Уплотнение геофизической информации в процессе каротажа является важной задачей создания компьютеризированной технологии геофизических исследований скважин (ГИС). Решение этой задачи позволит повысить эффективность выполнения основных операций (процедур), входящих в процесс проведения ГИС и обработки их результатов:

• передача информации из скважинных приборов в наземную часть (лабораторию) компьютеризированного геофизического комплекса (КГК), например в КГК “Скважина”;
• аналоговое представление данных ГИС в удобной для оперативного использования форме;
• хранение информации, как в цифровой, так и в аналоговой форме;
• передача информации по наземным каналам связи различным пользователям (ЭГИС, геологическая служба) и др.

Под физическим уплотнением будем понимать преобразование измеренных физических величин в другие физические величины, которые регистрируются и используются в интерпретации. Приме- ром такого уплотнения может служить вычисление кажущегося удельного сопротивления r_k по измеренным величинам силы тока I через электрод А трехэлектродного зонда AMN и разности потенциалов DU между его измерительными электродами М и N по формуле

r_k=kDU/I, (1)

где К – коэффициент зонда.

При выполнении этой операции в скважинном приборе (СП) уплотнение информации происходит за счет того, что из скважины передается одна величина r_k вместо двух, при этом имеем следующие преимущества:

1) с точки зрения передачи информации – уменьшение передаваемого объема информации без потери количества;

2) с точки зрения ее хранения – уменьшение объема данных в 2 раза.

Кроме этого, очевидно, что использование в интерпретации значений r_k более удобно, чем величин I и DU.

Под математическим уплотнением будем понимать преобразование формы представления результата измерения в другой, обычно нелинейной, т. е. замена принятых линейных единиц измерения на нелинейные (логарифмические и др.). Широко применяемым математическим уплотнением информации является кусочно-линейная форма представления геофизических величин (чисел) в каротаже с кратностью 5, 25 и т. д. Эта форма представления каротажных данных основная при регистрации диаграмм электрического каротажа. При цифровой регистрации она без потери точности и загрубления цены единицы измерения позволяет сократить количество знаков в числе, представляющем измеряемую величину, а при графической форме регистрации (рис. 1) – существенно плотнее представить результаты.

1. Алгоритмы физического уплотнения.

Физическое уплотнение рассмотрим на примере стандартного каротажа, который обычно включает каротаж ПС и измерения кажущегося сопротивления (КС) подошвенным и кровельным градиент-зондами с АО 2 м и проводится по всему стволу скважин.

Уплотнение данных КС. Уплотнение информации кровельного NMA и подошвенного AMN градиент-зондов с одинаковой длиной АО заключается в вычислении кажущегося удельного сопротивления r_AMNB четырехэлектродного градиент-зонда AMNB по значениям кажущегося удельного сопротивления кровельного r_NMA и подошвенного r_AMN градиент-зондов и регистрации значений r_AMNB.

Использование данных r_AMNB для решения задач стандартного каротажа (построение геолого-геофизических разрезов скважин по всему стволу, корреляция их и др.) вместо данных зондов AMN и MNA (рис. 2) более целесообразно, так как кривые r_AMNB симметричны относительно пласта, лучше характеризуют его однородность (или неоднородность) и обеспечивают надежную отбивку границ пластов в разрезе скважин. В этом случае количество цифровых данных магнитной записи уменьшается в 2 раза. Использование кривой r_AMNB вместо двух кривых r_AMN и r_NMA упрощает и повышает эффективность интерпретации при сохранении качества получаемых результатов.

1) вычисление величин r_AMN и r_NMA по данным тока I и напряжений DU_AMN и DU_NMA в скважинном приборе с помощью формулы (1);

2) согласование r_AMN и r_NMA по глубине (в скважинном приборе или на поверхности);

3) вычисление величины r_AMNB по формуле:

4) запись значений r_AMNB на поверхности. Операции по пунктам 1, 2 и 3 могут выполняться полностью в скважинном приборе или только часть их (например, по пункту 1).

Алгоритм уплотнения КС указанных зондов после каротажа отличается тем, что в реальном времени каротажа вычисляют и регистрируют на НМЛ и в базу только величины r_AMN и r_NMA . Остальные операции (согласование, вычисление величин и их регистрация) выполняются вычислительными средствами лабораторий после каротажа.

Алгоритм уплотнения данных КС (r_AMN и r_NMA) после каротажа промоделированы на ВКГИС-СМ; результаты приведены на рис. 2.

Уплотнение данных ПС. Естественная разность потенциалов U между электродами М и N равна сумме полезной составляющей, отражающей самопроизвольную поляризацию пород в разрезе скважины Uпс и аддитивной (постоянной) Uа, вызванной поляризацией электродов М и N. Полезная составляющая Uпс обычно составляет небольшую долю от потенциала U (0,1 –0,5). При принятой технологии регистрации ПС аддитивная составляющая Uа компенсируется с помощью компенсатора ГКП. Компенсация с помощью ГКП как бы уплотняет получаемую информацию и позволяет уместить ее в заданной шкале регистрации. Приемы компенсации трудоемки и не всегда успешно решаются оператором. Поэтому они нецелесообразны в компьютеризированной технологии регистрации ПС. Эту операцию можно выполнить другим способом [1] и этим уплотнить информацию. Компьютеризированный процесс регистрации ПС по этому способу разделяется на две части: 1) подготовительные операции при спуске прибора на забой в интервал каротажа; 2) регистрация ПС при подъеме прибора.

Алгоритм подготовительных операций заключается в определении границ диапазона изменения потенциала ПС: минимального Umin и максимального Umaх значений в интервале каротажа Zн –Zк; здесь Zн и Zк – глубины начала и конца интервала каротажа снизу вверх. Определение Umin и Umах проводится путем сравнения измеренного значения потенциала Ui в i-й точке с минимальным U_{min i-1} и максимальным U_{max i-1} значениями потенциала ПС, определенными в предыдущей точке i –1. Если величина U_i внутри интервала U_{min i-1}U_{max i-1} , то минимальное и максимальное значения остаются прежними: U_{min i}==U_{min i-1} и U_{max i}=U_{max i-1}. В противном случае U_{min i}=U_i или U_{max i}==U_i в зависимости от расположения величины U_i, относительно интервала U_{min i-1} –U_{max i-1}.

Вариант I. На каждой точке измерения i вычисляется значение полезной составляющей U_псi:

Uпсi=Ui-Umin, (3)

и регистрация Uпсi, (цифровая и аналоговая).

Вариант II. Вычисление значение Uпсi, в точке i по формуле (3).

Вычисление в этой же точке i значения a'_псi по формуле

a'_псi= (Umax-Uпсi)/(Umax-Umin) (4)

и регистрация a'псi, в аналоговой и цифровой формах *.

Значение a'псi не равно значению a'псi, используемому на практике. Но оно может быть трансформировано в значение a'псi после каротажа при предварительной обработке ПС, с помощью следующего алгоритма.

1. Определение значения a'_{пс гл} в глинах по данным a'_пс (алгоритм этой операции аналогичен определению U_{пс гл}).

2. Преобразование a'_псi в значение a_псi по формуле

a_псi=(a'_{пс гл} –a'_псi)/a'_{пс гл}. (5)

3. Присвоение отрицательным значениям a_псi. значения I при a'_псi>a'_{пс гл}.

Кусочно-линейное уплотнение информации. Кусочно-линейное уплотнение широко применяется в каротаже особенно при аналоговой регистрации данных электрического каротажа (см. рис. 1). Оно заключается в разделении всего диапазона регистрации КС (параметр a_mi в общем случае) на m поддиапазонов (кусков кривой КС), масштабы регистрации параметра a_mi в которых кратны коэффициенту К. При регистрации КС кратность К обычно равна 5. В этом случае коэффициент уплотнения аналоговой регистрации Куа=К^m-1 (при т==5, величина Куа=625).

При цифровой регистрации с кусочно-линейным преобразованием величина параметра a_mi представляется в виде:

a_mi=a_1iK_ц^m-1, (6)

где Кц – отношение цены деления аналого-цифрового преобразователя (АЦП) в m-ом поддиапазоне к его цене в предыдущем диапазоне (коэффициент кратности масштабов преобразования величины при переходе из одного в другой поддиапазон), приведенное к первому диапазону путем деления; a_1i – значение a_mi, приведенное к его значению в первом диапазоне путем деления a_mi на К_ц^m-1. Коэффициент К_ц выбирается таким, чтобы погрешность представления минимального числа в следующем (i+1) поддиапазоне не превышала допустимого значения e_g. Если e_g==0,03, а величины основного поддиапазона равны 128 (8 двоичных разрядов), то К_ц=4. При указанных условиях для цифровой регистрации КС в диапазоне, равном 128•4^m-1, потребуется при m=4 14-ти разрядные двоичные слова (2 байта), и в случае кусочно-линейного уплотнения КС (преобразование по формуле (6)) для записи чисел а_mi потребуется 11 двоичных разрядов (8 разрядов для основного поддиапазона и 3 для записи номера поддиапазона m=4). В результате можно получить уплотнение К_уц=14/11==1,27.

Таким образом, уплотнение при кусочно-линейном преобразовании измеренной величины а_mi, невелико и выигрыш в основном достигается возможностью применения 8-ми разрядного АЦП вместо 15-ти разрядного при прямом двоичном представлении числа.

Кусочно-логарифмическое уплотнение информации. Кусочно-логарифмическое уплотнение отличается от кусочно-линейного тем, что внутри каждого поддиапазона величина представляется ее десятичным логарифмом Lg(a_mi), где m –номер поддиапазона, i – номер точки измерения (регистрации).

e_mi=2,3e_n (7)

где е_n – относительная погрешность натурального логарифма.

Если основной поддиапазон кусочно-логарифмической функции Lg(a_mi) будет реализоваться 8-ми разрядным двоичным числом, то относительная ошибка e_mi будет равна

e_mi=2.3/128=0,018, (8)

т. е. 1,8 % при абсолютной ошибке lg(a_mi), равной единице младшего разряда.

Для обеспечения необходимого диапазона изменения КС от 1 до 10000 двоичных единиц (для оценки кусочно-линейного уплотнения взят диапазон 8192) нужен диапазон изменения lg a_mi от 0,1 до 3,99. Границами логарифмических поддиапазонов будут величины 0,1; 1; 2; 3,99, т. е. весь диапазон измерения будет перекрываться тремя поддиапазонами с номерами m=0, 1 и 2; возможен другой вариант границ: 0,1; 2; 3,99, в этом варианте кусочно-логарифмического уплотнения номера поддиапазонов m=0 и 1. Оценим выигрыши, которые можно получить при аналоговой и цифровой компьютеризированной технологии регистрации в случае реализации кусочно-логарифмического уплотнения информации.

Для цифровой регистрации величины а_mi с использованием кусочно-логарифмического уплотнения при 8-ми разрядном представлении числа а_1i в поддиапазонах преобразователей каротажных диаграмм ФО 18 потребуется 10 двоичных разрядов (8 для числа а_1i и 2 для номера m). Следовательно, получим уплотнение Куц= 14/10=1,4; при этом погрешность отображения результата измерения будет не более 1,8 % (меньше чем в рассмотренном варианте кусочно-линейного уплотнения).

Для аналоговой регистрации a_mi с кусочно-логарифмическим уплотнением данных электрического каротажа (БКЗ, БМК, БК и др.) можно рекомендовать 2 варианта:

1. одномодульный (рис. 3, а), когда L – ширина дорожки поддиапазона, равно Lм, где Lм – значение модуля логарифмической шкалы, см;
2. двухмодульный (см. рис. 3, б), когда L==2Lм. Для интерпретатора более удобен второй вариант, так как в нем в 2 раза меньше прерываний кривой а_mi„ и следовательно, проще определить номер поддиапазона m (масштаба записи п_m) для каждого куска кривой (записи в поддиапазоне). Для отличия разных кусков кривой можно использовать виды линий (сплошная, пунктирная, точечная и др.) или цвет линии (черный, красный, синий).

При кусочно-логарифмическом способе аналоговой регистрации в случае, представленном на рис. 3 (L==10 см), коэффициент уплотнения в обоих вариантах по сравнению с линейным изображением а_mi в масштабе n=l Ом•м/см равен Куа = 10 000/10=1000. По сравнению с применяемым логарифмическим способом аналоговой регистрации (m=4, L=5 см) коэффициент уплотнения К_уа в рекомендуемом нами двухмодульном кусочно-логарифмическом уплотнении равен 2.

* Алгоритм регистрации a'_пс опробован на Раменской скважине с положительными результатами.

1. Сохранов Н. Н., Благовидов В. И., Климов С. П. Способ выделения коллекторов в разрезе скважин. Авт. свид. № 1163296. Заявлено 25.07.83. – № 3625746.

Expediency of geophisical information compression during logging with use of computer, technology is shown. Mathematical and phisical ways and algorithms of information compression in electric logging are regarded; advantages from their realization are analysed.

Рис. 1. Стандартная кусочно-линейная форма представления каротажных кривых. (Цифры 5, 50, 500 и 6250 — значение КС в максимумах кривой)

а — одномодульная; б — двухмодульная