Geum.ru

Новая система комплексной интерпретации данных

Вид материалаДокументы
Подобный материал:
УДК 55:004


А.А. Власов, И.Н. Ельцов, О.А. Екимова, А.Ю. Соболев (ИНГГ СОРАН), А.В. Авдеев, Н.И. Горбенко, В.А. Ефимов, М.М. Лаврентьев, В.О. Пирогов, Н.А. Шустров (Intel Corporation).

Новая система комплексной интерпретации данных

электрического и электромагнитного каротажа EMF PRO



Для определения электрических свойств среды в окрестности скважины используют электрический и электромагнитный каротаж, а затем на основе фильтрационно-емкостных моделей по величине УЭС выполняется количественная оценка фильтрационно-емкостных параметров проницаемых пород (коллекторов). Одним из успешно применяемых является метод высокочастотных индукционных каротажных изопараметрических зондирований (ВИКИЗ), предназначенный для исследования пространственного распределения УЭС пород, вскрытых скважинами, бурящимися на нефть и газ [1].

Основной программный продукт для интерпретации данных ВИКИЗ – многофункциональная система МФС ВИКИЗ, разработанная в 1998 году в Институте геофизики СО РАН. В дальнейшем выпускались обновления, но система кардинально не менялась. Сейчас продукт нуждается в современной реализации на базе новых средств разработки программного обеспечения. Для этого Институтом нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН (ИНГГ) совместно с новосибирской лабораторией корпорации Intel разрабатывается новый программный продукт EMF PRO. ИНГГ СО РАН занимается разработкой интерфейса, сотрудниками Интел ведутся работы над совершенствованием вычислительных компонент.

EMF PRO – интегрированная система, позволяющая обрабатывать данные различных электрических и электромагнитных методов в едином интерфейсе. Принципиальным расширением является библиотека для моделирования и инверсии данных бокового каротажного зондирования (БКЗ).

Как правило, заключение по скважине делается с учетом всей имеющейся информации. В России БКЗ входит в стандартный набор исследований при нефтеразведке и выполняется практически в каждой разведочной или эксплуатационной скважине. В последние 10 лет ВИКИЗ также все чаще включается в стандартный комплекс ГИС, по крайней мере, при исследовании терригенных разрезов. Наличие заключений по ВИКИЗ и БКЗ важно интерпретатору для более качественной интерпретации. Особенности этих двух методов: большая чувствительность БКЗ к параметрам прискважинной зоны и высокоомным объектам, большое вертикальное разрешение ВИКИЗ и чувствительность к проводящим элементам разреза.

На основе комплекса методов можно получить более точное представление о свойствах реальной среды. Используется детальное расчленение зоны проникновения, основанное на гидродинамических моделях зоны проникновения. В системе реализована n-слойная модель радиального распределения УЭС. Комплексная (совместная) интерпретация данных электрических и электромагнитных методов позволяет проводить достоверную инверсию в широком диапазоне геоэлектрических параметров.

Применение новых быстрых алгоритмов обработки данных обеспечивает возможность интерпретации данных в реальном режиме времени. Одним из применений системы предполагается интерпретация данных каротажа в процессе бурения (ВИКПБ) [2].

Интерфейс новой системы унаследовал черты МФС ВИКИЗ, что позволит пользователям легко перейти к использованию EMF PRO. Архитектура системы позволяет в будущем провести существенное расширение функциональности. Интерфейс спроектирован с учетом всех основных требований к современным программным продуктам. Например, интерфейс поддерживает технологию множественного отката/повтора действий (undo/redo), систему контекстной помощи, интегрирующей подсказки по всем модулям, и технологию «макетов» каротажных данных, обеспечивающую настройку расположения и характеристик (например, масштабов и цветов) полей для определенного класса задач и впоследствии загрузку настроек из единого «макета».

Прямая задача для БКЗ и ВИКИЗ решается в рамках осе симметрической модели геологической среды. Каждый пласт содержит несколько зон, границы которых параллельны оси скважины. Считается, что внутри любой зоны УЭС одно и то же. Математическая постановка для такого представления геологической среды приведена в [3]. Модель адекватна случаю субвертикальных скважин и позволяет работать с широким классом геологических разрезов.

Вычислительные модули для интерпретации данных ВИКИЗ входят в новую систему без существенных изменений по сравнению с МФС ВИКИЗ и описаны в методическом руководстве [1]. Поэтому в докладе основное внимание уделено техническим аспектам решения прямой и обратной задачи БКЗ.

Прямая задача БКЗ для данной постановки требует численного решения двумерного уравнения Пуассона в цилиндрических координатах. Достигнутое минимальное время решения прямой задачи – около 2 мс на Pentium 4 (3 ГГц). При этом решение удовлетворяет приемлемой точности (относительная погрешность не более 1 %).

Численное решение можно разбить на следующие этапы: генерация сетки, аппроксимация, решение системы уравнений с симметричной положительно определенной 5-диагональной матрицей.

Большая производительность достигнута за счет использования современных алгоритмов численного решения возникающих уравнений, их эффективной программной реализации, а также применения оптимизированной библиотеки Intel MKL. Для дискретизации задачи применяются тщательно подобранные сетки; получаемая система линейных алгебраических уравнений решается с помощью метода сопряженных градиентов с пред обуславливателем, построенным с помощью метода неполной блочной факторизации, обычно за 9-11 итераций.

В программе используются реализации методов сопряженных градиентов и неполной блочной факторизации из библиотеки Intel® Inverse Problems Toolkit (IPTK). Сейчас Intel® IPTK является закрытой библиотекой, которая используется для оптимизации различных программных продуктов, решающих обратные задачи для эллиптических дифференциальных уравнений. Процедура сопряженных градиентов поддерживает Reverse Communication Interface, что дает дополнительную свободу в выборе способа хранения матрицы и процедур умножения матрицы на вектор. В данном случае наиболее эффективно оказалось выполнение умножения матрицы на вектор в диагональном формате с использованием процедуры mkl_dsymmv из Intel ® Math Kernel Library.

Задача определения сопротивления ставится как задача минимизации целевой функции, которая решается с использованием средств нелинейного программирования.

В качестве целевой функции рассматривается разность квадратов между исходными показаниями зондов и показаниями зондов для подбираемых параметров среды. Время решения обратной задачи может изменяться от десятых долей секунды до нескольких секунд в зависимости от числа восстанавливаемых параметров и настроек обратной задачи, регулирующих соотношение скорости решения и точности. В результате комплексного тестирования получена информация, позволяющая рекомендовать те или иные настройки обратной задачи в зависимости от конкретных требований. Для минимизации целевой функции используется метод доверительной области из библиотеки Intel® IPTK.

Решение обратной задачи требует многократного решения прямой задачи, поэтому важно, чтобы оптимизационный метод сходился как можно быстрее [4, 5]. По совокупности критериев выбранная реализация метода доверительной области – одна из наиболее эффективных. Например, на отдельных тестах достигается десятикратное преимущество над аналогичным методом из библиотеки iMSL.


Литература


1. Технология исследований нефтегазовых скважин на основе ВИКИЗ. Методическое руководство // ред. Эпов М. И., Антонов Ю. Н. Новосибирск: Издательство СО РАН, НИЦ ОИГГМ, 2000. — 121 с.

2. Еремин В.Н. Высокочастотный электромагнитный каротаж в процессе бурения // Геофизический вестник, №1, 2005. - С. 12-17.

3. Эпов М.И., Авдеев А.В, Горбенко Н.И., Ельцов И.Н., Лаврентьев М.М. Быстродействующие алгоритмы обработки данных электромагнитного каротажа нефтяных скважин // Технологии ТЭК, апрель 2005. C. 99-105

4. Avdeev A.V., Lavrentiev M.M.-jr., Priimenko V.I. Inverse Problems and Some Applications, ICM&MG Publ., Novosibirsk, 1999, 342 p.

5. M.M.Lavrentiev, A.V.Avdeev, M.M.Lavrentiev, Jr., and V.I.Priimenko: Inverse Problems of Mathematical Physics. VSP Publ., Netherlands, 2003, 272 p.