Математичні моделі і інформаційні технології інтегральної інтерпретації комплексу геолого-геофізичних даних (на прикладі нафтогазопошукових задач)

Геологічна границя - поверхня (лінія) різкої зміни умов осадконакопичення. Розривне порушення - поверхня (лінія) порушення монолітності гірських порід, що відбулися внаслідок тектонічної діяльності Землі. Границя ізольованого геологічного об'єкта - поверхня (лінія) контуру ізольованого геологічного об'єкта, що виникла, в основному, не в результаті осадконакопичення - соляна тектоніка, утворення брекчій, літологічне заміщення порід і інші геологічні явища. Шар - товща між двома геологічними границями - . Блок - ділянка шару, яка обмежено простягається у відповідності до наявних розривних порушень, значних змін режиму осадконакопичення, обумовлена вторинним метаморфізмом відкладених порід або іншими геологічними причинами. Тіло - ізольований геологічний об'єкт, що утворився в результаті таких явищ у процесі життєдіяльності Землі як вулканізм, солянокупольна тектоніка, рудоутворення й інші, і найчастіше не пов'язаний з осадовим характером формування гірських порід.

З позиції історичних умов формування геологічного розрізу гірські породи характеризуються такими властивостями як вік і літологічний склад, що поєднується в визначенні об'єкту “Геологічний розріз” - .

Для використання поняття “Геологічний розріз” у нафтогазовій геології необхідно розширити цю модель до моделі “Нафтогазопромисловий геологічний розріз” введенням додаткових нафтогазопромислових характеристик таких як: тип породи (колектор, не колектор); для колекторів -характер їхнього насичення; для нафтогазонасичених колекторів - коефіцієнт пористості, нафтогазонасичення, проникності, витиснення флюїду; у шарах, до яких приурочені поклади нафти і газу - положення водонафтового (ВНК), водогазового (ВГК), нафтогазового (НГК) контактів.

Для забезпечення можливості визначення параметрів моделі за геофізичними даними, введене поняття “Фізико-геологічна модель геологічного розрізу” - і зв'язок цієї моделі з характеристиками моделі “Геологічний розріз”.

, (34)

де - у загальному випадку нелінійне, а можливо і параметрично задане відображення простору припустимих геологічних моделей у простір геофізичних моделей , що не має однозначного оберненого оператора .

У рамках введених понять для моделі “Геологічного розрізу” таке відображення може бути виражене у вигляді наступної схеми:

(35)

Геофізична границя відповідає геологічній границі , де - набір функцій, що описують положення геологічних границь; - набір функцій, що описують положення геофізичних границь; - точка в області визначення функцій і . Фізико-геологічний шар - простір між двома послідовними геофізичними границями, що обмежує область змістовного, з погляду характеристик геологічного шару, визначення фізичних властивостей гірських порід - . Фізико-геологічний шар цілком складається з окремих елементів - Фізико-геологічних блоків. Для переходу від параметрів Геологічного шару до параметрів Фізико-геологічного шару можна скористатися наявними статистичними залежностями , що зв'язують геологічні параметри з величинами фізичних властивостей гірських порід , а для моделі “Нафтогазопромислового геологічного розрізу” - . Фізико-геологічний блок - обмежена частина простору в межах блоку Фізико-геологічний шар. Дана конструкція є мінімальною частиною простору, в межах якої припускається, що фізичні властивості змінюються неперервно.

Описані конструкції добре погоджуються з принципами структурної геології і можуть бути об'єднані в понятті Структурна фізико-геологічна модель , яка є кінцево-елементною апроксимацією реального геолого-геофізичного розрізу і математичною основою реалізації схем структурної інтерпретації геолого-геофізичних даних.

На відміну від геологічної моделі, для фізико-геологічної моделі, крім Структурної фізико-геологічної моделі, додатково введене поняття Моделі неперервного розподілу фізико-геологічних властивостей. Даний тип моделі реалізує апроксимацію реальної поведінки фізичних властивостей у вигляді сіткової функції - і використовується для забезпечення прогнозування локальних змін фізичних властивостей в межах окремих блоків, шарів і розрізу в цілому.

Процес інтерпретації геофізичних даних, як по окремих методах, так і їх комплексу, націлений на визначення параметрів моделі “Геологічного розрізу”, у зв'язку з чим введені додаткові перетворення між геологічною і фізико-геологічною моделями , а для нафтогазопромислового геологічного розрізу .

Створені інформаційні моделі дозволяють представити процес взаємодії інформаційних потоків в рамках розглянутої моделі інтегральної інтерпретації у вигляді схеми (рис. 2.), де радіальний рух відповідає моделі пасивної інтегральної інтерпретації, а круговий активної.

З огляду на важливість розв'язку проблеми геолого-геофізичного інформаційного забезпечення пошуків, розвідки і розробки родовищ нафти і газу, розроблена оптимальна модель інтегральної інтерпретації комплексу даних геофізичних досліджень свердловин, сейсморозвідки і гравірозвідки для розв'язку задач нафтогазової геології (таблиця 1).

Рис. 2 Загальна схема інтегральної інтерпретації комплексу геолого-геофізичних даних:1 - відображення між геологічною і структурною фізико-геологічною моделями; 2 - відображення між структурною фізико-геологічною моделлю і моделлю неперервного розподілу властивостей; 3 - зв'язок між структурними фізико-геологічними моделями; 4 - зв'язок між моделями неперервного розподілу

Таблиця 1 Характеристика комплексу методів для вивчення нафтогазоносних структур

Геофізичний метод або комплекс методів	Компонент фізико-геологічної моделі	Тип геофізичної моделі
Акустичний каротаж + Гамма-гама каротаж густинний	Оцінка параметрів одновимірної вертикально неоднорідної швидкісно-густинної моделі середовища для виконання одномірного динамічного моделювання хвильового поля і кореляції цільових відбиваючих горизонтів	Модель розподілу
Кінематична сейсморозвідка + Гравірозвідка	Оцінка параметрів швидкісно-густинної структурної моделі	Структурна модель
Гравірозвідка	Прогнозування локальних змін густинних властивостей в межах окремих ділянок і інтервалів розрізу	Неперервна модель

Приведений комплекс геофізичних досліджень взаємозалежний і націлений на виділення особливостей будови геологічного розрізу на основі аналізу характеру поведінки швидкісних і густинних властивостей.

Таблиця 2 Перелік модельних уявлень, які використовуються, та контрольованих фізичних властивостей

Назва методу	Тип геофізичної моделі	Фізична властивість
Акустичний каротаж	Модель розподілу	Швидкість
Гамма-гама каротаж густинний	Модель розподілу	Густина
Кінематична сейсморозвідка	Структурна модель	Швидкість
Динамічна сейсморозвідка	Структурна модель	Швидкість Густина
Гравірозвідка	Структурна модель	Густина
Гравірозвідка	Модель розподілу	Густина

Наведені модельні уявлення і підходи покладені в основу розробленої автоматизованої системи кількісної комплексної інтерпретації геофізичних даних GCIS і заснованій на ній “Технології інтегральної інтерпретації комплексу геолого-геофізичних даних для пошуків і розвідки родовищ нафти і газу”, яка включає наступні основні етапи:

Етап 1. Узгодження свердловинних і сейсмічних даних.

Етап 2. Літолого-стратиграфічне розчленовування геологічного розрізу.

Етап 3. Кореляція часових розрізів і побудова карт ізохрон для виділених літолого-стратиграфічних горизонтів.

Етап 4. Визначення параметрів комплексної структурної швидкісно-густинної макромоделі на основі ітераційного розв'язку оберненої структурної кінематичної задачі сейсморозвідки і оберненої структурної задачі гравірозвідки.

Етап 5. Деталізація структурної макромоделі - визначення параметрів неоднорідної інтегральної геогустинної мікромоделі на основі розв'язку оберненої лінійної задачі гравірозвідки для неоднорідної моделі середовища.

Етап 6. Геологічна інтерпретація виділених локальних геогустинних аномалій по глибині і у просторі в залежності від особливостей геологічної будови і поставленої геологічної задачі.

З огляду на значні обсяги інформації, що підлягають обробці й аналізу, розглянуті основні принципи інформаційно-комп'ютерного забезпечення технології при вирішенні конкретних геофізичних задач.

ПРЯМІ І ОБЕРНЕНІ ЗАДАЧІ ГЕОФІЗИКИ, ПОКЛАДЕНІ В ОСНОВУ ТЕХНОЛОГІЇ ІНТЕГРАЛЬНОЇ ІНТЕРПРЕТАЦІЇ КОМПЛЕКСУ ГЕОЛОГО-ГЕОФІЗИЧНИХ ДАНИХ

Для забезпечення підвищення точності просторової прив'язки результатів свердловинних досліджень при інтегральній інтерпретації виведені нові співвідношення для розрахунку просторової форми стовбура свердловини на основі використання сплайн-апроксимації сплайнами четвертого порядку параметричного рівняння просторової кривої.

Основне рівняння, що описує характер поведінки криволінійного стовбура свердловини

, (36)

де - зенітний кут; - азимут; - значення похідних в точках спостереження - кількість точок спостереження; - параметр довжини стовбура свердловини.

Як розв'язок отримано рівняння

, (37)

,, (38)

, ,

і - константи інтегрування.

Ефективність наведених співвідношень проілюстрована результатами розрахунку тестових кривих - плоскої дуги кола і гвинтової лінії, а також реальних інклінометричних даних по свердловині.

З огляду на важливість коректного узгодження даних свердловинних досліджень, а саме акустичного каротажу (АК), з результатами наземних сейсмічних робіт, запропонований новий спосіб розрахунку сейсмічних швидкостей за даними АК на основі інтегрального перетворення

, (39)

де - довжина сейсмічної хвилі; - швидкісна модель; сейсмічна швидкісна модель. Використовуючи поняття повільності як величини оберненої швидкості і те, що нам відома наближена функція - повільність за даними АК, можна скористатися нею для розрахунку

(40)

з оцінкою норми відхилення

. (41)

Для ілюстрації ефективності запропонованого способу наведені результати визначення за даними АК неперервного швидкісного розрізу в масштабі сейсмічного запису по свердловині 4 - Східна Луква (Бориславсько-Покутська зона Передкарпатського прогину). Порівняння результатів моделювання динаміки хвильового поля і фрагменту реального часового розрізу , що проходить у безпосередній близькості від свердловини, свідчить про геологічну ефективність запропонованого перетворення.

З метою залучення в комплекс геолого-геофізичних досліджень даних магнітометричних досліджень отримані нові співвідношення для розрахунку складових магнітного поля для структурної слабомагнітної моделі середовища

, (42)

, (43)

.

Ефективність використання наведених співвідношень підтверджена результатами чисельного співставлення розрахованих складових магнітного поля з полями для відомих елементарних магнітних тіл - горизонтальний круговий циліндр, косий уступ, горизонтальний і вертикальний шар.

Для введених двох типів геогустинних моделей - структурної моделі і моделі неперервного розподілу густини, наведені співвідношення для розв'язку обернених задач гравіметрії з використанням рівномірних критеріїв оптимальності в просторово-часовій області:

1. Модель розподілу густини

, (44)

, (45)

. (46)

Розв'язок, що забезпечується ітераційним процесом (Ошибка! Источник ссылки не найден.), оптимальний з точки зору умови

. (47)

2. Структурна геогустинна модель.

. (48)

.

Розв'язок, що забезпечується ітераційним процесом (49), оптимальний з точки зору умови

. (50)

Для забезпечення ефективного виконання кінематичної інтерпретації сейсмічних даних в умовах складних багатопараметричних структурних швидкісних моделей, які містять диз'юнктивні порушення або суттєво криволінійні границі, отримані нові співвідношення для розв'язку прямих і обернених задач.

Так на основі розвитку поняття „кінематичного пропагатора” доведена можливість і розроблений алгоритм моделювання часу поширення сейсмічної енергії в безпосередній близькості до диз'юнктивного порушення, де відповідний розв'язок рівняння эйконалу втрачає однозначність. Це ж стосується і криволінійної границі, у якої радіус кривизни менше ніж радіус кривизни падаючого фронту. В цьому випадку при відбитті від границі буде виникати петля, тобто існувати декілька екстремалей, що при заданому положенні джерела і співпадаючого з ним приймача будуть відповідати рішенню рівняння

(рис.3)

Рис. 3 До розрахунку багатоекстремального відбиття

При цьому в точку будуть приходити як мінімум три промені, один із яких буде відповідати глобальному мінімумові, другий - локальному мінімумові, а третій, розташований між ними - локальному максимуму. Для одержання однозначної функції будемо виходити з припущення, що при глибинних побудовах нас найбільше цікавить горизонтальна роздільна здатність моделі, тоді, у припущенні наявності екстремалей, будемо вибирати таку, яка максимально близько розташована до точки виходу на денну поверхню відповідного променя

, (51)

де - відповідає - тій точці відбиття у випадку багатоекстремального розв'язку.

З метою підвищення обчислювальної ефективності розв'язку оберненої структурної кінематичної задачі сейсморозвідки запропонований новий спосіб лініаризації нелінійного оператора розв'язку прямої кінематичної задачі.

Нехай нам відомо деяке наближення до моделі середовища . Використовуючи метод сейсмічного пропагатора, проведемо обчислення прямої кінематичної задачі сейсморозвідки з трасуванням усіх променів, що з'єднують точки границі і точки їхнього виходу на денну поверхню. Припустимо, що деякий промінь, що відповідає спостереженню , пройшов через точку границі, параметри якої відповідають параметрові , а також, що малі зміни параметра не будуть приводити до зміни положення траєкторії променю. Тоді значення коефіцієнта матриці похідної Фреше нелінійного оператора можуть бути аналітично обчислені для випадку варіації геометричних характеристик як:

, (52)

, (53)

а для випадку варіації параметра швидкості як:

, (54)

. (55)

Наведені співвідношення для розв'язку прямих і обернених задач геофізики є обчислювальним ядром розробленої автоматизованої системи кількісної комплексної інтрпретації геолого-геофізичних даних GCIS.

АВТОМАТИЗОВАНА СИСТЕМА КІЛЬКІСНОЇ КОМПЛЕКСНОЇ ІНТЕРПРЕТАЦІЇ ГЕОЛОГО-ГЕОФІЗИЧНИХ ДАНИХ GCIS

Розглянемо основні принципи і технології побудови “Автоматизованої системи кількісної комплексної інтерпретації геолого-геофізичних даних GCIS (Geophysical Complex Interpretation System)” і її використання для розв'язку нафтогазопошукових задач.

З огляду на наявний світовий досвід розробки аналогічних комп'ютерних технологій, наприклад Oasis Montaj фірми GeoSoft (Canada), автоматизована система GCIS базується на наступних основних принципах:

1. Інтеграції одновимірних - 1D, двовимірних - 2D і тривимірних (просторових) - 3D даних у рамках єдиного інформаційного середовища.

2. Використання предметно-орієнтованої (геологія і геофізика) мови опису даних.

3. Ієрархічної структури збереження об'єктно-орієнтованої інформації.

4. Забезпечення загального керування всіма задачами і процесами через єдиний програмний монітор.

5. Багатозадачності і багатопроцесорності (багатомашинності).

6. Відкритості і розширюваності.

При інтеграції різнорозмірних 1D, 2D і 3D даних за основу взяте визначення ЗD розмірності геолого-геофізичної моделі:

- 1D модель припускає, що геологічні і геофізичні властивості змінюються в напрямку вертикальної осі OZ і незмінні в двох інших напрямках, а поведінка властивостей описується функцією ;

- 2D модель припускає, що геологічні і геофізичні властивості моделі середовища одночасно змінюються в напрямку горизонтальної осі і вертикальної осі і є незмінними в напрямку осі , а поведінка властивостей описується функцією ;

- 3D модель припускає, що властивості можуть одночасно змінюватися по всіх трьох просторових координатах , і , а поведінка властивостей описується функцією .

Виходячи з теоретичних уявлень, в якості базових в системі реалізовані два типи модельних уявлень - структурні моделі і моделі неперервного розподілу властивостей.

Структурна модель представлена як сукупність довільної кількості криволінійних границь , що не мають самоперетинань у напрямку осі . Пари послідовних границь утворюють шари. Властивості (параметри) шарів при переході через їхню границю можуть змінюватися стрибкоподібно. В середині шару властивості можуть бути незмінними - або незначно змінюватися так, щоби їхня варіація була меншою, ніж величина самого параметра .

Відповідно до цієї моделі геофізичні характеристики в кожній із введених розмірних моделей будуть представлені в такий спосіб:

1D - - масив значень глибини залягання геологічних границь, - масив функцій, що описують поведінку властивостей:

, (56)

де - коефіцієнт і вільний член лінійного рівняння, - глибина покрівлі шару.

2D - - масив функцій, що описують зміну глибини залягання кожної з геологічних границь. У двовимірній моделі шару введене поняття блоку. Шар може складатися з одного або декількох послідовних блоків. В межах окремих блоків властивості описуються двовимірними функціями , де - номер шару, - номер блоку в шарі, - кількість блоків в -тому шарі:

, (57)

де - коефіцієнти і вільний член у лінійному і білінійному представленні функцій, - координата початку - того блоку;

3D - - масив двовимірних функцій, що описують зміну глибини залягання кожної з геологічних границь. Властивості в границях окремих блоків описуються набором тривимірних функцій , де - номер шару, - номер блоку в шарі, - кількість блоків в -тім шарі. Поведінка функцій обмежена наступними правилами:

, (58)

де - коефіцієнти і вільний член у лінійному, білінійному і трилінійному представленні функцій, - координати кутової точки початку - того блоку.

Структурна модель забезпечує адекватний опис загальної будови геологічного розрізу і регіональних макрозмін фізико-геологічних властивостей. Виходячи з цього будемо також називати її макромоделлю геологічного розрізу.

Модель неперервного розподілу властивостей визначає поведінку фізико-геологічних параметрів як неперервної величини. Характер розподілу, в залежності від розмірності моделі, описується відповідними неперервними функціями:

- 1D - ; - 2D - ; - 3D - .

Така модель дає можливість описувати досить довільну поведінку фізико-геологічних властивостей, однак, що найбільш важливо, на її основі є можливість вивчати детальну будову в середині шарів. Виходячи з цього будемо також називати її мікромоделлю геологічного розрізу.

Використання однотипної стандартизованої системи опису параметрів моделі забезпечило можливість їх як окремого, так і загального використання і відповідного генерування моделей більш високої розмірності на основі моделей низької розмірності і навпаки:

 .

Для забезпечення внутрішнього збереження і представлення об'єктно-орієнтованоі інформації в межах інтерфейсу користувача в системі GCIS запроваджена ієрархічна структура даних.

Для кожного з інформаційних компонентів, що описують окремі частини моделі інтерпретаційного процесу - геофізичні поля, геометричні характеристики, властивості шарів, неперервні розподіли властивостей і ін. були розроблені об'єктні елементи. Ці елементи складаються з внутрішнього (програмного) і зовнішнього (інтерфейсного) уявлення. Зовнішнє уявлення називається „Блоком даних”. Всі блоки даних, що відносяться до однієї інтерпретаційної моделі, згруповані в межах інтерпретаційного об'єкту. Інтерпретаційний об'єкт відноситься до інтерпретаційної моделі (1D, 2D, 3D) і цілком визначає структуру взаємодії підлеглих об'єктів (блоків даних) - елементів.

Внутрішня структура кожної з інтерпретаційних об'єктних моделей логічно представлена як ієрархічна деревоподібна модель, де послідовність вузлів моделює природний взаємозв'язок між введеними об'єктами, а кожна гілка закінчується файлом, що безпосередньо містить у собі властивості предметного об'єкта.

Основним інтерфейсним елементом користувача є монітор системи GCIS.

До основних задач монітора відносяться:

1. Підтримка об'єктних моделей інтерпретації і відповідних їм ієрархічних структур даних.

2. Відображення ієрархічних структур даних; операції по реєстрації нових об'єктів, редагуванні вже існуючих, знищенні непотрібних і їхньої актуалізації.

3. Динамічна активізація програм обробки й інтерпретації геофізичних даних.

4. Динамічна активізація сервісних програм.

5. Ведення поточного протоколу роботи програм обробки і інтерпретації геофізичних даних, а також сервісних програм.

База даних системи GCIS являє собою ієрархічну файлову систему, що складається з бази геолого-геофізичних даних, параметрів моделей і “Службової бази даних”, яка включає наступні елементи:

1. Бібліотека програм обробки й інтерпретації.

2. Бібліотека сервісних програм і утиліт.

3. Довідник дерева даних.

4. Довідник ключових слів мови опису даних.

5. Бібліотека динамічних об'єктів для оперувания елементарними об'єктними даними.

Для обчислювального забезпечення реалізації “Технології інтегральної інтерпретації комплексу геолого-геофізичної інформації для пошуків нафти і газу” автоматизована система GCIS представляє групу методів і алгоритмів чисельного розв'язку прямих і обернених задач геофізики для раніше описаних модельних уявлень і методів - ГДС, сейсморазведка і гравірозвідка.

Ці методи й алгоритми реалізовані у вигляді бібліотеки програм обробки й інтерпретації геофізичних даних відповідно для 1D, 2D і 3D моделей даних.

Досвід експлуатації автоматизованої системи GCIS і отримані результати інтегральної інтерпретації на реальних нафтогазоперспективних об'єктах підтверджують її технологічність і високу кінцеву геологічну ефективність.

ПРИКЛАДИ ВИКОРИСТАННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ІНТЕГРАЛЬНОЇ ІНТЕРПРЕТАЦІЇ ДЛЯ ВИВЧЕННЯ НАФТОВИХ І ГАЗОВИХ РОДОВИЩ

Висока геологічна ефективність застосування розроблених математичних методів, алгоритмічного і програмного забезпечення ілюструється детальними результатами вирішення нафтогазопошукових геологічних задач у різних регіонах України і Росії, а саме:

1. Створення інтегральної просторової швидкісно-густинної моделі Гашинівської площі (Дніпрово-Донецька западина) з метою вивчення будови відкладів кори вивітрювання фундаменту, з якими пов'язане відоме нафтове родовище. Результати буріння свердловин 2 і 3 підтверджують коректність побудованої моделі і зроблених прогнозів.

2. Уточнення просторового поширення відкладів з поліпшеними колекторськими властивостями в межах Микуличинського нафтового родовища на основі створення просторової інтегральної моделі Микуличинськой площі (Карпатський нафтогазопромисловий район). Буріння свердловин 7 і 8 підтверджують коректність створеної просторової моделі і виділення нафтоперспективних ділянок.

3. Вивчення особливостей будови західної частини Старосанжарського соляного штоку і прогнозування зон поширення відкладів з покращеними колекторськими властивостями в приштоковій частині Західно-Вільшанської площі (Дніпрово-Донецка западина) на основі створення просторової інтегральної геогустинної моделі.

4. Проведення просторової інтегральной інтерпретації комплексу сейсмогравіметричних даних для уточнення глибинної будови й оцінки просторового поширення відкладів з покращеними колекторськими властивостями в межах Ювілейної площі (Надим-Пурського нафтогазопромислового району, Росія).

Висновки

У дисертації на основі теоретичних, алгоритмічних і методичних розробок математично і геологічно обґрунтоване створення “Технології інтегральної інтерпретації комплексу геолого-геофізичних даних”, завдяки якій забезпечена можливість одержання детальної моделі глибинної будови геологічного розрізу, максимально узгодженої з комплексом наявних апріорних геофізичних і геологічних даних. Висока ефективність теоретичних і технологічних рішень підтверджена новими геологічними даними, отриманими в різних геологічних умовах при вирішенні актуальних нафтогазопошукових задач як на території України, так і Росії.

Основними результатами, отриманими автором у процесі роботи над дисертацією, є:

1. Виконаний аналіз розвитку інформаційного забезпечення інтегральної інтерпретації комплексу геолого-геофізичних даних, який включає:

а) історію розвитку й основні недоліки існуючих модельних уявлень, які застосовуються при розв'язку обернених задач геофізики;

б) висновки про істотну неоднозначність розв'язку обернених задач геофізики, не врахування якої приводить до одержання специфічних геологічно беззмістовних моделей;

в) аналіз інформаційної структури процесу інтерпретації та обґрунтування можливості її поповнення за рахунок залучення додаткової апріорної інформації;

г) обґрунтування напрямків розвитку інтерпретаційного забезпечення геофізичного супроводу геологорозвідувального процесу на основі розробки нових математичних методів, інформаційно-комп'ютерного забезпечення, технологічних і методичних рішень в рамках моделі інтегральної інтерпретації комплексу геолого-геофізичних даних.

2. Введені два класи математичних моделей інтегральної інтерпретації геолого-геофізичних даних - пасивні і активні, проведений їхній аналіз, показані переваги й області їхнього застосування.

3. Запропоновані нові критерії оптимальності для розв'язку обернених задач геофізики в критеріальній постановці:

а) критерій диференційного типу, віднесений до параметрів моделі середовища, який базується на врахуванні додаткової вимоги обмеження ступеня варіації шуканого розв'язку;

б) критерій закінчення ітераційного процесу розв'язку оберненої задачі геофізики при виконанні статистичної гіпотези про приналежність залишкового відхилення розрахованого і спостереженого геофізичних полів нормальному законові розподілу з використанням для перевірки цієї гіпотези статистичного критерію хі-квадрат.

4. Запропоноване використання еволюційно-динамічних принципів реконструкції седиментаційних басейнів при розв'язку обернених задач граврозвідки з розкладанням процесу ітеративного перетворення моделі на еволюційні компоненти:

а) дивергентну - приплив або відтік мас;

б) дилатаційну - пластична зміна моделі без зміни загальної маси;

в) комбіновану - спільна дія обох компонент еволюції.

5. Розроблені теоретичні положення інформаційного забезпечення інтегральної інтерпретації комплексу геолого-геофізичних даних, що базуються на визначенні наступних понять:

а) математична модель геологічного розрізу;

б) математична модель фізико-геологічного розрізу;

в) математична модель геолого-геофізичного і геофізично-геологічного моделювання;

г) оптимальна геолого-геофізична модель та адаптована математична модель технології інтегральної інтерпретації комплексу геолого-геофізичних даних для вирішення нафтогазопошукових задач.

6. Нові математичні методи й алгоритми розв'язку прямих і обернених задач геофізики, необхідні для реалізації технології інтегральної інтерпретації комплексу геолого-геофізичних даних при вирішенні нафтогазопошукових задач. При цьому вперше сформульовані і вирішені наступні задачі:

а) опис стовбура свердловини у вигляді параметричної функції, де кожен компонент представлений сплайном четвертого ступеня;

б) відновлення неперервної вертикальної сейсмошвидкісної кривої на основі інтегрального перетворення даних акустичного каротажу;

в) розрахунок полів часів (розв'язок прямої кінематичної задачі сейсморозвідки) в умовах використання диз'юнктивних моделей або моделей, які містять суттєво криволінійні границі;

г) аналітичне обчислення похідної Фреше для нелінійного параметрично заданого оператора прямої кінематичної задачі сейсморозвідки;

д) розв'язок обернених задач гравіметрії (неперервний розподіл властивостей і структурна задача) в просторово-часовій області при використанні рівномірних критеріїв оптимальності.

7. Розроблена “Автоматизована система кількісної комплексної інтерпретації геолого-геофізичних даних GCIS (Geophysical Complex Interpretation System)” і “Технологія інтегральної інтерпретації комплексу геолого-геофізичних даних для пошуків і розвідки нафтових і газових родовищ”.

8. Отримані нові просторові геолого-геофізичні моделі глибинної будови і визначені напрямки пошуковорозвідувальних робіт в межах:

а) Гашинівського нафтового родовища;

б) Микуличинського нафтового родовища;

в) Західно-Вільшанського нафтового родовища;

г) Ювілейного газового родовища (Росія).

Основні наукові результати викладені в наступних публікаціях

Публікації в фахових виданнях

1. Кобрунов А.И., Петровский А.П. Итерационная схема решения обратной задачи гравиметрии // Докл. АН УССР - 1990. Сер.Б, - №2 - С. 13-16.

2. Кобрунов А.И., Петровский А.П. Методы и результаты интерпретации геофизических данных // Интерпретация гравитационных и магнитных полей / Сб. науч. тр.: Отв.ред. Страхов В.Н., Старостенко В.И.: АН Украины, Ин-т геофизики им.С.И.Субботина. - Киев, Наук. Думка, 1992. - С. 156-161. ISBN 5-12-001914-5.

3. Кобрунов О.І., Петровський О.П. Автоматизована система комплексної інтерпретації геофізичних даних // Нафтова i газова промисловiсть. - Київ: Техніка, - 1992, - № 21. - С. 14-16.

4. Кобрунов О.І., Петровський О.П., Чайковський Я.Л. Рішення прямої задачі магніторозвідки для структурної моделі середовища // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ, - 1999. - №36 (том 1) - С. 198-211.

5. Кобрунов А.И., Петровский А.П., Аминов Л.З., Даниленко А.Н., Моисеенкова С.В. Теория и методы количественной комплексной интерпретации геофизических данных //Актуальные научно-технические проблемы развития геолого-геофизических, промысловых и поисково-разведочных работ в Республике Коми: монография. - Ухта: КРО РАЕН. - 2001. - 372 с.

6. Петровський О.П., Кобрунов О.І., Ганженко Н.С., Суятінов В.М., Холоділов В.А., Мартиросян В.Н., Поплюйко А.Г. Технологія інтегральної інтерпретації комплексу геолого-геофізичних даних і результати її застосування в Карпатському регіоні для детального вивчення геологічних об'єктів, перспективних на нафту і газ // Науковий вісник Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу. - № 3(4), - 2002р. До конференції "Геологічна будова Карпат". - С. 159-165.

7. Кобрунов А.И., Петровский А.П., Аминов Л.З., Моисеенкова С.В., Шилова С.В, Вельтистова О.М., Юдин В.М. Методика и технологии эволюционного комплексного анализа геолого - геофизической информации // Актуальные научно-технические проблемы развития геолого-геофизических и поисковых работ на нефть и газ в Республике Коми: Монография. Книга 3.- Ухта: КРО РАЕН, - 2002. - 167 с.

8. Петровський О.П., Кобрунов О.І., Ганженко Н.С., Мончак Л.С., Чебан В.Д., Бодлак П.М. Проблема прогнозування перспектив нафтогазоностності в Карпатському регіоні з позицій інтегральної інтерпретації комплексу геолого-геофізичних даних // Науковий вісник Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу. Івано-Франківськ, Вища школа. Видавництво при Івано-Франківському ун-ті. - 2003. - № 1(5). -С. 8-15.

9. Петровский А.П. Об одном подходе к использованию акустического каротажа при восстановлении детального скоростного разреза и динамическом моделировании в сейсморазведке // Геофизический журнал. - 2003. - № 5, Т.25, - С. 103-111.

10. Петровський О.П., Гладун В.В., Чепіль П.М., Чуприна І.С., Толкунов А.П., Заворотько Я.М., Суятінов В.М., Петровська І.О. Розрахунок форми стовбура свердловини та деяких його диференційних характеристик на основі використання сплайн-інтерполяції // Науковий вісник Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу. Івано-Франківськ, Вища школа. Видавництво при Івано-Франківському ун-ті, - 2003, - № 2(6) - С. 13-18.

11. Петровський О.П., Кобрунов А.И., Ганженко Н.С., Суятинов В.Н. Автоматизована система кількісної комплексної інтерпретації геофізичних даних GCIS як основа технології інтегральної інтерпретації комплексу геолого-геофізичної інформації для пошуків нафти і газу // Геоінформатика - 2003. - №2. - C. 25-34.

12. Петровський О.П., Ганженко Н.С., Суятінов В.М., Петровська І.О. Оцінка якості розв'язку обернених задач геофізики на основі застосування статистичного критерію хі-квадрат // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ, - 2004 - №1(10) - С. 51-55.

13. Поплюйко А.Г., Петровський О.П. Стратегія створення інформаційно-комп'ютерних систем для роботи з інформацією, яка використовується в нафтогазовому комплексі // Геоінформатика, - 2004. - № 1, - С. 49-52.

14. Петровский А.П. Информационное обеспечение и модельные представления интегральной интерпретации геолого-геофизических данных при изучении нефтегазоносных структур // Геофизический журнал. - 2004. - № 3, Т.26, - C. 77-86.

15. Петровский А.П. Повышение геологической эффективности решения обратных задач геофизики на основе использования критериев оптимальности дифференциального типа // Геоінформатика, - 2004. - № 4, - С. 50-54.

16. Петровський О.П. Кінематичний пропагатор для хвильового рівняння та прямі кінематичні задачі структурної сейсморозвідки // Доповіді НАНУ, - 2005. - № 1, - С. 122-130.

17. Кобрунов А.И., Петровский А.П. Кобрунов С.А. Эволюционно-динамические принципы при реконструкции структурных плотностных моделей седиментационных бассейнов // Геофизический журнал. - 2005. - № 3, Т.27, - C. 375-380.

18. Петровський О.П. Обернена кінематична задача структурної сейсморозвідки та вивчення складнопобудованих моделей геологічного середовища // Доповіді НАНУ, - 2005. - № 9, - С. 120-126.

19. Петровский А.П. Математическая модель интегральной интерпретации комплекса геолого-геофизических данных // Геофизический журнал. - 2005. - № 5, Т.27, - C. 900-904.

20. Петровский А.П., Ганженко Н.С., Крупский Б.Л., Гладун В.В., Чепиль П.М., Цьоха О.Г., Бодлак П.М., Облеков Г.И., Полын И.И. Новые возможности изучения особенностей геологического строения и оценки перспективности нефтегазоносных объектов на основе применения технологии интегральной интерпретации комплекса геолого-геофизических данных // Геоинформатика - 2005. - № 3. -C. 24-26

Інші публикації по темі дисертації

21. Петровский А.П., Кобрунов А.И., Ганженко Н.С., Суятинов В.Н. Методы и технология итегральной интерпретации комплекса данных сейсмо-гравиметрии для оценки перспектив нефтегазоностности и изучения нефтегазоностных структур // Геодинамика и нефтегазоносные структуры Черноморско - Каспийского региона. (Сборник докладов IV Международной конференции "Крым-2002") Гурзуф 9 - 14 сентября 2002 г. D54 -С. 207-213.

22. Петровський О.П., Ганженко Н.С., Чепіль П.М., Чуприна І.С., Гладун В.В.3, Толкунов А.П., Цьоха О.Г., Бодлак П.М., Жученко Н.О., Петровська І.О. Пошуки значних за обсягами скупчень вуглеводнів на основі регіонального геолого-геофізичного прогнозу перспектив нафтогазоносності // Проблемы геодинамики и нефтегазоносности Черноморско - Каспийского региона. (Сборник докладов V Международной конференции "Крым-2003") Гурзуф 8 - 13 сентября 2003 г. -С. 210-223.

23. Кобрунов А.И., Петровский А.П. Вычислительные особенности эволюционно-динамического анализа гравиметрических данных // Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей: Материалы 31-й сессии Международного семинара им.Д.Г.Успенского, Москва, 26-29 января 2004 г. - М.:ОИФЗ РАН, 2004. -С.30-31.

24. Кобрунов А.И., Петровський А.П. Использование детерминистских моделей при комплексной интерпретации данных сейсморазведки и гравиразведки // Тезисы докл. XIX сессии Всесоюзного семинара им. Д.Г.Успенского "Теория и практика интерпретации гравитационных и магнитных аномалий", Алма-Ата. 29.01.90-2.02. 90.-1990. -С. 88-89.

25. Петровський О.П., Суятінов В.М. Підвищення ефективності пошуків і вивчення покладів нафти і газу на основі кількісної комплексної інтерпретації даних сейсмогравірозвідки // Стан, проблеми і перспективи розвитку нафтогазового комплексу Західного регіону України. Тези доповідей науково-практичної конференції (Львів, 28-30 березня 1995 р.) -С.112.

26. Петровский А.П. К вопросу количественной комплексной интерпретации на примере сейсмо-гравиметрических данных // Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей: Тезисы докладов Международной конференции-семинара. Под. Ред.акад.РАН В.Н.Страхова - Ухта: УИИ, 1998. -С. 43-44.

27. Петровський О.П., Ганженко Н.С., Суятінов В.М., Бодлак П.М., Яремин І.Я., Біліченко В.Я. Про деякі результати кількісної комплексної інтерпретації даних ГДС, сейсмо- та гравірозвідки на Східно-Луквинській площі // Результати і перспективи геофізичних досліджень у Західному регіоні України. Тези доповідей і повідомлень науково-практичної конференції, присвяченої 50-річчю Західно-Української геофізичної розвідувальної експедиції (Львів, 20-21 травня 1998 р.). - Львів: УНГА, ЗУГРЕ, 1998. -С.57-59.

28. Петровский А.П. Количественная комплексная интерпретация потенциальных полей и сейсморазведочных данных при изучении сложнопостроенных серед // Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей: Тезисы докладов Международного семинара им.Д.Г.Успенского/ Под ред.проф.Бондарева В.И., доц. Виноградова В.Б. - Екатеринбург: УГГГА, 1999. -С. 82-83.

29. Кобрунов А.И., Петровский А.П., Моисеенкова С.В. Автоматизированная система комплексной интерпретации сейсмогравиметрических днных // Международная геофизичесая конференция. Тезисы докладов. Санкт-Петербург 2000, -С. 534-535

30. Петровский А.П., Моисеенкова С.В., Шилова С.Н. Технологические особенности автоматизированной системы комплексной интерпретации сейсмогравиметрических даннях // Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей: Материалы 30-й сессии Международного семинара им.Д.Г.Успенского, Москва, 27-31 января 2003 г. В 2-х ч. Ч.1. / Под ред. акад. В.Н.Страхова. - М.:ОИФЗ РАН, 2003. -с.90-91

31. Петровский А.П., Кобрунов А.И., Ганженко Н.С., Чуприна И.С., Цьоха О.Г., Бодлак П.М., Поливцев А.В., Трегубенко В.И. Проблема регионального прогноза перспектив нефтегазоносности на основе интегральной интерпретации гравиметрических и геолого-геофизических данных // Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей: Материалы 31-й сессии Международного семинара им.Д.Г.Успенского, Москва, 26-29 января 2004 г. - М.:ОИФЗ РАН, 2004. -С.56-57.

32. Петровский А.П., Моисеенкова С.В., Шилова С.В., Суятинов В.Н. Некоторые аспекты развития технологи и методики автоматизированной интерпретации геофизических данных // Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей: Материалы 31-й сессии Международного семинара им.Д.Г.Успенского, Москва, 26-29 января 2004 г. - М.:ОИФЗ РАН, 2004. - С.55-56.

33. Петровский А.П. Использование критериев оптимальности дифференциального типа при решении обратных задач геофизики // Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей: Материалы 32-й сессии Международного семинара им.Д.Г.Успенского, Пермь, 26-29 января 2005 г. - М.:ОИФЗ РАН, - 2005. - С.30-31

34. Петровський О.П., Чепіль П.М., Мельничук П.М., Жученко Г.О., Ганженко Н.С., Федченко Т.О., Габльовський Б.Б. Прогнозування перспектив нарощування ресурсної бази вуглеводнів в межах Голіцинської площі на основі створення інтегральної геолого-геофізичної моделі // Геодинамика, сейсмичность і нефтегазоносность Черноморско - Каспийского региона. (Тезисы докладов VI Международной конференции "Крым-2005") Гурзуф 12 - 16 сентября - 2005 г. - С. 135-138.

35. Петровский А.П., Федченко Т.А. Обратная задача активной интегральной интерпретации комплекса геолого-геофизических данных для произвольного количества геофизических методов // Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей: Материалы 33-й сессии Международного семинара им.Д.Г.Успенского, Екатеринбург, 30 января - 3 февраля 2006 г. - Екатеринбург: Институт геофизики УрО РАН, - 2005. - С.30-31.

Анотація

Петровський Олександр Павлович. Математичні моделі та інформаційні технології інтегральної інтерпретації комплексу геолого-геофізичних даних (на прикладі нафтогазопошукових задач). - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 04.00.22 - геофізика. Інститут геофізики ім. С.І.Субботіна НАН України, Україна, м. Київ, 2006.

Дисертація присвячена розробці теоретичних, інформаційних і технологічних засад підвищення ефективності геологорозвідувальних робіт на нафту і газ. Досліджені історія розвитку та основні недоліки існуючих модельних уявлень. Обґрунтована можливість автоматизованого одержання геологічно змістовних моделей. Введене поняття інтегральної геолого-геофізичної моделі і інтерпретації комплексу геолого-геофізичних даних, яке включає пасивну й активну моделі, поняття математичної моделі геологічного і фізико-геологічного розрізів, і математичної моделі геолого-геофізичного і геофізико-геологічного моделювання. Запропоновані нові критерії оптимальності для розв'язку обернених задач геофізики. Розроблена оптимальна геолого-геофізична модель і модель інтегральної інтерпретації комплексу геолого-геофізичних даних для розв'язку нафтогазопошукових задач. Розроблено групу математичних методів і алгоритмів розв'язку прямих і обернених задач геофізики для структурних фізико-геологічних моделей і моделей розподілу властивостей у 1D, 2D і 3D варіантах для свердловинних, сейсмічних і гравіметричних даних. Створена “Автоматизована система кількісної комплексної інтерпретації геолого-геофізичних даних (Geophysical Complex Interpretation System)” і заснована на ній закінчена “Технологія інтегральної інтерпретації комплексу геолого-геофізичних даних для пошуків і розвідки родовищ нафти і газу”. Ефективність застосування розроблених методів, алгоритмів і технологій проілюстрована результатами вирішення актуальних нафтогазопошукових задач у різних регіонах України і Росії.

Ключові слова: геологічний розріз, математична модель, інформаційна модель, обернена задача, критерій оптимальності, інтегральна інтерпретація, автоматизована система, геофізичні дослідження в свердловинах, сейсморозвідка, гравірозвідка.

Аннотация

Петровский Александр Павлович. Математические модели и информационные технологии интегральной интерпретации комплекса геолого-геофизических данных (на примере нефтегазопоисковых задач). - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 04.00.22 - геофизика. Институт геофизики им. С.И.Субботина НАН Украины, Украина, г. Киев, 2006.

Диссертация посвящена разработке теоретических, информационных и технологических основ повышения эффективности геологоразведочных работ за счет углубленного извлечения информации из комплекса геолого-геофизических данных на основе их интегральной интерпретации в рамках математических моделей максимально адаптированных к особенностям строения геологического разреза.

В диссертации исследована история развития и основные недостатки существующих модельных представлений, применяемых при решении обратных задач геофизики. В качестве основой проблемы получения геологически содержательных моделей указана существенная неоднозначность и, как следствие, бессодержательность получаемых решений. На основе анализа информационной структуры геофизических интерпретационных моделей обоснована возможность автоматизированного получения геологически содержательных моделей за счет привлечения в обрабатывающие и интерпретационные процедуры дополнительной априорной информации. Для обеспечения единообразного и унифицированного введения априорных данных предложено использовать “Критериальный подход к выражению априорной информации при решении обратных задач геофизики”. На этой основе введено понятие интегральной геолого-геофизической модели и интерпретации комплекса геолого-геофизических данных. Проанализированы особенности свойств двух математических моделей интегральной интерпретации - пассивной и активной, отличительной особенностью которых является статичность или динамичность использования априорной геолого-геофизической информации. Сформулированы и проанализированы основные принципы описания математических моделей сложнопостроенных сред. Введены понятия математической модели геологического и физико-геологического разрезов, и в рамках математической модели геолого-геофизического и геофизико-геологического моделирования проанализированы особенности взаимодействия между ними. Предложены новые критерии оптимальности, записанные относительно параметров модели среды и геофизических полей, которые включают: критерий для совместного решения обратных задач для произвольного количества геофизических методов; критерий дифференциального типа, учитывающий особенности седиментационного характера осадконакопления и эволюционно-динамичееские принципы реконструкции геоплотностных моделей седиментационных бассейнов. Для критерия, отнесенного к компонентам геофизических полей, предложена дополнительная проверка статистической гипотезы о нормальном законе распределения нескомпенсированной компоненты геофизических полей при итеративном решении обратных задач геофизики. Разработана оптимальная геолого-геофизическая модель и адаптированная к ней модель интегральной интерпретации комплекса геолого-геофизических данных для решения нефтегазопоисковых задач. Для обеспечения эффективного вычислительного сопровождения технологии разработана группа математических методов и алгоритмов решения прямых и обратных задач геофизики для структурных физико-геологических моделей и моделей распределения свойств в 1D, 2D и 3D вариантах для скважинных, сейсмических и гравиметрических данных. На основе объединения этих методов и принципов распределенной обработки данных создана “Автоматизированная система количественной комплексной интерпретации геолого-геофизических данных (Geophysical Complex Interpretation System)”. На базе вычислительных методов и информационной модели создана законченная “Технологии интегральной интерпретации комплекса геолого-геофизических данных для поисков и разведки месторождений нефти и газа”. Эффективность применения разработанных методов, алгоритмов и технологий подтверждена результатами решения актуальных нефтегазопоисковых задач в различных регионах Украины и России.

Ключевые слова: геологический разрез, математическая модель, информационная модель, обратная задача, критерий оптимальности, интегральная интерпретация, автоматизированная система, геофизические исследования в скважинах, сейсморазведка, гравиразведка.

Abstract

Petrovskyy Oleksandr (Pavlovich). Mathematical models and information technologies of the integral interpretation of a complex of geological-geophysical data (based on the problems of oil and gas exploration). - Manuscript.

The following dissertation is to fulfil the requirements of a scientific degree of Doctor of Science Physics and Mathematics science in specialization 04.00.22 - geophysics. S.I.Subbotin institute of geophysics, National Academy of Science of Ukraine, Kyiv, 2006.

This dissertation is dedicated to the development of theoretical, informational and technological basics/fundamentals of the improvement of effectiveness of oil and gas exploration procedures/works. Development history as well as disadvantages of existing model representations have been studied. The possibility of automatic generation of geologically consistent models has been proved. Concepts of integral geological-geophysical model and interpretation of the complex of geological-geophysical data, inclusive of passive and active models, a concept of mathematical model of geological and physical-geological cross-sections as well as mathematical model of geological-geophysical and geophysical-geological modelling have been introduced.

New optimality criteria for the solution of the inverse problems of geophysics have been proposed. The optimal geological-geophysical model as well as the model of integral interpretation of a complex of geological-geophysical data for oil and gas exploration problems has been developed. A group of mathematical methods and algorithms for the solution of the direct and inverse problem of geophysics for structural geophysical models and property distribution models in 1D, 2D and 3D variations for well, seismic and gravimetric data have also been developed. “An automatic system of quantitative complex interpretation of geological-geophysical data (Geophysical Complex Interpretation System)” and based on it a completed “Technology of integral interpretation of a complex of geological-geophysical data for oil and gas fields exploration” have been created. The efficiency of the developed methods, algorithms and technologies application is illustrated by the solution of the actual oil and gas exploration problems within different regions of Ukraine and Russia.

Keywords: geological cross-section, mathematical model, informational model, inverse problem, optimality criterion, integral interpretation, automatic system, geophysical well survey, seismic survey, gravimetric survey.

Размещено на Allbest.ru

...