延长探区数字油田平台设计与功能展示

党海龙，张 鹏，王 涛，崔鹏兴，孟 潇.

(陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西西安 710075)

延长探区数字油田平台设计与功能展示

党海龙，张 鹏，王 涛，崔鹏兴，孟 潇.*

(陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西西安 710075)

为了实现空间信息与地下数字油藏的深度融合统一，打破了各领域横向分割的局面，面向生产、科研、管理和决策的地上地下一体化应用。本文以三维GIS为平台，按照勘探开发管理模式进行构架设计编程，通过动静态数据库管理标准化、多业务软件研发及镶嵌，搭建了新型数字油田总体架构，并在延长油田东仁沟区块进行了试点应用。研究表明，该平台达到了油田勘探开发任意数据按照行标进行存储管理、实时推送及分析研究，不同专业软件在本平台的协同工作，油藏与井输数字模型的实时展示，现场管理可视化控制；井位部署、产建及重大方案跨地域论证，实现了开发决策数字化和生产管控智能化，是数字油田向智能油田建设的跨越。

数字油田；三维GIS；油藏分析；数字模型；可视化；异地同步；智能决策

随着全球性石油行业的快速发展，数字油田越来越被各大石油公司所青睐，其对提高油气田工作效率、降低生产成本等起非常重要的作用。数字油田是以数字地球为技术导向、油田实体为研究对象、空间地理坐标为依据，具有多分辨率、海量数据和多种数据融合，可用虚拟技术进行多维表达，达到了空间化、数字化、网络化、智能化和可视化的“五化”特征[1-2]。近年来，国内外石油公司在地理信息系统(Geographic Information System，简称GIS)[3-4]、海量影像数据[5]、遥感数据[6]、光纤传感[7]、视频监控及报警系统[8]、建模与可视化[9-10]、数字油藏[11-12]、数字化钻井[13]、数字化采油[14]、勘探开发一体化[15-16]、现代管理方法[17-18]、决策指挥[19]等领域取得了突破性进展，但对油田勘探开发综合数据还没有形成智能化实时集成应用，不能在GIS操作系统上实时推送油藏任意生产数据，更不能在GIS上实现开发方案的网上实时实地决策和生产动态管理。本文对延长油田三维GIS与勘探开发深度融合进行论述，实现了在GIS平台上勘探开发任意数据推送、油藏决策分析与生产管理以及地上地下一体化，便于在平台上进行勘探开发分析研究与数字模型的实施修改矫正，促进了新型数字油田的快速发展。

1 工区概况及数字油田研究目标

1.1 工区基本概况

东仁沟工区位于陕西省定边县砖井镇境内，大地构造位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡西部，面积为113 km2，油水井有1094口，主力产层为长2，少数井为延9、延10等油层。作为成熟区块，研究区地质认识较全面，信息化程度较高。研究区属陕北黄土塬区，地形起伏不平，为沟、梁、峁地貌；地面海拔为1440～1860 m，相对高差最大为420 m；年降水量为500 mm左右；最低气温为-25℃，最高气温为35 ℃，年平均气温为7.8 ℃；农业生产水平较低，交通不发达。

1.2 数字油田研究目标

通过地上地下信息深度融合的勘探开发一体化平台研究，建设新型数字油田，预计达到以下4个目标：

(1)建立勘探开发数据库与空间地理信息库，对油田地面地下信息系统融合关联，实现油气田勘探开发数据信息的全过程数字化，挂接不同专业软件在同一平台的调配应用。

(2)以油藏和生产数据为基础，通过专业软件进行数据计算，在GIS上建立对应关系，实现了油藏开发动静态任意数据通过GIS平台实时推送。

(3)通过对油田数据信息不同软件处理并与GIS系统建立时空数学关系，实现在GIS平台展示油藏、地面集输、生产管控的二三维数字体模型与影像；同时可以实现井位部署、道路修建与管道设计的初步选址和计算；并通过整合数据采集与监视控制系统(Supervisory Control and Data Acquisition，简称SCADA)，实现油田生产智能管控及实时化同步展示。

(4)以GIS为空间坐标，通过对油田勘探开发数据计算与图形化处理，实现了目标体构造、沉积相、储层参数等油藏地质数字模型的多维多视角和切片展示，可在GIS平台进行开发方案设计与调整等的网上实时决策工作。

2 数字油田平台设计

本平台是将地理信息与勘探开发数据深度融合的工作平台，是多领域多学科的交叉集成，支持不同决策需求之间的数据与成果共享。把GIS、勘探开发数据与专业软件进行关联，实现对地下油藏的地质研究、动态分析、方案编制的支持，可对地面场站、管线、井网、地形地貌等进行三维GIS展示，便于油田的生产运营、数据推送、科学研究以及智能决策。

2.1 总体架构

新型数字油田地上地下信息深度融合的勘探开发一体化平台总体功能架构(图1)，依托数据层、应用服务层、业务研究层和智能决策层，实现平台整体功能设计。

2.1.1 数据层

数据层主要负责数据存储和访问，为平台建设提供数据服务。其主要内容为建立统一的数据库平台，包含基础数据、井数据、图形成果、模型成果、文档的平台主库；基于各种应用软件工区的项目库，实现对地面、地下数据、成果、文档以及GIS数据/图形模型的统一管理与维护。

2.1.2 应用服务层

应用服务层(也称中间层)，是数据层与业务研究层之间的逻辑层。应用服务层包括平台的数据服务、图形服务、GIS服务[20-21]、成果服务和系统服务，从数据层调用原始数据，为业务研究层提供应用功能支撑，实现数据统计、图形和模型的显示和共享、空间搜索等功能。

2.1.3 业务研究层

业务研究层，是面对用户的操作界面，实现用户与系统平台进行信息交互及研究分析。主要包括地质研究、动态分析、GIS导航与展示平台。

(1)地质研究平台，主要涵盖4个模块，分别为油藏精细构造解释、测井解释与地层对比、沉积相综合分析、储层与流体分析。

图1 平台总体架构Fig.1 Platform of overall architecture

(2)动态分析平台，针对延长油田数据资料和需求开发动态分析软件平台，主要包含研究工区数据管理、多井动态分析、单井动态分析、动用状况评价、注采状况评价、水驱效果评价、措施效果评价等分析研究模块。

(3)方案编制平台，针对延长油田开发、规划以及调整三大类进行设计，主要包含层系分析、注入分析、井网分析、规划方案、调整方案、经济评价等模块。

(4)GIS导航与展示平台，提供二维、三维场景浏览、计算、查询等基础工具，包括测坐标、测距离、测面积、测挖方、通视分析、视域分析、断面分析等。三维展示功能能够展示的范围包括场站、视频监控、地面地形地貌、井间管道及地下管网等内容，能够查询圈定生产情况、查询调用生产数据。

2.1.4 智能决策层

应用平台多功能联动，依托业务研究成果支撑，基于GIS空间导航实现平台异地同步论证与决策。

2.2 功能架构

本功能架构平台以地理信息系统为导航、勘探开发研究为主线，以高效的数据组织及传递为基础，以油气藏综合分析与专业软件集成为手段，构建涵盖勘探开发业务流程的一体化协同软件平台(图2)，主要包括数据管理、GIS管理与导航、地质研究、油藏工程以及决策汇报系统。其中，数据管理系统包括主库管理子系统、项目库管理子系统和综合查询子系统，GIS管理与导航包括空间信息展示、信息预警、空间查询分析、决策汇报系统辅助和数字油田接入与展示，综合地质研究包括沉积相综合分析系统、GPT系列软件集成、图形成果可视化系统、模型成果可视化系统和批量自动成图系统，油藏工程系统包括动态分析与效果评价、油藏工程设计模块和油藏经济评价模块，决策汇报系统包括快速应急指挥和辅助决策汇报。

图2 平台功能架构Fig.2 Platform of functional architecture

3 数字油田功能展示

新型数字油田地上地下信息深度融合的勘探开发一体化平台是一个实时化综合决策与数据管理平台[22]，便于油田的快速分析决策和智能化生产管控，提高勘探开发管理水平，减少人力物力，大幅度降低勘探开发成本。针对本平台的功能，主要从大数据集成管理体系、成果协同共享、生产管控、地上地下信息一体化、智能决策等方面展示说明。

3.1 大数据集成管理及协同共享

3.1.1 大数据集成管理

数据管理平台建立了规范、统一、全面的主库管理子系统、项目库管理子系统和综合查询子系统，搭建了空间数据库、静态数据库、动态数据库、试验数据库、图形库、模型库、项目工区库、知识文档库等8个数据库，覆盖了地上地下全部数据信息，面向全延长油田云端存储及应用。通过物联网自动采集数据、归档成果中提取数据、已有数据库映射迁移数据、人工辅助录入数据等多种方式进行所有动静态数据的录入工作，充实数据库。并在数据录入、上传、审核、入库流程中分配相应权限，记录操作日志，内部控制，多级审核，形成数据资产，确保数据安全管理运行。

制定了延长油田数据统一标准规范，包括数据格式、成果标准、存储结构等规范统一，大规模数据收录、一体化智能检索、完善的安全机制，提升数据安全性、易用性与共享性。数据管理平台(图3)为GIS管理与导航、地质研究、油藏工程以及决策汇报系统提供数据流，内网加密推送数据信息，实现了平台内部数据链循环利用，保障了数据和研究成果的高效率“存、查、用、传”。

采集完成入库11万余口单井基础与钻井地质信息、5万余口测井曲线数据；加载2.5 m分辨率影像数据2张、0.5 m分辨率影像数据4张，形成1∶10000矢量图39幅，覆盖面积6857 km2；智能匹配同步延安生产动态库25万余条日度采油数据和3万余条日度注水数据，为开展油藏动态分析提供基础数据并实时推送。初步建成了科研生产数据管理标准，实现了数据资产化管理。对近年来承担的各类科研项目进行归类整理上传入库，实现了资料的归档和共享。

大数据集成管理不仅提高了研究人员的工作效率，还为应用和共享提供了便捷，节约了80%重复性基础工作量，能减少研究、决策过程中大量人力、物力与时间上的浪费，实现多层面信息化高效应用。

图3 数据管理及应用生态系统Fig.3 Data management and application ecosystem

3.1.2 数据及成果协同共享

为了达到工区数据及专业成果统一共享，打破专业壁垒和传统业务流程顺序，重建业务流程，打通不同软件之间的连接通道，运用数据无缝集成技术，实现数据链和研究成果互访共享，实现多领域、多专业、多部门等之间交叉互访共享，提高科研工作效率。

通过GIS导航选择研究区块从项目库系统自动获取并推送勘探成果数据到主库系统；根据新建产能区块范围从主库系统获取并推送相关数据到专业软件应用工区，通过地质研究系统和油藏工程系统及相关集成软件研究，确定地下井网、井位、井别及相关参数，结果回传到项目库中形成井位设计库；通过查询井位设计库，结合三维地理信息进行地面井位、场站优化选址，完成虚拟现场踏勘及井位审查论证(图4)。

3.2 生产管控

油田生产管控是基于GIS来实现油田生产管理和控制。GIS是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。运用三维可视化技术、虚拟现实技术、地理信息空间技术，真实和直观地再现生产现场的场站、建筑、设备、阀门、仪表、管网、道路、村庄等的三维信息；可实现地下油藏、井筒、管道等可视化，具有强烈的立体感(图5)，并可改变观察对象的方向、角度和距离，操作灵活简单，便于直观、全方位的定位、观察及控制，同时结合高清三维GIS可以进行井场选址部署、管道走向和道路规划，并进行土石方工作量的计算；还可以与SCADA系统融合实现生产实时控制、安全监控和应急指挥。

图5 远程实时精准管控Fig.5 Remote real-time precise controla.实时视频掌控；b.管网电子巡检；c.联合站三维场景

3.3 地上地下一体化融合

本平台以GIS为导航，结合数据管理系统、地质研究系统、油藏工程系统、决策汇报系统，共同完成地上地下信息的深度融合，给地面工程方案远程数字化优化设计提供帮助。主要从3点进行流程阐述：①地面设施数字化管理与显示。地理信息、固有属性参数、实时运行参数、系统模拟。②井位优化。地上地下结合，在满足地质、油藏、经济评价等条件下，考虑地形地貌影响，满足钻井、井场等布局的有效性和可行性。③设施布局优化。在井位确定的情况下，通过三维地理系统布局站点位置和管网铺设路径，使总建设费用最低且满足站点管辖范围等诸多约束条件。

通过应用统一坐标投影转换技术(Unified coordinate projection converter，简称UCPC)，突破了空间映射技术难题，解决了地面地下三维信息映射问题，球面坐标体系与平面坐标体系的完全叠合映射。依托GIS可以从地上看地下，或者地下看地上。根据地下油藏开发需求，结合高清卫星影像信息，实现井位坐标、井型、井场、站点、集输管线、道路等地面工程的数字化设计，应用“虚拟现实”技术实现现场踏勘，高效精准优化部署与工程设计，真正实现地上地下一体化深度融合(图6)。

图6 地上地下信息深度融合Fig.6 Deep integration of ground and underground information

3.4 智能决策

智能决策系统主要根据信息化油田特别关注的问题如重点井位论证、产能建设论证、重大方案论证等建立决策系统，包括资料管理模块、研究环境模块、论证汇报系统模块和报告生成与审核模块。有机融合了地理、地质、油藏、生产、测井、工程等信息，保证了决策、生产、技术部门工作的高效性和及时性。多领域专业技术人员跨地域实时调配、协同工作，共同完成智能决策。下面以产能建设为示范进行阐述。

产能建设主要为新区(勘探新区及探明未动用新区)、老区(扩边、井网完善及井网加密)和水平井产能建设(图7)。首先建立实施产能建设的工区，从主库数据库中获取各类基础资料，包括地质资料、邻井测井、钻井、试油、动态等资料。然后利用产能建设协同研究环境进行多人异地协同研究，创建构造、沉积相、砂厚、油厚、开发现状图、部署图等图件，以及相关报表。整理产能建设论证PPT和相关成果数据、图件及文档资料，采用产能建设论证系统进行现场论证，记录论证的意见和反馈。最后通过报表编辑环境报告智能生成，自动上传推送到上级审核，便于快速决策。

图7 产能建设流程Fig.7 The flow of block productivity construction

智能决策系统在一体化的数据管理和应用系统的高度集成基础上，将各类成果信息进行融合，可以快速地提供地面工程、生产管理、井位部署、方案优化等智能决策。各智能决策专题在同一个平台中能够更好地拓展和实现，解决了以往油田信息管理等独立子系统间关联程度差从而导致各类决策支持专题无法有效地融合各系统的问题。

4 结束语

(1)建立了油田大数据科学管理体系及统一标准规范，运用数据无缝集成技术，实现数据链和研究成果互访共享及实时推送，只需一次创建导出研究工区，直接进行分析研究，避免了在本平台研发、集成以及挂接的多个软件中重复的整理数据、建立研究工区，改变了常规信息获取模式，实现了一体化无障碍沟通及一站式服务，大大提高了工作质量和效率。

(2)通过三维GIS和地下数字油藏的深度融合统一，远程实时监控，实现精准管控和应急指挥；真正实现了“从地上看地下，从地下看地上”，大大提高了场站选址、管网布线、井位部署与调整等的现场踏勘工作量；还可以实现重点井位论证、产能建设论证、重大方案优化论证等智能决策。

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PlatformDesignandFunctionDisplayofYanchangDigitalOilfield

Dang Hailong, Zhang Peng, Wang Tao, Cui Pengxing, Meng Xiao

(ResearchInstituteofShaanxiYanchangPetroleum(Group)Co.,Ltd.,Xi＇an,Shaanxi710075,China)

In order to integrate spatial geographic information and underground digital reservoir deeply, it broke the situation of transverse segmentation in various areas. And it faced integration of ground and underground of production, scientific research, management and decision-making. In this paper, it is the three-dimensional GIS as a platform. It proceeds with architecture design and programming by the management models of exploration and development. It sets up a new type of overall architecture of digital oilfield, through standardization of dynamic and static database management and integration of multi-service softwares. As an example of the block of Dongrengou of Yanchang oilfield, the applications show that the platform has reached the storage management in accordance with professional standard, real-time delivery and analysis research of the oilfield exploration and development of arbitrary data. It works together with different professional software in this platform. It reaches real-time display of digital model of the reservoirs and wells transportation. It controls the visualization of site management of oilfield. And the platform can demonstrate well deployment, productivity construction and big plan across the region. And it really achieves digitization of decision-making of development and intelligentialize of production management and control, and it achieves the span from digital oilfield to intelligent oilfield construction.

digital oilfield; three-dimensional geographic information system; reservoir analysis; digital model; visualization; multiarea-synchronous; intelligent decision

党海龙(1970—)，男，学士，高级工程师，主要从事油田开发工作。邮箱：danghl@yeah.net.

TP311.1

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