Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Разработка способов организации информационных потоков и повышения надежности прогноза залежей углеводородов при компьютерной интерпретации данных сейсморазведки

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

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата технических наук, Щекин, Сергей Николаевич, Москва

ТЮМЕНСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНЫЙ ИНСТИТУТ ПРИРОДНОГО ГАЗА И ГАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

(ТюменНИИгипрогаз)

На правах рукописи

ЩЁКИН Сергей Николаевич

РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ОРГАНИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПОТОКОВ И ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ПРОГНОЗА ЗАЛЕЖЕЙ УГЛЕВОДОРОДОВ ПРИ КОМПЬЮТЕРНОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ДАННЫХ

СЕЙСМОРАЗВЕДКИ

Специальность 04.00.12 - Геофизические методы

поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор ПОТАПОВ Олег Александрович

Москва-1999

ТЮМЕНСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНЫЙ ИНСТИТУТ ПРИРОДНОГО ГАЗА И ГАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

(ТюменНИИгипрогаз)

На правах рукописи

ЩЁКИН Сергей Николаевич

РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ОРГАНИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПОТОКОВ И ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ПРОГНОЗА ЗАЛЕЖЕЙ УГЛЕВОДОРОДОВ ПРИ КОМПЬЮТЕРНОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ДАННЫХ

СЕЙСМОРАЗВЕДКИ

Специальность 04.00.12 - Геофизические методы

поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор ПОТАПОВ Олег Александрович

Москва-1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1. ОБЗОР ПРОБЛЕМНЫХ ВОПРОСОВ 16

1 Л. Основные аспекты создания информационной среды

"ИНТЕРСЕЙС" 18

1.2. Оценка точности и достоверности структурных построений

по данным сейсморазведки MOB ОГТ 22

1.3. Структурное картирование отражающих горизонтов осадочного чехла по данным комплекса геофизических полей на основе учета корреляционных связей 30

1.4. Формализованное комплексирование reo лого-геофизической информации 31

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА СПОСОБА ОРГАНИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ

ПОТОКОВ НА ОСНОВЕ ЛОКАЛЬНЫХ БАНКОВ ДАННЫХ 34

2.1. Организация информационных потоков при использовании

" ИНТЕРСЕЙС" на одном компьютере 36

2.1.1. Соглашения о кодировании адресных параметров баз данных 37

2.1.2. Рекомендации о кодировании имен профилей 37

2.1.3. Взаимодействие прикладных программ с базой данных 38

2.2. Организация информационных потоков при использовании

"ИНТЕРСЕЙС" в составе компьютерной сети 39

2.3. Практическая реализация способа организации информационных потоков в рамках разнородной компьютерной сети 40

2.3.1. Интерпретация данных 2-D сейсморазведки 40

2.3.2. Интерпретация данных 3-D сейсморазведки 45 ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА СПОСОБА ОЦЕНКИ ДОСТОВЕРНОСТИ ПРОГНОЗА

ЛОКАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СТРУКТУРНОГО ПЛАНА ПО ДАННЫМ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ 52

3.1. Алгоритм адаптивной оценки надежности прогноза по

внутренней сходимости данных сейсморазведки 56

3.2. Примеры практического применения 57 ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА СПОСОБА ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ПРОГНОЗА ЗАЛЕЖЕЙ УГЛЕВОДОРОДОВ СРЕДСТВАМИ ФОРМАЛИЗОВАННОГО КОМПЛЕКСИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ 77

4.1. Общее описание программно-методического комплекса

ППП "КОМПАКСЕЙС" 78

4.2. Основные элементы методологии применения процедур комплексной интерпретации 83

4.3. Автоматизированная экспертная поддержка процесса комплексной интерпретации 86

4.4. Примеры практического применения "КОМПАКСЕЙС" 90

4.4.1. Прогноз нефтегазонасыщенных интервалов на месторождении структурного типа с использованием кластерного анализа 93

4.4.2. Прогноз неструктурных залежей углеводородов 102 ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА METO ДИКИ СТРУКТУРНОГО КАРТИРОВАНИЯ

Г ЛУБ ОКОЗ А ЛЕГ АЮЩИХ ОТРАЖАЮЩИХ ГОРИЗОНТОВ НА ОСНОВЕ ФОРМАЛИЗОВАННОГО КОМПЛЕКСИРОВАНИЯ РАЗ-

НОМЕТОДНОЙ ИНФОРМАЦИИ (для Западной Сибири) 113

5.1. Физические основы выбора комплекса разведочных методов 113

5.2. Математический аппарат и его прикладная интерпретация 114

5.3. Примеры практического применения 118 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 133 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 134 ПРИЛОЖЕНИЯ 144

ВВЕДЕНИЕ

В последнее время основными объектами сейсморазведки на нефть и газ являются малоамплитудные и малоразмерные структуры, неантиклинальные ловушки различного типа. Их достоверный прогноз возможен только на основе всестороннего изучения свойств геологической среды, основную информацию о которой несут данные геофизических методов разведки недр. Данные сейсморазведки, как наиболее мощного полевого геофизического метода, составляют из них наиболее значительную часть. Решение задачи извлечения из них полезной информации не представляется возможным без использования вычислительной техники и разработки методик и компьютерных технологий автоматизированной интерпретации. Возросший уровень сложности проблем прогнозирования залежей углеводородов (малые размеры объектов поиска, большая глубина их залегания, неблагоприятные сейсмогеологические условия возбуждения волн и др.) часто не позволяет получать однозначных заключений опираясь только на сейсмическую информацию. В связи с этим, стало характерным смещение задач интерпретации в сторону комплексности, когда предметом интегрированного анализа являются не только данные сейсмических исследований и геофизических исследований скважин (ГИС), но и несейсмических методов разведочной геофизики и геологическая информация. Исследования автора посвящены разработке методических и технологических аспектов повышения надежности прогнозных решений на основе сейсмических материалов в указанном случае, их реализации и внедрению в практику геологоразведочных работ. Актуальность работы. Надежность локального прогнозирования нефтяных и газовых залежей, напрямую связана с проблемой наличия адекватных способов ее оценки и методов повышения достоверности результатов при реализации интерпретационного этапа на площадях сейсмических исследований. Причина снижения геологической эффективности сейсморазведки в настоящее время обусловлена тем, что фонд крупных антиклинальных ловушек уже истощен и основной объем прироста запасов нефти и газа идет за счет выявления малоразмерных и сложнопостроенных объектов. Также уделяется значительное внима-

ние поискам гл у бо ко зал е гаю щ их объектов, но при этом, по существу, используются те же принципы и приемы, что и при поисках антиклинальных структур в менее глубоких горизонтах осадочной толщи. Как следствие, значительное число глубоких скважин в результате бурения не дает промышленных притоков углеводородов.

Кроме того, существует многообразие факторов, вносящих искажения в сейсмические данные об изучаемой геологической среде на стадии выполнения полевых работ и при компьютерном анализе информации. В частности, к их числу можно отнести: влияние сложных поверхностных условий возбуждения волн; несоответствие полевых методик наблюдений решаемым геологическим задачам; нарушения технологии проведения полевых работ, выполнения обработки и интерпретации сейсмоданных на компьютере; недостаточная квалификация персонала; отсутствие адекватных программных средств и методик для содержательного и формализованного анализа получаемых результатов. Очевидно, что учет и компенсация даже части названных факторов позволит повысить достоверность прогнозных решений и существенно сократить затраты на непроизводительное бурение.

Таким образом, разработка компьютерных технологий и методик интерпретации данных, обеспечивающих повышение надежности прогнозирования залежей нефти и газа, является актуальной в практическом отношении задачей. Целью работы является разработка алгоритмов и методик повышения надежности выделения и оконтуривания нефтегазоперспективных объектов по комплексу кинематических и динамических параметров волнового поля (с возможностью привлечения дополнительно данных несейсмических методов), а также создание технологии локальных банков данных как основы организации информационных потоков в интерпретационной системе данных сейсморазведки ИН-ТЕРСЕЙС для реализации возможности интегрированной интерпретации разнохарактерных и разнородных данных. Основные задачи исследований.

1. Обосновать практическую возможность создания информационной среды и организации информационных потоков для интерпретационной системы

промышленного класса на основе применения технологии локальных банков данных, обеспечив эффективные возможности обмена данными с другими программными комплексами и внутри самой интерпретационной системы (ИС).

2. Разработать структурные схемы локальных баз данных, обеспечивающих выполнение погоризонтного (поинтервального) кинематического и динамического анализа параметров волнового поля для данных 2-Б и 3-Б сейсморазведки в площадном варианте.

3. Разработать технологический граф процедур формализованного ком-плексирования геолого-геофизической информации и методическое руководство по комплексной интерпретации данных на его основе.

4. Разработать методику формализованной оценки достоверности структурных построений по внутренней сходимости данных сейсморазведки с целью повышения надежности прогнозирования малоразмерных и малоамплитудных объектов.

5. Разработать методику структурного картирования глубокозалегающих отражающих горизонтов (ОГ) осадочного чехла для районов Западной Сибири со сложными сейсмогеологическими условиями верхней части разреза (ВЧР), обеспечивающую повышение надежности прогноза антиклинальных структур на основе данных комплекса разведочных методов (сейсморазведка, магнитометрия, гравиметрия) и бурения.

6. Реализация разработанных алгоритмов и методик в виде программных технологий, их опытно-методическое опробование и внедрение.

Научная и техническая новизна работы.

1. Разработан способ организации информационных потоков для ИС промышленного класса ИНТЕРСЕИС на основе применения локальных банков данных, аккумулирующих однотипно структурированную информацию, полученную в границах площади сейсмических исследований. Данный способ обеспечивает: эффективные возможности интегрированной интерпретации разнородных и разнохарактерных данных; реализацию принципов открытости и алгоритмической полноты ИС; обмен данными с другими программными комплексами и

внутри самой ИС, функционирующей как на одном компьютере, так и в составе разнородной информационно-вычислительной сети.

2. Разработан пакет проблемно-ориентированных программ (ППП) КОМ-ПАКСЕЙС для ЕС ЭВМ и персонального компьютера IBM PC, реализующий методики формализованного комплексирования разнохарактерной и разнородной информации, нацеленные на повышение надежности обнаружения залежей антиклинального и неструктурного типа, их оконтуривания и прогноза эксплуатационных параметров (тип продукта, нефтегазонасыщенные мощности и пр.) на основе алгоритмов классификации, кластеризации, распознавания образов, методов корреляционного, статистического и регрессионного анализов.

3. Разработано методическое руководство по комплексной интерпретации средствами ППП КОМПАКСЕЙС, компьютерный вариант которого в виде консультационной экспертной системы реализован на IBM PC.

4. Разработан и реализован на IBM PC и SUN SPARC адаптивный метод расчета полей вероятности обнаружения локальных элементов структурного плана ОГ, обеспечивающий повышение надежности прогноза малоразмерных и малоамплитудных объектов на основе анализа обобщенного соотношения сигнал/помеха, учитывающего основные параметры сигнала (амплитуда, длительность) и шума.

5. Разработана методика структурного картирования глубокозалегающих ОГ осадочного чехла для районов Западной Сибири со сложными сейсмогеоло-гическими условиями ВЧР. Она основана на многомерном анализе данных комплекса методов - сейсморазведка, магнитометрия, гравиметрия - и бурения. Методика доведена до технического решения в виде способа поиска и разведки месторождений нефти и газа антиклинального типа, приуроченных к глубокозале-гающим ОГ осадочного чехла (приоритет 16.06.98г., заявка № 98111428; авторы: С.Н. Щёкин, A.A. Нежданов, H.A. Туренков, Э.Ю. Миколаевский).

Личный вклад автора. Основные требования к информационной среде ИС и возможностям комплексной интерпретации геолого-геофизических данных (ГГД) были сформулированы совместно с к.т.н. В.В. Ждановичем - руководите-

лем работ по созданию отраслевой (МИНГЕО СССР) интерпретационной системы данных сейсморазведки "ИНТЕРСЕЙС".

Представленные в диссертации алгоритмические, технологические и методические решения были разработаны лично автором или с его определяющим участием и реализованы им самим или под его непосредственным руководством. При этом все основные результаты, обладающие научной новизной и практической ценностью, были получены лично автором.

Работа по созданию консультационной экспертной системы была выполнена коллективом специалистов Тверского СПКБ СУ Министерства промышленности РФ (A.B. Грецкий и др.). В этом случае, автор принимал участие в определении целей разработки, выполнял роль эксперта по формированию базы знаний, производил тестирование и внедрение системы.

Практическая ценность и результативность внедрения. Технологические, методические и алгоритмические разработки автора реализованы в виде программных комплексов и отдельных программных модулей, которые на стадии интерпретационного анализа ГГД нашли применение в ряде производственных и научно-исследовательских организаций геологоразведочной и нефтегазовой отраслей СССР, стран СЭВ, России и стран СНГ на различных типах компьютерной техники: ЭВМ БЭСМ-6; ряд ЕС ЭВМ; вычислительные комплексы СМ-4, СМ-1420; персональные компьютеры IBM PC. Кроме системы ИНТЕРСЕЙС, отдельные программные и методические разработки автора широко использовались в составе комплекса программ прогнозирования геологического разреза "СЦС-3 - ПГР" на ЕС ЭВМ (С.Н. Птецов и др., ЦГЭ МНП, г.Москва) и реализованы средствами интерпретационной системы "ПАНГЕЯ" на рабочей станции SUN SPARC (Э.Ю. Миколаевский и др., АО ПАНГЕЯ, г.Москва).

Основные результаты промышленного использования системы ИНТЕРСЕЙС (отдельные функциональные компоненты которой базируются на разработках автора [35, 39, 44,95] ), официально представленные руководителями ряда геофизических предприятий, приводятся ниже.

ОАО Яма л геофизика: обработаны материалы по 313 поисковым и разведочным площадям (210 тыс. км сейсмических профилей МОГТ) и рекомендова-

но бурение более чем 1200 поисковых и разведочных скважин. В результате использования рекомендаций, основанных на технологии ИНТЕРСЕЙС, открыто несколько сотен месторождений и залежей углеводородов, в том числе Мурав-ленковское, Восточно-Уренгойское, Известинское и др., практически все месторождения п-ва Гыдан (Утреннее, Трехбугорное и др.), среднего и северного Ямала (Харасавэйское, Бованенковское).

ОАО Хантымансийскгеофизика: обработано 126 поисковых и разведочных площадей (66,2 тыс. км профилей МОГТ); подготовлено 6530 км нефтега-зоперспективных объектов. В результате проверки бурением подготовленных объектов открыты нефтяные месторождения: Тянское, Зимнее, Опаловое, Студеное, Малоюганское, Восточно-Хохряковское и др.

ОАО Новосибирскгеология: обработано 95 тыс. км профилей МОГТ (далее, профилей). В результате проверки глубоким бурением выявленных перспективных объектов открыты: Травяное, Кальчинское, Северо-Кальчинское и Северо-Демьянское месторождения нефти.

ОАО Севергеофизика (ПГО Печорагеофизика): обработано 13,870 тыс. км профилей. Выявлено и подготовлено к глубокому бурению 30 структур.

Томский геофизический трест: обработано 36,280 тыс. км профилей. Подготовлено к глубокому бурению 128 нефтегазоперспективных объектов общей площадью 3590 км2. В результате проведения поискового бурения открыты нефтяные месторождения: Федюшкинское, Карасевское, Арчинское, Южно-Тамбеевское, Двойное, Столбовое, Колотушное и др.

ОАО Ткшеннефтегеофизика: обработано 10,780 тыс. км профилей по 31 поисковой и разведочной площади. Выявлены структурно-литологические ловушки и осуществлена геометризация нефтегазовых и нефтяных залежей в Ноябрьском нефтеносном районе (Выйнойское, Маслиховское,- Южно-Ортъегунское, Вэнгапурское, Ярайнерское и др. месторождения).

ОАО Сибнефтегеофизика: обработано более 3375 км сейсмических профилей, результаты учитывались при рекомендациях на заложение 3 разведочных скважин. Созданы банки сейсмических параметров по Верх-Тарской, Лугинецкой, Игольско-Таловой, Верхчонской площадям.

ЗапСибГеоНАЦ (ранее ГВЦ Главтюменьгеологии, ЗапСибРИКЦ): помимо применения ИНТЕРСЕЙС в период 1978-1996 годы на локальных разведочных площадях при интерпретации сейсмических материалов ПГО Ямалгео-физика и Хантымансийскгеофизика, с 1993 года программно-методический комплекс ИНТЕРСЕЙС-К стал использоваться для региональных структурных построений по совокупности данных сейсморазведки и глубокого бурения. В общей сложности, на середину 1998 года, такие построения охватили территорию площадью более 300000 км2 (район Среднего Приобья, Н�