化学驱数值模拟后处理技术研究

赵建民， 唐茂斌(东北石油大学 计算机与信息技术学院， 大庆 163318)

化学驱数值模拟后处理技术研究

赵建民， 唐茂斌
(东北石油大学 计算机与信息技术学院， 大庆 163318)

为了更有效的实现油藏体的三维可视化，对化学驱数值模拟后处理存在的问题进行研究。对国内外现有的Eclipse、VIP等数值模拟软件进行分析，针对各自模拟器模拟得出的数据格式种类繁多、不一致的问题，提出应用面向对象的思想，设计相互兼容的可扩展的接口。利用以八叉树结构为基础的大数据组织管理(LDM)对油藏体网格划分，使用转换关键字的方法实现对不同数值模拟结果文件加载，实现对油藏体的精细描述。

数值模拟； 八叉树； LDM

Abstract： In order to effectively realize the three-dimensional visualization of the reservoir, the problems of the post-processing of chemical drive numerical simulation are studied. The paper analyzes the existing numerical simulation software at home and abroad, such as Eclipse, VIP, etc. There are a wide variety of data formats and inconsistent problems for each simulator simulation; the article proposes to apply the object-oriented idea, and designs mutually compatible extensible interfaces. A large data organization management (LDM) based on octree structure is used to divide the reservoir grid, the method implementation of the transformation keyword is used to load the different numerical simulation result files. It implements the detailed description of the reservoir.

Keywords： Numerical simulation; Octree; LDM

0 引言

油藏数值模拟是寻找剩余油的重要手段，为高含水开发后期油藏的调整挖潜提供重要依据，也是数字化油田的重要体现[1]。油藏模拟已成为各油田在研究油藏资料间相互关系、预测油藏的开采过程、调整开采方案必不可少的辅助手段[2]。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[2]。后处理系统是油藏数值模拟不可缺少的部分，它的意义不仅仅体现在提高模拟工作的效率，而且直接影响着油藏数值模拟研究的效果和质量[3]。

当前，国内外主流的数值模拟软件有很多，例如：Eclipse、VIP、CMG等，它们都能实现油藏体的三维可视化。但是每一个数值模拟软件的后处理系统都是不同的，例如：CMG后处理模型RESULTS、VIP的后处理模块(PlotView、3DVIEW)等[4]。数值模拟软件有唯一的“ID”标识，即当一个用户使用时，其他的用户不能去访问所需的油藏数据，并且不同的数值模拟软件输出的数据格式不同，不能加载异构的文件数据，不能动态的展示异构的油藏体数据。因此在深入研究油藏体数据的同时，要设计兼容异构数据结构的接口，对油藏体进行展示。目前使用最广泛的三维可视化开发软件有OpenGL和Open Inventor等，一般在选用的是Open Inventor。Open Inventor操作简单，利用Open Inventor中现有的图像接口，可以快速地设计场景，进行三维模型的建立，为开发人员提供了便利[5]。

1 对国内外主流软件文件格式分析

当前国内外主流的油藏数模软件主要有Eclipse、VIP、CMG等，其输出的网格数据和属性数据主要是一种柱状模型，每个柱状结构，有个前提条件即是所有的坐标点都在这条顶底点构成的线段上。

油藏数值模拟模型数据可分为两种，一种是文本格式；另一种是二进制格式。这两种数据格式各有优缺点。其中文本格式的文件，利于阅读和理解；而二进制格式的文件是一种块文件，读写速度快，但是不利于理解。因此在读入数据时，会将二进制文件将其转换成文本文件。流程如图1所示。

图1 处理流程图

对两种文件进行分析后，设计统一的数据结构，即将二进制的文件或者文本格式的文件通过可扩展的接口转换成统一的数据结构，按照所设计的数据结构完成对不同参数的结果数据进行读取，从而完成异构结果数据的统一存储。

1.1 文本文件格式分析

1.1.1 Eclipse文本文件格式分析

油藏数值模拟软件Eclipse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，主要包括文件的一些基本信息以及数据文件等，包含网格的定义和每个网格的属性值。

文件的基本信息包括了网格的个数、坐标系以及是否使用坐标系标识。

数据文件分为两部分一部分是以关键字COORD顶头为开始行，然后另起一行开始具体的角点数据，主要是底顶点的坐标变化，每一行有六个数据，一共有(nx+1)*(ny+1)*6，先进行X方向的变化然后是Y方向的变化。其中数据中间可以穿插注释行，另一部分是以ZCORD关键字为开始行，后面另起一行跟随数据体。这主要是Z坐标数据的变化，但是由于单元格有8个顶点，因此在存储的时候，需要进行8次，出现重复的Z坐标数据，因此在存储的时候会进行重复存储，浪费存储空间。还有以ACTNUM关键字为开始行，后面另起一行跟随单元格有效信息，当所在的单元格有效时代表值是1，无效的单元格使用0表示。格式如下：

COORD

21637758.351519 -5011731.630286 191.644577 21637758.351519 -5011731.630286 391.644379

………………………………………

ZCORN

191.644577 191.590652 191.590652 191.482605 191.482605 191.322113

………………………………………

ACTNUM

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

………………………………………

1.1.2 VIP文本文件格式分析

顶头以CORP关键字为开始行，然后另起一行开始具体的角点数据。其中数据中间可以穿插注释行，几何模型角点数据后面为净厚比数据，同样以NETGRS关键字为开始行，后面另起一行数据为净厚比数据。这里需要注意的是角点数据和净厚比数据不能交替出现。格式如下：

CORP VALUE

C GRID BLOCK:I=1，J=1，K=1注释行

1010.2625 954.2182 1895.6265 1048.1987 955.0655 1895.7871

………………………………………

NETGRS

………………………………………

1.2 二进制文件格式解析

在二进制文件中，一般使用关键字进行输出，而不同的数值模拟软件输出的文件不同，使用的关键字也不同。

VIP包括初始化模型结果文件和模拟模型结果文件等[6]。

Eclipse的二进制文件通过块进行存储，而存储的方式是根据巴恩斯范式[7]，其二进制文件格式一般包括三部分：

.GRID文件(*.EGRID文件)：存储网格信息，包括网格的个数等，其中*.EGRID要小很多；

．INIT文件(*.FINIT文件)：属性文件，存储着静态数据，包含了各个方向的渗透率以及厚度净毛比等静态属性；

.UNRST文件：包含动态属性，例如：含油饱和度、压力等。

CMG二进制文件格式一般包括以下部分：

.OUT文件:输出结果文件，从文件中可以看到每一个事件点的结算结果，错误结果也可以从中得到，使用文本文件打开；

SR2二进制索引文件*.IRF：用于数据的后处理，调入二维和三维文件的处理结果；

SR2二进制结果文件*.MRF：用于存放二进制的计算结果，主要的结果文件都放在其中；

.FHF文件；存放历史拟合文件，对油田生产动态进行拟合。

从以上的文件格式分析中可以看出，不同的数值模拟软件，中不同，不同的参数属性放在不同的文件中，并且在网格信息的表达，静态和动态数据的所使用得关键字也不同的。

2 数据格式转换

对油藏体进行数据格式的分析之后，根据各种数值模拟软件结果文件的数据特点，使用大数据体组织方式来设计统一的数据结构，提取文件中的关键字，从而设计转换接口来读取不同数值模拟软件的结果文件。

2.1 大数据体组织方式

在油藏体进行数值模拟的过程中，产生大量的二进制结构数据或文本格式数据文件。大量文件以不同的方式进行存储，在进行读入的时候会产生冲突，占用大量的内存，为了解决出现的问题使用大数据体组织方式(LDM)进行数据管理，LDM是一种多级分组、多分辨率的大数据体组织方式[8]。它与八叉树结构的原理相似，在使用LDM对油藏体进行管理时，对油藏体建立八叉树结构。具体步骤如下：(油藏体使用八叉树存储，将油藏体进行八等分，直到此油藏体划分到最小，不能进行等分；(划分出的油藏体网格之间相邻，利用油藏体的顶点坐标，能快速的寻找出与此油藏体相邻的油藏体的坐标。八叉树结构表达了油藏体各个部分之间的联系。下面以Eclipse软件的数据为例，利用LDM大数据管理模式将Eclipse的数据文件形成的油藏体重新划分，然后利用八叉树的结构特点，在XYZ 3个方向上划分，能很快的查找到相邻的油藏体。

使用LDM进行数据管理，让油藏体数据模型按照特定的数据组织形式进行输出，每个单元格都存在8个3维坐标。具体的LDM组织形式如如图2所示。

图2 LDM数据组织形式

2.2 关键字抽取

通过对不同数值模拟软件的结果文件格式的分析得出，各数值模拟软件的关键字有差异，不仅在各个参数的表达上，还有在3个方向维度上都有不同，例如：Eclipse的角点数据是以关键字COORD为开头进行存储，而VIP的角点数据是以CORP关键字开始的。利用LDM大数据管理模式将油藏体进行统一管理，因此在本文中将各个数值模拟软件的关键字进行提取，对相同参数的进行关键字的统一，不同参数的将其关键字存储到可扩展的数据接口中。具体方法如下：

(1) 对各个主流的数值模拟软件的数据格式进行分析，确定各个关键字所代表的参数属性，确定完成后进行下一步；

(2) 区分各个关键字，对相同的参数属性抽取其相同点进行关键字的统一化，设置相同的关键字，通过扩展接口读入模块中，然后将不能抽取相同点的关键字进行存储，然后进行下一步处理；

(3) 对读入的文件，通过与存储的关键字进行比较进行判断，看是否进行存储，存在即可完成文件的读入，否则返回第二步；

(4) 完成结果文件的调入，进行人机交互。

具体的流程图，如图3所示。

关键代码如下：

while (!feof(fp)) {

p = getLine();

m_LineNumber++;

if (CompareKeyword("SPECGRID")) {

res = ReadSpecGrid();//读取坐标参数

}

if (CompareKeyword("COORDSYS")) {;

} else {

if (CompareKeyword("COORD")) {

图3 关键字流程图

res = ReadCoord();//读取顶底坐标对数据 }}

if (CompareKeyword("ZCORN")) {

res = ReadZCorn();//读取Z轴坐标数据}

if (CompareKeyword("ACTNUM")) {

res = ReadActnum();//读取有效网格标志数据

}

}

2.3 数据格式转换以及三维可视化

对于油藏体数据模型来说，模型中的网格数量影响着油藏数值模拟模型的数据量。一个有着千万网格单元的模型、加上静态属性数据，其数据量可以到1GB 以上[9]。不同数值模拟软件所输出的数据格式也不尽相同，为了实现不同模拟软件数据结构的统一化，所以本文对前述的 LDM 格式组织以及关键字的抽取方案进行了编程实现，数模结果数据重新组织以后，文件中的基本数据都能进行转换。该功能的界面,如图4所示。

图4 格式转换功能界面图

在界面中可以看到，可以选择静态属性以及动态属性，还有时间步，选择完成后对选中的信息进行转换。本文在编程实现对数据格式的转换后，将转换后的油藏体进行展示最终显示效果，如图5所示。

3 总结

本文解析了国内外主流的数值模拟软件，例如Eclipse、VIP等，对它们的两种文件格式进行解析，利用以八叉树结构为基础的大数据体组织管理方式对油藏体进行网格划分，构，实现对不同数值模拟软件的文件读入，实现对油藏体的展示。

图5 油藏体三维显示图

[1] 吴永彬，张义堂，刘双双．基于PETREL的油藏三维可视化地质建模技术[J]. 钻采工艺,2007,30(5) : 65-67.

[2] 明光春.油藏数值模拟结果的三维图形显示[J]. 计算机工程与应用,1994(3):121-123.

[3] 张烈辉.油气藏数值模拟基本原理[M]. 北京:石油工业出版社,2005:10-16.

[4] 刘皖露,马德胜,王强,刘朝霞.化学驱数值模拟技术[J]. 大庆石油学院学报,2012,(3):72-78.

[5] 张岩,聂永丹,赵建民,等. 油藏体数模综合展示技术研究[J]. 沈阳理工大学学报,2013(2):33-37.

[6] 张述. 基于ActiveX自动化技术油藏数值模拟结果可视化研究与实现[D]. 成都：西南石油大学,2011.

[7] 申龙斌．油田勘探开发地质对象三维可视化关键技术研究[D].青岛: 中国海洋大学，2010．

[8] 侯树杰. 常规条件下油藏数值模拟数据可视化展示方法[J]. 油气地质与采收率,2012,(3):57-59.

[9] Jorg E. Aarnes, Vegard Kippe， Knut-Andreas Lie. Mixed Multiscale Finite Elements and Streamline Methods for Reservoir Simulation of Large Geomodels[J]. Advances in Water Resources, 2005, 28(3): 257-259.

ResearchonNumericalSimulationofChemicalFloodingPost-processingTechnology

Zhao Jianmin, Tang Maobin
(School of Computer&Information Technology , Northeast Petroleum University, Daqing 163318, China)

TP311

A

2017.05.20)

赵建民(1991-),男,硕士研究生,研究方向:软件工程与集成技术。 唐茂斌(1991-),男,硕士研究生,研究方向:软件工程与集成技术。

1007-757X(2017)09-0050-04