油藏体数模综合展示技术研究

2013-05-08聂永丹赵建民侯俊龙何文杰

沈阳理工大学学报 2013年2期

张岩，聂永丹，赵建民，侯俊龙，何文杰

(东北石油大学计算机与信息技术学院，黑龙江大庆 163318)

虽然当前Eclipse等主流的油藏数值模拟软件能够实现油藏可视化，但缺点是不能根据用户需要读取其他类别的勘探开发数据，因此深入研究油藏数值模拟数据的精细展示，不但能直观表达油藏储量信息演变过程、迅速展示所关心区域下的油藏数据，而且可以扩展加载用户所需的额外地质数据实现综合展示。应用计算机三维可视化技术，把油气勘探开发中的大量地质对象及数据和油藏数值模拟结果数据以三维的方式进行集成展示，使地质工程师能更直观地了解目标区块的各种地质状况和储量信息，从而为石油勘探开发提供更好的决策支持［1］。

目前应用比较广泛的三维图形开发软件包主要有OpenGL和Open Inventor等。采用 OpenGL图形库进行三维图形开发的特点是，它的函数功能复杂多样，不易在短时间内掌握，要想生成效果较好的三维地层需要对图形的投影、颜色、纹理、光照等方面进行繁琐设置，编码量大。Open Inventor是目前世界上使用最广泛的面向对象的绘图软件接口，允许用户通过搭积木的方式构建复杂的三维场景，使得用户只需花费很少的时间就可以构造出复杂的三维场景［2］。因此使用 Open Inventor三维可视化技术，可以快速、简捷地生成三维地层模型，再结合多种交互和查询手段，让地质研究人员和决策人员直观掌握地层及储量信息。

1 数据预处理

1.1 Pillar模型数据描述

当前国内外主流的油藏数模软件是斯伦贝谢公司的Eclipse，模型中包括的网格数据和属性数据采用的数据格式主要是一种柱状(pillar)模型，如图1所示，其组织方式是一种点线结构:模型中i，j坐标相同且处于不同位置处所有网格同一方位的棱边位于一条直线上，其中100网格的“100－101”棱边和101网格的“100－101”棱边在三维空间内共线［3］。

由数据体中给出的(nx+1)(ny+1)个顶底点三维坐标对，构成(nx+1)(ny+1)个柱状结构，共同组成目标油藏的柱状模型。根据当前网格的i、j编号，可以计算出该网格棱边所在线段顶底点坐标序号。利用Eclipse软件输出每个网格8个角点的z坐标，根据目标网格 i、j、k编号，可以计算出该网格角点z坐标的序号。根据目标网格某一方位棱边所在线段顶底点的三维坐标和该棱边某角点的z坐标，就可以计算出该角点的三维坐标。于是可以求解出每个网格所有角点坐标。按照i、j、k的顺序输出网格的属性值和有效性数据。根据网格i、j、k编号，可以获取当前网格所对应属性数据以及有效性数据的索引值。

1.2 数模结果文件格式分析

油藏数值模拟模型数据可分为文本格式和二进制格式2大类，文本格式的文件，其格式易于解析，二进制格式的文件不利于阅读，但计算机读写速度快，占用更少的存储空间。所以需要对2种格式的文件都进行分析，在程序调试阶段使用文本格式文件比较方便，在示范应用时使用二进制格式，以得到真正的数模标准数据和更好的运行性能。

1.2.1 GRDECL 文本文件格式解析

油藏数值模拟主要利用Petrel建模软件建立的静态模型，其地层模型文件是保存在*.grdecl的三维场数据，其中包括网格定义和每个网格的属性值。*.grdecl文件主要分为文件基本信息、文件内容格式信息以及文件数据等。文件数据分为地质体顶底坐标、各单元格结点的深度Z值、单元格有效信息和各单元格属性值(通常可能包含孔隙度、厚度净毛比以及三个方向的渗透率等静态属性信息)。

1.2.2 二进制文件格式解析

油藏数值模拟模型二进制格式文件可以在E-clipse软件中使用关键字进行定制输出，输出文件一般包括以下三个文件:

(1)*.GRID文件(*.EGRID文件):存储网格的相关信息。

(2)*.INIT文件:属性文件，存储孔隙度、不同方向的渗透率以及NTG等静态属性。

(3)*.UNRST文件(*.X0000):重启文件。记录各种动态属性结果，如:含油饱和度、压力等数据。其中，*.UNRST文件中包含所有时间步的属性信息，而*.X0000文件可以分时间步进行输出，一个文件仅仅存储一个时间步的属性数据。

Eclipse的二进制文件由许多个块组成，每个块由1个关键字块和0～n个数据块组成，文件存储格式是通过巴恩斯范式实现［4］。

1.3 用户业务数据解析

除了常用数模软件输出的标准结果数据外，根据用户不同的业务需求，实际应用中还可能用到某些特定结构的数据。为了提高扩展性，降低模块之间耦合度，采用面向对象的设计思想，将每一类用户数据的文件格式解析和展示交互分别封装成一个类，来解析和展示此类文件数据，最后整合在一个三维可视化框架中，提供油藏的综合展示，总体框架设计思路如图2所示。

图2 总体结构设计思路

2 油藏体模型三维展示

针对油藏数值模拟数据模型是由许多个不规则六面体构成角点网格的特点，本文采用Open Inventor中MeshViz XLM模块实现三维体数据的展示。角点网格拓扑关系由MbHexahedron TopologyExplicitIjk类型对象进行组织，MiGeometryI类型对象存储和管理网格几何信息。建立的网格模型由MoMesh类型对象存储并在场景中显示，其中包括地层数据属性信息的表达，模型属性数据存储在MoScalarSetIJK类型的对象中，按照Mo-DataBinding类型指定的方式进行材质的绑定，再由MoLinearColorMapping类型对象进行渲染。Open Inventor中对网格进行材质绑定有两种方式，PER_CELL和PER_NODE，本文选用前者将属性值绑定到网格进行渲染，因为地层模型的属性信息是按每个网格给定的，三维场景的结构图如图3所示。对地层模型按某种属性类别进行的显示是可选择的，用户可以通过点击窗口下方的checkbox控件选择加载选项，利用slider控件可以控制显示的层位或数值界限，通过交互用户可以查看任意单元的各属性值以便于实时查看某油田某区块中的数值模拟结果。数据中含水饱和度参数描述了区块模型中各个网格数据块含水所占的比重情况，是一个比较关键的参数，本文以含水饱和度参数为例来说明模型三维展示情况。通过颜色映射的程度就可以查看含水的程度，数模参数含水饱和度展示结果如图4所示。其中颜色为红色的网格说明含水程度比较高，反之颜色为蓝色的网格说明含水程度比较低，可以推知含油程度较高。

图3 三维场景结构

图4 含水饱和度三维展示

3 ROI区域与切片设置

当目标油藏范围较大时，行业专家可能会更加关注其中部分区块或者特定属性范围内的网格分布情况。为此，设计一种数据体ROI区域设置和切片展示方案。根据目标区块在I、J、K方向上的起始和终止坐标设定所关心的属性区间，将Mi-Hexahedron Topology ExplicitIjk中相应区域的设置为有效区域，其他区域设置为无效。ROI区域选择和切片设置使用MoCellFilter类型对象设定，使用MoCellFilter对象前要先用setCellFilter函数指定MiCellFilterIjk类型对象的参数，该对象必须实现acceptCell接口以用来设置感兴趣区域过滤条件，将不在目标区块范围内的网格设定为无效网格，属性不在所关心区间内的网格设定为无效网格［5］。用户通过窗口下方的“ROI数据区域选择”选项卡面板，选择“启用ROI”选项，然后选择沿x轴方向10层到70层，沿y轴方向10层到70层，沿z轴方向10层到15层，数据值范围在0.1到0.9之间的区域展示，如图5所示。

图5 ROI展示

3.1 ROI区域设置

将油藏体中网格数据根据坐标条件和数据值范围设定感兴趣区域，消隐所有坐标和数据范围不符合条件的无效网格后，屏幕上展示的区块即为感兴趣区块，感兴趣区域设置关键代码如下:

3.2 逻辑切片

在实现acceptCell接口时，通过 x、y、z坐标来限制过滤条件，将不在目标坐标层范围的网格设定为无效网格，即可实现沿3个方向的切片功能，关键代码如下。

3.3 任意角度切片

SoClipPlaneManip操纵器可以用来实现数据体的简单切片交互操作，SoClipPlaneManip利用其内部的SoJackDragger拖拽器来移动切片，SoClip-PlaneManip从SoClipPlane类派生，具有一般操纵器的功能，其本身的数据成员和继承的拖拽器可以一致工作。利用SoClipPlaneManip节点实现沿坐标轴方向的旋转任意角度的切片功能。

用户通过窗口下方的“模型体浏览”选项卡面板，设置沿x轴方向第30层，沿y轴方向第29层，沿z轴方向第8层，和沿z轴方向旋转35度角的切片展示，如图6所示。

图6 切片展示

4 色谱自定义

为有效区分不同网格的动静态参数属性，需要根据某种属性的数值范围动态映射颜色值，实现的方法可以采用系统预定义的映射方式和用户自定义的方式两种，前者是将每个属性值映射到预定义的PredefColorMapping类型映射方式，这种方式的特点是实现简单，无需用户干预［6］。但缺点是在某些情况下属性的颜色值分布的不灵活，用户修改颜色分布情况难度大。例如，对于含水饱和度的网格颜色的表达与其他参数有所不同，含水饱和度越高表示其含油越少，反之含油越多，此时若采用红色代表含水饱和度大的话与标准数值模拟软件习惯不一致，而且石油行业上也通常使用红色来表示含油高的网格，因此为实现用户可以自定义不同的颜色映射模式，设置数据体某些属性的颜色表示方式，通过颜色图例给用户以直观的属性表达，以及根据参数属性的含义能够自动变换颜色分布，以满足用户使用习惯，采用MoLinearColorMapping映射方式，实现了一种用户自定义的图例范围及映射方式的动态设定。在mylegend类中提供一个供外部模块调用的public方法setmapvalue，该方法通过传入数据范围参数min，max来动态改变数据映射范围，通过参数order来判断用户的数据映射方式是顺序还是倒序，以此改变映射方式。

用户通过窗口下方的“模型体浏览”选项卡面板，选择“图例反转”选项，然后设置“最大值”为0.900，“最小值”为 0.100，可将含水饱和度参数数值从0.1到0.9，对应颜色映射从红到蓝对应的色谱展示，如图7所示，因此图中红色的网格表示含油程度高，蓝色的网格表示含水程度高，符合数模领域的使用习惯。