油藏动态分析图示化系统的研发与应用

宿建春 杨开赞 曲江涛 郭霞

[摘 要] 油藏动态分析需要借助大量的地质图，依托已有数据库开发图示化系统能够满足这一需求。油藏动态分析图示化系统采用插件化方法设计各类地质图件，实现数据层与图形功能层的分离，地质图件快速生成，各类图件任意图层组合叠加。系统运用网络数据直接处理各种地质图件，能够快速形成直观、可调、可转换的地质图，为油藏地质科学管理油田提供了便捷的服务工具。

[关键词] 油藏；动态分析；地质图

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 03. 017

[中图分类号] F270.7；TP315 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2014）03- 0033- 03

1 引 言

油田经过多年的生产数据库建设，具备翔实的地质数据资源，但在动态分析方面缺乏与生产数据（EPDM模型）紧密结合的图示化系统，制作地质图件需要多方搜集数据，利用孤立的制图软件绘制电子图，必须经过数据收集、整理、筛选的准备工作，并且使用操作步骤都比较繁琐，无法将分析研究成果与他人很好地共享。

为满足油田精细化研究分析和管理的需要，开发一套具有自主知识产权的油藏图示化的专业软件显得尤为必要，提出开发“以EPDM模型为基础的油藏动态分析图示化系统”，解决众多技术难点。

2 系统设计

在信息化技术方面，组件化是近几年来研究与应用的热点。油藏动态图示化分析环境，采用组件化设计理念，便于后续系统功能扩充和完善，系统各部分间相对独立，又相互协作实现整体功能。

系统采用开放式设计，以数据集成、系统集成为基础。通过统一数据结构、建立数据管理体系，与油田A2油气水生产管理系统进行了无缝集成，应用EPDM模型数据库建立一套功能齐全、运行稳定、面向EPDM模型的图示化应用系统，实现成果数据网上共享。

2.1 系统设计思路

油藏动态分析中的图件主要包括：井位图、开采现状图、井组连通图、连井栅状图、等值线图、油藏剖面图等。图件的绘制离不开油田地质资料、工程资料、油水井生产动态资料、测试数据等，数据主要来自于大型网络数据库，需对分散的各专业数据进行集成应用，遵循SOA设计概念和 “统一标准、统一平台、统一管理、数据共享”原则。

（1）统一模型服务：从服务中抽取有关模型访问的操作，形成统一的模型访问服务，使得重构后的服务更加关注于业务领域的功能实现。

（2）统一服务框架：从服务中进一步抽取公共的代码或组件，形成公共的功能服务，例如安全、日志、消息、调度管理等，使得服务的职责更清晰，并且服务可灵活装配到框架中。

（3）统一管理工具：提供风格一致、简单友好的工具监控服务的运行状况。

（4）统一技术架构：服务端采用Java平台和Spring框架实现服务的构建，考虑到Java平台的性能和重构服务的成本，对于二维、三维图形处理服务和目前已有的一些功能服务继续保留。客户端采用.NET技术体系，为用户提供体验良好的桌面集成应用环境。

2.2 系统框架设计

系统框架整体上可分为3层：业务逻辑层、核心算法层、开发包底层。业务逻辑层主要负责为用户提供各种业务操作，每个图件都满足不同的业务要求；核心算法层是业务逻辑层与开发包底层之间的纽带，提供地质图形组件最重要的核心代码；开发包底层是开源包或者API接口。系统框架设计如图1所示。

系统需要完成各类地质图、开发图、地形地貌图共计50余张，为保证各类地质图件的管理能够更加高效，系统针对不同类型的图件进行分类整理，功能层次清晰，资源有效共享，设计相关功能管理器，其中包括图形管理器、图层管理器、画布管理器等相关功能模块。

2.3 图件模型设计

图件开发工具采用微软的Microsoft Visual Studio 2008，开发语言采用完全面向对象的C#，开源图形绘制组件包括GDI+和SlimDX。其中GDI+是面向二维图形图像操作的开源包，SlimDX是面向三维图形图像操作的开源包。同时引入了当前实用稳定的开源库：MathNet开源数学库和Axiom 3D Engine开源3D库。组件交互模型如图2所示，设计要点如下：

（1）由于油田信息平台也是基于C#语言开发，用C#开发的图形组件可无缝集成到平台。

（2）GDI+相对于GDI在二维图形处理技术上有了很大的提升，特别是对双缓冲和透明色的处理。

（3）开源库的引入提高了开发效率，同时也获得了较高的稳定性，便于后续功能扩展。

2.4 算法设计

油藏动态图示化分析实现了50余张地质图、开发图件的快速绘制，其中等值线、带断层等值线、剖面图是地质分析的基础，地质图形绘制的难点。实现这类地质图的绘制，设计了一系列算法，其中“克里金算法”与“多继承关系的图道设计”是成图技术的关键。

2.4.1 克里金算法

克里金算法是一种线性、无偏、方差最小的空间估值方法，以空间结构分析为基础进行估值，充分利用数据空间场性质，在插值过程中反映空间场的各向异性，利用数据点之间的空间相关性。该方法常常以耗费时间和计算资源为代价。

克里金算法的分析过程如下：

网格线索几何化：获取所有井坐标数据中的最大值、最小值，计算一个矩形区域用以确定区块范围。根据区块矩形计算规则网格点的坐标值。

变差函数模型的选择：变差函数模型是指以空间两点间距离为自变量，具有解析表达式的函数。变差函数是克里金插值中不可缺少的组成部分，将直接参与克里金插值的估算。常用的变差函数模型有：线性模型、球状模型等。线性模型：γ（h）=C×h。其中，h表示两点的距离，C表示比例值（在应用软件中，C默认等于1，同时支持用户对上述参数的自定义设置），γ（h）函数值会参与之后的克里金估算。球状模型：

γ（h）=0 h=0C0+C■×■-■×■ 0a

式中，h表示两点的距离，C0表示块金常数，C表示拱高，a表示变程（在应用软件中默认C0=1，C=1，a=10，同时支持用户对上述参数的自定义设置）。

搜索策略：为了计算网格点位置x0的值Z（x0），通过搜索策略选取原始采样点计算，假设搜索出n个与待估点相关的采样点，设为Z（xi），i=1，2，…，n。利用Z（xi）的线性组合来估算Z（x0）。通常情况下，采用全部搜索，即选取所有的采样点加入计算，保证计算的真实性。如果原始采样点数量非常大，利用全部搜索，计算量会直线上升，计算花费的时间将成为考虑的主要因素。可以采用其他搜索策略（如四分搜索）计算，以提高效率。

克里金算法的攻克实现了等值线绘制，不仅支持网络共享，而且实现的效果与Surfer软件绘制效果完全一样。

2.4.2 多继承关系的图道设计

在剖面图中，单井剖面通常会包含很多信息，比如深度、测井曲线、地层、解释结果、岩性、断层等丰富的单井基础数据。程序中实现单井剖面的显示，需要对各种图道进行多继承关系设计，既要保证当前基础数据的要求，又要满足新加入数据的要求。

将深度、测井曲线、地层、解释结果的显示信息抽象为图道。每个单井剖面内包含多个图例，每个图例包含多个图道，分为深度道、曲线道、分层道。

深度道用于显示当前井剖面的顶部深度和底部深度，以及深度间隔的信息。

曲线道用于显示测井曲线，根据测井数据将离散的点连接为连续曲线，如：自然电位、伽马、电阻率曲线。

分层道用于显示各种分层信息，地层岩性是一系列连续的层位信息；而射孔、油层等数据是一系列离散的分层数据。分层道可细分为地层道、解释结果道、岩性道、射孔道、油层道等。分层道内部包含多个层位，每个层位主要由顶部深度、底部深度、层位类型、层位名称等属性构成。

通过面向继承关系的图道设计，使程序更加简明清楚，增加了扩展性，可以根据需要，无需修改任何代码，增加新的图道类型，使岩性剖面图、连井剖面图、连井栅状图的生产绘制变得更加简单，易操作。

3 系统应用效果

本系统通过应用网络数据库数据，实现自动绘制各类油藏地质图件，效果可与国内外专业绘图软件媲美，简单图件2～3秒内生成，复杂多层叠加图件可在30秒内生成，极大提高科研人员绘图工作效率。相关地质成果图可网上发布共享，避免因个人电脑问题丢失成果图；操作较其他绘图软件更人性化。图3、图4是利用油藏动态分析图示化系统绘制出的部分地质图效果。

该系统应用，使油田生产管理人员能够迅速掌握油田生产动态及宏观信息，优化开发和措施方案，指导现场生产，实现对油气水井生产的动态监控、管理和辅助分析。

4 结束语

本系统实现了在同一平台上完成各类动态分析业务，是一个集中的综合性动态分析系统。通过该系统的区块、井组、单井分析等应用，能及时掌握开发生产的各类动态信息，并对其实施监控和管理，满足日常生产动态分析和管理需求。系统最大限度地应用现有动静态数据，通过数据还原实体油田的面貌，图示化分析掌握生产现状，因此静态数据的准确率和完整性对此系统的应用效果至关重要，对静态数据建设提出了更高要求。