофизических данныханализ проблем, связанных с оцифровкой КД, зарегистрированных с помощью аналоговых средств регистрации сигналовсоздание: и*внедрение автоматизированной системы оцифровки КД, с твердого носителя в составе комплекса сервисных программ;

Методы исследования. ИИС спроектирована с использованием объектно-ориентированной модели. Пакет сервисных программ, позволяющий осуществлять комплексный ввод информации в базу, разработан на основе методов динамического программирования.

Программное обеспечение ИИС разработано на алгоритмическом языке высокого уровня — Borland Delphi 7.0 со вспомогательной БДреализованной в формате Microsoft Access (mdb), основная БД работает под управлением Microsoft SQL-Server 7.0.

Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов подтверждается сопоставительным анализом разработанных и существующих математических моделей и методов, а также итогами практического использования программного компьютеризированного комплекса сбора и ввода геолого-геофизической информации.

На, защиту выносятся результаты исследований по созданию алгоритмических средств и математического аппарата для проектирования и разработки БД геолого-геофизической и геолого-технологической информации, предназначенной для систематизации и упорядочивания данных о месторождениях и скважинах, в том числе: проектирование алгоритмов построения и структуры БД геолого-геофизической информацииразработка алгоритмов и реализация в рамках ИИС сервисного модуля для ввода данных дел и скан-образов скважинсоздание программного модуля для ввода данных промысловых геофизических исследований скважинматематические методы решения задачи оцифровки каротажных кривых с помощью динамического программированияалгоритмы автоматизированного модуля в составе ИИС, предназначенного для компьютерной оцифровки твердых копий КД на бумажном носителереализация и внедрение разработанного пакета сервисных программных средств в процесс сбора и хранения геолого-геофизической информации.

Научная новизна исследований и наиболее существенные результаты работы состоят, в следующем: на основе исследования различных видов геолого-геофизической и геолого-технологической информации разработана структура БД, позволяющая с минимальными затратами хранить данные скважин и с минимальным временем доступа осуществлять их выборкуспроектирована и реализована ИИС, предназначенная для хранения, систематизации и поиска всего комплекса геолого-геофизической информации: общую информацию о скважине и ее положении устьевые координаты, конструкция скважины, альтитуды и т. д.) — события и технические мероприятия, проводимые на скважине (капитальные и плановые ремонты, подъемы и спуски оборудования, перфорации и.т.д.) — хранилище скан-образов документов скважины, данные заключений по скважинампредложена методика оцифровки КД, состоящая из этапов сканирования КДвыделения на скан-образе диаграммы непрерывных линий, векторизации кривых с заданным шагом квантования по глубине, контроля качества оцифровки, склейки фрагментов кривых и записи полученных цифровых данныхразработан алгоритм реконструкции следа самописца на твердой копии КД, существенно использующий метод динамического программирования, включающий следующие шаги: предварительная обработка изображения, построение скелета информационных областей изображения, регуляризация и атрибуция примитивов, реконструкция" следа самописца и построение результирующей кривойразработан комплекс сервисных программ, облегчающий и ускоряющий процесс сбора информации и ввода ее вБД^ состоящий из следующих модулей: формирование дел скважинобъедения репликсоздание библиотеки скан-образовформирования промысловых ГИСформирования каротажных исследованийконтроля введенной информацииимпорта-экспорта информации.

Практическая ценность исследования состоит в том, что его выводы и результаты обеспечивают необходимую базу для дальнейшего развития и совершенствования основных направлений сбора, хранения и обработки геолого-геофизической и технологической информации. Созданная в ходе работы ИИС, обладает открытой архитектурой и, с помощью разработанных проблемно-ориентированных программных компонентов для доступа к хранимой в ИИС информации, может легко быть дополнена модулями, произвои дящими обработку и анализ информации об оперативном состоянии скважины.

Работа выполнялась в соответствии с планами хоздоговорных НИР, проводимых Институтом интеллектуальных технологий и ОАО «ТНК-ВР»: № ГР 1 200 405 097 «Верификация геолого-геофизической информации по объектам разработки месторождений Северного НГДП ОАО «Нижневартовск" — № ГР 1 200 405 096 «Формирование базы данных геолого-технологических мероприятий на скважинах Самотлорского месторождения" — № ГР 1 200 405 095 «Оцифровка каротажного материала Каширо-подольского объекта Вятской площади Арланского месторождения" — № ГР 1 200 405 096 «Создание библиотеки скан-образов скважин Самотлорского месторождения».

Реализацияработы Bv производственных условиях. Полученные в работе результаты использованы при создании и поддержке корпоративной БД по геолого-технологическим мероприятиям (ГТМ) Самотлорского месторождения для управления, контроля и прогнозирования добычи углеводородов. При выполнении работы использовались фактические материалы по геологическому изучению исследованных месторождений: Самотлорское (цех 14), Самотлорское (цех 24), Самотлорское (цех 30), имеющихся в наличии в ОАО «ТНК-Нижневартовск».

При непосредственном участии автора был осуществлен поиск, загрузка и верификация информации по проведенным ГТМ скважин, проведена разработка пакета сервисных программ и ввод информации в сегмент корпоративной БД, согласование созданного сегмента с другим сегментами БД заказчика.

Результаты работы могут быть использованы в практике работы нефтяных предприятий, занимающихся геологической разведкой, оперативным контролем за функционированием скважин и оценками дальнейших путей разработки месторождений.

Апробация. Основные научные положения и практические результаты диссертационной работы обсуждались на научно-технических конференциях.

ИжГТУ (Ижевск, 2002;2004) — международных научно-технических конференциях «Информационные технологии в инновационных проектах» (Ижевск, 2002;2003) — международном симпозиуме «Надежность и качество» (Пенза, 2004) — Российской научно-технической конференции «Приборостроение в XXI веке. Интеграция науки, образования и производства» (Ижевск, 2001) — Российской научно-технической конференции «Высокопроизводительные вычисления и технологии (ВВТ-2003)» (Ижевск, 2003) — 6 International congress of mathematical modeling (Нижний Новогород-2004) — международной конференции «Компьютерное моделирование-2004) (Санкт-Петербург, 2004).

Публикации. Результаты работы отражены в 12 научных публикациях, в том числе: 6 статей в журналах и сборниках, 4 отчета о научно-исследовательских работах объемом соответственно 35, 50, 63 и 91страниц машинописного текста и одна депонированная рукопись объемом 53 страницы машинописного текста.

Структура диссертации. Диссертация содержит введение, 4 главы и заключение, изложенные на 145 страницах машинописного текста. В работу включено 33 рисунка и 23 таблицы.

Список литературы

включает 118 наименований и приложение, включающее акт об использовании результатов работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В ходе работы получены и научно обоснованы результаты исследований: по созданию алгоритмических средств и математического аппарата для проектирования и разработки БД геолого-геофизической и технологической информации, предназначенной для систематизации и упорядочивания данных о месторождениях и скважинах.

1. На основе исследования структуры технологического процесса оцифровки каротажных кривых геофизических исследований скважин построена методика, состоящая из этапов сканирования, выделенияна скан-образе диаграммы. непрерывных линий, векторизации s кривых с заданным шагом квантования по глубине, контроля качества оцифровки, склейки фрагментов кривых и записи полученных цифровых данных.

2. Для решения задачи выбора сегментов кривой совокупность выделенных примитивов изображения представляется в виде ориентированного графа, где сегменты — это вершины, а ребра — варианты соединения сегментов с приписанным им весом склейки. С помощью метода динамического ¦ программирования производится поиск минимального с точки зрения суммы весов склейки пути в графе.

3. Для решения задачи формирования единого массива каротажных кривых по скважине создана подсистема склейки фрагментов кривых, оцифрованных с разных диаграмм скважины. Склейка производится с учетом масштаба регистрации по глубине, при этом наибольшим приоритетом при пересечении интервалов пользуются фрагменты, зарегистрированные, с более крупным масштабом.

4. Разработанный в рамках системы оцифровки алгоритм реконструкции следа самописца на твердой копии КД, существенно использующий метод динамического программирования, включающий следующие шаги: предварительная обработка изображения, построение скелета информационных областей изображения, регуляризация и атрибуция примитивов, реконструкция следа самописца и построение результирующей кривой.

5. Разработан комплекс сервисных программ, облегчающий и ускоряющий процесс сбора информации и ввода ее в БД, состоящий из следующих модулей: формирования дел скважинобъедения репликсоздание библиотеки скан-образовформирования промысловых ГИСформирования каротажных исследованийконтроля введенной информацииимпорта-экспорта информации.

6. Разработанные средства обеспечивают дальнейшее развитие и совершенствование основных направлений сбора, хранения и обработки геолого-геофизической и технологической информации. Созданная в ходе работы БД и сервисные программы для ввода обладают открытой архитектурой и, с помощью разработанных проблемно-ориентированных программных компонентов для доступа к хранимой в БД информации, могут легко быть дополнены модулями, производящими обработку и анализ информации об опера.

4тивном состоянии скважины.

7. Спроектирована и реализована объектно-ориентированная БД, предназначенная для хранения, систематизации и поиска всего комплекса геолого-геофизической информации: общей информации о скважине и ее положении (устьевые координаты, конструкция скважины, альтитуды и т. д.) — событий и технических мероприятий, проводимых на скважине (капитальные и плановые ремонты, подъемы и спуски оборудования, перфорации и.т.д.) — хранилище скан-образов документов скважины, данных заключений по скважинам.