Теплов Е.Л., Соловьев О.Г., Хозяинова Т.В., Гайдамака О.В., Гулькова А.Д., Заварина М.П.
ГУП РК Тимано-Печорский научно-исследовательский центр, г. Ухта, тел.: 8(82147) 51502, 51423; e-mail: agulkova@tpnic.ru; gaidamaka@tpnic.ru
ArcGIS in the Information Infrastructure of a geological prospecting/exploration Enterprise
Государственное унитарное предприятие Республики Коми "Тимано-Печорский научно-исследовательский центр" (ГУП РК ТП НИЦ) – старейшая научно-исследовательская организация нефтегазового профиля на северо-востоке Европейской России. История предприятия напрямую связана с освоением Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции. Оно решает ряд серьезных задач, связанных с изучением геологического строения и нефтеносности Тимано-Печорской провинции (ТПП), выявлением новых зон нефтегазонакопления, исследованием состава и свойств минерального сырья и флюидов, геологическим и технико-экономическим обоснованием направлений геологоразведочных работ на нефть и газ, информационным обеспечением республиканских органов управления и предприятий недропользователей.
Исследования и рекомендации ТП НИЦ базируются на собственных уникальных геолого-геофизических данных, накопленных за семидесятилетний период существования организации и систематизированных в постоянно пополняемом банке геолого-геофизической информации. К настоящему времени предприятие располагает значительными информационными ресурсами, в числе которых:
- геологическая информация по 7270 пробуренным структурно-поисковым, параметрическим, поисковым, разведочным скважинам;
- керновый материал по 2263 скважинам;
- стратиграфические разбивки по 4619 скважинам – более 200 задействованных стратонов;
- петрофизическая коллекция, представленная 82209 образцами по 838 скважинам;
- данные геохимических исследований: 61046 образцов по 1585 скважинам;
- данные геофизических исследований скважин в цифровой форме – более 19500 файлов по 707 скважинам;
- подробная информация по 1061 структуре и 248 месторождениям;
- документы и материалы – более 19200;
- различная картографическая информация геолого-геофизического содержания на колоссальную по охвату территорию.
До недавнего времени богатейший массив знаний был сосредоточен и накапливался в подразделениях предприятия – «владельцах информации». И хотя развитие компьютерных технологий и вычислительные мощности уже позволяли выполнять поиск и обработку информации с высокой производительностью, несовершенство структуры хранения данных препятствовало их использованию в полном объеме. Возникла необходимость объединения источников информации и унификации доступа к ним. Новым централизованным источником информации стал единый банк данных, окруженный современной информационной инфраструктурой. Система регионального банка цифровой геологической информации (РБЦГИ) обеспечивает накопление и сохранность геолого-геофизической информации, получаемой при проведении геологоразведочных работ на нефть и газ, разработке месторождений углеводородов в ТПП и сопредельных регионах. В этом едином банке данных предприятия хранится информация о геологическом строении недр, содержащихся в них ресурсах углеводородов, изученности и состоянии использования этих ресурсов.
Комплекс решаемых задач
Настоящая работа описывает информационно-технологические изменения в решении геолого-геофизических задач, произошедшие в последние годы в Тимано-Печорском научно-исследовательском центре в связи с разработкой и внедрением новых технологических средств хранения и обработки геологической информации. Обобщенная последовательность задач, решаемых специалистами Центра, может быть представлена следующим образом.
- Сбор информации. На этом этапе специалисты обращаются к доступным информационным источникам с целью поиска и первичной систематизации известных сведений о территории-объекте теоретического исследования. Такими источниками могут служить как различного рода архивы, так и результаты текущих, зачастую выполняемых в контексте проводимого исследования, работ на территории-объекте изучения: данные сейсморазведки в 2D и 3D представлении, результаты испытаний скважин, аналитические определения по скважинам.
- Первичный анализ. На этом этапе специалисты сопоставляют данные из различных источников и определяют базовый информационный массив исследования.
- Выработка гипотезы. На этом этапе на основании материалов первичного анализа, содержащих объективированную информацию по проведенным прежде исследованиям, формируются гипотезы о возможных геологических объектах.
- Проверка гипотезы. На этом этапе на основе необъективированной информации о территории-объекте исследования, отобранной в результате первичного анализа, подготавливаются информационные материалы (карты, схемы корреляции, разрезы и пр.) и на их основе проводится фактическая проверка выдвинутой гипотезы.
- Выработка рекомендаций. По результатам проверки гипотезы определяется последовательность дальнейших действий по изучению и освоению территории-объекта исследования.
Приведенная обобщенная структура исследований сформировалась в результате применения системного подхода к решению задач и в неизменном виде используется на протяжении десятилетий. Однако в результате работ по созданию РБЦГИ и внедрения современных технологических средств обработки геологической информации содержание деятельности на части перечисленных этапов было усовершенствовано.
Поиск информации
В прежние годы этап сбора данных – а именно та его часть, которая носит название «разведка архивов» – заключался в поиске информации в архивах, фондах, библиотеках. В первую очередь необходимо было установить информационный источник, в котором предположительно наличествует требуемый материал, затем запросить материал, установить, соответствует ли он целям проводимого исследования, и произвести необходимые операции по копированию. С внедрением компьютерных технологий появилась возможность электронного хранения материалов, которая в полной мере реализована в РБЦГИ. В логической структуре РБЦГИ можно выделить три основных электронных источника информации: банк данных, справочно-информационный фонд и электронный архив.
Первым информационным источником является собственно банк данных фактографических исследований, проводимых и регистрируемых в организации. В соответствии с информационными составляющими в РБЦГИ выделены 11 основных пользовательских подсистем (рис. 1). В их числе подсистемы паспортизации фонда скважин; учета кернового материала, хранящегося в региональном нефтегазовом кернохранилище; сбора и верификации данных геофизических исследований скважин; сбора и обработки результатов лабораторных петрофизических и геохимических исследований; справочно-информационных фондов; учета фонда структур и месторождений; учета лицензионных территорий; учета описаний керна; подсистема «Стратиграфическая характеристика», а также электронный каталог Las-файлов и несколько мелких подсистем. Все они предназначены для пополнения ветвей банка данных. Интернет-использование данных производится преимущественно посредством портала организации, в котором представлены данные о проведенных исследованиях и их конкретные результаты. Каждая из подсистем РБЦГИ предоставляет расширенные возможности учета, построения отчетов, визуализации. На рис. 2 в качестве примера представлена подсистема «Стратиграфическая характеристика».
Рис. 1. Информационные подсистемы РБЦГИ.
Рис. 2. Подсистема «Стратиграфическая характеристика»: а) редактор стратиграфического справочника; б) редактор стратиграфических разбивок; в) программа визуализации стратиграфической колонки; г) отчёты: 1 – стратиграфических разбивок, 2 – стратиграфического справочника.
Второй и наиболее используемый источник – это электронный справочно-информационный фонд (СИФ), в котором учтены материалы, хранимые в реальном справочно-информационном фонде организации (рис. 3). Данные электронного фонда пополняются специалистами реального СИФ с помощью подсистемы учета информации в составе РБЦГИ. Исследователь имеет возможность произвести оперативный запрос о наличии в фонде тех или иных материалов, после чего воспользоваться ими в «бумажном» виде.
Рис. 3. Подсистема справочно-информационных фондов.
Третьим источником информации является электронный архив документов и материалов, который ведется посредством соответствующей подсистемы РБЦГИ (рис. 4). Архив содержит электронные версии тематических отчетов и отчетов о выполнении исследований в виде текстов, таблиц, фотоматериалов. Но табличное и текстовое представление, будучи формально полным, не является адекватным выражением геологической информации. В нём теряются пространственные соотношения между объектами, которые совершенно необходимы при анализе и систематизации данных для решения большинства геологических задач. Для большего удобства и доступности пользователям пространственно привязанной информации был создан ГИС-интерфейс доступа к РБЦГИ. Этот интерфейс является интерактивным инструментом для использования знаний о территориях с размещенными на них объектами и их фактологическими характеристиками.
Рис. 4. Использование подсистемы «Электронный архив».
Все перечисленные источники предоставляют богатые возможности поиска по различным критериям. Их использование позволяет значительно быстрее установить наличие имеющегося материала. Следует отметить, что «разведка архивов» требует от исследователя определенного опыта работы и знания геологической специфики. В то же время сбор данных часто поручается молодым специалистам, у которых, в связи с недостатком опыта, ограничен набор возможных поисковых критериев и навык поиска. РБЦГИ позволяет решить эту проблему, обеспечивая многокритериальную привязку всех материалов. За счет этого исследователь с любым уровнем подготовки может, используя доступный ему критерий, гарантированно найти необходимую информацию. Запрос материала производится по довольно простому, действующему в ТПНИЦ, регламенту предоставления данных, а выполнение операций по копированию материалов вовсе исключается в связи с доступностью их электронных представлений.
Первичный анализ материалов
Методологические основы первичного анализа предполагают создание определенных видов карт, схем и разрезов, предназначенных для сопоставления данных из разных информационных источников. Для выполнения этих работ на предприятии внедрено и используется специализированное программное обеспечение сторонних производителей. Следует акцентировать внимание на этом моменте: прежде для визуализации всей геологической графики, в том числе привязанной по глубинам или координатам, использовались графические редакторы общего назначения, фактически приспособленные исключительно для оформительских задач. Такая компьютерная обработка хотя и была шагом вперед от «бумажной» графики но не могла полноценно удовлетворить потребности исследователей в точности представления, сопоставления и, соответственно, качестве получаемых результатов. Процедуры обработки в таких системах необходимо было выполнять вручную, поэтому выигрыш в скорости был весьма невелик. За счет внедрения специализированного программного обеспечения процедуры обработки тех или иных видов данных упростились, а точность их представления значительно возросла. Сейчас обработка данных геофизического исследования скважин, их представление и построение схем корреляции производится посредством предназначенных для этих целей информационных систем Solver, Lexx, Prizm в составе Landmark Geographix.
ГИС-составляющая
Все картографические материалы подготавливаются в среде ArcGIS, что позволяет устранить множество неявных на первый взгляд ошибок в структурных построениях, особенно при тематических и региональных работах. Помимо этого, легко осуществлять преобразования одних поверхностей в другие с целью повышения репрезентативности материала, производить атрибутивную и пространственную выборку объектов карты для выполнения над ними общих операций, легко представить карту в требуемых территориальных границах и масштабе. Следует также сказать, что карта, выполненная средствами геоинформационных систем, является источником не только визуальных (графических), но и атрибутивных данных, что значительно повышает её потребительские качества. Графические редакторы в такой схеме работы иногда используются для доводки оформления материалов и их печати. Те же специализированные информационные системы осуществляют поддержку деятельности специалистов и на четвертом этапе работы – этапе проверки гипотез, служа подготовке результирующей графической и картографической продукции. Схема технологического процесса создания карт, схем и разрезов представлена на рис. 5.
Рис.5. Обобщенная схема технологического процесса создания картографической продукции.
Хотелось бы подробнее остановиться на особенностях ГИС-составляющей РБЦГИ. К создаваемому ГИС-компоненту пользователями и разработчиками предъявлялись следующие базовые требования:
- объекты карты должны быть связаны с объектами, учтёнными в РБЦГИ;
- необходимая пользователю информация об объектах должна оперативно запрашиваться из РБЦГИ и предоставляться в удобной и привычной для пользователя форме;
- ГИС-интерфейс должен предоставлять возможность автоматизированного формирования некоторых слоёв карты;
- ГИС-интерфейс должен предоставлять возможность подключать к карте пользовательские слои;
- технологическая среда реализации должна предоставлять удобные средства поддержки и оперативного расширения ГИС-интерфейса по мере разработки новых подсистем РБЦГИ;
- ГИС-интерфейс должен позволять неподготовленному пользователю просматривать картографическую информацию, то есть быть простым в использовании и интуитивно понятным.
Вся картографическая продукция центра создается посредством ArcGIS, однако, как показала практика, требование простоты использования картографических данных лучше всего выполнить, создав интранет-представление карты с возможностями просмотра, масштабирования, сложных выборок и предоставления информации по выбранным объектам, но с «готовыми» к просмотру статическими, обновляющимися по регламенту слоями. Создание такого представления выполнено в ТП НИЦ средствами AutoDesk MapGuide (рис. 6). Кроме того, в некоторые из существующих учётных подсистем был встроен MapGuide-компонент, также реализующий интранет-представление и позволяющий получить изображение просматриваемого, добавляемого, редактируемого или удаляемого объекта. Map Guide также позволяет работать с распределённой картографической информацией, привлекая слои, размещённые в различных местах сети (интранет или интернет), и давая пользователю возможность работать с логически единым источником, а владельцам информации разграничивать права доступа к предоставляемым слоям. Схема работы ГИС-составляющей представлена на рис. 7.
Рис. 6. Геоинформационная подсистема РБЦГИ. Обзорная карта Тимано-Печорской провинции.
Рис. 7. Схема работы ГИС-составляющей РБЦГИ.
Кроме того, для оперативного получения пространственных данных в формате картографических слоев средствами ArcMap разработано приложение, позволяющее сформировать слой и нанести его на карту, или просто добавить необходимые атрибутивные данные к слою с объектами, которым сопоставлены идентификаторы РБЦГИ. Вновь сформированные таким образом слои могут включаться к интранет-карту и использоваться для просмотра информации по ним.
Преимущества интеграции
Разработанные средства ГИС-интерфейса позволяют оперативно анализировать ситуацию, подготавливать отчеты, включающие фрагменты карт и таблицы, характеризующие тематические участки ТПП. Налицо совместное использование преимуществ, предоставляемых РБЦГИ как информационной системой, и преимуществ, предоставляемых средствами ГИС. Целостность векторной основы достигается средствами топологического контроля ArcGIS, а целостность атрибутивных данных обеспечивается сервером базы данных. Графические и атрибутивные данные совместно хранятся в базе ГИС-слоёв и в банке данных. Таким образом, ГИС-интерфейс делает границу между этими источниками прозрачной: объекты слоёв всегда могут быть охарактеризованы атрибутивными данными из банка данных, а в некоторых случаях слои могут быть автоматически сформированы и нанесены на карту. Объекты РБЦГИ в учётных подсистемах могут быть найдены в соответствующем слое по идентификатору и графически представлены. Реализуется возможность оперативной интеграции ГИС-данных, представленных базой слоёв, с актуальными данными РБЦГИ. При обращении к данным результаты запросов и тематические карты обновляются в масштабе реального времени, то есть, самая свежая информация всегда к "услугам" пользователя.
Все новые картографические материалы, получаемые в результате исследований, также подлежат учету в хранилище картографической продукции архива документов и материалов РБЦГИ (рис. 8). Таким образом, общее хранилище РБЦГИ постоянно развивается и пополняется, совершенствуются способы доступа к накопленной ранее информации.
Рис. 8. Хранение картографических данных в архиве документов и материалов.
Необходимо особо подчеркнуть, что этапы работы, связанные с выдвижением гипотез и выработкой рекомендаций, остаются прерогативой специалистов предметной области, чьи знания, опыт и интуиция позволяют Тимано-Печорскому научно-исследовательскому центру на протяжении многих лет быть одним из ведущих предприятий нефтегазогеологического профиля на северо-востоке Европейской России.
Пример реализации
Рассмотрим описанную схему решения задач на примере построения схем сопоставления, разреза и структурных карт в составе исследований регионального характера, в частности, работы по анализу фаций и прогнозу распространения коллекторов и покрышек в пределах одной из нефтегазоносных областей Тимано-Печорской провинции.
На этапе сбора данных проводился поиск информации по электронным источникам данных организации, в результате которого для дальнейшей работы был выбран представительный состав разноплановых тематических отчетов 1988-2008 гг. выпуска. Этап первичного анализа позволил выявить скважины для построения типовых разрезов. По ним из электронного каталога Las-файлов были получены данные геофизических исследований скважин (рис. 9а), использованные в работах по построению разрезов в специализированном средстве обработки таких данных – Geo Office Solver. Полученные схемы сопоставления и разрезы были окончательно оформлены для печати и передачи заказчику посредством векторного редактора Corel 12 (рис. 9б). Параллельно шли работы по созданию структурных карт средствами ArcGIS. Основу карт формируют фрагменты, представленные в различных форматах: это и сканобразы графических приложений, и графика, оцифрованная средствами векторных редакторов, и цифровые данные в ASCII-формате. Обобщая фрагменты средствами ArcGIS, специалист выстраивает из них единую поверхность с учетом данных скважин, которые представлены в виде картографического слоя, полученного из РБЦГИ (рис. 10а). Также существует возможность подключить к создаваемой карте слои фациальной нагрузки: линии выклинивания стратиграфических подразделений, границы рифов и фациальных зон (рис. 10б).
Рис. 9. Взаимодействие специализированного ПО и подсистем РБЦГИ при построении разрезов и схем сопоставления: а) определение зоны интересов, подготовка данных; б) доводка и оформление построенных схем и разрезов.
Рис. 10. Создание структурных карт: а) подготовка данных; б) получение из архива слоев с дополнительной информационной нагрузкой; в) оформленная карта.
Все перечисленные слои предварительно или оперативно запрошены из хранилища картографической информации архива документов и материалов РБЦГИ. Одновременно, специалист имеет возможность оперативно корректировать составляющие карту слои с учетом новых структурных построений и данных по скважинам: описаний керна, шлифов, петрофизической характеристики, геохимических данных, результатов опробования и пр., которые также в любой момент могут быть запрошены из РБЦГИ.
Часть работ, таких как построение палеоструктурных карт, требует использования математического аппарата ArcGIS. С его помощью, путем вычитания одной поверхности из другой, были получены слои изопахит, составившие основу палеоструктурных карт по северной части Тимано-Печорской провинции (рис. 11).
Рис. 11. Пример использования математического аппарата ArcGIS: а) создание слоя изопахит путем вычитания поверхностей; б) палеоструктурная карта северной части Тимано-Печорской провинции.
Приведенный пример описывает схему работ с использованием новых методических и программных средств, не затрагивая содержательной части работы специалистов-геологов и геофизиков. Однако выгоды от информационной поддержки, оказываемой этой схемой, огромны: существенно сокращается время, необходимое на сбор и предварительную подготовку данных, информация становится репрезентативной, возрастает точность представления и информационная наполняемость создаваемых карт. Кроме того, результаты каждой из тематических работ, будучи учтены в РБЦГИ с соответствующими привязочными критериями, в дальнейшем составят основу для следующих локальных и региональных исследований.
