基于MapGIS的测井数据预处理与成图软件设计与实现

2013-08-07解华明胡光道梅红波李程俊

物探化探计算技术 2013年3期

解华明，胡光道，梅红波，秦鑫，李程俊，3

（1.安徽建筑工业学院环境与能源工程学院，合肥 230601；2.中国地质大学数学地质与遥感地质研究所，武汉 430074；3.中国地质大学计算机学院，武汉 430074）

0 前言

测井技术作为地下地质研究的一种手段，是从地质体的物理性质来认识、了解地质体的一种有效方法。通过测井可以详细地研究钻孔岩性，探测有用矿产，详细提供计算储量所必需的参数（如油层的有效厚度、孔隙度、含油气饱和度和渗透率等）［1］。测井方法在金属矿产、石油、煤，以及水文地质、工程地质的钻孔工作中都得到了广泛的应用，并已成为地质勘探工作中不可或缺的勘探方法之一。应用测井方法可以减少钻井取心工作量，提高勘探速度，降低勘探成本。

对测井数据进行必要的预处理和成图分析，有利于更好地解译出钻孔地层性质。原始测井数据为明码文本或二进制数据，格式多样，数据量大，包含有较多的无效数据，不利于直接分析、解译，必须有专门的测井数据预处理和分析成图软件辅助进行解译。

目前，已经有较多的测井数据预处理和成图软件实现了这些功能。但是，往往功能越强大价格越昂贵，很多功能在生产中不常用，有些软件绘制生成的图件只能打印或者保存为栅格图，后期图件编辑、整饰不方便。

作者在本文中，讨论了基于MapGIS的地理信息系统平台，进行了石油测井数据预处理与成图软件设计与实现，并实现了方便的测井数据预处理，快速自动生成多种用户自定义格式的测井柱状图。

1 基本思路

作者在Windows平台上，基于MapGIS 6.7地理信息系统二次开发平台，利用VC 6.0采用面向对象技术进行开发。利用国产成熟的MapGIS平台开发成图系统，开发工作量小，成本低，生成图件即为MapGIS文件格式，可以利用MapGIS对生成图件进行后期编辑、整饰和精美打印。

1.1 基于MapGIS开发测井绘图系统可行性分析

MapGIS软件图形编绘功能强大，是图表表达的有力工具，但其是为描述空间实体和对象而设计。如何利用MapGIS平台提供的空间对象描述方法来表达绘图元素，是开发测井成图系统的一个重要问题，其直接影响着方案的可行性。

测井柱状图可以看成是由文字符号标注、文字段落、复合表格、曲线、比例线段、花纹图案所组成的一个复杂图形。MapGIS 空间实体分为点状实体、线状实体、面状实体，以及由这些实体聚合而成的聚合实体（如网络实体等）。可以建立如图1所示的利用MapGIS空间实体描述方法，来表达测井柱状图绘图元素的对应关系。

1.2 系统功能需求

系统需要实现的主要功能包括以下三个方面。

1.2.1 测井数据预处理功能

原始测井数据存在存储格式多样，不利于统一管理与处理的问题，如有明码的LAS格式，二进制的LA716格式等，在实际工作中需要能够进行相互转换［2、3］。

在实际生产过程中，同一口井往往多次重复测井，每次测井深度不尽相同，需要根据实际情况，对测井曲线进行分割、合并、裁剪等操作，生成一个完整的符合要求的测井数据文件。

此外，在测井过程中不可避免地存在少量的空值（Null Value）和异常值，需要检测出这些值［4］，并利用曲线上测点值、下测点值对空值和异常值进行插值。

1.2.2 基于数据库的测井曲线管理

测井数据量大，获取成本高，数据价值大，数据安全性要求高，在测井数据管理过程中需要进行权限管理、备份。在数据分析与处理过程中，需要数据共享。因此，需要利用数据库对测井数据进行统一管理［5］。

1.2.3 测井柱状图自动生成

测井柱状图可以图形化表达测井曲线及解译成果，是测井分析与成果表达的有效手段，绘制测井柱状图对测井地质工作具有重要意义。生成的测井柱状图需要能够进行后期的图形编辑，这样可以方便地进行图形整饰。

1.3 系统结构

系统采用三层结构，将数据访问层、业务逻辑层、用户界面层分开实现，如下页图2所示。

在数据访问层，由各种测井数据文件存取函数、测井数据库存取类、模板文件读取解析类、岩性代码存取类等构成。实现与数据存取相关的功能方法，包括各种格式测井数据文件的存取，基于关系型测井数据库的存取，柱状图模板文件读取与解释，以文件数据库形式存在的岩性代码库存取。

图1 利用MapGIS空间实体描述方法表达测井柱状图绘图元素Fig.1 Element description of logging histogram by MapGIS entity

业务逻辑层是由测井数据预处理类、柱状图数据处理类、绘图类等构成。

（1）测井数据预处理类实现测井数据的组织、格式转换、分割、合并、上提井下放井转换、空值和异常值检测、插值、各曲线统计分析、数据状态检查等功能。

（2）柱状图数据处理类实现绘制测井柱状图所需数据的组织、正确性验证、岩性代号或岩性名称到MapGIS区填度代码转换等工作。

（3）绘图类依据模板类的解析结果得到柱状图布局等参数，根据柱状图数据处理类的数据，进行测井柱状图绘图，绘图结果为MapGIS的点、线、面文件。

用户界面层是将系统功能按用户使用逻辑进行组织，封装为小模块。系统共分为六个小模块：①测井数据库管理；②测井数据格式转换；③测井数据分割、合并；④测井数据编辑；⑤测井柱状图绘图；⑥岩性图案管理。

2 关键技术

2.1 测井数据格式转换

测井数据格式多样，实现任意两种格式之间的直接转换工作量巨大，扩展支持的数据格式也非常困难［2］。作者采用中间格式［5、6］（转换媒介）进行过度，实现多种格式测井数据格式转换的方法，可以很好地解决这个问题（如下页图3所示）。

因为各种格式的头记录块不尽相同，有的头记录块信息丰富，有的较少，所以中间格式需尽可能地存储头记录块信息，以保证测井数据头记录块信息在转换过程中不丢失或少丢失。

2.2 测井曲线异常值检测与插值

由于仪器等原因会造成测井曲线中存在异常值［7］，这个值不是岩性特征的物理性质反映，必需通过统计方法检测出来，再通过其相邻的上下测值对其进行插值处理，消除异常。

在数据分析中，异常值检测的方法有多种，常用的有Dixon 检验法、Grubbs 检验法方法［4、8］。Dixon检验法和Grubbs检验法都可以检验一组测量值和剔除一组测量值中的异常值。当一组测量值中仅有一个可疑值时，效果良好；但是当有多个可疑值时，特别当一组观测值最大值和最小值同时为可疑值，或在最大值（或最小值）一侧同时出现两个可疑值时，这两种方法都不是很理想。作者在本系统中，通过提供多种异常值检测方法共用户混合使用来减小该问题。

图2 系统总体结构图Fig.2 The overall structure of the system

图3 通过中间格式进行数据格式转换方法示意图Fig.3 Data format conversion by the intermediate format

测井曲线异常值检测与普通观测数据异常值检测不完全相同，因为其测点之间距离非常小（一般为0.1m 或0.15m），具有在深度方向上观测值局部平滑的特点。但由于整条测井曲线的观测值变化较大，故在进行异常值检测时不宜采用大样本，可以选择以待测可疑点为中心的局部区域作为检测样本进行异常值检测。当该局部区域内有少量（一个或二个）空值时，则跳过空值点，根据实验，选择7个～11个测点作为样本进行检测，效果较好。

因测井曲线具有局部平滑的特点，所以测井曲线空值与异常值可利用该值为中心的局部区域上的下测值进行插值。插值方法可以选择最小二乘线性插值、最小二乘二次多项式、三次多项式进行插值。

2.3 测井曲线数据库设计

不同的测井数据格式存储的测井信息不完全相同，测井曲线数据库需要尽可能地存储所有头记录与曲线信息。此外，数据库中应能按类别来组织测井数据。

图4（见下页）为系统中测井曲线数据库概念数据模型。在该模型中，“测井曲线”实体中“曲线列序号”字段存储的是该曲线数据在“测井记录”实体中的字段列序数。“测井记录”实体有52 个字段，其中从“C1”至“C50”50 个字段用于存储测井曲线值，一个测井文件一般不会超过50条曲线，50个字段足够存储。用这种方法将这两个实体联系起来而不用联系实体［9］，是因为这种数据库结构具有较好的数据库插入、查询效率。

2.4 基于模板的测井柱状图自动生成

地质柱状图在地质、石油勘探等行业中是非常重要的图件，开发地质柱状图自动生成软件时存在两个难点：①不同行业部门的柱状图的格式和记录的数据一般都不相同，如何开发一个用户可定制格式的柱状图生成程序，成为软件开发过程中的一个普遍存在的难点；②地质柱状图中需要设置的参数太多，各个位置文字的字体、大小、颜色、布局要求都不相同，复合表格、曲线的线型也不尽相同，这些都需要提供给用户设置，如果这些参数都通过对话框与用户交互，则会使人机界面变得相当复杂。

本系统测井柱状图是作者利用前人提出的模板和图道思想［10～12］并作改进，很好地解决了上述两个问题，实现了用户可定制的测井柱状图自动生成。可以将测井柱状图分解为如表1 所示（见下页）的图面元素类型。各个类型按其更新条件可以分为两类：①格式型元素，只有当柱状图格式修改了才需要更新；②数据型元素，只要是不同的测井数据绘制柱状图就需要更新。

利用MapGIS建立模板文件，对于格式型元素直接在模块文件绘出，对于数据型元素在模板文件中绘制出元素在图面布局中的位置，并在图元属性中存储对应的数据名称、绘图参数。

在自动成图时，解析模板文件。对于格式型元素照抄到生成的图件中；对于数据型元素，读取其绘图位置、绘图参数和对应数据项名称，从柱状图绘图数据中找到对应的数据，利用绘图参数进行图形绘制。