Автоматизация технологии решения комплексных геологических

on

При решении комплексных геологических задач, связанных с картопостроением, для получения конечного результата, как правило, необходимо выполнить последовательность связанных между собой действий по обоснованию и уточнению строения геологических объектов и их отдельных параметров. Например, при подсчете запасов углеводородов (УВ) объемным методом, чтобы построить карту эффективной мощности, нужны данные по общей мощности, песчанистое™ и положению контакта вода-нефть (газ-вода). В свою очередь для построения карты общей мощности могут использоваться структурные карты по кровле и подошве пласта. При этом технологии решения даже однотипных задач могут существенно различаться вследствие того, что различаются сами геологические объекты, их изученность, а также опыт и общее представление о модели строения объектов у различных исследователей. Средства современного программного обеспечения позволяют автоматизировать отдельные этапы работы (например, при обработке больших массивов данных, при построении и оформлении карт) и тем самым повысить оперативность и эффективность решения геологических задач. Однако при выполнении больших объемов исследований, с массовым использованием компьютерных технологий, в значительной степени повышается ответственность пользователей за хранение и согласованность исходных, промежуточных данных и конечных результатов и, соответственно, повышается риск ошибок или потери информации. В этих условиях актуальными становятся вопросы разработки и внедрения специализированных программных средств решения геологических задач, связанных с картопостроением, позволяющих создавать, настраивать, протоколировать и редактировать технологию выполняемых работ и на этой основе осуществлять снижение отмеченных рисков. Необходимость разработки таких программ обусловлена также специфической особенностью обработки, анализа и обобщения материалов геологоразведочных работ, которая заключается в их существенной зависимости от накопленного уровня изученности рассматриваемых объектов. Вследствие этого, по мере накопления дополнительной информации в ходе бурения и опробования новых скважин, проведения полевых работ, появления новых результатов лабораторных и других исследований требуются уточнение, пересмотр или исправление предшествующих модельных представлений и результатов. При этом необходимым условием является обеспечение определенной преемственности разновременных построений, возможности анализа масштаба и причин появляющихся изменений в результатах. Чтобы выполнить это требование нужно архивировать не только сами результаты проведенных работ, но и информацию об использованных исходных данных, примененных методах, принятых параметрах при различных построениях и т. д. Иными словами, требуется хранение информации не только о конечных результатах, но и о промежуточных данных и использованных при решении методах и параметрах построений. Таким образом, сама технология должна рассматриваться как геоинформационный объект. Возможны два варианта решения этой задачи. Первый заключается в создании программных систем, направленных на решение конкретных задач, в которых с максимальной степенью прописаны все возможные варианты строения геологических объектов, последовательности их построения и используемых при этом параметрах. Преимущества этого направления очевидны — унификация метода решения задачи, в том числе структуры данных, возможность отслеживания и исключения грубых ошибок, относительная простота проектирования, написания и объединения программных модулей в соответствии с известной заранее процедурой решения задачи. Хотя такой вариант выглядит весьма привлекательно ввиду его возможной интегрированности с имеющимися у геологов традиционными представлениями об объектах, их классификации и описании, но осуществление его на практике для многих задач представляется весьма проблематичным. Сложность в реализации этого подхода — в создании универсальной технологии решения задачи, обусловлена принципиальной неповторимостью геологических объектов, объемов, качества и совокупности методов их изучения. Второй вариант состоит в том, чтобы рассматривать технологию решения геологической задачи в качестве запоминаемого и модифицируемого объекта программы и позволить конструировать этот специфический объект, устанавливая связи между отдельными элементами технологической цепочки. В данной работе рассматриваются основные элементы реализации такого подхода, осуществленного при разработке программного комплекса GST . Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности 8/2009 25 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ Общие свойства и соотношения основных элементов технологии решения задач, связанных с картопостроением В качестве основных в задачах картопостроения выделяются три типа объектов — таблицы, покрытия (карты, характеризующиеся атрибутивной общностью) и сеточные модели (гриды). В простейшем варианте, когда один объект используется при построении другого (например, грид строится по табличным данным, а карта в изолиниях по гриду) технология может быть изображена в виде простого однонаправленного графа. Возможны несколько более сложные ситуации, когда один объект участвует в построении двух и более объектов или, наоборот, два и более объектов используются при построении одного. Технология решения комплексных реальных задач также может быть представлена в виде ориентированного графа, который в общем случае содержит большее число элементов, но схема их взаимной связи идентична описанным выше простейшим ситуациям. Важно отметить, что связи, соединяющие отдельные звенья технологической цепочки, на самом деле являются самостоятельными объектами, которые содержат информацию о параметрах использования одного элемента при построении другого. Например, при построении града необходимы данные о том, в каких колонках таблицы располагаются поля с координатами и значением картируемого параметра, признаки отсутствия данных и пр. Такие связи рассматриваются в программе GST как ссылочные объекты или просто ссылки. Введение понятия ссылочных объектов позволяет перейти от отображения технологии в виде графа к представлению в виде иерархического дерева. В программе GST технологическая цепочка, создаваемая таким образом, является одним из программных элементов, для которого разработаны средства создания, модификации, просмотра и архивирования. В принципе количество типов объектов, представленных в технологической цепочке, может быть сколь угодно большим. В конечном итоге все определяется потребностями (и удобством) решения конкретных практических задач. Важным моментом с позиции программной разработки, является то, что добавление новых типов объектов осуществляется достаточно просто и позволяет четко выделять этапы написания и отладки программы. В интерфейсном отношении очень важным является удобство структуры организации объектов. Для этого в GST добавлен объект, играющий роль директории (папки) в файловой системе, внутри которого могут содержаться другие объекты, в том числе и объекты — папки. В результате объект — папка может иметь достаточно сложную внутреннюю структуру и содержание. Заметим, что каждый объект имеет название, которое или устанавливается по умолчанию, или определяется пользователем. Совместно с возможностью структурирования объектов, это позволяет формировать и хранить информацию о технологии в виде, наиболее соответствующем представлениям геологов о взаимоотношении отдельных этапов исследований и их последовательности. Объекты, несмотря на существенные различия по своему предназначению в рамках технологии решения геологических задач, имеют важные общие черты, характеризующие последовательность создания объектов и работы с ними. В общем случае процесс построения объекта состоит из нескольких шагов: выбор типа объекта; указание положения в технологической иерархии; добавление объекта; определение метода построения; загрузка данных; собственно построение объекта. При добавлении объекта возможны два варианта — добавление нового «пустого» объекта или вставка созданного ранее (например, скопированного или перемещенного в буфер) объекта. Во втором варианте сохраняются все установки и параметры построения объекта. Множественность методов построения объекта играет важную роль в обеспечении возможности конструирования технологии, приемлемой для решения конкретной задачи. Так же как и количество типов объектов может быть неограниченным, так и число методов построения этих объектов не лимитируется и может добавляться по мере необходимости в новых версиях программы. В качестве достаточно общих методов построения выделяются загрузка готовых объектов из файлов или из базы данных, построение вручную или с помощью специализированного программируемого калькулятора. Выделение отдельным шагом этапа построения объекта позволяет зафиксировать состояние его готовности для использования в качестве аргумента (ссылки) для построения следующего объекта технологической цепочки. Это, в свою очередь, позволяет автоматизировать весь процесс технологии решения задачи в случае изменений в исходных данных и необходимости перестроений множества объектов. На этой же основе обеспечивается использование созданных ранее технологических шаблонов для решения аналогичных задач — исходные данные переопределяются и осуществляется автоматизированный пересчет результирующих объектов. Заметим, что в ряде случаев требуется участие пользователя в построении объекта. Например, в определении границ категорий при подсчете запасов. При этом процесс автоматического перестроения прерывается, до выполнения пользователем необходимых построений, и затем продолжается далее. Основные функции элементов геоинформационного объекта-технологии Программная реализация объектов в GST представляет собой множество деталей различного уровня, относительно полное описание которых возможно лишь в техническом руководстве. Поэтому в данной работе представлено изложение только ос- 26 Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности 8/2009 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕ ИРОВАНИЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ новных свойств объектов (элементов технологии), а также некоторых примеров их функционального и интерфейсного обеспечения (в основном в приложении к задачам оценки запасов УВ). Объект «Папка» Самым простым является объект «папка». Для его создания необходимо только добавить объект этого типа в соответствующее место иерархии элементов технологии. Достаточно просты и две основные функции этого объекта. Первая, как отмечалось выше, заключается в структурировании технологической цепочки, путем помещения в папку других объектов. Вторая состоит в предоставлении возможности добавления текстовых комментариев, которые могут набираться, сохраняться, а в последующем и редактироваться в рабочем окне этого объекта. Объект «Таблица» Реализованный в программе GST интерфейс работы с таблицами обеспечивает общие возможности непосредственной «ручной» работы с табличными данными, такие, как добавление или удаление строк и столбцов и редактирование значений в отдельных ячейках и др. На количество данных не наложено никаких внутренних ограничений — объемы лимитируются лишь оперативной памятью компьютера. Хранение числовых данных и доступ к ним осуществлены в виде, эффективном с вычислительных позиций, — последовательном расположении данных в оперативной памяти компьютера. Для таблиц реализованы широкие возможности их построения по ссылкам на другие таблицы, карты и гриды. Например, объединение таблиц, создание таблиц по картам с координатами точек их линий, формирование таблицы значений (или производных) гридов в заданных точках и мн. др. Специфическим, с явной геологической направленностью вариантом построения таблицы является создание таблицы запасов. Фактически, в объекте при этом содержатся две таблицы — таблица под-счетных параметров и собственно таблица запасов. Возможны два варианта расчета — таблицы объемов и таблицы запасов углеводородов. Подсчетные параметры могут задаваться либо в виде числа, либо в виде грида. Расчеты запасов УВ производятся по стандартным формулам объемного метода. При этом если один или несколько из подсчетных параметров определены гридом, то производится соответствующее интегрирование. Средние по участкам параметры определяются по специальному алгоритму обратного расчета, обеспечивающему совпадение значений запасов, полученных при интегрировании и при перемножении усредненных параметров. Объект «Карта» Объект «Карта» предназначен для построения и использования геометрических объектов на плоскости — линий и полигонов, которые могут иметь различную атрибутивную информацию. Они могут содержать данные разнообразного характера — изолинии, линии тектонических нарушений, границы лицензионных участков или другие данные, но всегда имеющие определенную общность смысловой нагрузки в рамках одного объекта. Во многих отношениях эти объекты схожи с «покрытиями» или «слоями» в средствах компьютерной картографии. Такая спецификация в картографии упрощает установку и, в случае необходимости, корректировку параметров отображения отдельных слоев. Аналогично, введение специализированных объектов «Карта» в программе картопо-строения GST позволяет более просто и детально определять и использовать их свойства при автоматизации технологии решения геологических задач. В дальнейшем для упрощения изложения в обозначении этих объектов опускаются кавычки в названии и используется просто слово карта. При построении карт одними из наиболее стандартных и востребованных функций являются такие простые возможности редактирования, как добавление линий, их разрезание или соединение, инвертирование направления и установка атрибутивных данных (например, числовых значений для изолиний). Данные функции достаточно очевидны, но возможны различные варианты реализации некоторых из них. В частности, в программе GST используются методы параметрических сплайнов для создания новых линий или полигонов. Это позволяет управлять конфигурацией создаваемых элементов с помощью небольшого числа узловых точек, что существенно упрощает их построение. Специфической особенностью геологических задач, связанных с подсчетом запасов нефти и газа, является выделение областей с различными категориями, определяющих уровень надежности оценок ресурсов. Зоны повышенной категорийности, как правило, имеют достаточно простую геометрическую форму, например окружность или квадрат, центры которых приурочены к скважинам, а размеры фактически стандартизованы. В GST имеются соответствующие средства, обеспечивающие возможность построения этих и некоторых других простейших геометрических фигур (линий, прямоугольников и многоугольников), необходимых при создании границ категорий. С подсчетом запасов связана также задача автоматизации определения (сборки) границ подсчетных участков, которые, как правило, выделяются по принадлежности к различным зонам (например чисто нефтяной или водонефтяной), категориям и геометрическим характеристикам пласта (в частности, в определенных интервалах эффективных толщин). В этих условиях границы подсчетных участков пре