В чем особенность GST?

GST - один из немногих программных продуктов, разработчики которого имеют солидный практический опыт в математическом моделировании геологических процессов, картировании, создании цифровых структурных моделей осадочного чехла, как детализированных «локальных», так и региональных. И все это не опыт прошлого. Фактически,   GST   развивается, разрабатывается и тестируется не на «удобных» абстрактных или презентационных примерах, а в ходе реальной работы над серьезными проектами.

 

Задумывая   GST  , мы изначально приняли решение не распылять усилия на все задачи геологического моделирования, а сосредоточиться на реализации решений тех, где мы наиболее конкурентоспособны и имеем богатый практический опыт. Это картопостроение, анализ данных, операции с векторизованной информацией, оперативный подсчет объемов и запасов. Можно сказать, что   GST   эволюционировал именно в ходе практических работ в перечисленных направлениях: со временем в программу добавлялись необходимые опции и автоматизация, а также убирались «тупиковые ветви», не давшие с точки зрения функциональности должного эффекта.

GST – это надежное звено в технологической цепочке. Его архитектура позволяет максимально оперативно загрузить исходные данные (сейсмическую корреляцию, разбивки и пр.), произвести расчеты и экспортировать результаты для дальнейшей работы в других программных продуктах.

 

Картопостроение в GST

Картопостроение, то есть восстановление сеточной модели геологической поверхности (или поля физических свойств) из набора нерегулярных разнородных данных – это главное достоинство   GST  .

 В отличие от существующих на рынке программ, в которых для построения карт предлагается большой список методов восстановления поверхностей, в   GST   реализован один подход: мы назвали его вариационным методом геокартирования (ВМГК). Основы ВМГК начали разрабатываться в 1970-х, результаты исследований неоднократно докладывались на научных конференциях, в том числе и международных, специализированых семинарах, защищались диссертационные работы. С математической точки зрения, ВМГК включает в себя метод конечных элементов для задачи сглаживания обобщенными вариационными сплайнами, метод наименьших квадратов для решения краевых задач математической физики и метод регуляризации А.Н. Тихонова, используемый при решении некорректных задач.

 

 

   Построение детальных структурных карт

Создание структурных карт по относительно компактным областям, когда территория покрыта детальной сетью сейсмических профилей, интерпретированных и увязанных, а также достаточным числом скважин, не представляет особой сложности. В этом случае приемлемую структурную карту можно построить практически любым из известных методов картирования. Другое дело - построение детальных региональных структурных карт по территориям, в должной мере не обеспеченным хорошо согласованными исходными данными. В ряде случаев, ввиду различных причин, принципиально невозможно увязать всю сейсмическую корреляцию или пересмотреть стратиграфические разбивки. Тогда карту приходится создавать из различных «кусков», представляющих собой как результаты интерпретации сейсмических работ, проведенных разными организациями, так и фрагменты карт, построенных другими авторами. Именно в этих неудобных случаях ВМГК и архитектура GST способны дать наилучший результат. Универсальность метода и гибкость интерфейса GST позволяют одновременно использовать в построениях исходные данные различных типов и качества:

Стратиграфические разбивки скважин, представленные в произвольном табличном виде. Результаты интерпретации 3-D сейсмики с возможностью аккуратной увязки с 2-D сейсмикой. Результаты интерпретации 2-D сейсмики с возможностью решения проблемы невязок между профилями. Любая точечная информация, содержащая данные не только о значениях картируемого поля, но и о его дифференциальных характеристиках: градиентах, кривизнах, потоках и т. д. Линии выклинивания, примыкания, глинизации, оцифрованные  изолинии карт и пр. Фрагменты карт других авторов, жестко, один в один, встраиваемые по заданной области. Дифференциальные и статистические связи картируемого поля с картами других геологических параметров. Они задаются в виде алгебраических или дифференциальных уравнений и позволяют связать значения, градиенты или кривизны картируемой поверхности с соответствующими характеристиками других полей. По сути, это то, что во многих западных пакетах называется «трендами», но GST предоставляет здесь более широкие возможности. Данные об анизотропии свойств картируемой поверхности, что особенно важно при построении карт геологических параметров. Интегральные данные. Предоставляется возможность задать значение интеграла по некоторой области, что позволяет, к примеру, построить карту толщин с заданным объемом породы или карту иного параметра с заданным средним значением. Реализован удобный механизм управления весовыми коэффициентами для обеспечения должного качества построений. Веса могут устанавливаться как для целого набора данных, так и для отдельных точек (или групп точек), что особенно актуально при использовании сейсмических данных разной плотности.

 

В GST реализована технология построения больших карт «по частям». Под «большими» картами понимаются сетки свыше 1 миллиона узлов, при этом «рабочими» считаются сетки порядка 10 миллионов узлов и выше, что достаточно для покрытия области, сравнимой с территорией Западной Сибири при детальности картирования 0.5 км. При этом построение «по частям» происходит в автоматическом режиме.

В плане «ручного» редактирования построенных гридов в GST имеются довольно широкие возможности. Однако мы сознательно отказались от непосредственного редактирования сетки пользователем, путем «дергания за узлы». Дело в том, что подобная редакция всегда уникальна, ее невозможно в точности повторить, а это противоречит идеологии программы. В GST есть два основных способа редактирования карты: введение новых точек и изолиний и технология гладких «вклеек». В первом случае пользователь средствами редактирования создает слой точек или линий и добавляет их в процесс перестроения сетки. Во втором, создается специальная «карта-заплатка», которая абсолютно гладко встраивается в основной грид. Технология «вклеек» помогает решать целый ряд практических задач:

Локальная детализация построений в произвольной прямоугольной области. Это аналог технологии «мультигрид», когда итоговая поверхность представляется набором сеток разной детальности. В GST обеспечивается абсолютная гладкость перехода между «вклейками», возможность создавать произвольное число вклеек, в т. ч. и с наложением одной на другую. Локальное редактирование карты. Внутри вклейки пользователь может добавлять или удалять исходные данные, менять параметры картирования, редактировать изолинии карты без риска «испортить» картинку за пределами вклейки. Абсолютно «гладкое» встраивание фрагментов карт. Это возможность совершенно точно, один в один вставить одну сетку в другую по произвольному полигону. Например, пользователь может нарисовать изолинии карты так, как ему нужно, восстановить по ним поверхность и эту поверхность по заданной области встроить в редактируемый грид. «Склейка» с другими картами по границе произвольной формы и сведение нескольких карт в одну.

 

Построение структурных моделей осадочного чехла

Под «структурной моделью» нами подразумевается набор геологических поверхностей и карт толщин, построенных с учетом согласного или несогласного залегания, выклинивания, примыкания, размыва или глинизации. Основная сложность в построении согласованного структурного каркаса заключается в неравномерности распределения исходной информации не только по площади, но и по разрезу: это обстоятельство вынуждает вводить дополнительные условия, устанавливающие закономерность наследования структурных форм при переходе от одной поверхности к другой. В GST для этого имеются широчайшие возможности, которые не ограничиваются простейшим условием, типа параллельности картируемой поверхности и опорной, отстроенной ранее. Через интерфейс программы, в явном виде могут быть заданы соотношения, описывающие различные ситуации: выклинивание пластов на фундамент с постепенным заравниванием палеорельефа и выполаживанием структур, согласное залегание пластов с плавным переходом структурных форм от нижней поверхности к верхней, пласты клиноформного типа и так далее.

Реализованная в GST технология прошла серьезную апробацию на практике. В ходе работ, проводимых в АУ НАЦРН им. В.И. Шпильмана, на ее основе построена подробная цифровая модель юрской части разреза по территории Западно-Сибирской НГП. При сетке картирования 1х1 км, детальность модели достаточна для фиксации структур порядка 0.5 км. Также, начиная примерно с 2005 года, в GST отстраивается и поддерживается более детальная структурная модель осадочного чехла (с сеткой 0.5х0.5 км) по территории ХМАО и прилегающим областям ЯНАО, Томской и юга Тюменской области.

 

Построение карт с разломами

В GST реализован метод раздельного построения пликативной и разломной частей грида, когда итоговая структурная поверхность представляется в виде суперпозиции гладкой составляющей, характеризующей деформационные движения, и дизъюнктивной, определяющей сдвиги вдоль поверхностей разломов. Амплитуда разломов может импортироваться из файлов, устанавливаться пользователем «вручную» или определяться на основе результатов сейсмической интерпретации.

 

Никаких особых ограничений (кроме разумных) на число и конфигурацию разломов не накладывается. Разломы могут пересекать всю область картирования или быть затухающими, образовывать замкнутые блоки и т.д.

 

Построение карт свойств и физических параметров

Понятие «Грид» в GST включает в себя не только структурные поверхности или толщины, но и произвольные функции двух переменных, описывающие поля свойств, физических или геологических параметров. Для корректного картирования этих величин, как правило, совершенно недостаточно стандартных сглаживающих процедур типа минимума кривизны, так как пространственное распределение физических свойств подчинено более сложным законам. В GST есть богатые возможности задавать в явном виде, то есть в виде дифференциальных уравнений, законы распределения картируемого параметра. Вот лишь краткий их список:

Соотношения, типа уравнения Пуассона, описывающие стационарные поля температур, давлений, насыщенности и пр. Правая часть уравнения, а также коэффициенты могут быть функциями координат.

Условие общей конформности или параллельности градиентов, позволяющее строить карту, похожую по форме структур на заданный грид.

Переменная анизотропия. Богатейшие возможности задать для строящейся карты пространственные характеристики эллиптичности структур. Фактор анизотропии, то есть соотношение осей эллипса и направление, могут быть заданы как постоянным числом, так и гридом.

 

 

Калькулятор

Этот программный модуль предоставляет пользователю широчайшие возможности работы с данными проекта: таблицами, гридами, линиями, полигонами. Внешне этот модуль напоминает привычный многофункциональный калькулятор, но его опции гораздо шире:

Это стандартные математические операции с числами – сложение-вычитание, умножение-деление, возведение в степень, тригонометрические функции, логарифмы, экспоненты и пр. Математические, логические и строковые  операции с колонками таблиц и точечными данными. Математические и логические операции с численными сетками (гридами). Дифференциальные операции с гридами: расчет первых и вторых производных по координатам, углов падения, специальных дифференциальных характеристик. Интегрирование гридов по сложным областям, расчет средних по площади значений. Операции с линиями и полигонами: расчет длин, площадей, векторные, теоретико-множественные операции объединения, вычитания, пересечения полигонов. Смешанные математические, логические операции, функции преобразования типов данных.

Фактически Калькулятор добавляет в   GST   элементы программирования. Анализатор команд способен «понимать» выражения практически любой сложности и вложенности.

 

Работа с таблицами

В   GST   в табличном виде представляется довольно широкий спектр данных: точечная информация (скважины, сейсмика), табулированные зависимости, отчетные таблицы и т.д. На данный момент существует аппаратное ограничение на число строк или колонок таблицы порядка 2 млрд. Другое ограничение – оперативная память компьютера. Пользователю предоставляются следующие возможности работы с таблицами:

Стандартное редактирование – удаление-добавление строк и колонок, поиск, навигация и пр. Выборка (выделение строк) по произвольному сложному условию. При этом пользователю нет необходимости записывать условие в виде выражения, оно формируется элементами интерфейса. Простые и специальные виды сортировок. В GST используются сверхбыстрые алгоритмы сортировки, поэтому таблица в несколько миллионов строк обрабатывается за несколько секунд. Математические операции с численными колонками таблицы. Быстрое соединение таблиц по совпадающим признакам. Операция «Откат» (Undo), которая очень помогает пользователю не наредактировать лишнего.

 

 

Работа с 2D линиями и полигонами

Загрузка shape-файлов с атрибутивной информацией, связь линий с DBF таблицей. Стандартное редактирование наборов линий и полигонов – удаление линий, разрезание на фрагменты, в том числе и по заданной длине, слияние линий и т.д. Быстрый алгоритм поиска точек пересечения линий. Создание линий в редакторе с помощью мыши в режиме ломаной линии или гладкой линии (сплайна). Создание линий со строгим прохождением через заданные точки. Создание стандартных геометрических форм (прямоугольники, окружности, многоугольники) заданных размеров и строгой ориентации относительно указанных точек. Этот режим широко используются для создания границ категорий запасов. Масштабные преобразования линий, сдвиги, повороты. Редактирование линий или фрагментов линии в режиме ломаной или сплайна. Логические операции со сложными полигонами: объединение, вычитание, пересечение. Разрезание полигона произвольным набором линий. Все операции производятся в векторном виде.

 

Оценка запасов и объемов

Оперативный подсчет запасов УВ осуществляется в   GST   объемным методом. В программе реализованы следующие возможности:

Быстрый и точный алгоритм интегрирования, позволяющий рассчитать как объемы УВ, так и средневзвешенные значения подсчетных параметров. Гибкий подход к вычислениям: любой подсчетный параметр (мощность, пористость, КИН и пр.) может быть задан как числом, так и численной сеткой (гридом). При этом для каждого элементарного подсчетного участка может быть задан индивидуальный набор подсчетных параметров. Простой и удобный интерфейс, позволяющий в автоматическом режиме устанавливать подсчетные параметры для участков в пределах заданных полигонов. Суммирование запасов происходит по категориям, зонам насыщения или любому произвольному набору полигонов. Геометризация залежи, то есть выделение ее внешних и внутренних границ, может проходить как в «ручном», так и автоматическом режимах. Автоматическая геометризация осуществляется на основе карт по кровле и подошве коллектора, скважинных данных и отметок контактов, в т. ч. и наклонных. Сборка подсчетных участков происходит в «ручном» и автоматическом режимах. Реализован удобный механизм генерации границ категорий запасов - прямоугольников, окружностей, многоугольников с заданными размерами и ориентацией относительно указанных точек. Есть возможность оформления подсчетного плана с таблицей запасов утвержденного вида, стандартными значками скважин и пр.

Отображение данных

GST изначально не разрабатывалась как GIS-программа, поэтому «красивое» отображение геологической информации не является приоритетным направлением. Тем не менее, нами реализовано достаточно возможностей для графического представления основных типов данных в плане и в разрезе, послойного изображения информации, навигации между слоями и так далее. Для оформления отчетной графики (карт, подсчетных планов) предусмотрены следующие опции:

Отображение данных в заданном масштабе с произвольной последовательностью слоев; Расположение на одном листе в разных масштабах нескольких областей отображения данных; Отображение стандартных значков скважин, редактирование стилей линий; Редактирование положения подписей изолиний и скважин; Отображение таблиц объемов и запасов в виде, утвержденном ГКЗ; Отображение таблиц произвольного вида, штампов, круговых и роз-диаграмм; Отображение графических файлов (картинок), в том числе и с привязкой по координатам.

 

Импорт-экспорт информации

В   GST   поддерживаются основные форматы геологической информации и, вдобавок, мы охотно пополняем список форматов импорта-экспорта по желанию пользователей программы. Мы постарались сделать загрузку-выгрузку данных максимально удобной и гибкой. Ниже перечислены основные моменты:

Линковка к файлам с исходными данными. Это возможность в автоматическом режиме обновлять содержимое проекта, загружаемое из внешних источников. Пакетная загрузка данных, то есть импорт большого числа однотипных файлов. Пакетный экспорт. Возможность быстро выгрузить в заданном формате данные части проекта или проект полностью. Автоматическая выгрузка данных. Способ одним нажатием кнопки экспортировать нужные данные по назначенному заранее пути в заданном формате. Это особенно актуально в конце тяжелого рабочего дня, когда необходимо выгрузить набор обновленных карт и не ошибиться. Преобразование координат «на лету». Очень часто исходные данные приходят из разных источников и представлены в неодинаковых координатных проекциях. В GST реализована опция, позволяющая в автоматическом режиме на этапе загрузки (или экспорта) переводить данные в нужную координатную проекцию, применять «координатные ключи», преобразовывать единицы измерения координат. В GST поддерживается 28 координатных проекций с возможностью формирования специальных шаблонов, облегчающих задание параметров пересчета (центральных меридианов, опорных широт и пр.).

 

Обмен данными между проектами GST

Чтобы передать какие-либо данные из одного проекта в другой, в GST нет необходимости создавать «транзитные» файлы и каждый раз повторять процедуру «экспорт-импорт». В программе реализован прямой доступ к данным любого проекта, и это предоставляет следующие возможности:

Разбить один большой проект на серию меньших с возможностью работать с ними группе пользователей.

Избежать путаницы в «транзитных» файлах, их вариантах при передаче данных из проекта в проект. Программа «цепляется» к указанным данным и не теряет их, пока или проект или сами данные в нем не будут удалены.

Создавать хранилища данных, доступ к которым обеспечивается не через имена файлов, а через объекты программы.

Архитектура GST

Программа основана на трех главных принципах:

GST не «думает» за пользователя; продукт практически не содержит «зашитых» решений для получения результата одним нажатием кнопки. Наоборот, специалисту через настройки предоставляются все возможности повлиять на результаты расчетов.

Любой расчет в   GST   может быть повторен. Практически исключена ситуация, когда, например, специалист построил карту и, спустя некоторое время не может повторить результат, поскольку попросту забыл – как он это сделал. В проекте   GST   сохраняются все настройки и последовательность шагов, необходимых для решения задачи.

GST минимизирует «механическую» работу пользователя. Геологическое моделирование и картирование, в частности, состоит из многократных повторений одних и тех же действий: загрузили данные, провели расчеты, затем обнаружили ошибки, поправили данные, повторили расчеты заново и так далее. Или: построили геологическую модель для одной области, а затем повторяем те же с небольшими нюансами действия для соседней области. Мы попытались по максимуму избавить пользователя от необходимости бесконечное число раз повторять монотонную работу: если что-то сделано однажды, это должно быть повторено в автоматическом режиме.

Проект   GST   организован в виде дерева, каждый элемент которого представляет собой особое действие с данными; действие четко прописано и охарактеризовано соответствующими настройками. Пользователь сам формирует последовательность шагов, необходимых для решения поставленной задачи. Таким образом, если что-то не получается за «один ход», то получится за несколько.

Помимо самих элементов дерева с настройками сохраняются также отношения между ними. Поэтому, даже спустя длительное время, пользователь может восстановить последовательность действий и повторить полученный результат. При этом все происходит в автоматическом режиме. В   GST   естественным образом встроена технология, аналогичная используемой в некоторых известных пакетах технологии workflow. Она позволяет не только пробегать в «автомате» всю цепочку построений, но и отслеживает актуальность данных. Например, если были внесены какие-либо изменения в таблицу стратиграфических разбивок,   GST   автоматически потребует перестроения соответствующей структурной карты, карты толщин и всех зависимых элементов дерева. То есть пользователь всегда может быть уверен, что результаты расчетов полностью соответствуют исходным данным, даже если те меняются по десять раз на день.

 

Копирование расчетов GST

Ничто не утомляет пользователя более, чем необходимость многократного, монотонного повторения одних и тех же действий. При этом в геологическом моделировании очень часто возникает необходимость в решении множества однотипных задач. Это, например, построение «слоеного пирога» структурных поверхностей, каждая из которых создается по единой схеме, но на основе разных данных. Или создание нескольких вариантов карты с целью выбора оптимального решения, или многое другое.

Чтобы избавить специалиста от ненужной работы, в GST предусмотрено копирование объектов или даже отдельных веток проекта. Это дает возможность дублировать не только данные, как таковые, но и взаимосвязи, то есть алгоритм решения задачи.

Таким образом, скорость подготовки и решения нескольких однотипных задач возрастает в разы в сравнении с тем, если бы пользователь каждый раз начинал все с нуля. В GST достаточно лишь скопировать ветку проекта, подправить параметры решения и запустить пересчет.

 

 

Работа с памятью

Программа изначально создавалась для работы с большими объемами информации, поэтому мы постарались сделать так, чтобы в оперативной памяти машины не содержалось ничего лишнего. По умолчанию включен режим, при котором все данные, неотображаемые в рабочих окнах и неиспользуемые в расчетах, хранятся на жестком диске. Более того, данные, обозначенные пользователем как промежуточные результаты расчетов, также в автоматическом режиме удаляются из памяти.

Существует как 32-х битная, так и полноценная, не ограниченная отдельными блоками, 64-х разрядная версия программы. В последнем случае снимается досадное ограничение по памяти в 2Гб на приложение, и возможности GST ограничены только ресурсами компьютера.