Метод багатовимірних аналогів як спосіб підвищення ефективності кількісної інтерпретації даних промислової геофізики

Проведено оцінку ефективності шляхом моделювання множинної кореляції.

В оптимальній ситуації для прогнозування регресійним методом (множинна лінійна кореляція із рівноточними спостереженнями) метод аналогів має на 10% нижчу ефективність. Натомість результати проведених експериментів з моделюванням таких ситуацій, в яких виконання посередніх вимірювань методом регресійного аналізу ускладнене - множинна кусково-стала, множинна кусково-лінійна, множинна параболічно-стала - доводять вищу ефективність МБА, яка досягає 45%. У дисертаційній роботі наводяться приклади розривних залежностей та неадекватно запропонованих регресійних моделей з виробничих звітів, які доводять практичне значення одержаних оцінок ефективності методу.

Отримані результати демонструють високу ефективність запропонованого методу для оцінки підрахункових параметрів при використанні тільки першого знайденого аналогу, навіть у теоретично “чистих” випадках, де апріорі регресійний метод діє оптимально. Проте метод першого аналогу допускає суттєве вдосконалення, здатне підсилити його ефективність. Вивчалася оптимальна кількість аналогів, що підлягає фільтрації у випадку автоматичного (неінтерактивного) процесу інтерпретації, тобто без втручання людського фактору в процес. Проведено експерименти, коли використовується не один аналог, а ланцюг впорядкованих аналогів. Зроблені наступні висновки. При збільшенні кількості аналогів від одного до трьох, ефективність запропонованого методу у вирішенні поставленої задачі зростає, проте при збільшенні їх від трьох до п'яти, такого ефекту не помітно. Метою розглянутих експериментів було не вирішення задачі оптимізації фільтру, а представлення потенційної здатності підсилити ефективність МБА, зокрема в тих ситуаціях, коли вони є сприятливими для альтернативного методу. Це доводить, що при виробничому використанні методу, є можливість оптимізувати його роботу.

Метод передбачає можливість визначити стосовно об'єкту, що підлягає інтерпретації, чи він є внутрішньо належним до середовища, охарактеризованого базою даних. Такий аналіз можна використовувати для якісної перевірки відповідності бази даних, за допомогою якої будуть відшукуватися найближчі аналоги до об'єкта.

Отже, пропонується створення глобальної проблемно-орієнтованої бази знань, яка з одного боку відкрита для розширення, з іншого - розрахована на включення у потужні системи інтегрованої інтерпретації. Принципова відмінність запропонованого підходу від існуючих експертних систем полягає в тому, що кількісна інтерпретація виконується не на основі присвоєння відомих розв'язків подібним задачам в результаті серії логічних висновків, а за рахунок використанням математичних операцій над обраним масивом даних і, в результаті, генерації нового, індивідуального розв'язку для кожного випадку.

Принцип роботи такої системи можна описати приблизно наступним чином. Геофізик-інтерпретатор починає інтерпретацію промислово-геофізичних даних зі сповіщання програмі всієї наявної інформації про родовище, яке досліджується, починаючи з місця розташування та всіх інших характеристик: тип залягання, параметри геологічних структур, тип розрізу тощо. Програма порівнює ці спостереження з даними різного типу покладів, вказуючи наявність аналогічних покладів та риси подібності чи відмінності. Іншими словами, програма, в результаті діалогу з геофізиком-інтерпретатором, за рахунок поступового додавання, внесення інформації, локалізує область інформації, серед якої буде здійснюватися пошук. Безпосередня інтерпретація розпочинається вже в межах знайденого осередку даних. Тут відшукуються багатовимірні еталони-аналоги (для яких відомі шукані характеристики - цільові параметри - порід-колекторів) до об'єктів інтерпретації.

У розділі також окреслені межі застосування методу, наводяться рекомендації відносно застосування методу в ситуації, коли мають справу з нетрадиційним типом об'єкту дослідження, при складності вивчення кернового матеріалу в лабораторних умовах, при розширенні комплексу методів ГДС.

У третьому розділі наводяться результати практичного застосування розробленої методики кількісної інтерпретації даних ГДС для розрізів Андріяшівського нафтогазоконденсатного родовища, розташованого в центральній зоні північно-західної частини Дніпровсько-Донецької западини. Зазначаються перспективи використання методу.

У розділі представлене порівняння ефективності визначення коефіцієнтів глинистості та пористості методом багатовимірних аналогів та за допомогою петрофізичних регресійних моделей для Андріяшівського газоконденсатного родовища. Колекторами покладів газу і конденсату на родовищі служать порові піщано-алевролітові породи, що належать до відкладів візейського і турнейського ярусів нижнього карбону.

Для оцінки коефіцієнтів пористості та глинистості методом багатовимірних аналогів здійснено підготовку фактичних матеріалів до інтерпретації - ознак, що беруть участь у прогнозуванні в умовах Андріяшівського нафтогазоконденсатного родовища: ?Т (інтервальний час пробігу хвилі за АК), ?Iг (подвійний різницевий параметр за ГК). Для того, щоб в БД зробити супровід с.к.в., виявилося достатнім скористатися лінійною моделлю: (у - с.к.в.; m - значення, що вводиться). Оцінювалося значення с.к.в. відтворюваності локальної неоднорідності в межах типу порід. Застосовувався метод оцінки однорідності з метою виключення аномальних значень із “свого” класу. Критерієм ж вилучено аномальні спостереження xi.

Використовуючи петрофізичну модель, запропоновану для визначення коефіцієнту глинистості за ГК, була здійснена перевірка ефективності регресійного підходу. Також виконано прогнозування коефіцієнту глинистості за МБА (за однією ознакою - ДIг) по L аналогах з використанням лінійного фільтру у варіанті, коли кількість аналогів, що підлягають фільтрації, визначалися індивідуально для кожного окремого спостереження, керуючись вимогою однорідності (інтерактивна інтерпретація). Брали “участь” в осередненні тільки ті значення цільових параметрів у знайдених аналогів, що мали найменшу однакову відстань до об'єкту, що підлягає фільтрації.

За розрахованими кореляційними відношеннями було оцінено ступінь відповідності спрогнозованих даних вихідним (визначеним за керном) за лінійною регресією та методом аналогів. Ефективність останнього виявилася вищою на 25%.

Аналогічно виконувалася перевірка ефективності визначення коефіцієнту пористості за даними акустичного каротажу з використанням рівняння середнього часу (з внесенням поправки за глинистість) та за МБА. Для експерименту була взята вибірка прямих визначень коефіцієнту пористості (по керну). Оскільки маємо справу з двома класами порід-колекторів (чисті та глинисті пісковики) - хоча алгоритм прогнозування МБА не потребує попередньої класифікації - при визначенні коефіцієнту пористості запропонованим методом, з метою врахування глинистості, в якості базису використовувалися значення двох ознак - дані АК (ДТ, мкс/м) та коефіцієнт глинистості (Кгл). Також виконано прогнозування коефіцієнту пористості запропонованим методом без поправки за глинистість - тільки за даними акустичного методу. Прогнозування МБА в двох варіантах виконувалося по L аналогах з використанням лінійного фільтру - процедури осереднення, за аналогічно розглянутим вище алгоритмом.

Кореляційне відношення відповідності результатів прогнозування вихідним даним за рівнянням середнього часу становить Rriv=0,695. Ця ж характеристика для результатів прогнозуванням МБА така: по двох ознаках (ДТ, Кгл) - Rana2=0,724, по одній (ДТ) - Rana1=0,723. Таким чином, при використанні класичного рівняння для оцінки коефіцієнту пористості, маємо ефективність прогнозування за альтернативним методом вищу при тому, що для прогнозування МБА автор оперував еталонною вибіркою, обсяг якої на межі статистичної репрезентативності (n=48).

У розділі зазначені перспективи використання МБА при інтерпретації даних ІННК як надзвичайно інформативного методу для оцінки нафтогазоносності порід-колекторів, в тому числі низькоомних продуктивних пластів, що можуть бути пропущені при стандартній інтерпретації. Також доцільним застосуванням здобутих результатів дисертаційної роботи могло б бути використання методу випадкових випробувань для підрахунку запасів вуглеводнів.

Сучасний розвиток інформатизації спонукає зробити прогноз відносно перспектив використання запропонованого методу для кількісної інтерпретації даних геофізичних досліджень свердловин. Початок XXI століття відзначається переходом на нові GRID-технології, коли на зміну Інтернету заступає всесвітня GRID-мережа як засіб спільного використання обчислювальних потужностей і баз даних. Оптимальне вирішення задачі кількісної інтерпретації методом багатовимірних аналогів полягає у створенні масштабної бази даних, що містить всю інформацію, набуту спеціалістами впродовж багаторічної роботи в області промислової геофізики, зокрема інтерпретації каротажних даних.

Існує кілька причин, що спонукають до руху в напрямку GRID-технологій. По-перше, для ефективного вирішення задачі інтерпретації геологічних розрізів за даними ГДС запропонованим методом треба оперувати репрезентативними еталонними колекціями. Такі колекції можуть бути створені при умові безперервного накопичення як впродовж часу, так і зацікавленими науковими та виробничими осередками. Здебільшого такі бази даних в межах геофізичних організацій вже створені, питання лише в тому, щоб об'єднати їх для більш ефективного використання. По-друге, з теорії методу випливає, що для пошуку надійного (достовірного) аналогу для того чи іншого інтервалу розрізу, необхідно обробити величезну кількість даних, що зберігаються в різних організаціях (можливо, розміщених у різних частинах світу). Щоб проінтерпретувати весь розріз свердловини доведеться віднайти велику кількість аналогів-еталонів для кожного прошарку. По-третє, науковий колектив, члени якого працюють у різних частинах земної кулі, могли б спільно використовувати великі масиви даних, швидко й інтерактивно здійснювати їх комплексний аналіз та обговорювати результати.

Висновки

1) В результаті проведеного аналізу сучасного стану розроблених інтерпретаційних систем та технологій встановлено, що для вирішення задачі кількісного визначення фільтраційно-ємнісних властивостей гірських порід та їх насичення за промислово-геофізичними даними, використовуючи дані прямих методів чи результати теоретичних розрахунків, застосовується переважно регресійний аналіз.

2) В роботі доведено, що потенційні можливості методу регресійного аналізу для підвищення точності оцінки підрахункових параметрів в ускладнених ситуаціях значною мірою вичерпані. Використання способів кількісної інтерпретації, які базуються на запозичених з математики стандартних функціях, в окремих випадках не можуть забезпечити достовірну оцінку колекторських властивостей порід та їх насичення; в ускладнених ситуаціях метод регресійного аналізу діє недостатньо ефективно, що обумовлюється віднесенням детермінованих відхилень від стандартних регресійних моделей до випадкових чинників. Альтернатива має базуватися на відмові від стандартних регресійних моделей (лінійних, поліноміальних, експоненціальних тощо та їх композицій).

3) Розроблено науково обґрунтовану методику кількісної інтерпретації даних ГДС, що базується на використанні методу багатовимірних аналогів. Використання цього методу дає можливість зменшити вплив суб'єктивного фактору при прийнятті рішень, полегшує формалізацію, алгоритмізацію, що робить запропоновану методику інтерпретації ефективною та конкурентноздатною.

4) В результаті проведеного порівняння точності прогнозування класичним та запропонованим методами на значному об'ємі модельних досліджень одержано такі висновки. Регресійний метод дає оптимальний результат в розумінні середньо очікуваної похибки прогнозу лише у ситуаціях, що виходять з умови оптимальності лінійної регресії, зокрема в разі гаусівського розподілу. В цьому випадку розроблений метод прогнозування дає результат, гірший оптимального лише від 5% до 10% (в розумінні кореляційного відношення). Натомість запропонований метод лишається дієздатним у будь-якій ситуації, а в ускладнених ситуаціях ефективність прогнозування методом багатовимірних аналогів вища методу регресійного аналізу на 10-45%. В окремих випадках, коли метод регресії виявляється неспроможним, метод аналогів дає достатній для практичних цілей результат. Перевагою запропонованого методу для визначення колекторських властивостей порід та їх насичення за промислово-геофізичними даними є те, що він є непараметричним.

5) Апробацією на фактичних матеріалах доведена готовність розробленої методики до інтерпретації промислово-геофізичних даних. Встановлено, що потенційна можливість підвищення її ефективності полягає у підвищенні репрезентативності еталонної частини БД, використанні інформативного комплексу геофізичних методів, а також у застосуванні засобів оптимізації фільтру для впорядкованих аналогів.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Жуков М.Н., Довженко К.Л., Косаченко В.Д. Оцінка колекторських властивостей за промислово-геофізичними даними засобами геоінформаційної системи “Фільтр” // Теоретичні та прикладні аспекти геоінформатики: Зб. наук. праць. - К., 2004. - Т. 1. - С. 98-102.

2. Жуков М.Н., Довженко К.Л. Метод непараметричної класифікації для виділення колекторів та визначення характеру насичення за промислово-геофізичними даними // Вісн. Київ. ун-ту. Сер. Геологія. - 2004. - Вип. 29-30. -

3. С. 14-18.

4. Жуков М.Н., Кравченко І.В., Косаченко В.Д., Довженко К.Л. Підрахунок запасів вуглеводнів Андріяшівського родовища методом випадкових випробувань // Геоінформатика. - 2004. - №3. - С. 86-88.

5. Жуков М.Н., Довженко К.Л. Визначення інформативності геофізичних методів дослідження свердловин засобами системи “Фільтр” // Геоінформатика. - 2005. - № 2. - С. 41-44.

6. Довженко К.Л. Зв'язок декремента затухання щільності теплових нейтронів з насиченням порід-колекторів верхньовізейських відкладів ДДз // Теоретичні та прикладні аспекти геоінформатики: Зб. наук. праць. - К., 2006. - С. 58-61.

7. Жуков М.Н., Довженко К.Л. Моделювання розподілів підрахункових параметрів в задачі оцінки запасів вуглеводнів методом випадкових випробувань // Вісн. Київ. ун-ту. Сер. Геологія. - 2006. - Вип. 38-39. - С. 61-62.

8. Довженко К.Л. Статистичне прогнозування підрахункових параметрів методом багатовимірних аналогів // Науковий вісник Національного гірничого університету. - 2006. - №3. - С. 41-44.

9. Жуков М.Н., Яковець К.Л. Прогнозування підрахункових параметрів методом багатовимірних аналогів. Експериментальна перевірка ефективності шляхом моделювання // Геоінформатика. - 2006. - № 4. - С. 46-51.

10. Жуков М.Н., Яковець К.Л. Метод багатовимірних аналогів для оцінки підрахункових параметрів вуглеводнів // Вісн. Київ. ун-ту. Сер. Геологія. - 2007. - Вип. 41 - С. 51-55.

11. Довженко К.Л. Визначення коефіцієнту нафтогазонасичення за методом ІННК засобами комп'ютеризованої технології “Геопошук” // Нафта і газ України -2004: 8-а Міжнар. наук.-практ. конф. Судак. --Львів, 2004. - Т. 1. - С. 310-311.

12. Жуков М. Н., Довженко К.Л. Оцінка нафто-газонасиченості колекторів методом багатомірної статистичної фільтрації // Моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища: V Міжнар. наук. конф. Київ. - К., 2004. - С. 183-184.

13. Кулинкович А.Е., Красножон М.Д, Косаченко В.Д., Довженко Е.Л. Компьютерная технология интерпретации данных радиоактивного каротажа // Современные проблемы промысловой геофизики: Научно-практ. конф., посв.

14. 100-летию со дня рождения заслуженного деятеля науки и техники РСФСР,

15. проф. Дахнова В.Н. Москва. - М., 2005. - С. 45-46.

16. Жуков М.Н., Довженко К.Л. Моделювання розподілів підрахункових параметрів в задачі оцінки запасів вуглеводнів методом випадкових випробувань // Моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища: VI Міжнар. наук. конф. Київ. - К., 2005. - С. 220-222.

17. Жуков М.Н., Яковець К.Л. Оцінка параметрів нафтогазонасиченості засобами багатовимірної статистики: стан та актуальні задачі // Моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища: VII Всеукр. наук. конф. Київ. - К., 2006. - С. 274-276.

Анотація

Яковець К.Л. Метод багатовимірних аналогів як спосіб підвищення ефективності кількісної інтерпретації даних промислової геофізики. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата геологічних наук за спеціальністю 04.00.05 - геологічна інформатика. - Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2007.

Дисертація присвячена вирішенню актуальної проблеми - підвищенню достовірності кількісної оцінки колекторських властивостей гірських порід і нафтогазонасиченості за даними промислової геофізики та петрофізики.

Захищається метод кількісної інтерпретації результатів промислово-геофізичних досліджень, що базується на методі багатовимірних аналогів. Порівнювалася ефективність кількісної інтерпретації даних промислової геофізики методом багатовимірних аналогів і регресійним методом шляхом моделювання парної та множинної кореляції. Ефективність розробленої методики виявилася вищою, виключення складають ситуації, змодельовані на оптимальність регресійного методу.

Апробацією методики на фактичних даних доведена готовність її до виробничого використання.

Ключові слова: промислова геофізика, кількісна інтерпретація, метод багатовимірних аналогів, колекторські властивості, нафтогазонасиченість, колектор.

Аннотация

Яковец Е.Л. Метод многомерных аналогов как способ повышения эффективности количественной интерпретации данных промысловой геофизики. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геологических наук по специальности 04.00.05 - геологическая информатика. - Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, 2007.

В результате анализа современного состояния существующих подходов и методов количественной интерпретации данных промысловой геофизики сделан вывод, что данное звено интерпретационного процесса нуждается в более универсальном математическом методе, чем регрессионный анализ, который является основным на данном этапе развития промысловой геофизики. Реальные геологические объекты - это сложные образования, которые не поддаются строгому математическому описанию вследствие разнообразия видов компонентов, их форм, характера распределения, физико-химического взаимодействия и т. д.

В диссертации представлены основные теоретические, экспериментальные и практические аспекты по решению важной актуальной проблемы - повышение достоверности определения подсчетных параметров нефтегазонасыщения по данным геофизических исследований скважин (ГИС). С этой целью разработана методика количественной интерпретации результатов промыслово-геофизических исследований в скважинах, которая базируется на методе многомерных аналогов. Описана последовательность действий решения этой задачи, начиная от учёта уровня достоверности входных данных относительно поставленной задачи и до способов повышения эффективности самой методики.

Количественная оценка искомого параметра исходит из отклика фильтра, который является результатом обработки значений целевого параметра в наборе найденных объектов-эталонов. Метрика для нахождения многомерных аналогов основывается на модели композиции локальных распределений. Каждой точке отвечает локальное распределение. Благодаря введению композиционной модели отпадает потребность в искусственном привлечении того или иного закона распределения, как это часто практикуется и, как правило, ограничивается обычным гауссовским или логарифмически-гауссовским законами. То же самое касается “вечных” проблем, связанных с ковариационной матрицей. Визуализация значений меры отличия объектов позволяет руководствоваться при определении группы аналогов перепадом значений меры отличия в их упорядоченной строке. Оценкой ошибки косвенного измерения служит доверительный интервал, построенный с использованием параметров достоверности эталонов, размещенных в базе данных. Преимущество метода состоит в возможности комплексирования в одной метрике признаков качественного и количественного характера.

Сравнивалась эффективность косвенной оценки искомого параметра методом многомерных аналогов и регрессионным методом путем моделирования примеров парной и множественной корреляции. Проводились эксперименты, где смоделированные корреляционные зависимости описывались как линейными уравнениями регрессиями, так полиномиальными и логарифмическими с целью улучшения степени адекватности последних смоделированной корреляции. Эффективность прогнозирования методом аналогов оказалась в среднем на 10-45% выше (в смысле корреляционного отношения). Исключение составляют ситуации, моделирующие условия для оптимальности регрессионного метода: гауссовское распределение или, например, точное следование выбранной регрессии, что не вписывается в понятие научно аргументированного подхода. Подобные простые ситуации (не усложненные факторами стохастического и детерминированного характера) в реальных средах можно скорее назвать исключением, нежели правилом. Даются рекомендации относительно целесообразности использования классической либо предложенной методики интерпретации.

Также оценивалось оптимальное количество аналогов, которое необходимо подвергать процедуре фильтрации в процессе интерактивной и автоматической интерпретации, хотя оптимизация фильтра не входила в область исследований автора.

Разработанный метод количественной интерпретации данных ГИС апробирован на фактических данных. Определялись коэффициенты глинистости и пористости для интервалов разрезов скважин Андреяшевского нефтегазоконденсатного месторождения по данным промыслово-геофизических исследований с использованием результатов анализов керна.

Предложенная методика количественной интерпретации данных ГИС позволяет уменьшить влияние субъективного фактора в процессе интерпретации. Её применение открывает новые перспективы решения задачи количественной интерпретации результатов ГИС. Результаты работы внедрены в УкрГГРИ.

Ключевые слова: промысловая геофизика, количественная интерпретация, метод многомерных аналогов, коллекторские свойства, нефтегазонасыщенность, коллектор.

Abstract

Iakovets K.L. The method of multicomponent analogues as a way to increase of performance in quantitative interpretation of well-logging data. - Manuscript.

The thesis on competition for Candidate degree of geologic science in speciality 04.00.05 - Geological informatics. - National Taras Shevchenko University of Kyiv, Kyiv, 2007.

The thesis is devoted to the solving of a urgent problem - increase of veracity of a quantitative estimation of reservoir properties of formation and oil-gas saturation by the well-logging data and petrophysics.

The method of quantitative interpretation of the well-logging data is advocated, which one is based on method of multicomponent analogues. The performance of quantitative interpretation of well-logging geophysраics data by multicomponent analogues and regression method's was compared by simulation of pair and multiple correlation. The performance of the designed method of application has appeared above, the exceptions compound situations simulated on an optimality for regression method.

The approbation of application this method's on the actual data demonstrates availability to industrial use.

Key words: well-logging, quantitative interpretation, method of multicomponent analogues, reservoir properties, oil-gas saturation, reservoir.

Размещено на Allbest.ru