Введение к работе
Актуальность работы. Геофизические исследования являются одним из основных источников информации при поисково-разведочных работах на нефть и газ. В последние годы в связи с усложнением геологоразведочных задач, ограниченностью ресурсов, появлением дополнительных ограничений на проведение работ (в частности, экологических) значительное внимание уделяется повышению эффективности геофизических исследований. Появилось значительное число работ посвященных различным аспектам оптимизации геофизических исследований. Применительно к скважинной геофизике это работы Г.Н.Зверева, СИДембицкого, О.Л. Кузнецова, Я.Н.Басина, ВАНовгородова, В.Х.Ахиярова, Л.Г.Петросяна, М.Г.Латышовой, М.М.Элланского, А.М.Блюменцева, В.М.Дахнова и др. Применительно к полевой геофизике это работы В.Н.Страхова, Н.Н.Пузырева, Ф.М.Гольцмана, Е.А.Козлова, С.В.Гольдина, Н.Я.Кунина, В.И.Мешбея, О.А.По-тапова, О.К.Кондратьева, В.С.Кашиха, Б.И.Беспятова, В.А.Ванюшина, В.Х.Киве-лиди, В.М.Эскина, АТ.Годера, Ю.А.Будянского, Н.С.Ганженко, Ю.В.Тимошина, С.В.Клушина, И.А-Мушина, В.В.Ждановича, Н.Н.Боровко и др.
Однако, на практике вопросы оптимизации геофизических исследований зачастую решаются по-прежнему на основе интуиции и опыта исследователей, без должного теоретического обоснования.
В числе причин, объясняющих данную ситуацию, можно отметить следующие: а) для ряда практических ситуаций отсутствует соответствующее теоретическое обеспечение, б) часть разработок не доведена до хорошего технологического уровня, в) отдельные разработки не внедряются из-за отсутствия необходимой информационной базы.
Но одна из самых главных причин состоит в том, что вопросы оптимизации разрабатываются фрагментарно, без увязки между собой, а в ряде случаев и с решаемой задачей. Это обусловлено отсутствием единых методолого-теоретических и технологических основ оптимизации геофизических исследований.
В данной работе проблема оптимизации геофизических исследований рассматривается с позиции геофизических измерений, где основным объектом оперирования являются геофизические данные. Соответственно, с позиции оптимизации рассматриваются вопросы получения (измерения) данных, оценки их качества, хранения и использования при решении практических задач на основе тех или иных методов интерпретации.
Методологической основой исследований являются основные положения системного анализа, а также геофизической кибернетики и информатики, сформули-
рованные в работах В.Н.Страхова, ОЛ.Кузнецова, А.С.Алексеева, А.А.Никитина, Ю.А.Воронина и др.
Технологической основой решения проблемы являются современные компьютерные технологии, базирующиеся на имитационном моделировании объектов и процесса исследований (Е.Н.Черемисина, В.А.Ванюшин, Ю.А.Будянский и др.)
Цель и задачи работы.
Основной целью исследований является создание компьютерной технологии оптимизации полевых геофизических исследований на нефть и газ, обеспечивающей повышение их эффективности.
Достижение указанной цели связано с решением следующих основных задач:
разработка методологических и методических основ формализации практических задач оптимизации геофизических исследований;
построение алгоритмических моделей оптимизации геофизических исследований на этапе проектирования полевых работ;
создание программного обеспечения оптимизации полевых геофизических исследований на нефть и газ;
исследование разработанного обеспечения при решении методических и практических задач оптимизации геофизических исследований;
внедрение полученных результатов в производственные, научные и учебные организации.
Научная новизна.
-
В диссертации, разработаны основы развития нового научного направления - оптимизации полевых геофизических исследований на нефть и газ на основе разработанной методологии геофизических измерений и технологии имитационного моделирования объектов и процесса исследований.
-
Разработаны методологические и теоретические основы постановки и решения на ЭВМ практических задач оптимизации геофизических исследований на нефть и газ, базирующихся на представлениях о геологоразведочных задачах (их постановка, решение, оценка эффективности), геофизических измерениях (геофизические данные, способы их получения, оценки эффективности, использования), моделировании (способы моделирования, оценки эффективности моделей, использования моделей). В частности: осуществлена систематизация задачных ситуаций, разработана принципиальная схема постановки и решения геологоразведочных задач на ЭВМ; разработана классификация способов геофизических измерений по их объективности, впервые введена геометрическая шкала для описания полевых геофизических измерений; разработана общая схема решения задач оптимизации геофизических исследований на основе имитационного моделирования.
Припиально новым в этой схеме является этап распространения результатов, полученных на моделях, на реальные исследования.
3. Разработаны теоретические и алгоритмические основы оптимизации поле
вых геофизических исследований на базе имитационного моделирования на ЭВМ
объектов и процесса исследований, в том числе алгоритмы: оценки эффективности
моделей объектов исследований; разработки системы критериев оптимизации и вы
бора критерия, адекватного условиям практической задачи; реализации на ЭВМ
процесса решения задачи и организации направленного выбора эффективного ва
рианта: распространения результатов, полученных на моделях, на реальные иссле
дования. Также, впервые разработаны принципиальные схемы постановки и реше
ния на ЭВМ основных задач оптимизации полевых геофизических исследований,
предложены алгоритмы описания геофизических методов и сетей наблюдений, по
зволяющие формализовать постановки задач на их выбор.
-
Разработаны методические основы построения компьютеризированной технологии оптимизации полевых геофизических исследований на нефть и газ. В частности, разработаны вопросы: распределения функций между человеком и ЭВМ на различных этапах постановки и решения задач оптимизации, обеспечения гибкости и эффективности программной системы за счет разбиения на две основных подсистемы: базовой, реализующей основные функции системы при фиксированных ограничениях и адаптивной, обеспечивающей адаптацию исходных данных применительно к требованиям базовой системы.
-
Разработана методика оптимизации полевых сейсморазведочных работ на основе процедуры многовариантного моделирования, позволяющая учесть неопределенность параметров исходной модели объекта исследований и нечеткость критерия принятия решения.
Практическая ценность и реализация работы. Исследованиями доказана возможность повышения эффективности геофизических исследований на нефть и газ на основе разработанной компьютеризированной технологии оптимизации полевых геофизических исследований.
Разработки автора использовались в ЗапСибНИИГеофизике, ПГО Хантыман-сийскгеофизика, ПГО Иркутскгеофизика, ПГО Сахалингеология при проведении тематических и производственных геофизических работ на нефть и газ, в ЗапСиб-НИИгеофизике, ЗапСибНИГНИ при проектировании баз геолого-геофизических данных.
Результаты работы по проектированию сетей наблюдений использовались при геофизических исследованиях на рудных объектах в ПГО ВостКазгеология, ПГО Самаркандгеология, КОМЭ КазССР.
Результаты исследований также используются при обучении студентов Тюменского государственного нефтегазового университета в курсах: "Интерпретация данных полевой геофизики", "Гравимагниторазведка", "Программно-алгоритмическое обеспечение оптимизации полевых геофизических работ", а также при курсовом и дипломном проектировании.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на конференциях и семинарах по применению математических методов и ЭВМ при поисках и разведке полезных ископаемых в г.Новосибирске (1977, 1979, 1984, 1992, 1995гг.), в г.Свердловске (1980, 1982 г.), в г.Саратове (1983 г.), в г.Тюмени (1983 г.), в г.Челябинске (1989г.), на XXI научно-технической конференции "Вычислительные устройства и системы" (Новосибирск, 1978), на Всесоюзной конференции "Теория классификаций и анализ данных" (Новосибирск, 1981 г.), на Всесоюзных симпозиумах по машинным методам обнаружения закономерностей (Новосибирск, 1980, 1983 гг.), на Всесоюзной конференции "Автоматизация научных исследований на основе применения ЭВМ" (Новосибирск, 1981), на международных симпозиумах "Математические методы в геологии" (Чехословакия, Пржибрам, 1983, 1987, 1989 г.), на научных семинарах ведущих институтов (ВЦ СО РАН, ИГиГ СО РАН, института геофизики АН УССР, ИФЗ РАН), на Общемосковском семинаре "Теория и практика геологической интерпретации гравитационных и магнитных аномалий" (Москва, 1985 г.), на Международном симпозиуме "Основные направления разработки количественных методов прогнозирования нефтяных и рудных месторождений" (Алма-Ата, 1985 г.), на Бизнес-семинаре по программно-технологическим и методическим разработкам в области обработки и интерпретации геофизических данных (Москва, 1993 г.), на Всесоюзной встрече специалистов "Экономико-математические методы в планировании и управлении геологоразведочным производством" (Москва, 1990 г.), на семинарах Ассоциации разработчиков и пользователей компьютерных технологий обработки и интерпретации геолого-геофизических данных (Тюмень, 1989, 1993 г.), на региональной научно-практической конференции (Тюмень, 1994 г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 37 работ, в том числе 3 учебных пособия.
Личный вклад. В основу диссертации положены исследования, выполненные автором, начиная с 1974 г. в Новосибирском государственном университете, Зап-СибНИИГеофизикс (г.Тюмень), Тюменском нефтегазовом университете. Лично автором выполнены: методологические, теоретические и методические исследования, результаты которых излагаются в диссертации; разработаны алгоритмы оптимизации методики полевых работ на основе имитационного моделирования. Под руко-
водством и непосредственном участии автора разработано программное обеспечение, а также осуществлена апробация разработок при решении методических и практических задач.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения; содержит 240 страниц текста, 15 рисунков, 14 таблиц, четыре приложения, 364 наименования литературы.
Автор благодарен коллегам по работе: ЕАШевцовой, М.ПЛазареву, Е.П.Кай-городову, З.Ф.Исхакову, Н.И.Калининой и др. принимавшим непосредственное участие в разработке и внедрении программного обеспечения; В.М.Межакову, В.И.Кузнецову, Ю.В.Ознобихину, В.К.Коркунову, Ю.Г.Коновалову за постановку практических задач и обсуждение результатов исследований; А.Р.Малыку, В.В.Жца-новичу, Г.М.Голошубину за поддержку исследований. Автор признателен В.Н.Страхову, С.В.Гольдину, В.И.Старостенко за конструктивное обсуждение методологических аспектов работы, Б.И.Беспятову за сотрудничество в создании программного обеспечения.
Особую признательность автор выражает проф. Ю.А.Воронину, инициировавшему исследования в данном направлении, и совместно с которым получен ряд методологических результатов.