油气储层连井剖面展开的算法及其实现.docx

1、ISSN1001-9081CODENJYIIDUJournalofComputerApplications计算机应用，2014,34(S2):305-309文章编号：1001-9081(2014)S2-0305-05油气储层连井剖面展开的算法及其实现王家华.，韩家新，翟飞飞，陈雨馨(西安石油大学计算机学院，西安710065)(通信作者电于邮箱jhwang_l)摘荽：对于各种储层建模结果的图形显示，开发在面向对象的软件环境下的可祝化子系统已经成为当务之急。实现油气储层连井制而图可视化的过程中，把一个三维连井刮面展开成二维的制面图，是关键的一步。给出的油气储屈连井制而展开的算法由以下三个部分姐成：

2、三维制面图生成、就捋、平移。遵楣该算法，通过OpenInventor有关的类和函数，将三雄空间中的连井剖面图展升成为二维空间中的剖面图。油田数据的实验结果表明，这个算法具有直观、效率高等优点。关fit词：连井剖面图；可视化;OpenInventor;油气储层；建模中图分类号：文献标志玛:ASpreadingalgorithmandrealizationofwellsectionsofoilandgasreservoirWANGJiahua',HANJiaxin,ZHAIFeifei,CHENYuxin(SchoolofComputerScience,Xi'anShiyouUni

3、venity,Xi'anShaanxi710065.China)Abstract：Developingvisualsubsystemintheobject-orientedenvironment,forgraphicdisplayofreservoirhasbecomeanurgentmatter.Intheprocessofrealizingvisualizationofwellsectionforoilandgasreservoir,spreadinga3Dwellsectiontoobtaina2Dwellsectionisakeystep.Theproposedalgorith

4、mforspreading3Dwellsectionconsistsofthefollowing3parts:3Dwellsectionmaking,rotation,andtranslation.Toobeythisalgorithm,andtouserelatedclassesandfunctionsinOpenInventor,a3Dwellsectionwasspeadtoobtainthe2Dwellsection.Theexperimentalresultswithdataofaoilfielddemonstratethattheproposedalgorithmisintuiti

5、veandhighefficient.Keywords：wellsection;visualization;OpenInventor;oilandgasreservoir,modeling收稿日期：2014-03-21；修回日W：2014-06-08o基金项目：国家科技放大专项(2011ZX05032Q01)；国家自然科学蓦金资助项目(50874091)。作者简介:王家华(1945-),界，浙江绍兴人，教授，主要研究方向:地质统计学、油气藏地质建模算法及应用、计算机图形学在油田开发中的应用；休家新(1968-),男，湖北宜昌人，教授，主要研究方向：油气储房地质遂模、地质图件町视化；覆飞飞(19

6、89-),男，江苏盐城人，硕士研究生，主要研究分析：面向对象方法、地质图件可视化；陈雨馨(I987-),女，陕西渭南人.硕上研究生，主要研究方向：面向对象方法、地质图件可视化°。引言三十多年来，随着计算机软硬件技术、地质统计学和储层沉积学的飞速发展，油气储层地质建模已经成为国内外油气田开发的一项普遍采用的常规技术"-，：o随着储层建模在国内外油气田开发中不断应用，国内外的储层建模软件和可视化系统，也有了长足的进步4-51o特别，从油气勘探开发的不同角度，国内在地质剖面图的可视化方面做了很多工作。其中包括，利用开放图形库OpenGL进行储层剖面图的绘制，利用面向对象的三维图形

7、可视化平台OpenInventor进行三维地层的可视化，以及分别基于插值算法、地理信息系统(GeographicInformationSystem,GIS)方法和专家知识的剖面图可视化研究。在油气储层地质建模的实施过程中，直井与直井间在空间中形成的三维连井剖面是一种重要的可视化手段。它能够同时在垂直方向和水平方向上显示地质参数或油气藏工程参数。这对于描述建模结果在三维空间中变化和油气藏的非均质性是特别有利的，同时对于验证井中数据和井间预测结果的一致性也具有直观的作用。连井剖面可以在三维空间中生成,也可以在二维空间中生成。一般地，剖面图是指把三维空间中生成的连井剖面图，经过展开、拉直后形成的二维

8、空间中所获得的图件。剖面图中包含有两部分信息。第一部分是在各口井上的测井数据。第二部分则是在各井之间的测最信息，例如地震数据,也可以是通过某一种方法计算所得到的信息。但是，由于三维连井剖面是在三维空间中显示的,且各个剖面之间按一定的角度构成。这样，难以在一个平面内直观地观察完整的各个剖面的情况，因此将三维连井剖面展开到二维平面中，以便更加清晰地反映各剖面的特点。利用C+语言和工业标准OpenGL.对一个陕北油田沉积微相分布的连井削面图进行了可视化，如图1所示。其中，红色标注的是5口井，下部的黑白图则表示了所在剖面在井位图中的位置。橘黄、黄、浅黄和浅蓝分别代表河道、天然堤、决口扇和河漫滩。不难看

9、出，该剖面图中各井的参数和其周围地层的参数是一致和连续的。所用的可视化算法很简单直接，但是其编程却十分麻烦。在这里，为了把三维空间中的剖面展开成为二维空间中的剖面,需要把剖面中的每一个点的三维空间位置确定后，再求出相应在二维空间中的位置，以及剖面上各点的属性值。在图1所示的剖面图中，井间的沉积微相作为三维网格上取值的一种地质参数，是利用井中数据，根据序贯指示模拟方法求得的。由模拟方法的特点所决定，井中数据和井间数据是相互匹配，并相互一致的。后来，由于测井和地震数据结合建模结果的产生,井间各种参数的预测成为了一种现实。相对利用井中数据求得的井间的柄性值，这种结果使得剖面图的表示井间参数的可信度有

10、了极大提高，从而其应用效果和应用范围有了根本的提高。本文之所以称之为连井剖面图，是从油/藏地质建模的角度.出发，强调对于削面图中井中数据、井间数据，以及它们两者之间的空间相互关系。2010年以后，国内外油气储层地质建模技术的篷勃发展，商品化建模软件系统的出现，才促进了连井剖面图的制作朝着实用化的目标发展。OpenInventor是目前国际上应用最为广泛的面向对象和交互式的三维图形开发软件包。它是在OpenGL的基础开发而成的,是一种相对独立的窗口系统，可以方便地移植到使用不同窗口系统的硬件平台上【5。OpenInventor具有跨平台的能力，因此只要撰写一份程序代码，可编译成在Unix/Lin

11、ux和MicrosoftWindows系统下的可执行程序。OpenInventor目前支持的程序开发语言有C#、C+和Java三种，而且同时遵循调用C语言的基本炭范。这意味肴C或C+语言的编程环境下可以方便地调用OpenInventor库中的API函数。OpenInventor是一个建立在OpenGL基础t.的对象库.开发人员可以任意使用、修改和扩展对象库。它拥有1300多个易于使用的类,由一系列的对象模块组成。利用这些对象模块,开发人员花费敲小的编程代价就能开发出具有强大图形硬件特性的应用程序。本文算法的实现平台就是OpenInventor0本文以地震波阻抗数据为例,生成连井剖面图的算法是：

12、首先由三维地震波阻抗数据生成三维连井剖面，再通过旋转变换和平移变换将三维连井制面展开到二维平面中，由此完成整个油气储层连井剖面展开的过程。1连井剖面的展开算法本文所述算法以定义在三维网格上的一个地震波阻抗数据体为例C1.1三雄连井剖面的生成生成三维连井剖面时，首先需要确定剖面所需的各口直井。根据被剖切的地震数据，获得各口宜井在空间中的坐标。确定完各口直井后，就能获得顺序的，每两口井生成的一个面，称之为削切面。各个剖切面在所在层位的顶界和底界之间的部分，就称为剖面段。在图2中,一共有4口井:井0、井1、井2和井3,生成三个割面段。将剖面段的顶界和底界沿井柱方向投影到一个平面内（此处为YOZ平面）

13、形成的线段，称为剖切线。在垂直于井柱的YOZ平面内，对于直井的连井削面，一个井柱上的所有点在该平面的投影只是“Z平面中一个点。直井与直井间的一个连井剖面投影到VOZ平面就成为一条剖切线。各个剖面段的位置由坐标原点到剖切线的距离和制切线法向址这两个鼠确定。下面以井0和井1两口直井构成的一条剖切线为例，求出由这两口直井构成的剖面段的位置“生成的剖切线如图3所示。其中井0与井1所构成的剖切线为点为）和B（z”为）之间的线段。含有箭头的线段表示的是剖切线到坐标原点的距离，记为E根据井0和井1两点的坐标计算.这条削切线的直线方程为：k,kt°耳xz.yifx后=0其中4=yi-=药-Z。根据上

14、述的剖切线方程求出坐标原点到剖切线距离。:r=1为-W虹I+1剖切线的法向量是从原点。（0,0）到垂足M（z.y）的向量,记作"=（z,y）,如图2中箭头所示。因为点M在剖切线的方程上，所以有：MA,y=xx"z°xl7+Zo又点（0,0）和点（z.y）所在的直线与点（Zo.ro）和点（电,为）剖切线所在直线垂直正交，所以有：（力-y0）xy+（Z-Zo）xz=0把以上的两式联立，便可以计算出：=为外/&2-A）_W虹一为'-Aj/fcj+ki/kl'Z*|/&2+上/A这样就可以求得一般情况下法向址”的值。分析以上两个公式后，不难

15、发现，当&=0或者刈=0时，该公式不成立。因此需要对法向呈的，值根据站和k2是否等于零分四种情况进行确定。1）在用=0且刈=0的情况下，此时剖切线为一个点，剖切线不存在，因此法向最也不存在，说明两口井在轴上重合。2）在如=0,虹，。的情况下：a）如果气=0,则剖面的法向域为”=（0,1）；b）如果乃共0,则剖面的法向量为=（O,y0）03）在知00,=0的情况下：a）如果儿=0,则剖面的法向最为=（1,0）;b）如果七X0,则剖面的法向量为“=（初,0）。4）在4R0,知第0的情况下：）如果七=0,则剖面的法向欣为=（1,-k2/k,）；b）如果七K0,则剖面的法向虽为=（寻J,织：，

16、_为+Zoh/虹kg+虹/虹）。1.2二维连井剖面的生成三维连井剖面展开为二维连井剖面的算法，分为旋转变换和平移变换两个步驿。1.2.1族捋变换在三维连井剖面中，前一节虽然确定了各条剖切线的位置，但剖切线也是有方向的。在进行选井剖切时，将所选的第一口井的索引值置为0,第二口井的索引值为1,第三口井的索引值为2,，第/V口井的索引值为N-1。剖切线的正方向规定为小索引值的井到大索引值的井所指的方向。在图3中，这个正方向即为点X（z0,y0）到点8（勾，为）所指的方向。各剖切线的角度为剖切线正方向与Z轴正方向所成的夹角。如图4所示的角a即为剖切线的角度。通过反正切欧数atan2（doublek、,

17、double站）来计算削切线的角度a,其中4=力-yo，M=玉-初。在本文中规定始终以K轴正方向为右手旋转的法向量，所有的剖切线都绕着该法向最旋转a角度。经过旋转后，各个剖切线都与Z轴正方向平行且同向。图4中的剖切线在经过旋转a角度后（如图4为逆时针旋转a角度），生成一条新的剖切线°图5所示的点4（z。,为）到点8*导'）的线段即为旋转后新的削切线。8（玲M）图5旋转变换O(0,0)Z剖切线经过旋转a角度后，其剖切线正方向与Z轴正方向平行且同向，因此剖切线的角度a即为旋转角度。利用反正切函数atan2（doublek、,doublek2）计算旋转角度，此函数的返回值为（-&q

18、uot;,们，避免了一般的反正切函数atan（）在n/2、-n/2和宣这几个特殊点的讨论。因此只需要对使用的参数灯和处进行判定，分两类确定。1）当知=0且如=。时,此时剖切线为一个点，剖切线不存在,因此剖切线的角度也不存在，不可以进行旋转。2）当&=0和刈=0不同时成立时，此时反正切函数一定会返P1个值，因此只需要按这个值进行旋转即可（需要说明的是,反正切函数得到的值可能为正也可能为负或者为零,如果值为正时，就绕丫轴顺时针旋转,如果值为负时，就绕Y轴逆时针旋转,如果值为零就不需要旋转）01.2.2平移变换平移变换就是把旋转变换后在空间中的各个剖面段平移到同一个平面内。规定将各剖面段都平

19、移至XOZ平面。为了完成这样的平移，该平面与NOZ平面垂直,于是只需将在YOZ平面中的各个剖面段对应的各剖切线平移至Z轴上。仍以第一条剖切线为例，将旋转变换后的点"与,为）到点伊（',为'）的剖切线平移后得到点0（0,0）到点8*3后术）的剖切线。如图6所示。（0.0）b（£Q”）z8（z必）xy/仁奶）图6平移变换其余的各条剖切线按照井的索引值从小到大的顺序依次平移到Z轴上,直至所有的剖切线平移完毕。具体地,若需将点。.力“）和点（Ze，L构成的削切线平移到Z轴上，只要计算出该剖切线的长度"=/（zz-z】了,将其平移到前面一条已经完成平移的由点

20、（ZzJz）和（七，以）构成的剖切线之后即可。这样平移结果的放置就是从Z轴的起点（零点）开始，各口井按索引值从小到大依次排列。通过以上处理就明确了每条剖切线平移时的次序和位置，但平移的方向却不能确定。因为经过旋转后的剖面可能在Z轴的上侧也可能在下侧或者就在Z轴上.因此需要对向上、向下平移或者是不平移进行判断。本文是根据过原点剖面法向量所在直线与索引值较小井的位置关系来确定Z坐标值符兮，即判断剖面在Z轴下侧还是非下侧来确定Z坐标值的符号。通过Z坐标值符号的变化设置一个标记变量来控制剖切线的平移方向。过原点剖面法向量所在的直线方程为：y-xz+y=0（稣#0H.k2#0）过原点作一个与剖面平行的Z

21、'轴，然后再作一个与Z1轴垂直的r轴。其中,0是zy坐标系中剖面在r轴的方向上的截距。根据旋转角度所在象限及,。'与o的大小关系，分以下八种情况对于z的符号进行讨论：1）在0<a<出2,为'>0的悄况下，剖面位于轴的下侧.此时2符号为负；2）在宣/2<a<>0的情况下，剖面位于Z'轴的下侧，此时z符号为正；3）在0<a<”/2,为'W0的情况下，剖面位于Z'轴的非下侧，此时z符号为正；4) 在ir/2<a<n,o'W。的情况下，剖面位于轴的非下侧.此时z符号为负；5) 在-”/2

22、<aWO,%'>0的情况下,剖面位于Z，轴的下侧，此时z符号为正；6) 在-it<a<-ir/2,y0*>0的情况下，削面位于Z，轴的下侧，此时z符号为负；7) 在-”/2<aW0,/。'W0的情况下，剖面位于Z轴的非下侧，此时z符号为负；8) 在-ar<a<-竹/2,为'0的情况下，削面位于8轴的非下侧，此时z符号为正。2利用OpenInventor的实现以下，描述了利用OpenInventor实现的连井剖面展开的算法过程。首先,描述了利用研究区的波阻抗数据；然后，展示了在OpenInventor平台上实现的连井剖面展开

23、的算法的中间结果和最终结果;最后，对于展开的结果进行了分析。所述实例是利用r一个油田的三维地震波阻抗数据，以及所钻成的五口井。地震波阻抗数据是从0-10小层的顶界，到0-13小层的底界.也就姑0-10+0-11+0-12+03。这些井是CN-42.CN-41,CN-12O,CJS-1-O,CN-5O(图7)。通过这五口井的那个制面是由该油田的波阻抗数据体生成的。这个削面利用所切开的剖面，形象地对波阻抗数据进行了可视化。观察图7波阻抗从底面到顶面的变化大致呈现出从大到小的趋势，这说明在顶部主要呈现为泛滥平原微相，而在其底部则主要呈现为河道、心滩等砂岩微相,油气主要是集中在底部的砂岩中。地K波阻抗

24、图7研究区的波阻抗数据2.1三维连井削面的生成由OpenInventor中的SbPlane类来生成三维的连井剖面，调用该类的构造函数SbPlane()来确定每个剖面段在空间中的位置。SbPlane()包含两个参数，第一个参数是坐标原点到剖面段的距离,第二个参数是剖面段的法向量。生成三维连井削面的关键代码如下：SbPlaneplane;Plane=SbPlane(constSbVec3f&normal,floatdistance):三维连井制面显示的效果如图8所示，在该图中显示的有5口井、4个剖面段。剖面段排列顺序按输入各口井的顺序。第一口井到第二口井为削面段1,剖面段2,，剖面段4的意

25、义以此类推。CN-50图8三维连井剖面2.2连井副面的旋转由OpenInventor中的SoTransform类实现各剖面段的旋转。调用该类的rotation()方法对生成的三维连井剖面图进行旋转。rotation()方法包含两个参数.一个是剖面段旋转所陶绕的旋转法向量，另一个是旋转的角度。旋转变换的关键代码如下：transfonnfg_countSlice|->rotation.setValue(SbVec3f(xOfjcountSIice.y0_(g_<*ountSlice,10(g_countSlice),i0g_countSlice);经过旋转后的连井剖面如图9所示。其中，

26、旋转后的各剖面段按图中标定的数值依次进行排列。CJS-1-0CN-50图9施转后的剖面2.3连井削面的平移展开由OpenInventor中的SoTransIation类实现各剖面段的平移。调用该类的translation)方法对旋转后的连井剖面进行平移。translation()方法包含一个参数,是剖面段进行平移时的平移向缺。平移变换的关键代码如下：transfonng_countSlice->translation,setValue(SbVec3f(xl|g_counlSlice,ylg_countSlice,zlR_counlSlice);经过平移后的二维展开剖面如图10所示。其中，

27、平移后的各剖面段按图中从左到右顺序依次排列，而且垂直的5条线段代表了5口井。CN-42CN-41CN-120CJS-1-0CN-50图10二维连井削面展开图2.4实例分析通过储层连井剖面图展开算法，首先获得如图8所示的三维空间中的一个剖面图。这个剖面由5口井组成,从左面往右面排列，最后一口井(CN-50)在第4口井的北面。整个剖面含有一个明显的转弯。获得的如图10所示的二维剖面图中,这个研究区的上部主要由波阻抗较低的岩性组成，也即由泛滥平原组成,而其下部的波阻抗数值多为较大，说明由河道和心滩等砂岩组成。这个认识和对图7的解释是一致的。不一样的是，图7关于波阻抗数值的解释是基于研究区的侧面的波阻

28、抗数值作出的，而剖面图关于波阻抗的解释是基于在研究区内部的一个剖面上的数值。因此，剖面图可以显示三维研究区内部的沉积微相的变化。3结语本文的连井剖面展开算法实现了从数据到三维图形，再到二维图形的转变。它不仅仅实现了数-形转换，而且将三维地震数据的三维剖面图转换为一个二维平面内展开的剖面OOpenInventor具有强大的功能，是一种面向对象的可视化开发方法，特别有利于储层地质建模可视化系统的开发和完善。这个可视化系统的其他子系统的研发，诸如等值线图、三维地质图件、栅状图等，都可以在OpenInventor平台上实现。在本文算法的基础上，可以再标上各井处的测井数据、井名，横向和纵向的距离标尺等技

29、术数据，从而最终生成完整的、实用性很强的剖面图。本文算法还适用于利用剖面图表征孔隙度、渗透率、含油饱和度等物性参数的空间变化。参考文献：1 王家华.迎接油气储层建模理论、应用的大发展一从2007年国际石油地质统计学大会谈起J.地学前缘，2008,15(1):16-25.2 王家华.张团峰.油弋储层随机建模M.北京：石油工业出版社,2001.3 王家华.高海余，周叶.克里金地质绘图技术一计算机的模型(上接第273页)在本次实验中，经过与原版纸张的字体核对，匹配错误的是146号和117号(如图5(a)所示)，其匹配度为3.88(匹配度阈值P=3),89号和4号碎片(如图5(b)所示)，其匹配度为3

30、.031。笔者分析r拼接复原过程中产生误差的原因，本文算法只考虑了左右边缘像素匹配，而没有考虑拼接后的字体是否成实存在，虽然这两个匹配对完全符合要求且肉眼无法分辨，但这样的拼接仍然是错误的。在这种概率极小的情形下，需要人工干预去修正错误，但相比整个拼接复原过程而言，工作量是很小的。因此，该拼接实验说明本文的拼接模型具有很大的可行性和操作性。5结语本文提出了基于碎片的边缘像素、字体大小、行间距以及段落间距特征的中文文档碎片自动拼接算法。主要介绍了基于匹配度函数的边缘像素列横向拼接方法、基于边缘像素渐变性的像素列横向拼接方法以及基于固定行高和行间距特征的碎条纵向拼接方法，并根据模型编写了Matla

31、b函数。基于上述理论，笔者对一实际中文文档进行了拼接实验,实验表明本文提出的自动拼接算法可行性强，匹配度高，是有效的拼接复原算法。由于中文与英文文本特征不同，单就本文算法用于拼接英文文档的匹配度不是很高，但若在本文算法基础上再结合另个针对大小写英文像素特征的算法，即可得到针对英文文档拼接的算法C和算法M.北京:石油工业出版社J999.4 WUR.AprocedurefortheconfigurationofaninflowconlroldevicecompletionusingreservoirmodellingandsimulationintheNorthAmethystPoolC/Proc

32、eedingsoftheSPEReucrvoirCharacterisationandSimulationConferenceandExhibition.S.1.:SocietyofPetruleumEngineers,2011:SPE-147960-MS.5 SENG.SequencestratigraphicmodelingusingOutcropdatain3DspaceC/SPEMiddleEastOilandGasShowandConference.S.i.:SocietyofPetroleumEngineers,2013:SPE-164396-MS.6 潘少伟.杨少春，李胡送.基于

33、开放图形厚的储层削面图的绘制J.中国石油大学学报：自然科学版，2009.33(1):157-162.7 李华，王明君,傅旭志，等.基于PenInventor的三维地层可视化IJ.物探化探计算技术,2008,30(4)：345-347.8 刘彩云，陈忠.插值算法在彩色地质剖面图绘制中的应用J).石油天然气学报(江汉石油学院学报)，2008,30(5):242-243.(9|朱莹.刘学宫.陈较忠.基于GIS的地质剖面图自动绘制软件的研究JJ.南京师大学报：自然科学版，2007.30(4):104-108.10 陈锡民.徐文立.基于知识的井间油层连通0动对比系统J.清华大学学报：自然科学版,1999.39(7):89-92.11 王家华.吴少波.王宝清.等.姬源油田耿19-耿20井区长2=维地质建模