Рубрикатор журналов

Колонка главного редактора
Геологоразведка и сырьевая база
Экономика и управление
Правовое обеспечение
Рынок минерального сырья
Северо-западный Федеральный округ
Восточная Сибирь и Дальний Восток
Зарубежный опыт и международное сотрудничество
Компании и проекты
VI всероссийский съезд геологов
Актуальные проблемы нефтегазовой геологии
Геологическое строение месторождений нефти и газа
Журналу "Геология нефти и газа" - 50 лет
Экономика геолого-разведочных работ
Проблемы нефтегазовой геологии
Перспективы нефтегазоносности и обоснования напр. ГРР
Ресурсы нефти и газа
Формирование и размещение залежей нефти и газа
Геофизические исследования
Геохимические исследования
Гидрогеологические исследования
Планирование и методы оценки эффективности ГРР
Строение нефтяных и газовых месторождений
Техника и технология
Коллекторы нефти и газа
Подсчет запасов
Разработка месторождений
Разработка месторождений
Дискуссии
Информация
Специальный выпуск

Геология нефти и газа и компьютерная революция конца XX века

В.С.Славкин (ЗАО “Моделирование и мониторинг геологических объектов им. В.А.Двуреченского”)

В последние 10-летия отечественная нефтегазовая геология столкнулась с серьезнейшими вызовами, обусловленными переходом к разведке преимущественно мелких и сложнопостроенных месторождений, аккумулированных в природных резервуарах с исключительно высокой латеральной и, что особенно важно, вертикальной неоднородностью. Природно-геологические вызовы по времени почти совпали с тяжелейшим экономическим кризисом 90-х гг. XX в., больно ударившим как по геолого-разведочному производству, так и по научной составляющей нефтегазовой геологии.

И тем не менее сегодня есть все основания говорить о возрождении мощи отечественной геологии, ее способности решать сложнейшие поисково-разведочные задачи.

В научной периодике и, прежде всего, в журнале “Геология нефти и газа” постоянно публикуются материалы, демонстрирующие создание адекватных моделей геологического строения природных резервуаров и аккумулированных в них залежей, приуроченных к неокомскому клиноформному комплексу Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна, отложениям тюменской (средняя юра) и баженовской (верхняя юра) свит этого же бассейна. Впечатляют статьи, посвященные изучению сложнопостроенных месторождений и зон нефтенакопления на огромной территории к востоку от р.Енисей. Воистину филигранные задачи решаются в старых нефтегазоносных провинциях и, прежде всего, в Урало-Поволжье. Налицо скачкообразный рост эффективности работы научных, сервисных и консалтинговых институтов и фирм, решающих все больший объем сложных задач в условиях весьма скромного финансирования и острого дефицита квалифицированных исполнителей (следствие разгрома отечественной геологической школы в конце ХХ в.). В чем же причины такого положения? Почему, несмотря на все трудности, быстро растут производительность, качество и эффективность труда геологов-нефтяников?

Конечно, причин несколько. В настоящей статье хотелось бы обсудить главную (на наш взгляд) из них, а именно: переход геологов-нефтяников в новую рабочую среду – в среду персональных компьютеров, высокоэффективных программных средств и компьютерных технологий.

Компьютерная революция (изобретение персональных компьютеров, их бурное развитие и стремительное размножение) изменила почти все стороны нашей цивилизации: связь, транспорт, быт и многое, многое другое. Но именно в нефтегазовой геологии появление персонального компьютера обеспечило создание принципиально новых средств труда, новых технологических возможностей и связей, а также принципиально новых взаимоотношений между специалистами разного профиля и различных направлений. Чтобы не быть голословными, рассмотрим высказанные соображения на примере создания и мониторинга моделей геологических объектов. Как известно, на таких моделях базируются и определение стратегии и тактики геолого-разведочных работ, и подсчет запасов и ресурсов разных категорий, и создание ТЭО КИН, и подготовка технологических схем разработки залежей.

Поиск, разведка и доразведка нефтяных и газовых месторождений всегда базировались на использовании данных сейсморазведки. И здесь следует сказать о том, что специалисты-сейсморазведчики всегда были дивизионом нефтяного сообщества, наиболее “продвинутым” в вопросах использования вычислительной техники. Сама специфика обработки и интерпретации данных сейсморазведки, требующих выполнение огромного числа вычислительных операций, обусловливала быстрое наращивание вычислительных мощностей и расширение используемой оперативной и дисковой памяти. Впрочем, все это тема отдельной публикации. Здесь же отметим, что ЭВМ использовалась, казалось бы, по самому прямому назначению, т.е. как “вычислитель”. Идеалом представлялся гигантский компьютер коллективного пользования, обеспечивающий эффективный доступ к процессору и памяти в хорошо организованном “пакетном” режиме. Обработка данных сейсморазведки, как правило, завершалась получением временных разрезов (а в более поздние годы и временных кубов) и их простейших трансформаций, а интерпретация включала в себя, в основном, выполнение таких времяемких процедур, как различные глубинные инверсии и решение обратной динамической задачи сейсморазведки. В сложившиеся технологии и схемы организации труда геологи-нефтяники практически не вписывались.

А было это тем более досадно, что начиная с 60-х гг. XX в. и в нашей стране и за рубежом получило быстрое развитие направление, которое в настоящей статье назовем “применение математических методов в геологии”. Это направление неразрывно связано с именами крупных отечественных ученых: Ю.А.Воронина, А.А.Борисова, М.М.Эланского, М.С.Арабаджи, Е.Н.Черемисиной и многих др. Несколько упрощая ситуацию, можно выделить два основных круга решаемых здесь задач:

  • а – прогнозирование различных характеристик геологических объектов на основе корреляционных зависимостей геолого-геофизических параметров;
  • б – геометризация полей параметров, используемых, как правило, при подсчете запасов.

При этом прослеживалась четкая тенденция использования ЭВМ (чем более мощной, тем лучше) исключительно как вычислителя. Вычислительный процесс занимал, как правило, минуты или, в лучшем случае, часы, а подготовка данных, вход в пакетный режим и особенно визуализация результатов занимали дни и недели. Крайне трагикомической была ситуация, когда после “расчетов” некой карты нам, пользователям, выдавались колонки чисел и, как правило, несколько молодых сотрудников переносили эти числа на миллиметровку, а затем под руководством старших товарищей занимались таинством проведения изолиний. В общем сегодня нельзя без грусти отметить, что, к сожалению, слабейшим местом применения вычислительной техники в 60-80-х гг. было отсутствие того, что сейчас называется “графическим интерфейсом”. Такое положение в разы снижало эффективность исследований и производительность труда. Но была еще одна не менее неприятная сторона попыток математизации нефтяной геологии. Громоздкость и сложность существовавших в эру больших компьютеров систем управления базами данных (СУБД), например ОКИ и КАМЫ, приводили к тому, что практически все нефтегеологические задачи решались вне электронных баз данных, без интеграции этих данных по конкретному геолого-разведочному объекту. Кроме всего прочего, это мешало создать исследовательский проект, без чего сегодня работа представляется немыслимой. К сожалению, приходится констатировать, что электронно-вычислительная техника до компьютерной революции отнюдь не становилась средством труда геологов-нефтяников.

Положение кардинально изменилось, когда геологи-нефтяники получили доступ к персональным компьютерам и программному обеспечению, хотя бы и на ранней стадии его развития. Уже тогда было очевидно, что персональный компьютер с развитой периферией и непременным монитором (качество которых выросло на глазах) изначально был задуман и использовался как индивидуальное средство труда, оборудующее рабочее место специалиста-предметника. Несмотря на всю важность специалистов и служб, обеспечивавших эффективное функционирование персональных компьютеров или их систем в нормальном рабочем режиме (особенно на этапе освоения новых программных комплексов), специалист-геолог (как правило, до этого очень слабо продвинутый в вопросах использования вычислительной техники) оставался с новым средством труда один на один. При этом с самого начала просматривался вариант, когда аналогичные новые средства труда могли быть и у специалиста-геолога, и у специалиста-геофизика, что резко расширяло возможности междисциплинарного общения. Внедрение и развитие мощной операционной системы Windows практически обеспечили возможность создания развивающихся графических интерфейсов. Сегодняшнее художественное “баловство” на экранах персональных компьютеров “в свободное от работы время” можно только приветствовать, поскольку оно демонстрирует изобразительные возможности графических пакетов, их возросшую разрешающую способность, цветопередачу и т.п.

В ходе междисциплинарного общения с необходимостью возникли стандарты данных, которыми теперь могли обмениваться геологи-нефтяники и геофизики. Так сложились предпосылки для интеграции данных по геолого-геофизическому объекту в среде СУБД и стало возможным формирование единого геолого-геофизического проекта. Поскольку в рамках одного проекта работает достаточно большое число специалистов, то для оптимизации доступа к единой базе данных по проекту все компьютеры пользователей стали соединяться стандартным сетевым интерфейсом.

Исторически компьютерная геолого-геофизическая интерпретация возникла как простой “перенос” бумажных (ручных) технологий на экран компьютера. До сих пор многие технологические операции, выполняемые специалистами, по сути остались теми же, только вместо карандаша – мышь и клавиатура. Соответственно на экран компьютера было перенесено и историческое разделение между дисциплинами. Геология, геофизика (сейсмика и каротаж), картопостроение и оформление отчетной графики остались отдельными задачами-пакетами со своими базами, интерфейсом и идеологией.

Довольно быстро специалисты осознали, что такой стиль работы (раздельный) трудоемок и неэффективен, только 20 % времени специалисты тратят непосредственно на интерпретацию и 80 % – на манипуляции с данными. Для повышения производительности и эффективности необходима интеграция. К построению интегрированных систем возможны два принципиальных подхода:

1 – интеграция на основе единой базы данных, с которой работают все приложения и отсутствует дублирование данных;

2 – интеграция отдельных баз данных (дисциплин) через “связующие” приложения с дублированием данных.

Интеграция на основе единой базы данных без дублирования данных – наиболее эффективный и перспективный путь построения комплексных систем, при этом, в принципе, в качестве временного решения возможно использование интеграции отдельных данных.

Реализация и развитие комплекса интегрированной геолого-геофизической интерпретации на примере GeoGraphix Discovery являются реальным практическим подтверждением концепции масштабируемого решения. Первая версия GeoGraphix Discovery появилась в 1999-2000 гг. В настоящее время это мощный комплекс, содержащий полный спектр приложений по интегрированной геолого-геофизической интерпретации с использованием единой базы данных и мощной и развитой системой динамической интеграции между приложениями.

Рассмотрим важнейшие преимущества работы в GeoGraphix на примере построения модели нефтяной залежи в одном из ачимовских резервуаров Выинтойского месторождения.

До интегрированной интерпретации всех геолого-геофизических данных в среде GeoGraphix существовало несколько “равноправных” моделей ачимовских залежей, одна из которых приведена на рис. 1, А. Исходя из этой модели, складывалось впечатление о существовании в рассматриваемом резервуаре нескольких самостоятельных нефтяных полей с незначительными запасами.

 

Рис. 1. МОДЕЛИ СТРОЕНИЯ ЗАЛЕЖЕЙ АЧИМОВСКОГО ПЛАСТА, СОЗДАННЫЕ В 1999 г. БЕЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ (А) И В 2006 г. C ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ GEOGRAPHIX DISCOVERY (Б)

 
 

1 – скважины; 2 – линии сейсмопрофилей; 3 – участок трехмерной сейсморазведки; 4 – изогипсы кровли пласта;

5 – линия выклинивания пласта; 6 – линия замещения пласта; 7 – чистонефтяная зона;

8 – водонефтяная зона; контур нефтеносности: 9 – внешний, 10 – внутренний;

11 – тектонические нарушения; 12 – границы лицензионного участка

 

В результате применения компьютерного интерпретационного комплекса GeoGraphix была создана принципиально новая модель геологического строения и нефтеносности данного месторождения.

Нахождение всех необходимых геолого-геофизических данных в единой базе, возможность интерактивного оперирования ими в любых наборах и сочетаниях, наличие развитых средств математического моделирования позволили приступить к созданию альтернативных конкурирующих моделей, по-разному объясняющих особенности геологического строения резервуара, а следовательно, и распределения нефтяных полей. Выполнить такую работу “вручную” практически невозможно.

Наличие превосходного графического интерфейса, позволяющего взглянуть на модели с разных сторон и под разным углом зрения, а также возможность комплекса GeoGraphix принимать результаты геофизической интерпретации, рожденные в рамках других программных средств (например, карты сейсмического прогноза типов разреза), позволили выбрать оптимальную модель залежи в ачимовском пласте Выинтойского месторождения (см. рис. 1, Б).

Здесь поля контролируются главным образом структурным планом и закартированной зоной замещения коллекторов. Залежи локализуются в широкую полосу субмеридионального простирания. При этом по результатам эксплуатационного бурения данного месторождения новая модель строения и нефтеносности полностью подтверждается. На настоящий момент пробурено уже 13 эксплуатационных скважин, подтвердивших нефтяное поле новой модели залежи, тогда как по старой модели половина из них должна была вскрыть воду.

Нужно отметить, что вновь получаемые в процессе бурения материалы при работе в среде GeoGraphix крайне быстро вносятся в цифровую модель, что позволяет оперативно осуществлять ее уточнение и мониторинг процесса разработки.

Отдавая должное эффективным компьютерным технологиям создания двухмерных моделей природных резервуаров и аккумулированных в них залежей УВ, нельзя не отметить, что особую роль переход в компьютерную среду сыграл для решения задач создания трехмерных моделей различных геологических объектов. А ведь трехмерные модели просто необходимы при работе с пластами и трехмерными седиментационными телами, песчаными линзами, барами и т.п., характеризующимися высокой степенью вертикальной изменчивости литологии и фильтрационно-емкостных свойств. Только трехмерные модели позволяют в таких случаях оптимальным образом проектировать разведку и разработку рассматриваемых объектов, дать объективную интервальную оценку аккумулированных в них запасов. Выскажем достаточно обоснованное, на наш взгляд, предположение о том, что в течение нескольких лет трехмерные модели вообще станут главной, если не единственной формой синтеза геолого-геофизической информации на всех этапах и стадиях геолого-разведочного процесса на нефть и газ. На сегодняшний день еще имеются определенные трудности в создании трехмерных моделей при относительно невысокой изученности объектов глубоким бурением.

В настоящее время имеется значительное число программных продуктов, с большими или меньшими удобствами для пользователя реализующих трехмерное моделирование геологических объектов. Назовем для примера IRAP RMS фирмы ROXAR и Decision Space Power Model фирмы “Landmark”.

Методы и подходы к трехмерному моделированию можно разделить на детерминистические и стохастические (вероятностные), обладающие целым рядом преимуществ, из которых отметим корректную оценку неопределенности ситуации и возможность использования множества разнообразных данных, казалось бы не имеющих отношения к интересующим нас свойствам объекта, но позволяющих “регуляризировать” получаемые решения.

В рамках стохастического трехмерного моделирования выделяют объектное моделирование и моделирование, основанное на трехмерных сетках. Оба метода обеспечивают соответствие моделей реальному геологическому строению в точках скважин. Но при объектном моделировании распространение свойств в межскважинном пространстве проводится на основе априорных параметров осадочных тел, которые задаются оператором. При использовании алгоритма, основанного на трехмерной сетке, свойства в межскважинном пространстве распределяются с помощью алгоритмов геостатистики в соответствии с вариограммой, которая характеризует меру изменчивости свойств природного резервуара.

Удовлетворительного аналитического описания зависимости вариограммы от так называемого лага (lag) (т.е. от смещения относительно опорных точек модели) удается добиться только в тех случаях, когда число скважин соответствует степени изменчивости природного объекта. Наличие хорошего аналитического описания зависимости вариограммы от лага позволяет добиваться эффективной работы алгоритмов, основанных на трехмерной сетке. Как правило, необходимые для этого условия существуют на завершающих этапах разведки месторождения или даже на этапах опытно-производственной эксплуатации.

Но как быть на разведочной стадии геолого-разведочного процесса, когда сформулированное выше условие может не выполняться? Ведь и здесь существует очевидная потребность создания трехмерных моделей геологических объектов. Рассмотрим возникающие здесь проблемы и угрозы на примере созданной с помощью продукта IRAP RMS трехмерной модели (куба литологии) пласта Ач1 Выинтойского месторождения. На рис. 2 даны три сечения куба по линии скв. 290 – 611 – 1502.

 

Рис. 2. СЕЧЕНИЕ КУБА ЛИТОЛОГИИ ПЛАСТА Ач1 ВЫИНТОЙСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ МЕТОДОМ МОДЕЛИРОВАНИЯ INDICATOR SIMULATION

 
 

А – с учетом данных по скв. 611, Б – без учета данных по скв. 611,

В – без учета данных по скв. 611, но с учетом сейсморазведки; 1 – песчаник;

2 – алевролит; 3 – плотный и/или карбонатизированный песчаник;

4 – аргиллит; скважины: 5 – используемые при построении модели,

6 – не используемая при построении модели

 

Рис. 2, А иллюстрирует сечение куба (одну из реализаций), полученное в результате работы индикаторного мето-да Indicator Simulation. Необходимо отметить достаточно корректную отра-ботку ситуации в районе скв. 611 и 1502, где эффективная толщина на расстоянии 500 м изменяется от 10 м в скв. 611 до 0 м в скв. 1502. Казалось бы, чего удиви-тельного? Сеточные алгоритмы заведо-мо обеспечивают строгое соответствие модели факту в точках скважин. Однако все же похвалим логичную и, можно сказать, геологически обоснованную картину. Подтверждается тезис о том, что при степени изученности, отвечаю-щей изменчивости объекта (скважины “подсекли” скачкообразное изменение эффективных толщин), сеточные варио-граммные алгоритмы, например “заши-тые” в IRAP RMS, работают хорошо.

Теперь обратимся к рис. 2, Б, где представлено сечение куба (одна из реализаций) по такому же направлению, но с выведенной из начальных условий скв. 611. Иными словами, скв. 611 здесь рассматривается как контрольная точка. Результаты обескураживают. При факти-ческой эффективной толщине пласта Ач1, равной 10 м, в данной реализации модели в точке скв. 611 прогнозируется эффективная толщина, равная 1,4 м, т.е. имеет место 7-кратная ошибка. Прошу поверить читателя, что здесь представ-лена отнюдь не худшая из много-численных реализаций трехмерной мо-дели.

Отсюда следуют два важных вывода.

1. Необходимо с большой осто-рожностью относиться к трехмерным моделям геологических объектов, бази-рующихся только на данных бурения и создаваемых в условиях несоответствия изученности объекта степени изменчи-вости его важнейших свойств.

2. В случаях недостаточной изученности объекта глубоким бурением для построения адекватных и устойчивых трехмерных моделей необходимо привлечение позитивной внешней (по отношению к глубокому бурению) инфор-мации, призванной, с одной стороны, регуляризировать и стабилизировать получаемые решения, а с другой – отрабатывать аномалии строения геологического объекта, аналогичные тем, что отмечены в районе скв. 611 и 1502 на Выинтойском месторождении.

В качестве внешней информации могут быть использованы данные сейсмо-, грави- и магниторазведки, геохимических съемок и т.п. Естественно предположить, что использование данных сейсморазведки в качестве внешней информации обещает наилучший эффект.

На рис. 2, В показано сечение куба (одна из реализаций), построенного без участия скв. 611 (это, по-прежнему, контрольная точка), но с учетом трехмерной сейсмической информации. Отметим, что данные сейсморазведки на основе известных технологий воплощены в карты типов разреза изучаемого объекта, которые затем с помощью определенных операций были введены в IRAP RMS.

Полученный результат можно считать вполне удовлетворительным.

При фактической эффективной толщине пласта в скв. 611, равной 10 м, в данной реализации модели прогноз составил 9,2 м, т.е. ошибка не превышает 8 % истинного значения. Другие многочисленные реализации дают весьма похожие результаты.

Предложенный пример показывает очень высокую эффективность введения данных сейсморазведки в контур технологий трехмерного геологического моделирования. Наиболее популярные продукты (PETREL, IRAP RMS и Decision Space и т.п.) неуклонно развиваются в направлении еще более полного и осмысленного интегрирования всей доступной геолого-геофизической информации, обеспечивают реализацию творческого подхода к решению все усложняющихся геологических задач.

Широкое и успешное внедрение в нашей стране современных геологических технологий, вызванных к жизни компьютерной революцией, стало возможным во многом благодаря формированию в России развитого и высококонкурентного рынка эффективных программных продуктов, решающих фактически одни и те же геологические задачи с использованием методических подходов, идеологии программирования, структур баз данных и принципов обмена информацией. Сегодня на российском рынке присутствуют и реально конкурируют такие мощные компании, как “Haliburton-Landmark”, “Roxar”, “Schlumberger”, “CGG, ESRI”, “Fugro Jason” и др.

Чрезвычайно важно не допустить монополизации рынка, искусственного навязывания потребителям “единственно верных” технологий и направлений их развития. Ни в коем случае нельзя допустить такого положения, когда какой-либо орган управления недрами или его подразделение в директивном порядке отдаст предпочтение геологическим результатам (например, оценкам запасов), полученным с помощью некоего “избранного” программного продукта.

При очевидном благополучии отечественного рынка геологических компьютерных технологий высокого уровня есть одно обстоятельство, которое не может не тревожить российских специалистов. Сегодня не менее 90 % геологических компьютерных технологий, присутствующих на рынке, – это импортная продукция. Откровенно говоря, такая ситуация при определенных внешнеполитических обстоятельствах может весьма пагубно повлиять на энергобезопасность как нашей страны, так и наших стратегических партнеров. Означает ли это, что государству следует с помощью организационных или экономических рычагов ограничить доступ на отечественный рынок высокоэффективных геологических компьютерных технологий из-за рубежа? Ни в коем случае. Но одновременно следует стимулировать и в какой-то мере финансировать создание качественных отечественных продуктов, способных эффективно конкурировать с зарубежными программными разработками.

Одним из наиболее продвинутых отечественных продуктов является программный комплекс “ТРАСТ”, созданный широким творческим коллективом отечественных ученых. Проект “ТРАСТ” имеет своей декларируемой целью разработку единой российской “линейки” интегрированных программных продуктов для создания и поддержания так называемых постоянно действующих геолого-технологических моделей месторождений. В состав программного комплекса “ТРАСТ” по заявлениям идеологов проекта включены прошедшие многолетнее опробование модули, многие из которых содержат элементы отечественных ноу-хау. Хочется надеяться, что интересно задуманный проект окажется успешным.

И еще один вопрос, который нельзя не затронуть в рамках рассматриваемой темы. Необходимо таким образом трансформировать высшее образование по геологическим дисциплинам, чтобы молодые специалисты – выпускники отечественных университетов – были бы полностью подготовлены к работе в новой среде – среде компьютерных технологий. В этом направлении делается очень многое. В учебные планы университетов постоянно вводятся соответствующие предметы и спецкурсы. Но этого, однако, недостаточно. Необходимо в течение 5-10 лет перевести в компьютерную среду практически все базовые курсы высшего геологического образования, сделать мощные графические интерфейсы и интерактивные системы реальным средством обучения студентов и контроля их знаний. Необходимо готовить нашу смену не только к освоению эффективных компьютерных технологий, но и к соприкосновению с элементами искусственного интеллекта – важнейшего порождения компьютерной революции в XXI в.

 
 

© Славкин В.С., Геология нефти и газа, 2-2007

 

"Актуальные проблемы теории и практики"

 
   
Журнал Земля и Недвижимость Сибири Журнал - Маркшейдерия и Недропользование Журнал - ГЛОБУС: Геология и Бизнес Журнал - Геология Нефти и Газа
Журнал - Минеральные Ресурсы России. Экономика и Управление Спецвыпуски Книжные издания Горно-добывающая промышленность России

Центральный Банк РФ

Информеры - курсы валют
Яндекс цитирования Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru