К оглавлению

С научно-практического семинара "Проблемы качества ГИС"(г. Тверь, 27 - 30 января 1997 г.)

Ниже излагаются результаты оценки достоверности результатов автоматизированной обработки материалов ГИС с использованием четырех промышленно используемых систем. Работа выполнена в 1994 г. по договору ЦГЭ с трестом "Сургутнефтегеофизика".

Цель работы . Оценка достоинств и недостатков наиболее распространенных отечественных автоматизированных систем обработки материалов ГИС, выбор по итогам эксперимента наиболее технологичной и эффективной системы.

• В эксперименте анализировались системы ИНГИС, ГИНТЕЛ, СИАЛ-ГИС, АРМ ГИС-ПОДСЧЕТ.
• Обрабатывались материалы по продуктивным пластам АС и БС по 15 скважинам: 9 по Федоровскому, 3 по Быстринскому, 2 по Западно-Сургутскому и 1 по Алехинскому месторождениям.
• Обработке подвергались материалы стандартного комплекса ГИ открытого ствола эксплуатационных скважин, включающего только методы электрометрии.
• Петрофизические зависимости для оценки К_п, К_н и характера насыщения для различных месторождений и различных подсчетных объектов предоставлялись Заказчиком.
• За истинные результаты принимались итоги ручной обработки данных ГИС экспертами - высококвалифицированными специалистами, имеющими большой опыт практической работы и глубокую теоретическую подготовку.
• Автоматизированная обработка проводилась по технологическим схемам, характерным для каждой системы.
• Обработку на ЭВМ проводили специалисты, имеющие многолетний опыт практической работы в области автоматизированной интерпретации по конкретной системе.
• Итогом автоматизированной обработки каждой скважины были заключения по результатам обработки по каждой системе, включающие интервалы выделенных коллекторов, мощность, значения УЭС пластов, коэффициенты пористости, нефтенасыщенности и характер насыщения коллекторов.

Экспертные оценки были получены высококвалифицированными геофизиками-интерпретаторами из ЦГЭ и ГАНГ им. И.М. Губкина, между которыми был разделен фактический материал для обработки. Обобщение результатов экспертной обработки выявило следующие особенности ее проведения.

1. Основными методами при оценке всех подсчетных параметров анализируемых месторождений являлись методы электрометрии - БЭЗ, ИК, БК, СП. Качество записи ИК, БК и малых градиент-зондов контролировалось экспертами по результатам интерпретации БЭЗ в мощных (h > 4 м) опорных пластах. В качестве опорных выбирались водоносные коллекторы, уплотненные прослои и глины.
2. Удельное электрическое сопротивление неизмененной части пласта r_п оценивалось с использованием двух методических подходов. Экспертом ГАНГ в пластах большой мощности (h > 4 м) r_п определялось по БЭЗ, в пластах малой мощности - по сводным палеткам с привлечением откорректированных значений ИК, БК и зонда АО = 1,05 м. Если точки не ложились в поле палетки, r_п оценивалось по ИК после введения всех поправок. Экспертом ЦГЭ удельное сопротивление в пластах любой мощности оценивалось по данным ИК, откорректированным по БЭЗ в плотных и водоносных прослоях. Удельное сопротивление рассчитывалось через электрические проводимости радиальных зон пласта с привлечением геометрических факторов скважины, зоны проникновения и неизмененной части пласта.
3. При расчете относительной амплитуды СП выбор U_{сп max} производился по группам обрабатываемых пластов АС, БС. Экспертом ГАНГ выбирались максимальные амплитуды СП, приуроченные к водоносным пластам. В случае отсутствия водоносных пластов или в участках прорыва пресных нагнетательных вод величина a_сп восстанавливалась по показаниям ГК. с использованием построенной экспертом зависимости a_сп = f(DIg). Поправки в наблюденные амплитуды СП не вводились. Экспертом ЦГЭ в качестве опорных значений принималась расчетная амплитуда СП. Наблюденные амплитуды СП U_сп приводились к статическим Е_сп путем введения соответствующих поправок.
4. Оценка коэффициентов пористости и нефтенасыщенности производилась с использованием эмпирических уравнений К_п = f(a_сп) и К_н = f(r_п, К_п), представленных для всех подсчетных объектов анализируемых месторождений.
5. Оценка характера насыщения производилась с использованием уравнений регрессии r_п = f(a_сп), разделяющих области "нефть - вода". Ориентация на фактические значения К_Н(К_В) при оценке характера насыщения не предусматривалась по техническому заданию на обработку. Это зачастую приводило к противоречивым результатам по оценке характера насыщения.
6. Отбивка границ выделенных коллекторов экспертом ГАНГ производилась с привязкой к глубинам стандартного каротажа (СП, потенциал-зонд, ИК), экспертом ЦГЭ - к глубинам градиент-зонда малого размера АО = 0,45 м.

Таким образом, анализ технологий экспертной обработки материала позволил высказать предположение, что различные индивидуальные методические приемы, используемые экспертами, могут приводить к расхождениям в результатах при обработке одного и того же материала, однако это предположение осталось без проверки.

Автоматизированная обработка материалов ГИС по системам имела некоторые технологические особенности, которые могли привести к расхождениям в результатах обработки.

1. Обработка материалов по всем скважинам производилась независимо от экспертных оценок. Полученные результаты не корректировались.
2. Увязка кривых ГИС по каждой скважине производилась в интерактивном режиме. За опорную кривую брался метод БК, его глубины считались истинными.
3. Разбивка на пласты производилась в интерактивном режиме, так как программа автоматической разбивки работает с низкой эффективностью.
4. Снятие отсчетов в выделенных пластах производилось в автоматическом режиме с последующей ручной корректировкой.
5. Масштабы кривых индукционного и бокового методов не проверялись и, следовательно, не исправлялись. Поправки за ограниченную мощность и за влияние скважины в показания ИК, БК не вводились из-за отсутствия в библиотеке соответствующих программ.
6. Оценка r_п производилась по данным комплекса методов БЭЗ, ИК, БК по двум программам: INTEK для пластов с h > 1,6 м и ELESTR для маломощных прослоев.
7. При расчете относительной амплитуды СП за опорную принималась амплитуда с U_{сп max} в интервале обработки. Поправки в кривую СП не вводились из-за отсутствия соответствующей программы. При обработке прослоев, обводненных пресной водой, за опорную принималась амплитуда ГК, нормализованная в масштабе кривой СП.
8. При пользовании системой ГИНТЕЛ редко практикуется массовая обработка материалов по месторождению в 2 этапа, с настройкой системы на обрабатываемый разрез по материалам нескольких скважин и с обработкой остальных скважин в пакетном режиме по составленному графу. Это связано с особенностями ряда программ, требующих при работе вмешательства интерпретатора.

1. Обработка по всем скважинам производилась независимо от экспертных оценок. Полученные результаты не корректировались
2. Каждая скважина обрабатывалась с использованием интерактивного режима без составления графа обработки.
3. Увязка кривых ГИС производилась в интерактивном режиме За опорные принимались кривые методов стандартного каротажа (СП, потенциал-зонд).
4. Разбивка на пласты и снятие отсчетов производились в автоматическом режиме с ручной корректировкой.
5. Масштабы кривых индукционного и бокового методов не проверялись и не корректировались.
6. Оценка r_п производилась по комплексу методов БЭЗ, ИК, БК по программе KIEV. Показания градиент-зондов, индукционного и бокового методов приводились к условиям пластов бесконечной мощности.
7. При расчете относительной амплитуды СП за опорную принималась амплитуда U_{сп max} в интервале обработки. Поправки в показания метода СП не вводились. При обработке интервалов, обводненных пресной водой, амплитуда СП не корректировалась, что приводило к погрешностям в оценке характера насыщения таких прослоев.

1. Обработка материала по каждому месторождению делилась на два этапа: а) настройка системы на результаты экспертной обработки по 1 - 2 скважинам для составления графа; б) обработка материалов других скважин - по готовому графу без экранной коррекции в процессе работы.
2. Увязка кривых не производилась.
3. Разбивка на пласты и снятие отсчетов производились в автоматическом режиме при работе по графу.
4. Показания методов ИК, БК, СП, ГЗ исправлялись за скважинные условия и вмещающие породы.
5. Оценка r_п производилась по комплексу методов БЭЗ и ИК по программе RESUNML.
6. За опорную амплитуду при расчете a_сп принимались показания в водоносных пластах.

За основу для оценки результатов обработки по системе СИАЛ-ГИС была принята обработка, полученная специалистами "Сургутнефтегеофизики". Переданные в ЦГЭ результаты проверены и откорректированы.

Оценка достоверности результатов обработки материалов ГИС -задача достаточно сложная. Основные трудности заключаются в определении, какие и кем полученные оценки свойств должны приниматься за истинные? Какие пределы погрешностей допустимы при интерпретации? По каким методикам оценивать погрешность?

Важнейшая характеристика качества измерений - их точность. Основной показатель точности измерения - погрешность. Погрешность - это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Основными числовыми характеристиками погрешностей являются абсолютная погрешность, относительная погрешность, среднеквадратическая погрешность. Использование этих оценок, регламентируемых ГОСТом, предусматривает наличие эталонов, с помощью которых средства измерения обеспечиваются полным метрологическим контролем качества.

Оценка геофизических и коллекторских свойств пород по методикам ГИС может быть классифицирована как сложное косвенное измерение, включающее ряд прямых и косвенных простых измерений и преобразований.

Вопрос о погрешностях при геофизических исследованиях скважин рассматривается обычно только для этапов прямых измерений: более полно для регистрации параметров в стволе скважины и частично для петрофизических определений лаборатории. Для этапов обработки и интерпретации данных ГИС способы оценок погрешностей и их допустимые величины не регламентированы ни одним документом. Хотя ранее показано, что именно на этапе интерпретации результатов ГИС, независимо от того, ручная она или автоматизированная, возникают погрешности, значительно превышающие погрешности измерений в стволе скважины и в петрофизической лаборатории

При выполнении настоящей работы в качестве эталонных (истинных) результатов обработки приняты экспертные оценки, полученные опытными интерпретаторами при ручной обработке материалов. Хотя так называемые эталонные или экспертные оценки в действительности могут быть далеки от истинных.

Сравнение результатов машинной обработки с экспертными оценками проводились с использованием следующих характеристик:

• статистических параметров (средних, среднеквадратических отклонений, дисперсий, размаха);
• абсолютных расхождений оценок каждого свойства по анализируемым системам от экспертных определений свойств;
• относительных расхождений оценок свойств по системам и экспертных определений.

Для анализа были отобраны 157 интервалов коллекторов, имеющих совпадающие или близкие границы по всем вариантам обработки, что составило 83% общего числа прослоев

Анализировались следующие параметры: h, r_п, К_п, К_н, отметки глубин прослоев и характер насыщения коллекторов. За истинные значения параметров принимались экспертные оценки.

Одним из основных параметров, подлежащих оценке по геофизическим методам, является эффективная мощность коллекторов. Поэтому при анализе автоматизированных систем важно установить наличие и причины систематических расхождений в мощностях между данными экспертов и данными программ отбивки границ пластов. Хотя при использовании на этом этапе обработки интерактивного режима подобный анализ во многом теряет свою актуальность, он все же был проведен.

Перед расхождениями в мощностях анализировались расхождения в определении кровли и подошвы пластов по сравнению с экспертными отбивками границ. Анализ таблицы сдвигов глубин показал, что 23% прослоев имеют сдвиг хотя бы одной границы более 1 метра. При этом наличие значительных сдвигов в разные стороны и на разную величину зачастую свидетельствует не о точности отбивки границ, а о различиях в увязке кривых ГИС по сравнению с экспертом. При длительной работе интерпретатора за пультом ЭВМ в интерактивном режиме точность неизбежно падает. Поэтому сдвиг границ в разные стороны даже в допустимых пределах может приводить к существенным различиям в толщинах прослоев.

Анализ значений мощностей, найденных по системам и оцененных экспертами, показывает, что существенность расхождений зависит от величины мощности: при h < 2 м имеют место преимущественно случайные расхождения, при h > 2 - 2,5 м могут присутствовать систематические различия в значениях мощностей по сравнению с данными экспертов. Все скважины по результатам оценки мощностей коллекторов можно разделить на три группы. Для первой группы скважин, в которую входит 53% прослоев, характерны случайные расхождения во всем диапазоне мощностей, выделенных системами и экспертом. Разброс точек составляет 0,25 - 0,75 м, или 10 - 18%. Для второй группы (20% прослоев) характерны систематические завышения мощностей в пределах 14 - 38%. В третью группу (27% выборки) вошли скважины с систематическими занижениями мощностей по сравнению с данными экспертов в пределах 13 - 29%.

Анализ значений r_п коллекторов показал существенность различия в оценках r_п, сделанных разными обработчиками. Ни одна из систем не показала четкой сходимости результатов с экспертными оценками по всему анализируемому массиву скважин. По каждой системе выявляются существенные систематические отклонения в значениях r_п, включая прослои большой мощности. По величинам относительных погрешностей оценки r_п системы можно представить в следующем порядке. Занижение значений r_п на 6 - 19% дает система ИНГИС, на 22 - 57% - система СИАЛ, на 27 - 80% - система ГИНТЕЛ. Завышение значений r_п на 40 - 62% показывает система СИАЛ, на 44 - 83% - система ПОДСЧЕТ, на 50 - 215% система ГИНТЕЛ, на 60 - 37% - система ИНГИС.

По тестируемым системам коэффициент пористости оценивался по уравнениям регрессии К_п с относительной амплитудой СП, построенным для разных месторождений и подсчетных объектов. Поэтому методических погрешностей при оценке К_п не вносилось. Все расхождения в значениях пористости, полученные по разным системам, связаны с этапом обработки материала - снятием отсчетов, внесением поправок в СП, выбором опорных пластов. Анализ значений К_п показал, что для 27% прослоев характерны случайные различия оценок К_п на 5 - 10% (относительных) от оценок экспертов во всем диапазоне изменения К_п от 18 до 30%; для 40% выборки отмечаются существенные завышения К_п (на 18 - 73%) по всем системам в области К_п < 22%; для 33% прослоев характерно занижение К_п в области К_п > 25% на 11 - 15%.

Случайными расхождениями значений К_н в пределах 20 - 30% (относительных) характеризуются 20% прослоев; для 40% прослоев характерно завышение значений К_н на 20 - 30% абсолютных по всем системам; для оставшихся 40% выборки значения К_н в среднем занижены на 30 - 40% абсолютных.

Анализ оценки характера насыщения проводился путем сопоставления значений К_н и характера насыщения по методике сопоставления значений r_п и a_сп с критическими, рассчитанными по уравнениям регрессии для разделения зон "нефть - нефть + вода - вода". Эта методика работает в интервалах разреза, не затронутых заводнением пресной или минерализированной водой, при котором наблюдается искажение геофизических параметров r_п и a_сп. Сопоставление значений К_н и характера насыщения на анализируемом массиве скважин показало значительную неоднозначность результатов: при значениях К_н, равных 40 - 50%, заключение о характере насыщения может быть "вода" или "нефть с водой" и, наоборот, заключение "нефть" или "нефть с водой" может быть при К_н ниже 20 -30%. В интервалах обводнения пресной водой оценки К_н и характера насыщения, данные обработчиками, не соответствуют действительности. Так как анализируемые системы не имеют надежного методического и программного обеспечения для выделения, обработки и выдачи заключения по интервалам, обводненным пресной водой, анализировать оценку характера насыщения в тестируемых скважинах не имеет смысла.

Обобщенные результаты по оценкам погрешностей анализируемых систем в сравнении с экспертными определениями свойств приведены в таблице . Погрешности оценки коэффициента нефтенасыщения рассчитаны для прослоев без обводнения пресной водой.

1. Оценка параметров коллекторов с использованием современных отечественных автоматизированных систем производится со значительными погрешностями. Наибольшие погрешности по всем системам наблюдаются при оценке удельного сопротивления коллекторов - 59% при диапазоне от 35 до 89% по разным системам. Оценка мощности коллекторов производится с погрешностями от 15 до 34%, в среднем 22%. С такой же погрешностью оценивается коэффициент нефтенасыщенности. С минимальной погрешностью в 9% оценивается коэффициент пористости.
2. Анализируемые системы не имеют принципиальных различий в методической организации обработки материалов, в технологической схеме обработки, в основных обрабатывающих алгоритмах.
3. Использование интерактивного режима при массовой обработке материала по всем системам приводит к внесению личностных и методических погрешностей, характеризующих квалификацию и школу интерпретатора и не связанных с эффективностью работы системы.
4. Результаты ручной (экспертной) обработки материалов не могут являться истинными из-за отсутствия методических стандартов на проведение обработки и интерпретации данных ГИС.

В 1984 г. был проведен подобный эксперимент по оценке погрешностей автоматизированных систем на ЭВМ 2-го поколения (М-222). Обрабатывались три скважины Самотлорского месторождения с помощью систем Ц-2, ГИК, Самотлор-Ц2. Интервалы прослоев для обработки были заданы экспертом-геофизиком. За истинные значения параметров принимались средние оценки по результатам всех обработок. Погрешности оценок параметров составили: r_п - 55%, К_п- 13%, К_н- 14% ( таблица ). Эти цифры свидетельствуют о том, что с 1984 по 1994 г. не произошло принципиальных изменений в методических приемах обработки, не изменился стандартный комплекс ГИС, не повысилось качество исходного материала, хотя за эти же годы сменились два поколения базовой ЭВМ и резко возросли ее вычислительные возможности.

Ранее, в 1982 г, оценивалось качество ручной обработки материалов ГИС. Одну скважину Ватинского месторождения обрабатывали 25 опытных интерпретаторов. Интервалы прослоев коллекторов задавались экспертом. За истинные значения принимались средние оценки параметров по всем обработкам. Результаты приведены в таблице . Погрешности оценки r_п -47%, К_п - 7%, К_н - 16%.

В том же 1982 г. была произведена оценка погрешности выделения прослоев и нахождения удельного сопротивления на материалах математических электрометрических моделей тестовых скважин, рассчитанных в ЦГЭ. В эксперименте участвовали тринадцать опытных интерпретаторов, которые обработали две модельные скважины. Этот эксперимент являлся наиболее "чистым", т.к. в нем известна истина, т.е. модельные значения r_п и h. Погрешности приведены в таблице и составили: выделения прослоев и оценки их мощности -12%, оценки r_п - 55%.

1. Испытания систем необходимо проводить не на фактическом геофизическом материале, а на тестовых (модельных) скважинах, геофизическая информация по которым получена в результате решения прямых задач и, следовательно, известны истинные параметры разреза. При таком подходе отпадает необходимость в экспертных оценках. Наборы прямых задач должны входить в программное обеспечение каждой системы.
2. Испытания на тестовых скважинах должны иметь минимальный объем интерактивного режима.
3. Необходимо отметить, что итоги всех проведенных экспериментов показали, что оценки погрешностей, полученные с использованием методов математической статистики, очень велики и практически не зависят от того, какая величина используется в качестве истинной - модель, среднее или данные эксперта. Теперь уже понятно, что это связано с тем, что во всех описанных опытах велико участие человека, вносящего в результаты исследований личные (субъективные) погрешности. Процесс получения результата измерений или интерпретации специалистом, имеющим определенный уровень знаний, опыта, квалификации, нельзя считать случайным процессом. Поэтому вносимые специалистом погрешности относятся не к случайным, а к личностным (субъективным), которые не поддаются вероятностной трактовке, и их изучение требует привлечения нестатистических методов. Так как величина субъективных погрешностей на этапах регистрации и обработки данных ГИС велика, и их вклад в суммарную погрешность зачастую является определяющим, требуется разработка новых нестатистических подходов к учету личностных погрешностей операторов и интерпретаторов на основе математического аппарата теории нечетких чисел, предназначенного для обработки субъективных данных.

Таблица

Относительные погрешности (%) оценки параметров коллекторов по данным ГИС с использованием разных способов обработки