CC BY
17
100 м. Масштаб 1 : 5000 определяет минимальный размер выделяемого элемента 50 м. Построение моделей разрезов, изображенных на рис. 3,6 и рис. 3, в, производилось с помощью процедуры 4.2. При построении модели масштаба 1 : 10000 корреляция отдельных элементов между соседними скважинами выполнялась с учетом особенностей обобщенной модели. Построение модели масштаба 1:5000 производилось с учетом особенностей модели масштаба 1 : 10000. Кроме того, надежность увязки элементов контролировалась определением в каждом случае коэффициента правдоподобия для всех элементов моделей соседних скважин.
Таким образом, автоматизация интерпретации петрофизических данных реализуется за счет создания детерминированных процедур определения физических классов, построения дискретных моделей разрезов скважин, определения характера обобщенной модели разреза. Важным условием является предоставление интерпретатору возможности корректировки результатов компьютерного анализа на всех этапах интерпретации и возможности выбора последовательности выполнения процедур. Кроме того, предлагаемая последовательность построения моделей разных масштабов (от мелких масштабов к более крупным) позволяет в некоторой степени сократить количество возможных вариантов решения.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Вахромеев Г. С., Давыденко Д. Ю. Моделирование в разведочной геофизике.— М.: Недра, 1987,—192 е., ил.
2. Вычислительные математика и техника в разведочной геофизике: Справочник геофизика / Под ред. В. И. Дмитриева.— 2-е изд., перераб. и доп.— М.: Недра, 1990.— 498 е., ил.
3. Ломтадзе В. В. Программное обеспечение обработки геофизических данных.— Л.: Недра, 1982.
4. Сапожников В. М. Использование диаграмм каротажа для петрофизического картирования рудовмещающих горных пород: Методика поисков и разведки глубоко-залегающих рудных месторождений // Межвузовский научно-тематический сборник-Свердловск, 1977. Вып. 1,—С. 11—19.
5. Серков В. А. Программное обеспечение интерпретации каротажа КС при петро-физическом картировании//Теория, методы интерпретации и математического моделирования геофизических полей.—Свердловск, 1991,—С. 70—76.
6. Сысков С. С. Приближенный способ разделения полимодальных распределений // Геофизические методы поисков и разведки рудных и нерудных месторождений: Межвузовский научно-тематический сборник,—Свердловск, 1984. Вып. 11.— С. 77—82.
УДК 620.550
О. В. Ошкордин
КОМПЛЕКСНЫЙ АНАЛИЗ СЛОЖНЫХ ГЕОЛОГО-ТЕХНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ БУРЕНИЯ
Постепенный переход от сугубо эмпирической технологии разведочного бурения к рациональной, опирающейся на системные закономерности взаимосвязей различных элементов технологии, предполагает, в частности, строгое определение понятия «сложные условия бурения» — одного из ключевых понятий технологии разведочного бурения. Фиксация системных взаимосвязей в этом случае позволяет формализовать разветвленные цепи причинно-следственных езязей, осуществлять компьютерное моделирование аномалий технологического процесса и прогнозировать последовательное развитие отклонений от нормального хода технологического процесса бурения, приводящих к технологическому браку, осложнениям и авариям.
Определим понятие «сложные условия» как такое состояние геологического объекта (месторождения, инженерно-геологического блока, коллектора подземных вод), при котором ни одна из существующих типовых (стандартных) технологий не обеспечивает достижение необходимого технологического результата с приемлемой вероятностью.
Сложный в геолого-техническом отношении объект содержит в своем составе элементы, технологические свойства которых предъявляют
• технологии бурения противоречивые, взаимоисключающие требования. Причем, это относится не только к характеристикам физического состояния горных пород, слагающих разрез, но и к задачам разведки, решаемым средствами бурения.
Так, например, проходка неустойчивых песчано-глинистых отложе-
• ■•:й или песчано-гравийных отложений большой мощности без особых :ложнений осуществляется вибрационным способом бурения с опережающей обсадкой. Осложнение разреза наличием щебенистых кор выветривания с высоким содержанием крупного щебня крепких пород -нпа гранитов может преодолеваться переходом на вращательное ме-I ;ническое бурение с промывкой. Но в том случае, когда разведка ведется на золото, касситерит или другое полезное ископаемое, представ-"енное тяжелыми минералами, применение механического бурения с ::о.мывкой не допускается по условиям опробования.
Если при этом появляются еще и геолого-технические ограничения --именения ударноканатного, наиболее универсального, способа (напри-*ер, наличие плывунов в разрезе) или шнекового бурения, то решение ззлач разведки требует применения нестандартной, соответствующей только данному разрезу технологии бурения.
Условие сложности геолого-технических условий может быть в формализованном виде представлено в символах теории множеств струк-- •рной формулой
{*,}х - (#}, - (МФ,) - {= {2У}1 п
{2/}
1уП„ - (МФп> - Шп={21)п
{*/} = {у]) 1-п - (МФг-п) (У?) = Шч-п Я {2,1
/(СБ).
(1)
Здесь {^1}I {л:,}„ — множества задач разведки (анализов, замеров, наблюдений), решаемых средствами бурения при получении технологи--г:кого результата МФи МФп\ {#[}|{у\)п — аналитические возможно-:ти результатов бурения А/Ф,; МФп; {у?} ь — ограничения анали-
тических возможностей результата; {.*;•}—совокупность признаков гео-го-технических условий бурения; {у]} 1-я — необходимые физические }гловия получения результатов МФ\, МФп\ {у]} — физические условия, : "раничивающие возможность получения результатов; {г^}—совокупить признаков целевого назначения элементов средств бурения; (г)—совокупность признаков области применения средств бурения; ' СБ) — эмпирическая функция совместимости элементов средств бурения (задается в форме матрицы).
Данное выражение является исходным пунктом анализа — оно со-:гэжит в неявном виде алгоритм прогноза и принятия технико-техно-" этических решений, но требует наполнения реальным содержанием от-= *-шения между элементами технологической системы (характеристиками объекта, средств и результатов бурения), установления взаимосвязей #ежду ними и количественной форме,
Технологической практикой разведочного бурения накоплен большой :~-Ыт, фиксирующий влияние физико-механических и инженерно-геоло-
его истирания, устойчивость стенок скважины, их гидроглёэкэсжость или, наоборот, гидроизоляцию, состояние околоствольяого гхстр 1=СТБЛ и возможность постановки различных геофизических, гидрогеологических, инженерно-геологических и других исследовании.
Выведено немало математических зависимостей, выражающих взаимосвязь тех или иных характеристик результата бурения от геслого-технических и технико-технологических условий бурения. Од::акэ непосредственное использование частных математических зависимостей в комплексной математической модели сопряжено с рядом практически непреодолимых трудностей, проистекающих из системного взаимовлияния элементов математической модели.
В принципе несложно оценить с приемлемой погрешностью прогнозируемую величину выхода керна при заданных условиях и соответствующим образом спроектировать режим бурения. Но если при этом требуется одновременно учесть и обеспечить технологическими средствами траекторию трассы скважины, состояние стенок разведочного пересечения и околоствольного пространства, то частная математическая зависимость теряет свое непосредственно практическое значение.
Формальная задача несколько облегчается тем обстоятельством, что для прогноза развития технологической ситуации в сложных условиях с целью оценки вероятности аварий, осложнений и технологического брака достаточно фиксировать только аномальные проявления, не затрагивая функциональных или стохастических зависимостей в полном объеме. ,
В этом смысле большой интерес для прогноза разнообразных аномальных явлений при бурении в сложных условиях представляет метод, основанный на так называемых устойчивых распределениях.
В. Т. Дубинчук (ВСЕГИНГео) в 1986 году на II Всесоюзной конференции по системному анализу изложил результаты своих исследований устойчивых распределений характеристик геологической среды [3]. В результате исследований им убедительно доказано наличие устойчивых, главным образом квазигиперболических (близких по форме к гиперболе) зависимостей при оценке проявленности (величины) самых разнообразных характеристик геологической среды: мощностей угольных пластов и объемов рудных тел, масштабов месторождений того или иного вида сырья и размеров обломочного материала в рыхлых отложениях. Исследования подобного рода не единственные, но в данном случае значение имеет широта охвата предмета исследования, выделение форм выражения устойчивых распределений и попытка связать их с классическими устойчивыми распределениями, используемыми для анализа других сложных естественных, технических и общественных систем (распределения Ципфа, Уиллиса-Лота, Лотка, Парето).
Мои личные наблюдения, результаты изучения характеристик геолого-технических условий на разных месторождениях полностью подтверждают выводы В. Т. Дубинчука.
Выявление устойчивых распределений характеристик геологической среды В. Т. Дубинчук предлагает производить в следующих формах.
Аллотропическая форма:
у(х)=АгхУ},
где у и х — параметры геологического объекта, взаимосвязь между которыми подчиняется закону устойчивого распределения; Л, — коэффициент, получаемый в результате статистической обработки случайных замеров; у) — показатель степенной функции.
Аллотропическая форма позволяет, например, прогнозировать протяженность пласта по его вскрытой мощности с той или иной долей вероятности для данного типа полезных ископаемых.
Частотная форма:
п(х) =Ai- х 1,
где п — частота проявления фиксированной характеристики х.
Прогноз мощности плывуна, возможный размер валунов в рыхлых тложениях, размер каверн, интенсивность кливажа, раскрытость тре-лин — эти и многие другие характеристики геологической среды эффективно прогнозируются на основе частотных распределений.
Вероятностная форма:
4 1 N
где Р — доля объектов п, обладающих параметром х среди полной их говокупности N.
Ранговая форма:
Х(г)=АггУ>,
где г — ранг объекта, обладающего свойством х.
Данная форма выражения устойчивых распределений позволяет определить место (ранг) характеристики определенной величины среди всего спектра характеристик.
Значение устойчивых распределений характеристик геологической :реды в технологическом анализе разведочного бурения обусловлено тем обстоятельством, что аномалии технологического процесса бурения, свойственные сложным условиям и чреватые авариями, осложнениями и технологическим браком, имеют непосредственную причину в характеристиках геологического объекта. Величины мощности интервалов катастрофических поглощений и напорных плывунов, размеры зон кавернообразования и т. д. определяют выбор технологий и успех их реализации.
Выявление и количественная оценка вероятности проявления, а также масштабов и рангов возможных неблагоприятных в технологическом отношении геологических факторов является первой ступенью анализа, применимого к крупным объектам, где буровые работы в больших масштабах ведутся десятки лет. Примером может служить Дегтярский горнорудный район, где буровые работы ведутся более 200 лет, но по-гтоянное обновление технологии бурения не позволяет накопить опыт, достаточный для предотвращения неблагоприятных технологических явлений— по настоящее время бурение в сложных разрезах Дегтярского горнорудного района сопровождается большим количеством аварий, осложнений и разнообразного технологического брака.
Вторым этапом, базирующимся на изучении устойчивых распределений характеристик района работ и использующим ту же методику целенаправленных статистических исследований той или иной формы, является выявление устойчивых распределений аномалий процесса бурения: характера и тяжести обрывов снаряда, прижогов коронок, их за-полирований и случаев аномального износа, самозаклиниваний керна, распределение аварий и осложнений по видам и тяжести.
Результатом данного анализа является количественная оценка «веса» и вероятности проявления осложнений, аварий, а также обусловливающих их факторов.
При разработке методики комплексного прогноза развития технологических ситуаций в сложных условиях нелишним является обращение
* Заказ 134
49
к опыту других сложных видов производственной деятельности, где ус-1 пешное ведение технологического процесса определяется большим количеством нерегулируемых, а зачастую и невыявляемых факторов.
В мировой технологической практике известен метод профессора Исикава (метод «рыбьей кости»), разработанный в Японии в середине 50-х годов для выявления причин и предупреждения брака в сложных технологиях, не поддающихся однозначному контролю (главным образом, при производстве сложной вычислительной и электронной техники) [2].
Разумеется, речь не идет о механическом перенесении методики из области производства вычислительной техники в бурение — речь идет лишь об использовании идеи. Трудно сказать, имеются ли какие-нибудь глубокие, коренные причины отказа от использования опыта технологий высшего уровня в бурении, но разумных оснований для этого не усматривается. Тем более, что в арсенале технолога имеется такой мощный инструмент, как вычислительная техника.
Метод заключается в построении экспертным путем цепи причинно-следственных связей от общего к частному. Первоначально выделяются факторы самого общего порядка, образующие «стволы» будущего ден-дрографа и получившие в методике Исикава название «отцов». Методика предусматривает специальную процедуру экспертного опроса, но очевидно, что в разных технологиях эта процедура имеет специфику.
Далее к каждому «отцу» присоединяются его «дети», к ним — «внуки», к последним — «правнуки» и т. д. Построение дендрографа ведется до тех пор, пока не будет выделен внешний контур факторов — те конечные (элементарные) звенья цепей причинно-следственных связей, которые поддаются непосредственному регулированию и целенаправленное воздействие на которые позволяет в комплексе блокировать негативные явления, присущие буровым работам на данном объекте.
Самые разнообразные факторы: от величины температуры в рабочем помещении (если установлено ее влияние, например, на быстроту реакции оператора буровой установки, что имеет значение для предупреждения прижогов, развивающихся при алмазном бурении за 5—7 сек.), до значений главных параметров режима бурения — посредством схем Исикава объединяются в единую сеть, строение которой характерно для данного объекта разведки и может анализироваться средствами вычислительной техники.
«Внешний контур» факторов технологического брака, осложнений и аварий служит основой для выбора технико-технологических решений, совместимых в одном процессе. Выбор решений, предупреждающих те или иные аномалии процесса бурения, технологической проблемой не является: предупреждение заполирования, чрезмерного износа или при-жога коронок, предупреждения искривления скважин и т. д. обеспечивается известными технологическими средствами. Технологической проблемой в сложных условиях является комплексное совмещение решений, выбор интегральных действий, удовлетворяющих всему комплексу условий.
В технологической практике монтажа сложных конструкций известен так называемый «метод морфологического ящика», разработанный австрийским астрономом Цвнкки и впервые примененный при монтаже сложных радиотелескопических систем [1|.
Тот факт, что данный метод никогда не использовался в технологии разведочного бурения, не может служить основанием для отказа от него при разработке методик компьютерного анализа и прогноза развития технологических ситуаций в бурении.
Бурение в сложных условиях имеет принципиальное сходство с монтажом сложных конструкций по ключевому признаку: и в том и в дру-
гом случае жесткое обеспечение одного параметра требований (монтажного и технологического) с неизбежностью усугубляет осложнение по одному или нескольким другим параметрам требований к результату работ.
Полная матрица технологической ситуации на объекте, построенная по методу Цвикки, образуется из отдельных строк-матриц аномальных явлений и содержит в своих ячейках факторы, необходимые для реализации этого аномального явления.
Факторы (критические значения режимных параметров, схемы реализации промывки и керно-шламоотбора в кодированном виде и т. д.) могут браться из схем Исикава. Полная матрица технологической ситуации на объекте расписывается затем в факторные цепи (удобнее всего эту операцию проводить с помощью компьютера): по одному фактору из каждой строки, начиная с верхней строки до нижней, выписываются в последовательную цепь. Затем, с помощью банка данных, построенного на основе выражения (1) и обрабатываемого по алгоритму, выводимому из этого условия, автоматически или экспертным путем подбираются технико-технологические решения, позволяющие одновременно блокировать все или часть неблагоприятных факторов, образующих данную цепь.
Таким образом выбираются совместимые технологические решения, в комплексе соответствующие комплексу задач и условий бурения на данном объекте.
При необходимости (при чрезмерно большом количестве анализируемых факторов) возможно их «укрупнение» по известному в статистике методу корреляционных плеяд.
Основу предложенной схемы технологического анализа составляет условие взаимосвязи системы характеристик, математическое выражение которого представлено формулой (1). Системная увязка характеристик объекта, средств и результатов бурения дает возможность использовать известные формальные методики структурного анализа факторов и тем самым позволяет использовать в технологии разведочного бурения опыт высокоорганизованных технологий.
Предпринятая в данной статье попытка использования методологии системного подхода в технологическом анализе не является умозрительной или чисто теоретической — данная схема апробирована на ряде месторождений и по мнению участников опытно-методических работ, включая технологов-практиков, может служить основой комплексной методики прогнозирования технологического брака, осложнений и аварий в бурении.
Возможности, которые предоставляет технологу-буровику методология системного анализа и вычислительная техника, являются серьезным резервом повышения эффективности бурения, и они должны использоваться.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Гличев А. В. Прикладные вопросы квалиметрии,— М.: Изд-во стандартов, 1983.
2. Дружинин Г. В. Методы оценки и прогнозирования качества,—М.: Радио и связь,—1982.
3. Дубинчук В. Т. О применимости предельных устойчивых распределений к описанию свойств геологических систем//Тезисы докладов 2 Всесоюз. конф. «Системный подход в геологии» — М.: МИНГ, 1986,— С. 100—101.
4*
51
