Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Разработка компьютерной обработки данных геофизических исследований при освоении и эксплуатации скважин, основанных на базах знаний

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Разработка компьютерной обработки данных геофизических исследований при освоении и эксплуатации скважин, основанных на базах знаний"

од

/ В ШОП 1598

На правах рукописи

ВАХИТОВА ГУЗЕЛЬ РИНАТОВНА

РАЗРАБОТКА КОМПЬЮТЕРНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИ ОСВОЕНИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН, ОСНОВАННОЙ НА БАЗАХ ЗНАНИЙ

Специальность 04.00.12 - «Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа-1998

Работа выполнена на кафедре государственного университета

прикладной физики и геофизики Башкирского

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор, член-корр.РАЕН Валиуллин Р.А.

Научный консультант:

кандидат физико-математических наук, доцент Ремеев И.С.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Кнеллер Л.Е. (ВНИИГИС)

кандидат технических наук Дворкин В.И. (ВНИИНПГ)

Ведущее предприятие:

ОАО "Башнефтегеофизика" (г.Уфа)

Защлта состоится 30 июня 1998 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета К.104.01.01. Башкирского научно-исследовательского и проектного института нефти (БашНИПИнефть) по адресу: 450077, г.Уфа, ул.Ленина, 86

С диссертацией можно ознакомиться в научных фондах института БашНИПИнефть.

Автореферат разослан * 2 Я * ЛЮД 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат геолого-минералогических нау| Ю.В.Голубев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из путей снижения темпов падения добычи нефти, которое наблюдается в последние годы в РФ, является достоверный контроль за разработкой месторождений геофизическими методами.

Наибольший объем решаемых задач при контроле за разработкой приходится на диагностику пластов и скважин при их освоении и эксплуатации. Это определение эксплуатационных характеристик продуктивного пласта (выделение пористо-проницаемых интервалов и оценка их коллекторских свойств, определение интервалов притока и поглощения жидкости, определение состава потоков жидкости в стволе скважины), контроль технического состояния скважин (определение мест нарушения герметичности обсадной колонны и забоя, выявление межпластовых заколонных перетоков а скважине), контроль за работой насосно-лодъемного оборудования (определение статического и динамического уровней жидкости, определение мест положения и режима работы глубинного насоса, определение герметичности НКТ).

Однако анализ состояния геофизических работ показывает, что достоверность решения задач диагностики геофизическими методами не всегда высокая. Это связано с необходимостью учета большого объема промысловой информации, многообразием категорий скважин, разнообразием и сложностью решаемых задач и условий проведения исследований, необходимостью в отдельных случаях проводить оперативную интерпретацию непосредственно на скважине в отсутствие профессионального интерпретатора.

В такой ситуации обеспечение достоверного решения задач при контроле за разработкой возможно за счет создания автоматизированной системы обработки геофизических данных. В настоящее время известны четыре автоматизированные системы, использующиеся в геофизике при контроле за разработкой месторождений: ОНИКС (НПЦ "Тверьгеофизика", г.Тверь), ПРАЙМ (Башгосуниверситет, г.Уфа), Гис-Контроль (АО "Сиал", г.Тюмень), ГЕККОН (ГАНГ, г.Москва). Анализ показал, что при всех их достоинствах у каждой из них есть существенные ограничения. ОНИКС

разрабатывается под свою аппаратуру, ПРАЙМ - система для обработки данных исследования нефтяных скважин, ГЕККОН - обрабатывает данные исследования газовых скважин, Гис-Контроль - система, созданная для конкретных условий Западной Сибири. Общим их недостатком язляется то, что все они не предназначены (несмотря на несомненную важность) для оперативной интерпретации данных непосредственно на скважине.

В настоящее время, как показывает опыт, достаточно сложно построить универсальную систему автоматизированной обработки геофизических данных, учитывающую все категории скважин и различные геологические условия, позволяющую проводить интерпретацию непосредственно на скважине (при освоении после бурения или в капитальном ремонте).

Поэтому создание такой системы, которая позволит снять рассмотренные! недостатки существующих автоматизированных систем обработки данных геофизических исследований и которая сможет учесть все перечисленные факторы, является важным и актуальным.

Анализ показал, что решение данной проблемы может быть достигнуто в рамках использования экспертных систем, т.е. систем, основанных на базах знаний.

Цепь работы - обеспечение оперативности и достоверности решения задач диагностики состояния пластов и скважин при их освоении и эксплуатации путем создания компьютерной технологии обработки данных геофизических исследований, основанной на базах знаний. Основные задачи исследований:

1. Анализ существующего состояния геофизических исследований при диагностике нефтяных пластов и скважин и уровня разработки автоматизированных систем обработки данных исследований скважин при их освоении и эксплуатации;

2. Обоснование используемых способов представления знаний специалистов-экспертоз в области геофизических исследований и интерпретации данных, полученных при освоении и эксплуатации скважин;

3. Разработка баз знаний по методике исследований и интерпретации данных геофизических измерений в обсаженных скважинах:

- создание базы правил на основе знаний и опыта специалистов для решения задач диагностики пластов и скважин;

- создание базы типовых кривых геофизических методов исследования скважин;

4. Обоснование и разработка компьютерной технологии обработки данных геофизических исследований скважин в процессе их освоения и эксплуатации, основанной на базах знаний;

5. Опытно-промышленное опробование и практическое внедрение результатов исследований.

Методика исследований. Поставленные задачи решались путем: теоретических исследований, обобщения основных приемов и методов решения задач диагностики пластов и скважин, используемых специалистами-геофизиками; анализа и обобщения диаграммного материала различных геофизических методов исследования скважин при их освоении и эксплуатации по различным месторождениям; опытно-методического и опытно-промышленного опробования системы. Научная новизна.

1. В результате обобщения и анализа практического геофизическог материала по скважинам в период их освоения и эксплуатации, а также результатов теоретических исследований выделены интерпретационные признаки геофизических методов при решении задач диагностики состояния пластов и скважин. На этой основе сформированы правила и типовые кривые по отдельным методам и комплексу геофизических методов.

2. Предложена технология формирования базы знаний и на этой основе созданы база правил и база типовых геофизических кривых для решения практических задач в период освоения и эксплуатации скважин.

3. Обоснована и предложена компьютерная технология обработки данных геофизических исследований при освоении и эксплуатации скважин, основанная на базах знаний.

На защиту выносятся:

1. Сформированные геофизические базы знаний по методике проведения геофизических исследований скважин при их освоении и эксплуатации.

2. Сформированные базы знаний по интерпретации данных геофизических измерений при диагностике состояния пластов и скважин.

3. Технология компьютерной обработки и интерпретации данных геофизических исследований скважин в процессе их освоения и эксплуатации, основанная на базах знаний. Практическая ценность работы заключается в том, что разработанная компьютерная технология, основанная на базах знаний, позволяет осуществлять выбор методики измерений в скважинах в зависимости от их категории, выдавать предварительное заключение непосредственно на скважине в отсутствие профессиональных интерпретаторов-геофизиков, проводить интерпретацию данных геофизических исследований при освоении и эксплуатации скважин.

Модульный принцип построения базы знаний и ее открытость обеспечивают возможность ее наращивания и адаптации к конкретным геолого-промысэтовым условиям.

Компьютерная система может использоваться для консультации интерпретаторов-геофизиков и начальников партий при интерпретации геофиз ических данных.

Использование разработанной технологии, основанной на базах знаний, позволит повысить достоверность получаемого результата в процессе решения практических задач диагностики при освоении и эксплуатации скважин. Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на: IX Международной конференции ассоциации студентов физиков (С.-Петербург, 1994), научно-практической конференции геофизиков Башкортостана «Использование геолого-геофизических методов при поисках, разведке и эксплуатации месторождений полезных ископаемых в Республике Башкортостан (Октябрьский, 1994), I - ой научной конференции молодых ученых-физиков Республики Башкортостан (Уфа, 1995), Всероссийской научно-технической конференции 'Проблемы нефте-газового комплекса России" (Уфа, 1995), Международной научно-практической конференции «Геоэкология в Урало-Каспийском регионе» (Уфа, 1996), Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Геофизика - 97» (С.-Петербург, 1997).

Публикации: по теме диссертации опубликовано 10 работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Текст изложен на 128 страницах, включая 42 рисунка. 4 таблицы и список литературы из 71 наименования.

Диссертация включает материалы исследований, выполненных в Башкирском государственном университете.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Разработка компьютерной технологии обработки данных геофизических исследований при освоении и эксплуатации скважин, основанной на базах знаний, базируется на подходе, используемом при создании экспертных систем. Особенность таких систем заключается в том, что они связаны с использованием и обработкой знаний профессионалов- интерпретаторов, методистов-экспертов. С помощью этих знаний, заложенных в систему, проводить интерпретацию при решении конкретных задач столь же успешно, как это делал бы сам эксперт, может любой интерпретатор или начальник партии. Кроме того в таких системах, в отличие от существующих автоматизированных систем, имеется возможность выдачи заключения с определенной достоверностью.

Возможность и перспективность использования экспертных систем для решения задач в слабоформализованных областях человеческой деятельности была доказана исследователями Стандфордского университета и Масачусетского технологического института (США) в конце 60-х - начале 70-х годов. Наиболее известными, разработанными в то время в области геологической интерпретации, являются система PROSPECTOR; DIPMETER ADVISOR (интерпретирует данные инклинометрии); DRILLING ADVISOR (диагностирует вероятные причины прихвата долота); LITHO (интерпретирует данные каротажа нефтяных скважин). Поскольку история экспертных систем началась в США, именно там они получили наиболее широкое распространение.

Анализ состояния разработки систем экспертных знаний показал, что в настоящее время в мире существует немало систем, основанных на знаниях, использующихся для решения задач в слабоформализованных областях деятельности. К слабоформализоеанным относится большинство задач

диагностики пластов и скважин, решаемых при контроле за разработкой месторождений. Эти задачи не поддаются строгому математическому анализу, т.к. являются эвристическими по своей природе, т.е. требуют использования эмпирических правил для получения приемлемого решения. Это решение представляет собой заключение, основанное на интерпретации данных, полученных при исследовании скважин в процессе их освоения и эксплуатации. Интерпретационные процедуры (также как эмпирические правила), использование которых позволяет эксперту получать заключение по скважинным материалам, слабо формализуемы. В связи с этим появляется возможность применения экспертных систем в геофизике.

Работы по созданию аналогичных отечественных систем привели к появлению трех таких систем для обработки данных геофизических исследований. Это специализированная система "КернЭксперт" геологической интерпретации данных ГИС и прогнозирования продуктивности коллекторов; экспертная система ЕБКБ оценки коллекторских свойств и нефтенасыщенности пород; экспертная система оценки качества (ЭСОК) каротажного материала. Однако они не решают задач диагностики состояния нефтяных пластов и скважин при их освоении и экслуатации.

Таким образом, к началу работ по теме настоящей диссертации 'были разработаны основы теории и методологии проектирования экспертных систем для решения геологических задач при исследовании необсаженных скважин. Однако на практике возникла реальная необходимость создания системы, основанной на знаниях, для решения задач контроля разработки нефтяных месторождений путем геофизических исследований скважин при их освоении и эксплуатации.

. Использование системы, основанной на знаниях, для решения задач диагностики состояния пластов и скважин при их освоении и эксплуатации позволит повысить оперативность в процессе интерпретации и достоверность получаемого заключения. Кроме того, здесь существует возможность получения результата с учетом нечетких данных, т.е. таких данных, истинность которых вероятна, но не может быть установлена с определенностью. К тому же появляется возможность ее применения при консультации и обучении специалистов.

Во введении показана актуальность работы, сформулированы цель, основные задачи исследований, защищаемые научные положения и научная новизна.

В первой главе раскрыты основные принципы разработки компьютерной технологии обработки данных геофизических исследований при освоении и эксплуатации скважин, основанной на базах знаний. Показано назначение системы, ее цели и структура.

Разработка системы, основанной на знаниях, предусматривает несколько этапов:

- идентификацию, где составляется описание решаемой проблемы, указываются общие характеристики проблемы, определяются ключевые понятия и отношения; входные данные, предположительный вид решения;

- концептуализацию, где определяются типы данных, используемые стратегии и гипотезы, виды взаимосвязей между объектами области, состав знаний, используемых для получения и обоснования решения;

- формализацию, где определяется состав и способы представления знаний;

- выполнение, где создается один прототип, решающий требуемые задачи;

- тестирование, где осуществляется оценка выбранного способа представления знаний и всей системы в целом;

- опытную эксплуатацию, где проверяется пригодность системы для конечного пользователя.

Система экспертных знаний представляет собой оболочку и следующие блоки: базу знаний, базу данных, механизм вывода, блок обучения и пополнения знаний, и интерфейс с пользователем. Основным блоком системы является база знаний, содержащая знания специалистов по проблемной области.

Процесс построения базы знаний состоит из выделения проблемной области, являющейся областью геофизической диагностики состояния пластов и скважин различных категорий; приобретения знаний, которое происходит при общении инженера по знаниям со специалистом-геофизиком; выбора метода и модели представления знаний, заключающегося в преобразовании информации, полученной от специалистов в виде фактов и способов их использования, в форму, которая может быть реализована при машинной обработке этой информации.

В процессе разработки компьютерной технологии обработки геофизических данных область диагностики пластов и скважин при их освоении и эксплуатации была разбита автором на область проведения исследований (она характеризуется знаниями о последовательности проведения исследований геофизическими методами и условиями проведения исследований, которые зависят от решаемой задачи) и область интерпретации результатов исследования (она включает в себя знания о термогидродинамических процессах, происходящих в пласте и скважине, характерных особенностях поведения диаграмм различных геофизических методов для конкретной задачи и признаках решения задач по результатам исследования).

После того как выделена проблемная область, возникает необходимость формально ее описать. К настоящему времени созданы и используются в действующих системах, основанных на знаниях, различные модели представления знаний: логические модели, семантические сети, фреймы, продукции. При разработке компьютерной технологии обработки геофизических данных предложено использование типовых кривых различных геофизических методов для представления знаний специалистов-геофизиков. Таким образом, база знаний содержит правила и типовые кривые геофизических методов.

Любое правило складывается из двух частей - из посылки и заключения. Посылка правила (раздел ЕСЛИ) состоит из списка условий, которые представляют собой элементарные предложения, соединенные логическими связками И, ИЛИ, НЕ. Заключение правила (разделы ТО, ИНАЧЕ) - это список фактов или утверждений, образующих выдаваемое правилом решение с определенны;! коэффициентом достоверности (КД).

Правил о1: если

(А= есть замер термометром) и ((В=отмечается нарушение геотермического

распределения в зумпфе скважины) или (С=отмечается калориметрическое смешивание в подошве нижнего перфорированного пласта))

то

О = По термометрии отмечается ЗКЦ в зумпфе, кд=80. Если есть набор правил, то заключения каких-либо одних правил могут стать

посылкой для других. Так образуются сложные цепочки, которые могут использоваться для логического вывода.

В отличие от других моделей представления знаний в правила включены некоторые элементы, связанные с использованием знаний. Таким образом, в правилах содержится информация о способах манипулирования знаниями. Кроме того, все знания в правилах структурированы. Идея структурирования знаний заключается в том, что в памяти хранятся не просто некие сведения, а особым образом организованная информационная сеть.

Использование правил для представления экспертных знаний в разрабатываемой системе обусловлено преимуществами правил по сравнению с другими способами представления знаний. Правила являются естественными модулями и обеспечивают простую модификацию системы; возможность автоматических рассуждений; простоту и эффективность механизма вывода; наглядное отражение знаний; естественность автоматических рассуждений. В базе знаний, сформированной автором, содержится более 2000 правил.

Не меньшее научное значение имеют типовые кривые, являющиеся обобщением теоретических исследований и практического диаграммного материала. Методика оперативной интерпретации температурных аномалий путем построения типовых кривых для основных геолого-промысловых ситуаций в скважине впервые предложена в 1977 г. Васиным Я.Н. и Степановым А. Г.

Для получения заключения по результатам интерпретации используются знания экспертов, представленные в виде типовых кривых отдельных геофизических методов и комплекса методов для конкретных задач. Практика показывает, что некоторые геолого-промысловые ситуации очень часто повторяются и становятся типичными для данной задачи. Поэтому строятся типовые кривые, на которых отображаются все особенности и характерные признаки решения задач нефтепромысловой геофизики.

Представление знаний в виде типовых кривых и использование их в базе знаний обусловлено следующим. Система экспертных знаний диагностики пластов и скважин кроме того, что она является консультирующей пользователя системой, еще выполняет функцию обучения. В ходе диалога с системой у пользователя могут возникнуть определенные трудности в понимании ключевых терминов проблемной области, например, что считать

п

"аномалией"? Известно, что 90% новой информации человек получает по зрительному каналу. Графически представленная информация воспринимается лучше, чем текстовая, поэтому, объяснить пользователю ключевые понятия проще посредством графики. На типовых диаграммах как раз эти понятия представлены в виде графических образов. Следовательно, пользователь получает наглядное представление о предметной области в ее ключевых понятиях. Выделяя образ на типовой кривой, он, таким образом, в режиме диалога с системой фактически выделяет аномалию на реальной диаграмме. Критериями интерпретации являются знак, форма и амплитуда аномалии относительно нормального распределения какой-либо физической величины. База знаний типовых кривых, разработанная для компьютерной технологии обработки геофизических данных при освоении и эксплуатации скважин, использует типовые диаграммы таких геофизических методов как термометрия, расходометрия, шумометрия, методы состава. Автором работы создано 150 типовых кривых для различных геофизических методов и задач, которые хранятся в отдельной библиотеке.

Назначение компьютерной технологии, решающей задачи диагностики пластов и скаажин, состоит в воспроизведении знаний, опыта, возможностей высококвалифицированного специалиста-геофизика при обработке и интерпретации геофизических данных в процессе освоения и эксплуатации скважин. Она ориентирована на использование в двух целях:

- для выдачи рекомендаций по определению методики (технологии) проведения исследований на скважинах;

- для интерпретации геофизических данных и получения заключения по результатам интерпретации.

Блок знаний по методике исследований содержит информацию о типе скважины, о геофизических методах исследования скважин и о способах исследования скважин (выбор скорости и направления регистрации диаграмм, определение масштаба глубин и масштаба записи диаграмм, определение интервалов исследований), зависящих от решаемой задачи. В зависимости от того, какую цель необходимо достигнуть пользователю и какой комплекс методов он использует для исследования скважины (все это определяется системой в режиме консультации), выдается соответствующая рекомендация.

Созданная автомром база знаний по методике интерпретации данных ГИС включает в себя знания ведущих специалистов и методистов Башгосуниверситета и других научных организаций в области интерпретации. Сюда относятся знания о термогидродинамических процессах, происходящих в пласте и скважине, о характерных особенностях поведения диаграмм различных методов ГИС для конкретной задачи в зависимости от распределения физических полей и о признаках решения задач диагностики по результатам исследования.

Технология, основанная на знаниях, решающая задачи диагностики состояния нефтяных пластов и скважин при их освоении и эксплуатации - это система, в которой выводы заключений осуществляются в условиях неопределенности. Неопределенность означает, что в действительности всегда есть некоторые сомнения в четкости проявления признаков той или иной задачи. Обычно при решении конкретной задачи могут одновременно существовать несколько предположений. В конечном итоге выделяется одно, которое позволяет сделать соответствующий вывод. Получение конечного результата при использовании системы происходит с определенной достоверностью.

Во второй главе рассмотрены методические основы проведения исследований скважин при их освоении и эксплуатации и интерпретации полученных данных.

Процесс выполнения работ геофизическими методами при диагностике состояния пластов и скважин состоит из измерений, проводимых в скважинах при освоении, эксплуатации и ремонте и обработки данных этих исследований.

Геофизические исследования в скважинах выполняются в соответствии с требованиями «Руководства по применению промыспово-геофизических методов контроля за разработкой нефтяных месторождений», «.Технической инструкции по проведению ГИС» и методическими указаниями по проведению исследований отдельными методами при внедрении аппаратуры нового поколения и осуществляются геофизическими методами: высокочувствительной термометрией, механической и термокондуктивной расходометрией, методами состава, акустической шумометрией, барометрией и др.

Технология работ на скважине при осовении и эксплуатации и комплекс используемых методов определяется решаемой задачей и условиями проведения измерений.

Процесс интерпретации геофизических данных, полученных при освоении и эксплуатации скважин, базируется на знании физических принципов геофизических методов исследования, процессов, происходящих в пласте и скважине, а также умении выделять основные признаки, по которым решаются задачи геофизической диагностики.

При использовании методов нефтепромысловой геофизики системой решаются задачи определения работающих пластов, выявления заколонных перетоков жидкости в скважине, определение нефтеводопритоков, определение мест нарушения обсадной колонны и забоя. (Задача оценки коллекторских свойств пластов в рамках данной работы не рассматривается).

Соискателем предложена технология формирования и заполнения базы знаний. Рассмотрены принципы создания правил при использовании деревьев решений. Деревья решений позволяют просто и наглядно формировать правила для базы знаний, так как каждая ветвь является отдельным правилом. При этом возможно также проследить ход решений.

Процесс формирования правил для всех возможных логических выводов состоит из следующих шагов:

- Выбрать из дерева решений вершину вывода и зафиксировать ее.

- Найти вершину решения, расположенную слева от выбранной вершины вывода и связанную с ней ветвью, и зафиксировать ее.

Повторять шаг 2 до тех пор, пока не будут исчерпаны все вершины решения, расположенные слева от зафиксированной вершины вывода, или не встретится новая вершина вывода. Если встретилась новая вершина вывода, то ее надо зафиксировать и прекратить выполнение шага2. Выполнение также прекращается, если исчерпаны все вершины.

- Каждая вершина решения, составляющая путь, - это одна из переменных части ЕСЛИ правила. Значение, связанное с ветвью, представляет собой условие. Переменные условной части правила объединяются логическими операторами И, ИЛИ, НЕ.

- Выбранный логический вывод перенести в часть ТО.

Один из основных моментов при формировании базы знаний (он же является самым сложным) - попытаться учесть все возможные ситуации, которые возникают или могут возникнуть на практике. Кроме того, необходимо проверять знания на непротиворечивость. Эти два момента очень важны при формировании балы знаний. Каждая переменная в условной части правила имеет определенное значение. Этих значений для каждой переменной может быть несколько, но в каждом конкретном правиле переменная имеет одно конкретное значение. Поскольку каждое правило может содержать более одного условия, т.е. более одной переменной, а каждая переменная может принимать одно из нескольких значений, то количество возможных ситуаций, которые необходимо рассмотреть, очень велико.

Учет всего многообразия вариантов, естественно, приводит к увеличению количества правил в базе знаний, а это, в свою очередь, требует большого объема машинной памяти и машинного времени при работе системы. Для освобождения оперативной памяти и сокращения времени, необходимого для загрузки и просмотра правил в базе, в системе предусмотрена возможность разбивки базы знаний на отдельные модули: в процессе консультации с пользователем подгружается необходимый модуль.

Процесс формирования базы типовых кривых состоит из:

- анализа и обобщения теоретических исследований и реальных каротажных диаграмм;

- построения типовых (характерных) кривых на компьютере с использованием графических редакторов;

- формирования библиотеки кривых.

Обобщение теоретического и практического материала проводилось в процессе тестирования системы. Это позволило автору выделить характерные признаки решения задач по диаграммам различных методов геофизических исследований обсаженных скважин при их освоении и эксплуатации. Было установлено, что из используемых методов исследования закрытого ствола наиболее информативным и приоритетным является термометрия. Возможность проводить исследования в различных режимах работы скважины позволяет считать термометрию основным методом в комплексе геофизических исследований. В связи с этим, типовых кривых термометрии в базе знаний больше, чем типовых кривых других методов.

Типовые кривые строились при использовании графических редакторов системы Windows: Paint, PaintBrush, CorelXara. Основным при построении этих кривых было отобразить характерное поведение (форму аномалий) диаграмм различных методов при диагностике пластов и скважин в закрытом стволе. Примеры типовых кривых термометрии и комплекса методов для определения заколонного перетока жидкости в зумпфе представлены на рис.1.

Скважина добывающая: возможные распределения температуры в зумпф« и против перфорированного пласта (в зависимости от температуры поступающей жидкости: 1|< 1, > 1, 13= I либо перфорированный пласт не работает), Г - геотерма.

Типовые кривые термометрии

Термометрия РГД сти АШ

JT 1 / ! нч L |б а I а-шниарн«. g 6 - cyp6f jteHiHoe | №ИК сч 64

а) б) с)

Возможные распределения температуры

Типовые кривые комплекса геофизических методов Рис.1

Определения заколонного перетока жидкости а зумпфе

В результате анализа и обобщения скважинного материалп ч теоретических исследований, автором построены типовые кривые для разных геофизических методов и задач диатостики. Все они хранятся в отдельно;; библиотеке в виде графических файлов формата «рсх». Для каждой задачи, рассматриваемой в рамках системы, в зависимости от категории скважины существует моя библиотека типовых кривых.

В третьей главе предложена технология применения системы, основанной на знаниях, в процессе геофизических исследований скважин при их освоении и эксплуатации и дана оценка эффективности ее использования.

Обработка геофизических данных в ходе решения задач диагностики нефтяных пластов и скважин с использованием системы, основанной на базах знаний, осуществляется в автономном режиме, т.к. она имеет свой интерфейс, механизм вывода и объяснения. Более того, она может работать и с другими системами, занимающимися обработкой данных ГИС (например, с системой информационного обеспечения ГИС "ПРАЙМ", разработанной в БашГУ).

Схема использования системы в процессе исследования скважин при их освоении и эксплуатации и интерпретации результатов этих исследований непосредственно на скважине показана на рис.2.

Оасд данных по скяажяие

т

Рис.2

Схема использования компьютерной те хнологии, основанной на базах знаний, при исследованиях при освоении и эксплуатации скважин

Непосредственно перед началом регистрации данных вводится информация по скважине и аппаратуре. Затем, при использовании базы знаний, определяется методика проведения исследований. Потом проводятся измерения по выбранной методике, и зарегистрированный материал проходит первичную обработку. (Здесь происходит визуальная оценка качества диаграмм и увязка их по глубине). Затеи/! формируется планшет и выдается предварительное заключение по результатам исследований. Для этого подгружаются алгоритмы системы «ПРАЙМ» и база знаний. Начальник партии принимает решение о дальнейших исследованиях. Последний шаг -формирование окончательного заключения.

Ниже представлен один из планшетов, сформированный в системе

информационного обеспечения ГИС «ПРАЙМ», с заключением по результатам интерпретации материалов скважины 1630 пл.Талинская экспертной системой. Задача исследований - определение работающих пластов. Перфорировано четыре пласта. Используемый комплекс методов: термометрия, СТД, РГТ,

резистивиметрия. Каждый перфорированный пласт система интерпретировала отдельно. Заключение системы: как работающие отмечаются нижний пласт (признаки: по термометру - аномалия разогрева, по СТД - уменьшение показаний, по РГТ - увеличение показаний, по резистивиметру - изменение показаний относительно зумпфа) и верхний пласт (по термометру - понижение температуры относительно темпералуры ниже пласта, по РГТ - увеличение показаний, по резистивиметру - изменение показаний). Заключение, выданное интерпретатором, совпадает с заключением системы.

Ниже даны правила базы знаний для случая нижнего перфорированного пласта, которые привели к этому заключению. Аналогично рассматривались и верхние пласты. Для нижнего пласта:

Правило1: если (цель="ИНТЕРПРЕТАЦИЯ")

ю и=2. аррепй("та1п.кпс"); Правило2: если (цель_2="0ПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОТАЮЩИХ ПЛАСТОВ") и (категория_скв-'добывающая") то а1т=14, аррепс!рп{_рп|.кпс"); ПравилоЗ: если (а1т=14) и (пласт="нижмий") то а1т1=1. аррепс1("с1олт1.кпс"). Правило4: если Есть замер термометром = ДА и Есть замер СТИ = ДА и Есть замер АШ = НЕТ и Есть замер расходомером = ДА то комплекс="нет_АШ"; Правило5: если (а1т1=1) и (комплекс="нет_А1]") то уа1ие=2;

Правилоб: если Изменяется температура (относительно геотермы) против нижнего перфорированного пласта = ДА и Как ^повышается" тс по_терм-1;

Правило7: если Изменяются показания СТИ против перфорированного пласта относительно уровня показаний в зумпфе = ДА то по_СТИ=1;

Правилов: если Увеличиваются показания пс расходомеру против

перфорированного пласта относительно уровня показаний в зумпфе = ДА то по_ГД=1:

ПравилоЭ: если (иа1ие=2) и (по_терм=1) и (по_.ГД=1) и (ло_СТИ=1) то иа!= 1 .кд-90;

ПравипоЮ: если Есть какой-либо из методов состава = резистивиметр и Отмечается изменение показаний резистивиметра в интервале перфорированного ллгета относительно показаний в зумпфе = "НЕТ/НЕЗНАЧИТЕЛЬНО" то зоь[]>!", Правило! 1: если (уа1=1) то Ьес1=2:

Правипо12: если (Ьес1=2) и (по_терм=1) и (5031="\«а1ег_рГ)

го ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ="По результатам исследований нижний перфорированный пласт работает. Отмечается поступление воды."

Использование системы в процессе интерпретации предусматривает два варианта:

• Первый предполагает работу в многозадачной среде, например, в операционной системе Windows. Взаимодействие пользователя с ЭС происходит так: загружается автоматизированная система (например, «ПРАЙМ»), которая позволяет выводить зарегистрированные кривые на экран. Формируется планшет. Затем загружается ЭС. В процессе интерпретации при получении заключения по материалам скважины интерпретатор имеет возможность обратиться за помощью к системе экспертных знаний переключением окон.

• Второй заключается в том, что при консультации с системой пользователь имеет скважинный материал, представленный на бумаге. При ответе на вопросы, задаваемые системой, он визуально отмечает на диаграммах характерные признаки, по которым решается та или иная задача, и вводит свой ответ в систему. Если он затрудняется ответить на какой-либо вопрос системы, то существует возможность подгрузить типовые кривые.

Из рассмотренных способов работы с системой наиболее удобен первый, поскольку и кривые, и вопросы экспертной системы при консультации отображаются на экране. Однако, так как не всегда скважинный материал регистрируется в цифровой форме, то в этом случае при использовании ЭС для интерпретации альтернативы первому способу нет. В любом случае система является достаточно хорошим консультантом.

Представлены результаты обработки скважинного материала при использовании разработанной компьютерной технологии, основанной на базах знаний. Были обработаны скважины, исследованные Уфимским УТР, Арланским УГР (предприятия ОАО «Башнетфегеофизика»), ОАО «Когалымнефтегеофизика» и опытно-методической партией Башкирского государственного университета. Всего обработано 62 скважины различных категорий.

Эффективность использования разработанной автором технологии обработки данных геофизических исследований, основанной на базах знаний, при решении задач диагностики пластов и скважин определяется количеством правильных результатов, что, вообще говоря, означает максимальную близость к реальной ситуации. В действительности, правильность результатов (или

истинность заключений) проверяется при исследовании скважин, находящихся в капитальном ремонте. В то же время можно считать, что результат интерпретации, полученный при использовании системы, верный, если он совпадает с результатом, полученным экспертом или высокопрофессиональным интерпретатором.

Опытно-промышленное опробование показало, что эффективность использования технологии, основанной на базах знаний, при решении задач диагностики состояния пластов и скважин (определение работающих пластов, определение нефте- газо- водопритоков, выявление заколонных перетоков в скважине, определение мест нарушения обсадной колонны и забоя скважины) геофизическими методами составила 87%.

Из результатов, полученных при опробовании, следует также, что в действительности охватить все реально возможные ситуации, возникающие при исследованиях скважин, и заложить их в базу знаний достаточно сложно (а очень часто практически невозможно). В связи с этим существуют такие, которые в настоящий момент еще но реализованы в базе. Такая ситуация не является недостатком, а лишь подчеркивает то, что реальные геолого-промысловые условия и факторы, влияющие на решение задач диагностики пластов и скважин при освоении и эксплуатации, гораздо шире наших знаний о них. Однако поскольку база знаний является открытой, то ее всегда можно изменять и пополнять новыми знаниями с учетом конкретных геоло-промысловых условий. (Это легко осуществляется за счет модульного принципа построения баз знаний).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные теоретические исследования, опытно-методические работы, обобщение и анализ данных комплексных исследований в скважинах при их освоении, эксплуатации и ремонте позволили разработать компьютерную технологию обработки данных ГИС на основе использования баз знаний.

Основные результаты работы следующие: 1. Систематизированы задачи диагностики состояния нефтяных пластов и скважин геофизическими методами:

- определение отдающих (принимающих) пластов в добывающих (нагнетательных) скважинах,

- определение интервалов нефте- газо- водопритоков в скважину,

- выявление межпластовых заколонных перетоков жидкости,

- определение мест нарушения герметичности обсадной колонны и забоя.

2. Изучены и проанализированы методы формализации знаний (логические модели, фреймы, семантические сети, правила) и на этой основе показаны преимущества правил перед другими способами представления знаний.

3. В результате обобщения и анализа геофизических исследований эксплуатационных скважин обосновано и предложено представление знаний в виде типовых диаграмм по комплексу и отдельным геофизическим методам для решения конкретных задгм диагностики пластов и скважин.

4. Предложена технология создания баз знаний по методике исследования и интерпретации геофизических данных и на этой основе сформированы базы правил, содержащие более 2000 правил, и база типовых диаграмм геофизических методов, содержащая 150 типовых диаграмм.

5. Обоснована и разработана новая компьютерная технология обработки данных геофизических исследований при освоении и эксплуатации скважин, позволяющая:

- проводить интерпретацию результатов геофизических исследований;

- выдавать предварительное заключение непосредственно на скважине в отсутствие профессиональных интерпретаторов-геофизиков;

- осуществлять выбор методики измерений в зависимости от категории скважины;

- изменять, наращивать и адаптировать базы знаний к конкретным геологическим условиям;

- консультировать и обучать интерпретаторов-геофизиков.

6. На основании опытно-промышленного опробования разработанной технологии дана оценка эффективности ее использования для решения задач диагностики состояния пластов и скважин при их освоении и эксплуатации.

Основное содержание диссертации изложено в следующих опубликованных

работах:

1. Система "ПРАЙМ" для автоматизированной обработки данных ГИС при контроле за разработкой нефтяных месторождений. // Каротажник № 30, стр. 10-24.(совместно с Р.А.Валиуллиным, И.С.Ремеевым, А.Ш.Рамазановым, И.И.Халиуллиным, В.Ф.Назаровым, Р.Ф.Шарафутдиновым, В.Я.Федотовым, Р.К-Пруллиным).

2. Экспертные системы и выводы в условиях неопределенности. Сб. статей и тезисов "Научные конференции по научно-техническим программам Госкомвуза России" 1996, Уфа. стр.103-107. (совместно с Нафиковым И.З.).

3. К разработке экспертной системы для решения некоторых задач контроля разработки нефтяных месторождений. Межвуз. сб. статей "Прикладная физика и геофизика" 1995, Уфа, стр.79-84; (совместно с И.С.Ремеевым, В.Ф.Назаровым.)

4. Состояние развития экспертных систем. И Сб.тезисов 9-ой международной конференции ассоциации студентов - физиков, 1994, Санкт-Петербург, стр.61.

5. Экспертная система контроля технического состояния нагнетательной скважины. Сб. тезисов докладов 1-ой научной конференции молодых ученых-физиков республики Башкортостан 1994, Уфа, стр.14;

6. Экспертная система по методике проведения исследований на скважинах. Сб.тезисов докладов международной научно-практической конференции "Геоэкология в Урало-Каспийском регионе", 1996, Уфа, стр.194',

7. Экспертная система для решения задач диагностики нефтяных пластов и скважин. Сб.тезисов докладов Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов "Геофизика - 97", 1997,Санкт-Петербург.

8. Общие сведения об экспертной системе диагностики нефтяных пластов и скважин и технология работы с ней. Сб.тезисов Республиканской научной конференции студентов и аспирантов по физике. Уфа, 1997, стр.49-51.

9. Экспертная система применительно к контролю технического состояния нагнетательной скважины. Сб. тезисов научно-практической конференции геофизиков Башкортостана "Использование геолого-геофизических методов при поисках, разведке и эксплуатации месторождений полезных ископаемых в республике Башкортостан". Сб. тезисов научно-практической

конференции геофизиков Башкортостана 1994, Октябрьский, стр.56 (совместно с И.С.Ремеевым, В.Ф.Назаровым.)

"lO.Expert system and its application. International Conference for Physic; Students'96. (1996).

Соискатель

Вахитова Г.Р.