多类型地震数据自动化处理成图软件的研究与实现

沈东义,袁秋霞,张洁,李会弟

(1.中海石油(中国)有限公司 天津分公司,天津 300459; 2.中海油能源发展股份有限公司 工程技术分公司, 天津 300459)

0 引言

地震资料解释是把地震数据变成地质成果的过程,通过运用波动理论和地质知识,综合地质、钻井、测井等各项资料,做出构造解释、地层解释、岩性及综合解释,对这些资料进行综合分析、模拟计算、反复对比,绘出有关的成果图件,对探区作出含油气评价,提出钻井位置的过程[1]。目前国内主流的地震资料解释软件包括LandMark、GeoFrame等交互解释系统[2]。LandMark和GeoFrame作为石油行业中勘探解释工作的主流软件,是国外公司基于Unix/Linux平台开发的大型工作站版软件[3-4]。其中,Geoframe软件提供了常规测井曲线的交互解释、倾角处理、成像资料的处理解释以及工程应用等功能,为油田提供油气水层评价、储量计算、钻井及压裂工程应用等一整套参数,在勘探开发地震资料处理解释中使用广泛,工区中存储着大量的重要地质地震数据[5-8]。

随着油气勘探需求的不断增大,地震勘探数据量呈现出了快速增长的趋势,这给地震资料解释工作带来了巨大挑战[9-11]。目前渤海油田采用GeoFrame(简称GF)进行构造解释、双狐[12]进行图件编辑的解释制图模式,由于GF数据无法直接导出,常见的做法是将地震数据进行多种格式转换后导入双狐中进行编辑处理。渤海油田地震数据具有复杂多样的特点,导致双狐中提供的断层处理、测网生成等功能往往无法满足现有制图需求,经由双狐函数处理后的数据元素仍需进行大量手工编辑工作。在这种模式下,对等值线、断层、尖灭、测网等各种数据的基本处理、实现图件标准化需要占用制图人员的大量时间。因此,如何高效地将工作站解释软件工区内数据导出并制作成标准图件一直是解释制图人员研究的重点。

针对以上问题,本文对现有构造解释软件和制图软件的数据管理模式、成果图件包含的基本数据类型及各种地震数据相关的处理流程展开研究,提出一种多类型地震数据自动化处理成图算法,对各种地震数据集成式处理,并通过算法设计一种成图软件,用以连通工作站与微机软件并辅助制图,达到简化成图步骤、提升制图效率的目的。

1 多类型地震数据自动化处理算法

为了快速准确的处理多种地震数据,高效绘制物探解释成果图件,设计了一种多类型地震数据自动化处理算法,具体流程如图1所示。主要包括数据导出模块、多数据处理模块以及修饰添加模块,依次对地震数据进行处理。其中数据导出模块通过后端数据接口将解释成果软件中的解释成果数据直接导出并转换为双狐图件格式;多数据处理模块包括测网生成模块、等值线处理模块和断层处理模块,可以将数据导出模块导出的三点坐标数据转换为三维测网并完成对等值线数据和断层数据的相关处理流程;修饰添加模块可以将图形要素修饰参数、三维测网和图件辅助要素自适应添加到物探解释成果图件,完成基本绘图标准化工作。

图1 基于多类型地震数据自动化处理成图方法流程

1.1 数据导出模块

为了减少不同软件间频繁的数据导入导出和格式转换操作,数据导出模块作为微机与工作站解释软件的直连通道,依靠后端直连算法连接微机与工作站解释软件,直接将解释软件内解释成果数据导出并转换为双狐图件格式。导出成果根据数据类型分别标记存储,将用于生成三维测网的三点坐标数据存储于3dPoint.txt文件下;将井位坐标数据存储为well.dfd,等值线数据存储为Contour.dfd,断层数据存储为Fault.dfd;将等值线与断层数据合并存储于Contour_Fault_All.dfd文件下,作为下一阶段多数据处理模块的输入数据。

1.2 数据处理模块

1.2.1 生成测网

测网生成模块实现三点坐标到三维测网的转换功能,并可根据自定义炮、线间距计算显示测网间距。

为了获取高精度三维测网,减少计算误差,测网线间距严格由三点坐标与自定义炮、线间距计算得到,步骤如下:

1)根据三点坐标数据求出整个测网矩形范围,获取测网边界点数据;

2)将测网边界点数据进行二维旋转,计算测网网格线间距,得到内部网格线结果;

3)对网格线结果进行二维逆旋转变换即可得到最终的测网网格线结果。

1.2.2 处理等值线

等值线处理模块实现等值线的延伸、去重、区分标记等功能。工作站解释软件等值线绘制过程中由于算法和显示原因,使得图件中等值线与断层线连接处会出现一些不合理关系,概括为以下3种:①等值线端点处与断层边界相近且未连接;②等值线穿插并延伸出断层;③等值线穿插至断层面内部。如图2所示。

图2 等值线与断层位置关系示意

处理上述等值线问题,根据输入的等值线和断层数据,通过计算等值线末端点与断层线的距离,将等值线延伸至相应断层上,并去除等值线与断层的重合部分。同时,针对未区分计曲线和首曲线的等值线,软件允许用户自定义区分条件,实现自动区分。

1.2.3 处理断层

断层处理模块实现断层数据上下盘区分功能。该模块通过计算机算法结合地质专业知识完成断层上下盘识别处理。处理过程分3步:①依顺序遍历断层内任意相邻3点A(x1,y1)、B(x2,y2)、C(x3,y3),按照式(1)计算断层内拐角值θ;②根据拐角计算结果确定分割点,并完成断层打断分割操作;③计算与各分割线相连等值线的大小,根据相连等值线判断断层上下盘。

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(1)

两盘等值线深度对比如图3所示,步骤(2)中将断层Polygon切割为两条断层盘线,此时设置上方为A线,下方为B线。选取A线为基准线,计算出A线与等值线620的交点Pa,620的深度值Da;再计算出B线上与Pa,620最近的点Pb,620,根据线性差值法得到Pb,620在B线上深度值Db;最后比较Da与Db的深度值大小,若Da小于Db则A线为下降盘,B为上升盘,否则B为下降盘,A为上升盘。

图3 两盘等值线深度对比

针对断层周边等值线稀疏甚至不存在等值线导致无法识别断层上下盘的情况,模块将新建error层存储,以便后续人工编辑。

1.3 修饰添加模块

修饰添加模块将各类修饰要素自适应添加到图件中,具体如下:根据等值线范围自动裁剪三维测网、自动寻址定位添加包括责任表、比例尺、指北针、图名在内的各类修饰要素、以及其他基本修饰添加功能。

裁剪测网和自动寻址定位添加修饰要素功能利用遍历算法进行处理。其中裁剪测网将从测网外围由外向内逐条判断是否删除inline和cdp网格线,直至测网线接近等值线与断层边缘。图4为裁剪测网流程。责任表等修饰要素同样分别遍历寻找等值线与断层的边缘部分实现添加,确保这些要素不遮盖等值线与断层等主要地质要素。

图4 裁剪测网流程

2 实验与分析

2.1 实验环境与数据

实验平台操作系统为Windows10+64,开发环境为.NET Framework、C#语言,CPU为11thGen Intel(R) Core(TM) i5-11400H@2.70GHz,内存为16 G。实验数据为微机直连Geoframe导出的图件数据,分别包括三点坐标、井位坐标、等值线、断层、尖灭五类数据。其中多类型地震数据处理算法主要对三点坐标、等值线、断层和图件修饰数据进行处理。

2.2 实验过程与分析

由于传统物探解释绘图工作模式主要依靠多种软件工具进行图件格式转换和繁琐的双狐编辑,制图过程容易受到人工编辑效率低下以及准确性难以保证的制约。本次实验以图件绘制的时间和数据处理准确性为衡量指标,同一图件下,处理时间越短、数据处理准确率越高说明算法的有效性越强。

为了证明基于本文算法的成图软件相较于传统解释绘图工作模式的优势,随机选取十幅图件作为实验数据,分别对比采用传统方法与基于新算法的成图方法的处理结果,实验结果如表1所示。其中在传统方法下,结果主要假设为最优结果,即手动操作0失误的情况,实际情况中每失误一次需重新执行一个或多个步骤。

表1 传统绘图方法与基于新算法的成图方法的对比实验结果

通过设置对比实验,对比传统解释绘图工作方法和基于新算法的成图方法在随机的十幅真实图件中的处理结果。对比指标为处理总用时、处理总操作步骤、平均处理率(断层)、平均处理率(等值线)。

由表1可以看出,与传统绘图方法相比,本文方法更有助于提升绘图效率,能够节省约90%的总制图工时。本算法在准确率方面:等值线处理率达100%;断层处理率在自动化处理率为95.4%的基础上结合人工编辑可达100%,虽然仍有少量断层需人工判断,但是综合全部处理操作来看,可以发现本算法相较于传统方法在所需工时、操作步骤方面已经大大简化。

3 基于多类型地震数据自动化处理成图软件的设计与实现

3.1 功能设计

前期制图工作主要围绕解释成果图件的三大基本地质要素(等值线、断层、尖灭线)进行各项处理。软件按照功能需求主要分为数据导出、等值线处理、断层处理、测网生成、修饰添加五大功能模块,软件功能模块图如图5所示。

图5 软件功能模块

3.2 软件架构

软件采用客户机+服务器(client-server,CS)的结构[13]。客户机即面向操作人员的软件主体,集成了接口程序、数据处理程序和可视化界面,负责与用户交互,进行数据导入、导出、处理、显示等操作。服务器主要运行数据接口,负责将数据从解释软件工区导出到本机文件中,以及存储软件的升级程序。软件采用模块化设计,模块间耦合程度低,功能相对独立。软件设计框架如图6所示,数据源包括GeoFrame工区内等值线、断层、尖灭、井口坐标等数据信息,数据通过接口算法导出到本地文件中,然后通过其他子模块进行相应处理,每一步操作都对应一个输入和输出,处理痕迹可查。

图6 软件设计框架

3.3 开发平台与界面设计

软件界面窗体采用Windows Form(Winform)平台开发。WinForm是基于.NET Framework平台的客户端开发技术,能更好地适应Windows平台,运行更加稳定、安全,界面简洁美观[14]。软件主界面与数据导出界面分别如图7所示。

图7 软件主界面图与数据导出界面

3.4 关联软件

双狐软件是目前渤海油田在地震资料辅助解释和成果图件编制过程中应用较多的专业地质制图软件。作为石油地质勘探领域里常用的制图软件,双狐具备了海量数据的读取和运算能力、数据与图形之间的处理能力、三维曲面处理及图形可视化技术以及多数据库集成和应用等方面的技术功能优势[15-16]。双狐图件以*.dfd文件格式保存,图层严格按坐标叠合,图层关系严谨。在此基础上,本文以双狐图件格式为标准,文件保存为*.dfd格式。

4 软件应用效果

软件按照设计要求开发完成。以渤海某油田某层位数据为例,展示软件应用效果。图8是GeoFrame工区内某项数据导出的原始数据文件通过双狐软件打开的情况。此时等值线存储在ContourSet层下,断层存储在FaultPolygon层下,以及尖灭线在ClipSet层。

图8 渤海某油田某层位原始数据展示

原始数据文件依次经过等值线处理、断层处理、测网生成、修饰要素添加等几个模块处理后基本形成一幅标准化成果图件。其中,图9展示了等值线经过延伸、去重、区分标记处理以及极短线的删除效果。此时,等值线按首曲线和计曲线分别存储在Contourline和Contourmark层下。图10展示了断层上下盘区分的效果,此时断层存储多了faultup和faultdown层。

图10 断层处理效果展示

图11为图8原始文件经过上文中各项处理后生成的效果展示。此时等值线数据完成标记区分,分别存储在Contourline和Contourmark下,断层区分上下盘完成,分别存储在faultup和faultdown下,测网、坐标网、责任表、指北针、比例尺、图名等主要图形要素添加完成。

图11 图件处理效果展示

5 结论

随着渤海油田勘探开发节奏的稳步加快,对地震解释成果绘图工作提出了更高的要求。在此背景下,本文研究了一种基于多类型地震数据自动化处理成图算法,将解释软件中解释成果数据一键导出并完成格式转换与自动化处理,实现快速成图。与传统成图模式相比,本文方法将工作站解释与双狐制图软件更直接地联系起来并集成了多种数据的处理算法,为物探成果制图开创了新思路。通过算法优化和设计,开发完成物探解释图件自动化处理软件,实现软件开发新突破。同时,软件极大地简化了成图操作,平均每幅图绘图时间节省约90%,通过软件的推广普及能够极大地解放人力物力,提升物探解释成图的效率。但是软件目前仍存在一定的不足,集成的解释软件少,兼容性较差,数据自动处理算法并未实现全方位覆盖,还有较大的进步空间。第二阶段的研究开发已在设计进行中,旨在让软件功能更加完善,并能兼容多个解释软件,如LandMark、Petrel等,提高软件的兼容性。