基于勘探数据库的地质统计分析技术

文/李莉

随着对地下地质特征认识的精细化，地质研究人员越来越多地依赖先进的地质分析工具，从综合的角度来进行地下地质体的研究。虽然部分国内外地质软件也包含地质统计方面的功能，但大都非常零散，附带功能也不齐全，不能完全满足地质研究系统内不同专业、各个层面用户的需求，导致地质研究工作者只能提前做大量数据统计的人工工作，费时费力，本文利用已有海量勘探数据信息，通过有效的方法对数据进行分析、抽取、综合分析，实现了该目标。

1 地质统计分析技术与方法

地质统计学是由法国著名学者 G.Mathero教授经过大量工作将Krige 的成果理论化、系统化，于1962 年创立并逐渐发展起来的一门新的边缘学科，属于数学学科的地质研究学分支，主要用来研究分析在空间分布上具有随机性、结构性，同时还有空间关联、相互依赖的自然现象。 目前，地质统计学软件有许多种类，它们各式各样、风格各异，应用领域不同，不断应用于比如矿产资源预测及评价、矿山地质、矿产经济、环境科学研究、海洋渔业资源动态管理等新领域。对于储油层的勘探开发研究方面，可估计地层的埋藏深度深、底层厚度、渗透率、孔隙度和含油饱和度等地质参数的空间分布特性。这些参数特性在空间存在着一定的空间分布规律（结构性），又具有局部的变异性（随机性），这些参数都属于区域化变量，因此可以用地质统计学的方法对这些变量进行深入研究，用来绘制各种地质图件。此外，应用随机数值模拟方法和油藏数值模拟方法，可以准确预测油藏的动态特性，为制定和调整开发方案并提高采收率提供科学依据，而这些软件依赖的就是用户输入的各种地质统计参数。

图1：系统流程

但是，仍然还存在一些问题，如今，针对勘探业务领域的地质统计分析软件少之又少。本文就此论述了如何采用各种统计算法，从勘探工作量、地层岩性特征、油气显示、储层物性、地层温度压力、地层速度、储量信息等角度为地质研究人员提供全方位的数据统计支持。其中，基础数学统计方面，主要应用综合研究中常用公式：砂岩密度=砂岩总厚度/地层总厚；砂岩厚度=地层厚度-泥岩厚度；砂岩百分含量=砂岩厚度/地层厚度；平均渗透率=渗透率之合/层数（段数）；地层速度=1/声波数值等，绘制统计对比图时采用了散点图和直方图方法。在地层温度压力预测时，通过邻井数据做为样本，拟合出线形回归一元二次方程：P=a+b*h+ch2，推算出压力近似值。在绘制等值线主要使用克里金法（Kriging）算法，在数据点多时,其内插的结果可信度较高。

2 地质统计分析系统设计

2.1 功能流程

系统分为多层架构， 本系统在进行设计时，充分考虑了传统的两层架构的局限性，三层乃至多层体系架构的灵活性，同时考虑与勘探信息系统（EIS）的集成，以及有效利用已有的综合录井图系统所使用的Web Services服务，分别实现从EIS导航获取井集信息、从勘探数据库获取相关业务原始数据、对原始信息按照各种统计分析方法进行统计分析，形成统计结果，绘制不同对比分析图形、等值线图形，并将统计结果输出（图1）。

图2：LINQ数据联查模式

2.2 总体功能模块

系统分为8个大模块，32个子模块。其主要模块的功能为：

图3：油层等厚图绘制及对比分析

（1）勘探工作量统计模块—统计勘探工作量，实现历年勘探工作量的分析，对比；

（2）地层岩性特征统计模块—应用地质统计分析方法来分析多井的地层厚度、某类岩性厚度、某种岩性百分含量；

（3）油气显示统计模块—应用地质统计分析方法统计分析油气显示情况；

（4）储层物性统计模块—统计分析储层孔隙度、渗透率等储层物性；

（5）地层温度压力统计模块—统计分析多井地层温度、压力情况；

（6）地层速度统计模块—统计砂泥岩的速度；

（7）储量信息统计模块—分析统计不同层系、计算单元的含油面积，地质储量；

（8）统计规则模块—建立地层分层、岩性分类两个规则库，实现规则的可维护以及在数据统计过程中的应用；

（9）等值线绘制模块—实现井属性的各类等值线绘制及操作（包括信息展示、邻井查询、地层展示、添加新井、撤销选中等）、图件操作（放大、缩小、填充颜色等）；

（11）直方图展示模块——实现可定制的展示柱图、折线图、散点图、复合图等。

2.3 关键技术设计及实现

2.3.1 基于SOA的框架设计技术

SOA是一种面向服务的架构设计模型，它根据需求对松散耦合的不同粒度的应用模块进行分布式地组合、部署和使用。在SOA架构模型中服务层是基础，并可以直接被应用模块调用。SOA的关键特征是可从企业外部进行访问、随时可用、粗粒度服务、松散耦合、可重用服务、服务接口可管理、支持多种类型的消息等。

SOA与传统的企业应用集成架构的主要区别在于其使用基于行业标准的服务，并包括过程或数据服务、统一编排和组合，基于标准的服务是应用集的核心，服务的编排和组合为集成提供了服务的灵活性和重用性。SOA能让系统架构者以更迅速、更可靠、更具重用性来架构整个业务系统，能更加有效地应对不同业务的变化。

2.3.2 统一WebService数据服务

对于数据提取接口，本系统采用Web Service技术的数据访问和数据传输技术。Web Service 是在XML基础上发展起来的一种Web服务，他们具有自包含、自描述、模块化的应用特性，可以在Web服务器上部署、查找定位并通过Web方式进行调用。各个模块之间，与同外部应用系统（EIS）之间及与Web服务之间，都是用标准的XML文档去访问和交流，用户从客户端通过调用Web Service提供的方法，向Web服务器发出数据请求，服务器对数据库进行数据查询，将查询结果传到客户端。

Web Service服务封装了面向各类数据库的通用EnterpriseLibrary（企业库）接口，客户端不必考虑数据库访问的底层设置，保证了客户端数据检索的灵活性，数据访问经过统一接口，不仅增强系统可控性、安全性，减轻客户端部署负担，同时最大程度保证数据检索的效率。

2.3.3 xml模板技术定制界面

软件在定制界面时，基于对代码复用、灵活修改、规范排版的考虑，采用xml模板式界面定制。通过对功能性控件的灵活定制，使系统维护更为方便，对于功能修改，排序变换，功能添加，都可通过模板修正实现。

2.3.4 基于LINQ的数据联查技术

LINQ技术是Visual Studio 2008平台开始提供的新功能，以“把查询语法从底层的数据库中抽象出来”为原则，拥有其自身特定的语句规范，实现面向数据库、数据对象、XML文件的通用数据查询。

为实现各类数据库（Oracle、Sql server等）及Excel文件等多种数据资源进行综合统计，保证系统功能灵活性的同时，保证统计效率，将数据统计过程分开进行：原始基础数据获取阶段，SQL语句联表查询的执行过程包括单表搜索、表间笛卡尔积、条件筛选、字段筛选等一系列动作。初始的单表搜索仍交由数据库完成，数据库的数据获取借助WebService实现，本地Excel文件数据获取借助EnterpriseLibrary查询接口实现；而后是数据筛选整合阶段，借助LINQ丰富的语法实现数据联结、筛选、排序等效果。LINQ实现的数据联表主要是面向Datatable或者数据对象的，即通过基本的数据接口获取的原始数据集合。LINQ拥有其特定的语言格式，能够灵活定制各种条件方式的多对象（Datatable或数据对象）联查（图2），其内部实现高效、准确。通过对LINQ的技术研究，利用其特有的语句实现地层特征、油气显示、储层物性、温度压力、地层速度等业务数据高效统计。

2.3.5 基于Surfer的等值线绘制技术

克里金插值算法是地质统计学中最核心的内容之一，Surfer封装克里金算法，提供了等值线图、矢量图、网格图、三维图等各类图形绘制功能。系统调用Surfer内部函数及方法，实现了直接从数据库中调用数据绘制等值线功能及用户与等值线图交互操作，如：网格密度、线色、线宽、线值参数自定义设置；实现了常用图件操作，如等值线图颜色填充、缩小、放大、拖动等；对图内井圈的操作，如井圈定位、查看信息、邻井查询、添加新井、撤销/复用、多井连线等。

用户通过数据统计得出统计结果，再对统计结果进行添加坐标信息、筛选关键字段等数据格式化步骤，从而规范绘制等值线数据，通过系统函数与Surfer组件函数配合，经过参数设置、数据载入、绘制、着色、导出等一系列步骤，加载生成等值线进行展示。

2.3.6 基于Advantage的对比图生成技术

在数据统计的基础上，进行大量对比分析图形展示，便于对地质属性更直观形象地认识。基于多样化、专业化图形的展示需求，选择Advantage作为基础并加以功能扩展。Advantage为Visual Studio平台提供了丰富的控件扩展，它的制图控件Ultra Chart提供了柱图、饼图、散点图、折线图、区域图等基本图形生成功能，而且还提供了足够的开放函数。

实现了可定制的图件展示，包括分井分地层的关键属性对比柱状图、相关物性参数的散点图等坐标轴设置、坐标区间设置等，同时还通过程序内部处理实现了专业图形展示，如地层展示图、岩性展示图、各岩性深度-速度分布图、DC-H图、油水相渗透率图、粒径分布图等。

3 应用效果

本系统主要服务于地质研究人员，为其综合利用各类地质信息、深入分析综合地质特征、全面总结各种地质规律提供有效参考。经过一段时间的应用，取得了良好的应用效果。 如图3所示。

4 结语

针对油田勘探的实际情况，基于勘探数据库，如何应用地质统计学特有的技术特点，为地质综合研究提供一些日常工作需要的统计分析结果，同时进行地质规律性展示，便于研究人员进行规律性探讨研究是本文的最终目的。本系统是统计分析技术在勘探信息支持系统的初步应用，为以后勘探信息系统往智能分析发展奠定基础。由于地质统计分析业务范围广泛，需求众多，希望抛砖引玉，在应用过程中不断完善，实现对地质统计分析信息全面支持。