宋波 張永峰 劉晶 李忠俊 劉培剛

摘要：針對低滲透油藏開發(fā)中遇到的不同專業(yè)的三維建模、數(shù)值模擬軟件分析成果格式不統(tǒng)一，難以綜合分析利用的問題，應(yīng)用三維可視化技術(shù)設(shè)計(jì)并開發(fā)了一種可以兼容多種格式的三維平臺，實(shí)現(xiàn)了對地質(zhì)模型、地應(yīng)力分布模型、人工裂縫模擬結(jié)果的綜合展示，并在此基礎(chǔ)上提供了非規(guī)則井網(wǎng)布井功能，為低滲透油藏地質(zhì)工程一體化開發(fā)提供了一種有效的分析工具。

關(guān)鍵詞：三維平臺；可視化；疊加顯示；地質(zhì)工程一體化；低滲透油藏；非規(guī)則井網(wǎng)

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）22-5229-03

大慶外圍油田低滲透油藏儲量豐富，但地質(zhì)條件復(fù)雜，開發(fā)難度大，應(yīng)用規(guī)則布井及常規(guī)開發(fā)方式不能解決井網(wǎng)與裂縫的優(yōu)化匹配問題，難以實(shí)現(xiàn)儲層有效動用[1]。為此大慶油田提出了以“地質(zhì)工程一體化”為原則，進(jìn)行“全油藏全三維全縫長模擬”的低滲透儲層整體壓裂技術(shù)，實(shí)施非規(guī)則井網(wǎng)布井。該技術(shù)創(chuàng)新性的將地球物理、石油地質(zhì)、油藏工程等多學(xué)科與采油工藝相結(jié)合，采用多學(xué)科交叉的方式利用三維數(shù)據(jù)體進(jìn)行油藏地質(zhì)情況分析，在三維環(huán)境中模擬和預(yù)測出每口井的人工裂縫走向，通過地質(zhì)建模、儲層應(yīng)力場和人工裂縫全縫長展布的疊合，進(jìn)行非達(dá)西不規(guī)則井網(wǎng)整體壓裂的優(yōu)化模擬，應(yīng)用裂縫三維空間展布與井網(wǎng)的合理匹配，實(shí)現(xiàn)低滲透非均質(zhì)油藏矢量化井網(wǎng)開發(fā)新模式[2]。

該技術(shù)需要對地質(zhì)建模、巖石力學(xué)參數(shù)、儲層應(yīng)力場、壓裂模擬等多種專業(yè)軟件的模擬結(jié)果進(jìn)行綜合分析應(yīng)用，但目前缺乏一個(gè)可以兼容多種不同格式的三維展示平臺，一體化分析難度較大。因此本文提出了通過建立三維一體化平臺，在一個(gè)軟件平臺中同時(shí)疊加顯示多種軟件的模擬結(jié)果，進(jìn)行低滲透油藏“地質(zhì)工程一體化”分析，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行非規(guī)則井網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的新方法。

1 三維可視化平臺構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)

1.1多格式數(shù)據(jù)來源的統(tǒng)一與模型重建技術(shù)

在進(jìn)行“全油藏全三維全縫長模擬”分析時(shí)，所需要參考的地質(zhì)和工程等不同類別、不同來源的數(shù)據(jù)體主要有：

1） 地質(zhì)數(shù)據(jù)：地質(zhì)建模成果數(shù)據(jù)、三維巖石力學(xué)場、三維應(yīng)力場模型等，建模過程一般采用PETREL軟件；

2） 地震數(shù)據(jù)：三維地震疊前彈性參數(shù)反演數(shù)據(jù)體，為SEGY格式；

3） 工程數(shù)據(jù)：全縫長人工裂縫數(shù)值模擬成果，數(shù)值模擬軟件主要采用Gohfer軟件；以及井軌跡、測井曲線、井網(wǎng)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)動靜態(tài)數(shù)據(jù)等。

要實(shí)現(xiàn)在同一個(gè)軟件平臺上綜合展示、一體化應(yīng)用，首先要解決的就是數(shù)據(jù)格式及三維模型的統(tǒng)一問題。

1） 數(shù)據(jù)的解析：地質(zhì)模型數(shù)據(jù)文件，需要識別出其表頭信息、坐標(biāo)信息、網(wǎng)格有效值信息、屬性信息、分層數(shù)據(jù)、斷層信息等；應(yīng)力場屬于矢量數(shù)據(jù)，要識別其大小、方向以及與其對應(yīng)的地質(zhì)體網(wǎng)格；裂縫模型要識別出坐標(biāo)、井筒位置、存儲角度、單元格信息等；地震數(shù)據(jù)，要識別文件頭、道數(shù)據(jù)塊、數(shù)據(jù)樣點(diǎn)值等；井網(wǎng)數(shù)據(jù)要識別其范圍、角度、井距、井間關(guān)系等。

2） 地質(zhì)模型重建：通過分析地質(zhì)體數(shù)據(jù)和其他相關(guān)的數(shù)據(jù)重新生成地質(zhì)體模型，可以歸納為讀取地質(zhì)體網(wǎng)格文件；讀取分層文件；判斷是否存在斷層，如沒有斷層，對地質(zhì)體進(jìn)行分層處理，如存在斷層，循環(huán)獲取被斷層分割的每一個(gè)地質(zhì)體，然后對每一個(gè)地質(zhì)體再進(jìn)行分層處理，將一個(gè)地質(zhì)體分成多個(gè)獨(dú)立的地質(zhì)體。將每個(gè)地質(zhì)體網(wǎng)格模型經(jīng)過計(jì)算轉(zhuǎn)換為表面模型，保存到數(shù)據(jù)庫。

3） 數(shù)據(jù)的存儲：在數(shù)據(jù)存儲上，不同類型的三維模型數(shù)據(jù)項(xiàng)差異較大，分別設(shè)立對應(yīng)字段會造成數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可視化操作和維護(hù)不便。因此，在數(shù)據(jù)庫中以大字段格式存儲序列化的模型數(shù)據(jù)；對其他屬性信息，如模型外包框、單元格屬性、位置等數(shù)據(jù)采用獨(dú)立字段存儲。

1.2多模型疊加顯示技術(shù)

多個(gè)模型的疊加顯示是平臺的主要功能之一，需要對三維模型進(jìn)行半透明顯示，在平臺中通過三維建模過程中的消隱計(jì)算和顏色混合技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

消隱計(jì)算：又稱為可見性計(jì)算，把處于同一空間位置的多個(gè)三維模型中不可見的部分從畫面中隱藏[3]。為消去隱藏面，要對每個(gè)模型進(jìn)行深度計(jì)算，剔除不在可視范圍內(nèi)的實(shí)體；消除由于視線的遮擋而隱藏的點(diǎn)、線、面和體。

顏色混合：在三維模型繪制時(shí)，不直接把源物體（通常為地層模型和屬性模型）的顏色覆蓋在目標(biāo)物體（通常為人工裂縫、應(yīng)力矢量、井軌跡等）的顏色上，而是將新的顏色與舊的顏色經(jīng)過一定的運(yùn)算，從而產(chǎn)生新的顏色。將源物體的顏色alpha值作為源因子，用1.0減去源物體的顏色alpha值作為目標(biāo)因子，源物體的顏色alpha值相當(dāng)于“不透明度”的作用。利用這一特點(diǎn)可以繪制出半透明的三維模型，如圖1所示。

2 三維可視化平臺的建立

2.1平臺架構(gòu)設(shè)計(jì)

平臺的底層三維組件庫采用VC++語言，基于OSG引擎技術(shù)開發(fā)，以實(shí)現(xiàn)硬件顯示驅(qū)動、空間結(jié)構(gòu)組織、場景管理以及屬性渲染等底層功能[4]；系統(tǒng)前臺可視化界面、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、以及統(tǒng)計(jì)分析等功能采用C#語言，WinForm框架開發(fā)，以縮短開發(fā)時(shí)間，通過調(diào)用底層組件庫提供的DLL接口實(shí)現(xiàn)三維模型的加載和顯示；采用Microsoft Access作為后臺的數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)架構(gòu)見圖2。

2.2三維地質(zhì)體生成及顯示功能類庫設(shè)計(jì)

Grid類：用來表示地質(zhì)體對象，包括地質(zhì)體的坐標(biāo)和一系列的屬性。其中的方法主要是用來通過對其屬性進(jìn)行分析處理，并最終形成地質(zhì)體相應(yīng)的表示。

Dataload類：用來實(shí)現(xiàn)讀取文件，并通過讀取數(shù)據(jù)生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)對象，生成的數(shù)據(jù)對象主要有Grid，Horizon，GPress等。

Horizon類：用來表示層對象，通過層對象可以將一個(gè)完整的地質(zhì)體進(jìn)行分層。

Zone類：用來表示分層，分區(qū)塊后的一部分地質(zhì)體對象。用來表示地質(zhì)體多個(gè)分層中，一個(gè)單位地質(zhì)體對象。

TinWithColor類：生成一個(gè)Tin面對象，該Tin面對象與部分地質(zhì)體區(qū)域相Zone對應(yīng)，且每個(gè)Tin面與一個(gè)顏色相對應(yīng)。該對象主要用來處理離散型屬性值，提供顏色顯示的支持。

TinSet類：構(gòu)建一個(gè)Tin的集合，將所有的Tin面進(jìn)行保存，每個(gè)Tin面對應(yīng)著一個(gè)顏色，保證同等大小的屬性值所對應(yīng)的屬性在同一個(gè)Tin面中，保證屬性顯示顏色的一致性。

TinWithColorCon類：主要用來處理連續(xù)性的屬性值，提供屬性值顏色分類模糊化的處理方法，可以控制屬性值顏色精度的大小，支持地質(zhì)體的成像顯示。

TinSetCon類：與TinSet的功能相一致，TinSetCon是TinWithColorCon的集合類，同樣用來處理連續(xù)性的屬性與顏色的對應(yīng)問題，主要通過對地質(zhì)數(shù)據(jù)的分析，來模糊化屬性顏色區(qū)間，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)型屬性地質(zhì)體顯示。

GPress類：用來描述地質(zhì)體屬性的對象，存儲地質(zhì)體數(shù)據(jù)。從文件中讀取地應(yīng)力，并且存儲與之有關(guān)的信息。

GPressOperation類：實(shí)現(xiàn)了根據(jù)坐標(biāo)得到其相應(yīng)區(qū)域的地應(yīng)力大小和方向，并將得出的地應(yīng)力大小和方向進(jìn)行保存。

_2DPlane類：用于從三維地質(zhì)體中抽取相關(guān)的平面。

Properties類：為屬性類，存儲了地質(zhì)體屬性的相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)際上是采用動態(tài)數(shù)組的技術(shù)，能夠在屬性類里添加不同屬性類的數(shù)據(jù)，所有的屬性及其數(shù)據(jù)可以在該類中獲取到。

2.3主要功能與應(yīng)用效果

1） 三維數(shù)據(jù)體的導(dǎo)入與可視化：平臺可加載并顯示多種不同軟件導(dǎo)出的三維模型，在加載過程中完成對模型的解析與格式轉(zhuǎn)換并存入數(shù)據(jù)庫；平臺即可直接顯示所有三維模型，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)切換視角、旋轉(zhuǎn)、縮放、平移、編輯等操作。目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對PETREL軟件導(dǎo)出的地層及地質(zhì)屬性模型（楊氏模量、滲透率、孔隙度、泊松比、砂體分布等），應(yīng)力場模型，Gohfer軟件導(dǎo)出的人工模擬裂縫模型，SEGY格式地震模型，測井曲線模型，井軌跡模型，井網(wǎng)模型等的支持。

2） 多模型的疊加顯示：在平臺中可以將地層設(shè)置為半透明效果，這樣就可以看到地層中的砂體、地應(yīng)力、人工模擬裂縫以及已鉆井的空間分布，如圖3所示。利用該功能，技術(shù)人員可對地質(zhì)屬性、人工裂縫分布、地應(yīng)力大小和方向進(jìn)行直觀的綜合分析，判斷人工裂縫的位置、方向及其分布的合理性，以便于對裂縫進(jìn)行調(diào)整，使得壓裂影響范圍最大，并且避免壓竄現(xiàn)象。

3） 非規(guī)則井網(wǎng)布井：可在指定層位的地質(zhì)模型上自動生成規(guī)則井網(wǎng)（五點(diǎn)法、七點(diǎn)法、九點(diǎn)法、反九點(diǎn)法、排井法等），參考該地層應(yīng)力的分布情況、砂體位置、人工模擬裂縫的走向、已鉆井的軌跡和測井曲線等多種因素，對井位置的合理性做出判斷，之后應(yīng)用井網(wǎng)編輯功能，對油、水井位置及對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行調(diào)整，最終形成非規(guī)則井網(wǎng)，如圖4所示；應(yīng)用該方法可最大限度地控制低滲透油藏中零散分布的砂體，達(dá)到高效開發(fā)的目的。

3 結(jié)束語

本平臺針對目前低滲透油藏開發(fā)中所應(yīng)用的多種專業(yè)軟件處理成果不能融合使用的現(xiàn)狀，為不同格式的處理結(jié)果建立了統(tǒng)一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)了自動識別轉(zhuǎn)換；應(yīng)用三維可視化技術(shù)，使得以往獨(dú)立的分析結(jié)果，如砂體、人工裂縫、應(yīng)力、流場等，在一個(gè)三維平臺中進(jìn)行綜合疊加應(yīng)用，為低滲透油藏的“地質(zhì)工程一體化”開發(fā)方式提供一個(gè)有效的支持工具。

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