CC BY
13
Чиркова Л.Н.1, Дегтянников А.И.2, Борщик Д.В.3
гСАФУ имени М.В. Ломоносова, г. Архангельск, к.п.н., доцент кафедры экспериментальной математики и информатизации образования института математики, информационных и
космических технологий, [email protected]
2 САФУ имени М.В. Ломоносова, г. Архангельск, магистрант, gis2006@ mail.ru
3 САФУ имени М.В. Ломоносова, г. Архангельск, магистрант, 2408da @ mail.ru
К ВОПРОСУ О РАЗРАБОТКЕ КОНТЕНТА ДИСТАНЦИОННОГО КУРСА «ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА» ДЛЯ ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ В ОБЛАСТИ ГЕОЛОГИИ И РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
УГЛЕВОДОРОДОВ
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Геоинформационные системы, ГИС-технологии, электронный ресурс, дистанционное образование.
АННОТАЦИЯ
В статье представлен результат разработки электронного ресурса «Информационно-аналитическая система» на примере Войвожского месторождения углеводородов, который планируется реализовать как универсальный научно-образовательный контент для подготовки специалистов в области геологии и разработки месторождений углеводородов.
Современный этап научно-технического прогресса в геологии, геофизике характеризуется внедрением новых компьютерных технологий. Повышение эффективности исследований в этих областях связывают с необходимостью использования новейших разработок в области подготовки специалистов по направлениям автоматизированной обработки и анализа информации. Растущие потребности в нефтегазовых продуктах и ограниченное предложение нефти и природного газа являются причиной того, что многие нефтяные и газовые компании обращают свое внимание на географические информационные системы (ГИС) как на ключ к решению проблемы сохранения конкурентоспособности. Современные технологии управления банками данных с использованием геоинформационных систем предоставляют принципиально новые возможности по информационному обеспечению конкретного пользователя, не исключая при этом и традиционных средств организации управления данными.
Как правило, высшие учебные заведения готовят ИТ-специалистов с опорой на ФГОС ВПО по направлению подготовки «Прикладная информатика» «Информационные системы и технологии» и др.. Однако при их подготовке не учитываются конкретные потребности предприятий — будущих работодателей. В связи с этим предпринята попытка создания экспериментального дистанционного курса, обеспечивающего знакомство будущих и настоящих специалистов, работающих в области геологии и разработки месторождений углеводородов, с конкретными аспектами работы в данной отрасли с учетом специфики конкретного предприятия. Поэтому целесообразно решить вопрос о подготовке или переподготовке специалистов непосредственно на предприятии или дистанционно по адаптированной под заказ предприятия программе.
Программа дистанционного курса должна включать знакомство с ГИС -технологиями, программным обеспечением, используемым или планируемым к использованию на производстве, практические занятия по овладению навыками работы с картографическим материалом, обработкой данных, освоением методики работы с информационно-аналитическими системами и др.
С момента появления на рынке программного обеспечения ГИС-технологии рассматривались как инструмент для расширения функциональных возможностей имеющихся программных комплексов, которые позволят:
• обеспечить геологов необходимым тематическим картографическим материалом для
решения задач планирования и контроля геологоразведочных работ, а также задач, связанных с вопросами выполнения лицензионных соглашений;
• предоставить геологу, выполняющему работы комплексной проверки и подготовки данных, качественно новую возможность пространственного представления связанных разнородных данных по объекту анализа (скважина, пласт и т. п.);
• предоставить инструментарий для анализа пространственной геолого-геофизической и промысловой информации для прогноза при принятии управленческих решений разработки и эксплуатации месторождений.
Решение вышеперечисленных задач обеспечивается использованием программных комплексов GIA, Petrel, MapInfo, Gintel которые были интегрированы в единую информационно-аналитическую систему (ИАС) путем использования среды разработки программного обеспечения Visual Basic и набора элементов ActiveX/OCX разработчика приложений MapInfo MapX. Принцип работы информационно-аналитической системы для решения задач геологии и геофизики можно представить на рисунке 1.
Рис. 1. Схема ИАС
Чтобы понять основные специфические особенности работы ИТ-специалиста в сфере геологии и разработки месторождений углеводородов, рассмотрим наполнение содержания дистанционного курса «Информационно-аналитическая система» на примере Войвожского месторождения нефти и газа.
Значительная часть информации о месторождении, открытом еще в начале XX века и законсервированном в 60-х годах в связи с низкой рентабельностью применяемых в то время технологий, хранилось в архивах ОАО «Ухтанефтегазгеология» в бумажном виде. Для построения модели месторождения в современном программном комплексе Petrel необходим сбор и анализ всех данных о месторождении с последующим переводом их с бумажного носителя в цифровой вид. Для этого потребовалось сканирование архивных документов, корректировка с использованием Photoshop, работа с растровыми изображениями по сшивке фрагментов и их привязке к одной из используемых в настоящее время системе координат, проведение операции по реструктуризации данных, преобразования растровых изображений в векторные, проекционные преобразования, топологическая обработка данных и работа с внешними и внутренними (атрибутивными) базами данных.
Чтобы решать производственные задачи, вести наблюдение за разработкой, проводить планирование работ, осуществлять разнообразную обработку и анализ данных специалистам-геологам необходимо освоить ГИС-технологии. Одним из примеров планирования работ является размещение объектов обустройства месторождений. В данной задаче основными критериями являются минимизация вредного воздействия на окружающую среду, оптимизация денежных и материальных ресурсов, оценка состояния территории в течение всего периода эксплуатации месторождения и оценка затрат на рекультивацию. Традиционно эта задача решается на основе
анализа картографических и аэрофотоматериалов, данных геологических фондов, проведения полевых работ и заканчивается подготовкой и рассмотрением нескольких вариантов размещения объектов.
Для размещения объектов обустройства месторождений в электронном виде необходимо знание ГИС. На основе изучения публикаций и практического знакомства с отдельными программными продуктами из всего многообразия зарубежных и отечественных ГИС нами была выбрана ГИС MapInfo [1]. Система MapInfo больше всего распространена на территории России благодаря своей относительно невысокой цене, удобстве использования при создании интерфейса и подключении дополнительных модулей. MapInfo Professional позволяет создавать свои собственные приложения при помощи встроенного языка MapBasic и MapInfo. Легко добавить мощные картографические функции в собственные разработки позволяет MapX (картографический ActiveX компонент). MapX основан на тех же картографических технологиях, которые используются в основных продуктах MapInfo, таких как MapInfo Professional и Microsoft Map.
При помощи средств и языка программирования Visual Basic 6.0 разрабатывается геоинформационная система IAS для хранения и обработки геолого-геофизических данных, пространственного анализа, справочного обслуживания [2]. К геоинформационной системе IAS подключается комплекс программ анализа геоданных GIA [3], позволяющий решать широкий круг задач обработки и анализа геолого-геофизической информации, в частности, задачи прогнозирования геологических объектов и явлений на основе системно-модельного подхода и метода аналогий.
Разрабатываемая под конкретные задачи геоинформационная система представляет собой распределенную базу картографических и атрибутивных данных, структурированных и типологически связанных между собой по трем масштабным уровням (рисунок 2):
1. региональному (масштаб 1:1 000 000);
2. территориальному (масштаб 1: 25 000);
3. локальному (масштаб 1: 5 000).
В разработанном курсе региональный уровень представлен данными по всей территории Тимано-Печорской провинции и содержит различного рода информацию, такую как: структурные карты по горизонтам нефтегазоностности, спутниковую карту, топооснову, административную карту Республики Коми. Все объекты карты нефтегазоносности ТПП разделены на классы: гидрография, нефтегазоносные области, нефтегазоносные районы, границы лицензионных участков, тектонические структуры, структуры (объекты перспективные для поиска залежей нефти и газа), месторождения.
В свою очередь, на основе атрибутивных данных класс месторождений разбит на подклассы: по типу полезных ископаемых, по состоянию месторождений. Класс структур также делится на подклассы по принадлежности к соответствующему фонду: выявленные, подготовленные к глубокому бурению, введенные в бурение, выведенные из глубокого бурения, выведенные из глубокого бурения с отрицательным результатом, находящиеся вне фондов. На этом уровне система предоставляет возможность через пользовательское меню получить доступ к справочной информации по нефтегазоносным областям, а выбрав месторождение или структуру — просмотреть запись атрибутивной базы данных.
На территориальном уровне представлены топологические карты Вой-Вожской площади. В систему IAS включен полный спектр имеющихся цифровых и растровых карт (содержит гидрографические, топографические, структурные карты, карты изохрон, аэрофотоснимки, литолого-стратиграфические разрезы и данные каротажа по некоторым скважинам, а также карты гравитационного и магнитного поля).
Локальный уровень ГИС предполагает используемые исходные данные второго уровня, а так же информацию о скважинах для получения новых данных загрузить в пакет Petrel, средствами которого и формируется третий уровень IAS GIS — системы по Вой-Вожскому месторождению углеводородов, включающий в себя трехмерные геологические модели пласта 1б, 1в, 1г участка месторождения. В систему также подключены базы данных, содержащие паспорта скважин (категория скважины, административная принадлежность, начало бурения, окончание бурения, возраст забоя, глубина забоя, результат бурения).
Региональный уровень
Территориальным уровень
Локальный уровень
Координатная сеть
Гидрография
НаСбЛвнныв Пункты
Автодороги
Ж/Д ДОООГЭ
Границы лицензионного участка
Линии электропередач
Скважины
Абсолютные отметки рельефа
Растительный покрое
Изолинии по горизонтам
Аэрофотоснимки
Спутниковая карта
Магнитное поле
Гравитационное поле
Фото материал
Профиля
Изобары
Нефтегазоносные области
■-» Тектонические нарушения
Контуры нефтеносности(гэюноскости)
Рис. 2. Распределенная база картографических и атрибутивных данных
Для создания компьютерной (цифровой) постоянно действующей трехмерной геолого-технологической модели месторождения с целью повышения экономической эффективности его доразработки планируется, что специалист должен иметь хорошую подготовку по компьютерной графике, владеть технологией моделирования, которая позволит оперативно отслеживать текущую структуру запасов, находить оптимальные, экономически оправданные варианты извлечения оставшейся нефти, прогнозировать результаты намеченных геолого-технологических мероприятий, сокращать непроизводительные затраты без ущерба для нефтеотдачи.
Кроме того, ИТ-специалист в области геологии и разработки месторождений углеводородов должен уметь проводить гравиметрические исследования на территории месторождения. Поэтому в содержании курса должны быть включены примеры выполнения таких работ.
Например, в содержании предлагаемого дистанционного курса для наглядности выполнено итерационное осреднение поля и построены карты остаточных аномалий в системе GIA [4,5,6]. Для выбора оптимальных параметров при построении карт изменялся шаг дискретизации, фон в разных масштабах. Для решения структурных задач при аэромагнитных съемках масштаба 1:50 000 и 1:100 000 оптимальным является параболический учет регионального фона и шаг дискретизации равный единице.
Изучаемая территория покрыта региональной съемкой масштаба 1:200 000. В результате проведенных гравиметрических работ была получена карта поля силы тяжести с сечением 2 мГал. В центральной части карты расположены Седьельский и Вой-Вожский максимумы поля силы тяжести северо-западного простирания. Юго-западная часть площади характеризуются наличием
высокоградиентной зоны, напряженность поля составляет 2 мГала на километр. Вой-Вожское месторождение располагается на границе зоны сочленения двух крупных тектонических элементов Тиманского кряжа и Омра-Сойвенской ступени Ижма-Печорской впадины. Восточнее исследуемой территории гравитационное поле меняет простирание изолиний с северо-западного на широтное. Напряженность гравитационного поля уменьшается в восточном направлении по мере погружения фундамента.
Исходное поле силы тяжести в данной работе представлено с различным шагом дискретизации 0.25, 0.5, 1; с различным фоном (линейный, параболический) и учетом анизотропии поля. Выбранные параметры 0.5, фон параболический в масштабе карты 1:200 000 позволяет более точно отображать структуру гравитационного поля.
В результате экспорта данных в программу GIA было получено остаточное гравитационное поле с оптимальными параметрами осреднения. Полученное поле достаточно дифференцировано и представляет собой чередование положительных и отрицательных аномалий северо-западного простирания. В северо-восточной части площади отмечается гравитационный максимум простирания близким к широтному.
Наличие локальных положительных аномалий соответствует крупным структурным осложнением осадочного чехла, выступам в фундаменте и интрузиям основного состава. Учитывая региональный характер гравитационного поля, делать выводы о локальных осложнениях осадочного чехла не представляется возможным.
В региональном гравитационном поле Южный Тиман и Омра-Сойвинская ступень — это единая положительная аномальная зона, которой соответствует отрицательное магнитное поле, т.е. по потенциальным гравимагнитным полям можно говорить о едином составе нижнего структурного этажа [7]. Исходное магнитное поля масштаба 1:100 000 представлено с различным шагом дискретизации от 0,25 до 1. Рассматриваемые карты характеризуют различную детальность магнитного поля. При построении карт был использован линейный и параболический фон. Использование различного фона может быть применено при решении разнообразных геологических задач: тектоническое районирование, поиски локальных структур осадочного чехла, изучение фундамента.
Рис. 3. Визуализация карты в ИАС Магнитное поле исследуемого района характеризуется положительными аномалиями характерного северо-западного простирания. Вытянутые, линейные максимумы, вероятно, связаны с зоной тектонического нарушения, по которому происходило внедрение интрузии основного состава. В северо-восточной части рассматриваемой территории напряженность поля меняется, аномалии меняют простирание и величину интенсивности. В магнитном поле четко прослеживаются градиентные зоны, которые, возможно, отображают ступенчатое погружение фундамента в восточном направлении. Юго-восточная часть площади находится в зоне
пониженного значения магнитного поля характерного для Тиманского кряжа.
В качестве вспомогательных методов интерпретации могут быть использованы статистические методы анализа: ассиметрия, эксцесс, коэффициент вариации, которые подробно рассматриваются в содержании курса. Однако, они могут быть использованы на практике только при детальных магниторазведочных работах.
Таким образом, в ходе освоения дистанционного курса «ИАС» будущий специалист сможет проводить оцифровку района месторождения, включая гидрографию, топографию, структурные карты и т.д. Всего в систему вносится множество карт. На основе картографических материалов создается цифровая картографическая подоснова, строятся трехмерные карты водоохранных и прибрежных зон, карты сеток линий стекания, топографические карты, составленные на основе исполнительной съемки, аэрофотоснимки, планы электроснабжения, специальные топографические планы автомобильных дорог и др. Вариант визуализации карты в информационно-аналитической системе показан на рисунке 3.
Ценным является то, что специалист, освоивший курс «ИАС» на наглядном примере сможет на новой карте в информационно-аналитической системе искать объекты по названию, проводить навигации по карте, подключать матрицы высот, открывать новые карты, автоматически наносить на карту объекты из базы данных.
Освоение информационно-аналитической системы позволяет специалисту:
• вывести окно со справочной информацией и просмотреть фотографии отдельных скважин с отображением их на карте при указании курсором на любую скважину в пределах лицензионного участка;
• создавать тематические карты по изогипсам или высотным отметкам рельефа;
• строить трехмерные модели рельефа c использованием технологии трехмерной визуализации параметров;
• управлять и каталогизировать и управление природными и производственными ресурсами;
• получать картографическую продукцию высокого качества;
• распределить зоны обслуживания, оптимизировать размещение инфраструктуры месторождения;
• оценивать и прогнозировать состояния окружающей среды и осуществлять экологический мониторинг;
• осуществлять изыскания под строительство (транспортное, жилищное, промышленное);
• осуществлять кадастровое картографирование земель и объектов собственности;
• производить анализ пригодности земель, осуществлять районирование и производить комплексную оценку территорий;
• планировать и оптимизировать перевозки, осуществлять организацию новых транспортных маршрутов;
• управлять распределенным хозяйством (энергосети, трубопроводы, дорожное хозяйство);
• осуществлять анализ и проводить прогнозирование различных процессов, на основе имеющихся данных;
• предоставляет различным подразделениям компании необходимую географически привязанную информацию для анализа в удобной форме;
• обеспечивать информацией руководства при стратегическом планировании и принятии решений;
• уточнять границы лицензионных участков месторождений, вести подсчет их площадей;
• точно устанавливать принадлежности территорий месторождений различным субъектам Российской Федерации (республикам, областям, краям, автономным областям и округам, городам федерального значения);
• прогнозировать защитные мероприятия на территории месторождения.
Проведение вышеизложенных работ с помощью ГИС, как показывает практика, сокращает сроки их выполнения и улучшает качество, минимизирует затраты на проведение этих работ и дает наибольший эффект в следующих видах деятельности:
• при переходе с традиционных на электронные карты (топография и генплан);
• в управлении поисками, разведкой и добычей полезных ископаемых;
• в управлении мобильным и трубопроводным транспортом;
• в мониторинге результатов эксплуатации месторождения на окружающую среду.
Представленная модель информационно-аналитической системы не является окончательной, скорее это некая базовая структура, служащая для первичного упорядочивания пространственных данных по месторождению, использование которой позволит структурировать накопленные данные, а в дальнейшем модифицировать применительно к задачам.
Освоение дистанционного курса «ИАС» определяет готовность специалистов к работе на конкретном предприятии с учетом заказа работодателя и на основе тесной связи вуза и производства.
Литература
1. Рубцов Б. MapInfo Professional для Windows [Текст]// Компьютер Пресс, 1998. №11 — С. 28-30.
2. Чечин, А. В. Требования к геоинформационной системе крупного региона [Текст]// Технические науки: Сб. тр. аспирантов и магистрантов.- Н. Новгород: ННГАСУ 2002. — С. 146-149.
3. Смирнов Ю.Г., Дегтянников А.И. Разработка проекта информационно-аналитической системы с использованием инструментальных средств MapX на примере Войвожского месторождения углеводородов [Текст]// Материалы 35-й сессии Международного семинара им. Д.Г.Успенского. "Вопросы теории и практики геологической интерпритации гравитационных, магнитных и электрических полей", г.Ухта 29 января — 3 февраля 2006 г., УГТУ с.71-73
4. Шилов Л.П. . Методические основы анализа и интерпретации материалов полевой геофизики и принципы их геологического истолкования (на примере Тиманской антеклизы) [Текст] / учебное пособие // Л.П. Шилов. — Ухта: УГТУ 2008. — 90 с.
5. Ломтадзе В.В. Геоинформационный анализ [Текст] / В.В.Ломтадзе, О.В.Дударева — Иркутск: Изд-во ИрГТУ 2004г. — С.60.
6. Ломтадзе В.В. Об идеологии и технологии анализа геоданных и прогнозирования [Текст]/ В.В. Ломтадзе // Материалы 29-й сессии Международного семинара им. Д.Г.Успенского «Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей». — Екатеринбург, 2002. — С.153-159.
7. Семенова Е.И. Отчет по теме 9347 "Обобщение геолого-геофизических материалов Вычегодского прогиба с целью построения тектонической схемы по фундаменту и осадочному чехлу". Ухта: Печорское государственное геологическое предприятие по геофизическим работам "Печорагеофизика", 1993. — 75 с.
