Разработка инструментальных средств интегрированного анализа и комплексной верификации геолого-геофизической и промысловой информации

Актуальность, темы. Количественное увеличение объёмов-данных во всех областях науки ш промышленностиявляется* следствием стремительного роста потока информации в современном обществе. Не составляют исключения и: нефтегазодобывающие предприятия. Значительную"роль в. них играет обработка большогообъёма разнородной — геолого-геофизической ипромысловой" информациина основании анализа которой решаются задачи моделирования.

Достоверность исходных данныхпри построении моделей позволяет максимизировать отдачу от их анализа. Таким образом, правдоподобность собранной информации о месторождении играет большую роль в разработке нефтегазовых месторождений:

Развитие средстввычислительной-техники и возрастающийобъём информации требует создания и применения специализированных программных систем, способных объединить все геолого-геофизические данные по месторождению, обеспечить интеграцию данных добычи? и разведки, поддержку постоянно-действующих геологических, гидродинамических и разного рода других моделей, обеспечить анализ хранимойинформации: — Опыт показывает, что применение таких систем позволяет рассматривать совокупность данных в едином ключе, делать выводы, основываясь на комплексном подходе к анализируемым данным.

Существует целый ряд систем, решающих эти задачи. Каждая из них характеризуется разной степенью вовлеченности в процессы сбораобработки и хранения геолого-геофизической! информации. В каждой из них присутствуют элементы i контроля достоверности данных на этапах вводаобработки, либо с помощью механизмов систем управлении базами данных (СУБД). Но нельзя не отметить отсутствие комплексного" подхода к: контролю-достоверности, согласованности: и непротиворечивости данных. Именно, рассматривая данные вкомплексе, можно сделать выводы об их достоверности. Решения, основанные на недостоверной информации, обходятся очень дорого, так как цена ошибки возрастает с увеличением количества операций, в которых участвуют ошибочные данные.

Представленная программная реализация автоматизированной информационной системы позволяет проводить комплексный анализ достоверности геолого-геофизической информации, расположенной как в разрозненных файлах, так и в централизованно организованных хранилищах. Особенностью является: возможность исправления явно ошибочных данных в автоматическом режиме. Применение данной системы способствует повышению степени доверия к хранимой информации, снижению уровня ресурсов, затрачиваемых при использовании этих данных вследствие раннего обнаружения и исправления ошибок.

Структура разработанной системы позволяет достаточно легко интегрировать её как в СУБД промышленного уровня, так и использовать её совместно со специализированными системами, а также применять её на различных стадиях сбора, анализа, обработки и хранения информации.

Объектом исследования является геолого-геофизическая! информация, представленная в цифровом виде— модели нечеткой логики (HJI) для расчёта количественных параметров пласта в результате проведения геофизических исследований скважин (ГИС) — автоматизированная информационная система (АИС) комплексного анализа достоверности данных, с возможностью исправления явных ошибок в автоматизированном режиме.

Предметом исследования являются* математическое, информационное и программное обеспечение АИС, математическое описание алгоритмов обработки и анализа достоверности геолого-геофизической и промысловой информацииразработка структуры хранения и алгоритмов обработки базы правилструктура и лингвистическое обеспечение АИС.

Целью' работыs является разработка и научное обоснование технических и методических решений, направленных на проведение комплексной верификации геолого-геофизической и промысловой! информации, ведущее к расширению функциональных возможностей специализированных баз данных, внедрение которой имеет существенное значение в области обработки данных и подготовки их для построения моделей.

Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:

— исследовать структуру геолого-геофизической и промысловой информации и на основе ее выработать правила контроля достоверности данных;

— разработать научно-обоснованные решения для проведения комплексной верификации геолого-геофизических и промысловых данных, выбрать методики обработки и анализа;

— создать структуру системы контроля, схему её работы и механизмы для визуализации результатов работы;

— выбрать и обосновать путем теоретических и экспериментальных исследований структуру АИС, принципы построения программного, лингвистического и информационного обеспечения, обеспечивающих ввод, хранение, обработку и анализ правил, применяемых в системе комплексного контроля достоверности данных;

— определить методику использованияматематических и статистических методов, а так же аппарата нечёткой логики для анализа геолого-геофизических и промысловых данных для выявления вероятных несоответствий в них;

— исследовать потоки информации, возникающие при построении моделей месторождений;

— изучить влияние различных ошибочных геолого-геофизических данных на геологические и гидродинамические модели месторождений;

— интегрировать систему контроля достоверности данных в существующую широко-распространённую базу данных геолого-геофизической информации.

Методы исследования. При решении задач комплексного анализа достоверности данных использовались модели HJI, алгоритм адаптивного выбора подклассов (АВП), алгоритмы математической статистики, петрофизические закономерности. Для оценкипараметров коллекторов применялась теория нечетких множеств (НМ). Результаты работы исследовались на предмет влияния ошибок при построении моделей.

Информационная модель АИС создана с учетом объектно-ориентированных принципов разработки программных комплексов. База правил разработана с учётом механизмов построения реляционных структур данных. Структурная схема системы спроектирована и реализована с учетом теоретических основ информатики и вычислительной техники.

Программное обеспечение системы реализовано на алгоритмическом языке высокого уровня — Object Pascal, интерфейс пользователя разработан в интегрированной среде Borland Delphi 6.0, база данных работает под управлением таких СУБД как Oracle 8 и Microsoft SQl Server 7.0. Часть правил системы используются в виде внешних библиотек (DLL) иреализованы на языке высокого уровня Microsoft Visual С. Для построения моделей привлекался инструментарий компании Roxar: IRAP RMS и Tempest"0™.

Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов подтверждена результатами, экспериментальных исследований и опытом практической эксплуатации АИС.

Математические модели, алгоритмы и прикладные программы, используемые в работе, основаны на положениях теории нечетких множеств и математической статистики. Методики расчёта параметров коллекторов базируются на широко применяемых при геофизических исследованиях скважин петрофизических зависимостях.

Достоверность экспериментальных результатов обеспечена большим объемом экспериментального материала, статистическими методами обработки данных и хорошей воспроизводимостью результатов.

На защиту выносятся результаты исследования и разработки АИС, обеспечивающей повышение уровня достоверности и согласованности геологогеофизической и промысловой информации, снижению затрат на ресурсы, затрачиваемых при использовании этих данных, вследствие раннего обнаружения и исправления ошибок, в том числе:

— методика проведения комплексного анализа достоверности и согласованности геолого-геофизических и промысловых данных с использованием ряда математических и алгоритмических структур;

— анализ и систематизация структуры геолого-геофизической и промысловой информации;

— алгоритмы и программные модулипозволяющие определить мощность > коллекторов, а также их количественные параметры (пористость, нефтенасы-щенность, водонасыщенность, глинистость) реализованные на базе моделей HJI;

— состав и структура базы правил системы контроля достоверности информации;

— проектирование и реализация АИС, разработка концептуальной структуры объектно-ориентированной системыj принципов построения, программного, информационного, математического и лингвистического обеспечения системы.

Научная новизна полученных результатов обоснована необходимостью создания АИС, обладающей возможностью оценки уровня достоверности геолого-геофизической и промысловой информации, хранящейся как в специально разработанных хранилищах, так и в разрозненных источниках, при разработке которой:

— осуществлён выбор структуры и состава компонентов АИС, произведена разработка концепции и принципов построения программного, лингвистического и информационного обеспечения АИС, обеспечивающих анализ достоверности геолого-геофизических данных;

— определены принципы построения алгоритмов и программных средств, предназначенных на ранней стадии обработки информации выявлять ошибочные данные с механизмом их автоматического исправления;

— разработаны научно обоснованные программные решения, направленные на повышение уровня достоверности геолого-геофизических и промысловых данных;

— разработанная система контроля достоверности информации•- обладает высокой степенью совместимости и мобильности,. вследствие чего может быть интегрирована в уже существующие хранилища данных, а также портироваться на сервера различных производителей, поддерживающих реляционную модель данных;

— разработана единая технология контроля различных по структуре видов данных, обеспечивающая методы интегрированного анализа, применяемых в рамках различных программных решений;

— предложено программное решение, позволяющее строить графы обработки, представляющие собой последовательность действийрешения: определённой задачи, которое может использоватьсядля фиксирования результата этапов расчётов для последующего анализа.

Практическая ценность. Созданная АИС позволила решить ряд проблем, возникших при обработке различного рода геолого-геофизической и промысловой информации. Применение системы повышает уровень достоверности • и согласованности данных, используемых в качестве исходных при построении геологических, гидродинамических и прочих моделей месторождений, а также обеспечивает реализацию механизма обнаружения ошибок и неточностей на ранних стадиях обработки данных.

С помощью системы можно построить граф обработки данных, что позволяет неоднократно применять одинаковые подходы для верификации одних и тех же данных на разных стадиях обработки геолого-геофизической информации.

Практическую ценность системе придаёт её независимость от используемых аппаратных средств персональных компьютеров и слабую зависимость от хранилища данных. Структура разработанной АИС легко модифицируется под конкретные требования, обеспечивает возможность добавления новых модулей, а также адаптацию системы к различным правилам проверки данных.

Информационная модель системы состоит из правил предметной области, описывающих корректность информации, которые организованы в единую базу данных. Использование в качестве СУБД. SQL-сервера Oracle и Microsoft SQL Serverподдерживающих стандарт ANSI SQL 92, позволяет модифицировать структуру БД под вновь возникающие требования, а также в случае необходимости адаптировать её под любую другую СУБД, поддерживающую реляционные модели баз данных.

Модульностьсозданной системы обеспечивает возможность подключения программных модул ей сторонних разработчиков, что позволяет более тонко осуществлять более тонкую настройку на предметную область.

Реализация работы в производственных условиях. При непосредственном I участии автора была разработана и реализована, описанная в данной работе, АИС. Разработанная система i использовалась при работе с распространённой базой данных Finder, где правила системы служили для проверки данных на достоверность и согласованность, а также обеспечивали возможность автоматической корректировки явно ошибочной информации.

Тесная интеграция системы в программныйкомплекс оцифровки, предназначенный для создания базы электронных дел скважин ряда месторождений Западной Сибири, позволило увеличить скорость обработки скан-образов и снизить ошибки, возникающие при заполнении базы.

Работа системы протестирована в ходе верификации геолого-геофизических и промысловых данных ряда месторождений Западной Сибири. Результатом верификацииявлялось построение геологических и гидродинамических моделей месторождений.

Работа выполнялась в соответствии с планами хоздоговорных НИР, проводимых Институтом интеллектуальных технологий и ОАО «ТНК-ВР»: № ГР 1 200 405 097 «Верификация геолого-геофизической5 информации по объектам разработки месторождений Северного НГДП ОАО «Нижневартовск" — № ГР 1 200 405 096 «Формирование базы данных геолого-технологических мероприятий i 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».

Вся работа в целом, а также ее отдельные части могут быть использованы предприятиями нефтегазодобывающей отрасли, — организациями, занимающимися построением ряда различных моделей на основе геолого-геофизической и промысловой информации.

Апробация работы. 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) (Санкт-Петербург, 2003;2004).

Публикации. Результаты работы отражены в 12 научных публикациях, в том числе: 7 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 41 страница машинописного текста.

Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, 4 главы и.

Основные выводы и результаты работы.

1. Созданная система позволяет проводить. комплексную верификацию геолого-геофизической и промысловой информации, как в специализированных хранилищах, так и использоваться в качестве интегрированного инструмента контроля: достоверности данных, применяемого в рамках программных решений сторонних разработчиков:

2. Разработана технология, позволяющая строить графы обработки, представляющие собой последовательность действий решения определённой задачи, которая может использоваться для фиксирования результата этапов расчётов для последующего анализа. Сам граф может использоваться, как источник опыта для общения между пользователями:

3: Проведено исследование структуры геолого-геофизической и промысловой информации, на основании которого спроектированы и оптимизированы для практического применения алгоритмы и правила контроля достоверности данных.

4. Определены принципы и разработаны программные алгоритмы, предназначенные для выявления недостоверных данных на ранней стадии обработки информации, с механизмом автоматической корректировки.

5. Произведена оценка влияния ошибочных данных при проведении геологического и гидродинамического моделирования.

6. Практическим путём выработаны критерии построения подобного рода комплексов.

7. Разработана гибкая система хранения правил контроля, а также алгоритмы их обработки. Система правил имеет возможности расширения за счёт использования внешних (DLL) библиотечных модулей, что позволяет производить настройку правил системы под конкретные требования.

8. На основе проведённых хоздоговорных работ, в которых использовалась данная система, проведены комплексные исследования по оценке применимости созданной системы контроля.

9. В качестве пути дальнейшего развития АИС предлагается более тесная интеграция созданной системы с программами сбора, обработки и анализа геолого-геофизической и промысловой информации, а также с комплексами построения разного уровня моделей. А также более широкое применение моделей HJI в правилах системы.

заключение

.

В результате проведенных работ по разработке n научному обоснованию алгоритмических и программных средств поддерживающих технологию интегрированного анализа и комплексной верификации геолого-геофизической и г промысловой информации, продемонстрирована возможность применения аппарата математической" статистики и моделей HJI, а также алгоритма АВП. Перспективность комплексного подхода является ценным результатом данной работы:

Ещё одним из результатов работы является то, что разработанная структура' системы может использоваться^ в повседневною практике нефтедобывающих организаций, и предприятийобладающих большим объёмом разнородной информации: