Глава VII. ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ ОБУЧЕНИЯ РАСПОЗНАВАНИЮ ОБРАЗОВ

§ 1. Задача о различении нефтеносных и водоносных пластов в скважине

Одной из первых задач, где применялся метод обучения распознаванию, была решенная в 1963 году задача о различении нефтеносных и водоносных пластов в скважине.

Залегающая в недрах нефть пропитывает пористые слои земной породы. Такие, подобные смоченной губке, пласты называются коллекторными. Они могут быть наполнены не только нефтью, но и водой и обычно чередуются с неколлекторными пластами. Жидкость, пропитывающая породу, испытывает значительное давление, поэтому при бурении в скважину нагнетается глинистый буровой раствор. Каждый пройденный участок одевается трубами, которые цементируются. В результате многокилометровая скважина надежно изолирована.

Теперь относительно тех пород, через которые проходит скважина; эксплуатационникам предстоит решить: во-первых, какие из пластов коллекторные и, во-вторых, какие из коллекторных пластов наполнены нефтью (нефтеносные пласты подлежат вскрытию; в определенном месте скважина пробивается специальным снарядом, и нефть по трубам поступает в нефтеприемник). Число коллекторных пластов в скважине может достичь нескольких десятков и среди них возможны самые различные отношения нефтеносных и водоносных.

При классификации коллекторных пластов на нефтеносные и водоносные существует опасность ошибок двух родов.

Ошибка первого рода приводит к тому, что вскрытый пласт оказывается не нефтеносным (и в нефтеприемник поступает вода). В этом случае скважина требует ремонта: заделывание вскрытого пласта – дорогая и трудоемкая операция.

При ошибках второго рода вскрыты бывают не все нефтеносные пласты скважины и эксплуатационный эффект скважины снижается. Чтобы избежать таких ошибок, с самого начала разработки скважины производится геофизическое исследование пластов, идея которого довольно проста.

Известно, что земные породы обладают сравнительно большим электрическим сопротивлением и поэтому в скважину накачивается раствор с заведомо малым электрическим сопротивлением. Непористые слои породы, не впитав в себя бурового раствора, не изменят свое электрическое сопротивление, в то время как коллекторные пласты, впитав буровой раствор, покажут малое электрическое сопротивление. Кроме того, нефть обладает более высоким электрическим сопротивлением, нежели вода, и поэтому коллекторный пласт, насыщенный нефтью, в свою очередь покажет более высокое сопротивление, чем коллекторный пласт, содержащий воду.

В общем, такие соображения как-то оправдываются. Действительно, на коллекторных пластах отмечается резкое падение сопротивления. Среди самих же коллекторных пластов электрическое сопротивление нефтеносных пластов бывает в среднем несколько выше, чем водоносных .

На практике же оказалось, что геофизические методы позволяют сравнительно надежно различать коллекторные пласты от неколлекторных, в то время как ни один из геофизических методов не позволяет достаточно надежно классифицировать коллекторные пласты на нефтеносные и водоносные.

Почему же это не удается сделать? Во-первых, сами коллекторные пласты бывают разных толщин (от одного до десятков метров) и, чем меньше толщина пласта, тем труднее его классифицировать – сильнее сказываются случайные влияния, вкрапления других пород и т. п.; во-вторых, пористость породы может быть различная, поэтому степень заполнения породы раствором разная и, следовательно, возможно различное сопротивление породы. Классифицировать коллекторные пласты можно было бы, учитывая косвенные влияния на сопротивление породы, т. е., по существу, используя не один параметр, а набор их. Такой набор геофизических параметров составляет стандартный комплекс обследования скважин. Он включает в себя измерения:

1) кажущихся электрических сопротивлений пород при измерениях зондами различной длины (4 зонда);

2) потенциалов собственной поляризации,

3) интенсивности естественного гамма-излучения пород,

4) интенсивности гамма-лучей захвата при облучении нейтронами,

5) диаметра скважины,

6) сопротивления бурового раствора.

По этим измерениям эксперты принимали решения принадлежности пласта к числу нефтеносных. Однако надежность получения таким образом классификации не превосходила 75–85 %.

Поэтому и возникла задача классификации средствами распознавания образов.

Эксперимент ставился на нефтеносных месторождениях Башкирии и Татарии (основной материал относился к девонским песчаникам Татарии). Были собраны сведения о геофизических комплексах 300 вскрытых пластов и 100 примеров пластов (50 водоносных и 50 нефтеносных) были выделены для выработки решающего правила, а 200 – для оценки его качества.

Такое правило было получено, и качество его было оценено как три ошибки на 200 случаев. Так примерно это правило и работало в условиях промышленной эксплуатации.

Надо сказать, что методы обучения распознаванию образов нашли очень широкое применение во многих разделах геологии.