浅谈钻井轨迹可视化技术的研究意义

张昕

摘 要：介绍了当前可视化技术领域的发展情况，以及可视化技术在油田钻井领域的需求。阐述了本课题研究的理论依据以及研究方向，并说明了本课题的研究意义。

关键词：可视化；图像处理；三维地质模型；井眼轨迹；

中图分类号：TE242 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-08-00-01

当今社会已达到高度的信息化和智能化，人们工作和生活的各个领域都被科学技术影响着，与人们接触最多的计算机，已经成了工作生活不可缺少的一部分。可视化技术作为计算机的一个重要分支科学，在其中扮演了重要的角色。可视化技术运用在石油工业中，解决了石油行业中遇到的许多问题，不仅提高了石油的勘探开发效率，而且避免了显而易见的工业事故。

可视化技术是用计算机图形学和图像处理技术，把抽象的数据转换成人的视觉能够直观感受的图像显示在计算机屏幕上进行交互处里的技术。可视化技术作为解释大量数据最有效的手段而率先被科学与工程计算领域采用，并形成了可视化技术的一个重要分支——科学计算可视化。科学计算可视化将测量获得数值或计算中涉及产生的数字信息转换为用图形信息表示的随时空变化的物理量呈现在技术人员面前，为他们作出正确的决策提供参考。

在石油钻井方面，利用可视化技术综合所有可利用的数据，可解决任意类型井的轨迹设计、钻井目标和平台设计、井眼轨迹不确定性和防碰分析等问题。在钻进过程中借助可视化工具，综合利用钻前地质模型数据和实时测量数据，钻井工程师可以同地质工程师进行有效的交流，在井场和办公室的专家之间架起沟通的桥梁，让我们及时了解所钻地层的情况，为快速有效地作出钻井决策提供有力的保障。

利用随钻测量测井工具实时提供的井眼信息和井眼周围的地层信息实现井眼轨迹、地层的三维可视化，可以将随钻井过程真实并实时地再现在钻井技术人员眼前，为技术人员提供更为直观更方便的操作界面，使得他们不必面对那些枯燥的数字或者是平面图形，便于更好地进行施工作业。在井眼轨迹三维可视化的基础上，我们可以进一步研究基于虚拟现实的地质导向钻井技术和可视化随钻测井资料解释技术，为充分发挥随钻测井的地质导向作用，更好地识别油气层，提高钻采率和随钻测井资料的解释精度提供重要作用。

实现的导向钻井信息三维可视化系统，是基于虚拟现实技术来实现钻井的地质分层、井眼、井身轨迹、靶区等钻井对象的三维可视化，并实现钻井对象的旋转、平移、缩放等交互操作，从而使钻井技术人员能从任意角度、任意位置对地下情况及钻进过程全面、直观的了解，以便对钻井过程进行全景式的数据分析，真正实现三维数据的全三维解释，从而提高钻井过程的可控制性，提高钻井效率。

所谓三维地层模型就是用简单的层状和块状地质体构建出来的三维地质模型。对于岩土工作者和地质工程师而言，构建合适的三维地质模型能比较直观的表达出各种各样不同的复杂地质现象以及各地质现象内部所包含的不同地质构造，呈现出更加生动、逼真的三维显示效果。

地层作为很常见的地质实体，地质工程师按照固定的解释方法，根据其不同的形成时代和基本的力学特点将其划分为层状和块状结构。这样，不同的地层一起可以形成出各种不同的地质现象。在进行地质实体建模之前必须对地层进行三维可视化分析和模拟。

由于岩土的地下空间分布离散不均、随机又不确定，现实中相邻的地层往往又相互交叉层叠侵蚀，这就导致地质体之间关系盘根错节，错综复杂。因此，在三维地层建模中划分地层时，要遵循以下几个原则。1、遵循地层沉积层顺序规律。地表下面的地质结构经过漫长的历史时期连续沉积，在地层序列中，先形成的地层一般相对地层更深，于是，在地质构造中，地层深度越深，其年代就越古老，并且随时间连续变化，相同地质年代的沉积结果就具有一致的地质属性。2、遵循沉积原理。在划分地层时还要充分考虑沉积规律对地层沉积顺序的影响，例如：山东地区基本上是冲积平原，而冲积平原的沉积规律就是同一海拔高度的土层有很强的一致性。3、遵循大地层不镶嵌原理。由于大地地层之间有很强的排斥性，因此，基于地质沉积年代考虑，填土层只能位于其他任何土层之上，新近代沉积层紧挨填土层，位于其下。4、遵循以前经验性的地质解释。目前的地层划分方法，不能保证一定精确，其划分大都是由有经验的岩土工程师根据测井、钻孔和地震资料，经过人为的推断来解释地层的空间分布顺序。因此，在地层划分中，岩土工程师的经验性地质解释地位举足轻重。

在井眼实钻过程中，要根据油气田勘探开发要求，首先保证实现钻井目的。不同油气田的构造特征、油气产状不同，要选择合适的造斜点、井眼曲率、最大井斜角，这可以便于钻井、采油和修井作业，最大化的提高油气产量和采收率，改善投资效益。

首先，要保证实现钻定向井的目的。例如：对于裂缝性油藏轨迹设计应横穿裂缝，薄油层油藏应采用大斜度或水平井，低渗块状油层可考虑采用多底井，救援井应根据目标层位、靶区半径的要求设计简单、快速、经济的井眼轨迹。其次，要充分考虑地面条件的限制。地面条件限制是确定定向井井位和丛式井平台位置的重要依据、还需考虑交通、采油、油气集输等方面的需要。第三，要选择合适的造斜点、井眼曲率和最大井斜角。上述参数的选择应有利于采油、修井作业和钻井施工。造斜点的选择应在比较稳定、均匀的地层。尽量在软中硬地层造斜，并考虑钻头类型，同时尽量在方位漂移不大的地层造斜。井眼曲率不宜过小，以免造斜井段过长，增加轨迹控制工作量。第四，在进行剖面设计时要有利于安全、快速钻进，降低钻井成本。在满足钻井目的前提下，尽量选用比较简单的剖面类型，尽量利用地层自然造斜规律，尽量使井身轨迹短，尽可能保持较长的直井段。最后，在进行水平井剖面设计时，要注意可行的最简单造斜曲线是从造斜点井斜接近零度时开始，以单一连续的弧钻进到90度，剖面为单一均匀曲线。

国内对钻井可视化的研究起步相对比较晚，近年来也在这方面做了大量的研究工作，但与国外的差距仍然很大。国内绝大多数油田都是以手工绘制或计算机绘制二维图形为主，看上去不直观，准确性差，而且效率不高，同时也很少将井眼轨迹和三维地质模型结合起来进行描述，给井眼轨迹的控制和开发方案带来不便。2000年胜利油田测井公司推出了水平井咨询系统，其他有关石油院校也推出了水平井可视化软件，但都没有摆脱二维显示的不足。其中，2003年我国石油工业第一套虚拟现实系统——Petro One在中国石化股份有限公司石油勘探开发研究院建成并投入使用，为我国的石油勘探石油的可视化揭开了新的一页。

随着中国石油企业进军国际市场的步伐加快，测井技术的应用市场会越来越大，可视化在钻井中应用也会越来越多，发展适合中国测井技术特点的钻井可视化软件，前景非常广阔。