油气地质综合研讨厅的设计思路与关键技术.pdf

第 3 7卷第 3期 2 0 1 5年 5月 石 油 寥 驺 弛 届 PET RoL EUM GEoLoGY ＆ E XP ERI M ENT Vo 1 ． 37， No ． 3 Ma y， 2 01 5 文章编号 1 0 0 1 - 6 1 1 2 2 0 1 5 0 3 0 3 8 3 0 7 d o i 1 0 ． 7 6 0 3 ／ s 4 0 9 7 2 - 0 1 5 0 0 5 8 7 油气 地质综合研讨厅 的设计思路 与关键技术 孙旭东 ， 吴冲龙 ， 陈历胜。 1 ． 中国地质大学 武汉， 武汉4 3 0 0 7 4 ； 2 ． 中国石化 石油工程技术研究院， 北京1 0 0 1 0 1 ； 3 ． 中国石化 胜利油田 物探研究院， 山东 东营2 5 7 0 2 2 摘 要 石油勘探地质综合研究是石油公司进行勘探决策和施工部署 的核心环节 ， 对 降低勘探风险有 重要作用 。该文 借鉴钱学 森 综合研讨厅 的理念 ， 通过 多源异构勘探数据实时检索 、 研究主题的知识 管理 、 基于研 究成 果的数据融合 和大屏多点触摸 交互 式分 析等一系列关键 技术 的探索性研究 ， 建立 了一种复杂地质问题多学科 、 多专家协同综合研讨 和决策的高效工作模式 ， 形 成系统的 解决方案和信息技术体系， 并研发相应的硬、 软件系统， 从而建立了一个可供实际应用的“ 油气勘探地质综合研讨厅”。通过典 型示范应用验证 ， 取得了 良好效 果 ， 显示了广阔的前景 。 关键字 多点触摸 ； 数据融合 ； 地质综合研究 ； 综合研讨厅 ； 油气 地质勘探 中图分 类号 T E l 3 2 ． 1 4 文献标志码 A De s i g n a nd k e y f a c t o r s o f a ha l l f o r wo r ks ho p o f me t a s y n t h e t i c e n g i n e e r i n g HWMEfor p e t r o l e u m g e o l o g y S un Xud o n g ， ，W u Ch o n g l o n g ，Ch e n Li s h e n g 1 ． C h i n a U n i v e i ty o fG e o s c i e n c e s ，W u h a n ， H u b e i 4 3 0 0 7 4 ， Chi na ； Z S 1 N O P E C R e s e a r c h I n s t i t u t e ofP e t r o l e u m E n g i n e e r i n g ， ＆ 1 13 0 1 0 1 ， C h ／ n a ； R e s e a r c h I n s t i t u t e of G e o p h y s i c a l P r o s p e c t i n g ， S I N O P E C S h e ngl i O i lfi e l d ， D o o e ng ， S h a n d ng 2 5 7 0 2 2 ， C h ／ n a Abs t r a c tT he s y nt he t i c s t ud y o f p e t r o l e u m e x p l o r a t i o n g e o l o g y i s i n d i s p e n s a b l e t o d e c r e a s i n g r i s k s i n e x p l o r a t o r y d e c i s i o n ma k i n g a n d p r o j e c t d e p l o y me n t ． T h i s r e s e a r c h w h i c h d r a w s l e s s o n s f r o m t h e t h e o ry o f t h e h a l l f o r w o r k s h o p o f m e t a s y n t h e t i c e n g i n e e r i n g H WMEp r o p o s e d b y Hs u e s h e n T s i e n ，h a s r e s o l v e d a s e r i e s o f k e y t e c h n o l o g i e s s u c h a s t h e r e a 1 ． t i me r e t ri e v a l o f mu l t i - s o u r c e a n d h e t e r o g e n e o u s g e o l o g y d a t a ，t h e k n o w l e d g e ma n a g e m e n t o f r e s e a r c h s u b j e c t s ， t h e d a t a f u s i o n o f r e s e a r c h r e s u l t s ， a n d t h e i n t e r a c t i v e a n a l y s e s o f mu l t i t o u c h o n a bi g s c r e e n．An e f f i c i e n t wo r k mo de f o r c o o p e r a t i v e l y s t ud y i ng c o mp r e h e n s i v e g e o l o g i c p r o b l e ms b y ma n y mu l t i s u b j e c t e x p e r t s h a s b e e n s e t u p ．F u rt h e r m o r e ，s o m e h a r d w a r e a n d s o f t w a r e s y s t e m s c o r r e s p o n d i n g t o HW ME for pe t r o l e um e x p l o r a t i o n g e o l o gy ha v e be e n c o n s t r u c t e d a nd a p p l i e d t o s o me t y p i c a l a p p l i c a t i o ns ．Th e s e a p p l i c a t i o n s s h o w t h a t t h e r e s e a r c h r e s u h s p r o p o s e d b y t h i s p a p e r a r e e f f e c t i v e，e f f i c i e n t a n d p r o mi s i n g ． Ke y wor ds mu l t i t o u c h；d a t a f us i o n；g e o l o g i c s y n t he t i c s t u d y；h a l l f o r wo r k s h o p o f me t a - s y n t h e t i c e n g i n e e rin g H WME ； p e t r o l e u m g e o l o g i c e x p l o r a t i o n l 协同模式下油气地质综合研究的背景 油气勘探工作是油气地质工作者正确认识地 下地 质状况 ， 并 获得油气资源信 息 的基本途 径。 其涉及领域包括地质 、 技术 、 经济和环境等 ， 具有 思想性 、 科学性 、 高风险性 、 经济性 、 规律性和可持 续性等基本特征⋯ 。地质综合研究是探索油气生 聚分布 、 预测资源潜力 以指导油气勘探工作 的核 心过程 。 是一个基于地质现象的随机性 、 模糊性和 不确定性的， 从应用到创新 ， 再从创新到应用的地 质知识创新过程 ] 。 石油和天然气勘探工作是在勘探系统思想支 配下按勘探程序 的规范逐步展开 的。“ 地质综合 研究” 和“ 勘探部署决策” 是油气勘探的 2个重要 环节 ， 前者是后者的基础。在盆地区域勘探 、 圈闭 预探和油气藏评价 的 3个 阶段 中， 随着勘探程度 的提高和各种地质 、 地震及非地震物化探资料的 积累， 这 2个环节需要反复地滚动进行。 收稿 日期 2 0 1 4 -1 2 -1 0 ； 修订 日期 2 0 1 5 - 0 3 - 3 0 。 作者简介 孙旭 东 1 9 7 2 一 ， 男 ， 在读博士生 ， 高级工程师 ， 从事石油地质软件研发。E - ma i l T h i n k l o r d v i p ． q q ． c o m。 通信作者 吴冲龙 1 9 4 5 一 ， 男， 教授， 博士生导师， 从事资源勘查及地质信息科技研究与教学。E - m a i l w u c l c u g ． e d u ． c n 。 基金项 目 国家高技 术研究 发展计划 8 6 3计划 重点项 目 2 0 0 9 A A 0 6 2 8 和 中国石化胜利油 田分公司科技攻关项 目 YK J 1 2 0 I 资助。 3 8 4 石 油 察 霉 套沾 履 第 3 7卷 油气勘探具有极 强 的探索性 和高风险性L 3 ] ， 其过程是一个从数据采集 、 信息处理 、 知识发现到 管理决策的高度智慧化过程[ 4 ] 。油气地质综合研 究是勘探开发部署论证的依据 ， 油气地质综合研究 工作的总体水平决定 了勘探开发决 策的正确性和 有效性 。然而 ， 在 目前的油气勘探工作 中。 地质综 合研究环节通常被视作一项 日常性业务交 由基层 地质技术人员 自己去完成。决策重点偏重 于专题 勘探井位部署论证会 ， 决策模式偏重于研究团队汇 报 、 专家点评这种单 向交流模 式 ， 这不仅存在勘探 目标难以全面和深入认识的问题 ， 也难 以提升勘探 决策的科学性 、 高效性。因此 ， 面对 当前管理扁平 化和决策高效化发展趋势， 地质勘探专家们能否灵 活地调度和高效地利用与各类地质要素相关 的海 量数据资料 ， 并从不同角度开展深入的交互探讨 ． 充分表达自己的见解， 将决定最终决策的正确性。 因此 ， 应当把油气地质综合研究环节看作是油气勘 探工作 的核心环节 ， 将复杂的决策分析工作下放到 地质综合研究环节中去。 国内的勘探信息化技术在过去几年取得 了长 足发展 ， 数字油 田与智能油 田的理论技术逐 步完 善L 5 ] 。各级油田数据中心建设为油气勘探开发 提供 了海量数据资源 。 通 过多源 、 异构 的数据管理 技术 ， 实现 了分散 、 孤立、 杂乱 的海 量数据有机集 成 ， 也初步实现了将遥感 、 地理信息 、 地震数据 、 地 质模型 、 研究成果和井筒数据以图形可视化方式呈 现在决策专家面前 ， 大大丰富 了群体决策 的手段。 在此基础上 ， 根据地质综合研究的需要 ， 如果 能够 充分整合新技术 、 研发功能齐备的软件 ， 就可实现 把决策分析工作扩展到地质综合研究环节 中去 ， 建 立多学科实时分析、 密切协同、 伴随决策的新模式， 实现多学科 、 多专家协 同研究与高效决策 。 2 油气地质综合研究的新协同模式 油气地质综 合研讨厅是一种满足上述地质综 合研究业务协同决策 的有效思路。钱学森 于 1 9 9 2 年提出了基于综合 集成法理论_ 8 ] ， 在此基 础上形 成了综合集成研讨厅体系的设想 ， 其含义是把人集 成于系统之中， 通过专家体系、 知识体 系和机器体 系 3个主要组成部分实现人机结合 、 以人为主的技 术路线 ， 且充分发挥人 的作用 ， 使研讨集体在讨论 问题时互相启发． 互相激活， 使集体创见远远高于 一 个人 的智 慧[ 9 ] 。油气地 质综合研讨 厅体系 ， 就 是在该理论基础上设计的、 面向油气地质综合研究 环节的新的协同模式 。 油气地质综合研究处于井位部署决策之前 ， 其 任务是通过 区域地质综合研究 为探井部署提供科 学依据和具体方案， 是通过多学科、 多专家协同讨 论 ， 实现油 田勘探开发活动中智慧 的碰撞与创新 长久以来 ， 代表油 田勘探智慧 的“ 地质综合研究 ” 环节 ， 一直沿用传统的纸质图件分析和多媒体汇报 的讨论模式 ， 缺乏多源异 构异质数据高效整合、 实 时感知和可视化的决策分析手段支持 ， 因而在决策 分析的科学性 、 创新性与时效性方面 ． 均不能适应 当前紧迫的油气勘探形势。为此 ， 需要研究并建立 一 种新的有效支持模式 ， 即多学科 、 多专家综合研 讨的新模式。这种新模式具有数字化 的工作平 台 和可视化的工作场景 ， 能够高效地满足以下几个方 面的需求 图 1 1 提供全 面决策 数据与信息 实现现场研讨 的相关信息准确 、 及时获取 ； 2 实 现基于研讨主题的信息快速组织 形成基于研讨主 题的业务描述和数据组织 ； 3 实现多学科成果高 效对 比分析 实现多领域成果对 比和多学科高效协 同分析 ； 4 高效 的沟通交 流模式 通过优化交互 手段 ， 有效地提升研讨效率 。 综合集成研讨厅是实现这一思想的一种切实 可行的解决方案。它利用现代信息技术、 计算机网 络和人工智能等最新科技完成综合集成 的可视化 过程 ， 实现更实时的数据支持 、 更紧凑的处理流程 、 更有效的沟通手段和面对面协 同研讨方式 ． 达到人 机结合和从定性到定量 的综合集成 的 目的。随着 计算机与信息技术的跨越式发展 ， 这种综合研讨厅 体系完全可以提高到一个新的层次 ， 既能有效地支 持地质综合研究和油气资源评价 ， 又能有效地支持 勘探决策分析和井位部署 ， 成为复杂地质问题研讨 和决策的有效手段 3 油气地质综合研讨厅设计 3 ． 1 地质综合研讨厅的内容体 系 周德群等 提出 ， 综合集成法实质 是把专家 体系 、 信息和知识体系以及计算机体系有机结合起 来 ， 构成一个高度智能化 的人机结合与融合体系 ， 这个体系具有综合优势 、 整体优势和智能优势 ， 从 图 1 地质综合研究协同模式 F i g ． 1 Co l l a b o r a t i o n mo d e o f s y n t h e t i c g e o l o g i c s t u d y 3 8 6 石 油 察 劈 弛 届 第 3 7卷 究成果库 ， 以钻录井实时数据为基础 的实时生产数 据库 ， 以 G e o f r a m e和 O p e n Wo r k s等大型企业版 软 件为载体的地质研究项 目成果库。实时检索就是 根据当前在地质综合研讨厅进行协 同研讨时对数 据的需求 ， 通过实时 S O A服务平 台技术[ 1 卜 B 和地 质研究项 目成果库 的访问技术 ， 对 四类数 据库 勘 探基础库 、 生产实时库、 研究成果库、 项 目成果库 进行实时关联查询和检索 ， 实现对生产 、 科研和管 理动态的全面、 实时、 准确的掌握 ， 保证协同式综合 研讨过程 、 勘探决策过程与 日常生产科研过程的数 据获取和处理的同步性和时效性 ， 有利于协 同分析 和决策的开展 。 3 ． 3 ． 2 知识管理 研究成果与方法工具的系统化组织 知识管理是指在组织内持续创造新知识 、 广泛 传播知识并迅速体现在新产 品服务技术和系统上 的过程 『 】 。油气勘探地质研究 的知识管理 ． 是针 对研究 的地质背景、 规则标准 、 流程方法 、 案例模型 以及针对当前业务主题的信息组织方式 ， 其核心 目 标是明确特定的研讨主题下各类数据和信息的分 类 、 相互关系 、 获取和筛选模式 ， 从而为地质综合研 讨有效地获取和组织必需 的信息 。 为勘探决策提供 全面实时的信息基础。 根据油气勘探地质综合研究及其协同研讨的 需要 ． 本文基于石油行业数据 中心建设 中广泛应用 的本体描述技术[ 1 ， 提 出从 5个方面展开面 向地 质研讨决策的知识管理 ， 实现地质综合研讨厅的知 识体系组织 。即地质知识管理的 K 5 F i v e F a c t o r s o f K n o w l e d g e 模型 表 1 基于业务知识谱系图的 全流程业务体系描述 基于主题知识的特定业务主 题的信息与功能组织； 基于关联知识的业务应用及 其成果关联 ； 基于案例知识的典型案例信息系统化 收集 ； 基于模型库和方法库的数学模型 、 图版 、 经验 公式管理 。 3 ． 3 - 3 数据融合 成果图件叠加分析与多学科协同 一 直以来地质图是当前油气地质研究中的重 要成果 _ 】 ， 基于多学科 、 多专业 的多 图件 、 多 属性 等多源异构异质数据 ， 进行空间信息叠合油气资源 综合评价和有利勘探 目标筛选 ， 是现今油气勘探地 质综合研究的一个重要方法。这里的“ 数据融合 ” 是通过研究成果图件的叠合来实现的， 或者说是通 过空间数据的叠加分析来实现的。空间数据叠加分 析的最直接方式 ， 就是把各类研究成果图件， 按照统 一 的地理坐标系进行叠加处理 ， 实现多图件多属性 信息的叠合。这是一种行之有效的空间信息技术。 其要领是将不同比例、 不同格式的各种成果图件． 如沉积相 图、 砂岩厚度 图、 地层构造 图、 地震 属性 图 、 油气资源分布图等不 同学科和业务领域 的研究 成果 ， 依据地质学理论进行解析 ， 实现各类成果信 息的“ 交集” 式组织和叠合 ， 以满足研究人员分析 、 识别主要控藏 因素的需求 ， 进而支持多学科专家基 于研究主题的协同研讨和勘探 目标综合评价。 基于图形 的空间信息叠合一般通过 4个 步骤 展开 1 图形预处理 实现 矢量图和位 图中关键 地质要素和属性信息的抽取与管理 ； 2 坐标归一 化 实现各类图件坐标 系和平面投影模式的统一 3 图形校正 根据图形数据 畸变程度 、 类 型和系 统对数据精度要求 的不 同， 对 图形采用线性变换 、 非线性变换 、 三角 网分块等算法校正 4 属性 叠 合 实现基于图形的属性数据叠合 ， 即在统一 的空 间信息框架下的属性信息叠合 。 表 1 勘探知识 管理的五要素 KS模型 Tab l e 1 Fi v e f a c t o r s of e x pl o r a t i o n kno wl e dg e man ag e me nt 第 3期 孙旭东， 等． 油气地质综合研讨厅的设计思路与关键技术 3 8 9 4 建立 了一种全新的图形化沟通与交流的协 同工作平台。通过大型圆桌触摸式交流沟通工具的 设计和研发 ， 提供 了一个平等 、 自由、 均衡 的交互研 讨平台 ， 改变了过去 由单一专家主导的单向式讨论 模式 ， 深刻地改变了传统研究讨论 的决策模式。 5 通过具体油田的示范应用 ， 证 明了该油气 勘探地质综合研讨厅是 一种有效 的多学科多专家 协同决策方法。这种决策方法 ， 将领导决策变为团 队决策 ， 将最终集 中决策变为伴 随研究过程的实时 决策 ， 有效地提高了决策 的灵活性与科学性 ， 促进 了管理的扁平化和高效化。 参考文献 [ 1 ] 郭元岭． 油气勘探发展规律及 战略研究 方法 [ M] ． 北京 石油 工业 出版社 ． 2 0 1 0 ． Gu o Yu a n l i n g ． Pe t r o l e u m e x p l o r a t i o n d e v e l o p r u l e a n d s t r a t e g y r e s e a r c h m e t h o d [ M] ． B e i j i n g P e t r o l e u m I n d u s t r y P r e s s ， 2 0 1 0 ． [ 2 ] 王根海． 石油勘 探哲 学与思 维 [ M] ． 北京 石油 工业 出版社 ， 2 0 o8 ． W a n g G e n h a i ． P h i l o s o p h y a n d t h i n k i n g o f p e t r o l e u m e x p l o r a t i o n [ M] ． B e i j i n g P e t rol e u m I n d u s t r y P r e s s ， 2 0 0 8 ． [ 3 ] 吴冲龙 ， 刘刚 ， 田宜平 ， 等． 地 质信息科 学与技术 概论 [ M] ． 北 京 科学 出版社 ， 2 0 1 4 ． W u Ch o n g l o n g， u Ga n g ， Ti an Yi p i n g， e t a 1 ． T e c h n o l o g y o v e r v i e w o f g e o l o g i c a l i n f o r m a t i o n s c i e n c e [ M] ．B e ij i n g S c i e n c e P r e s s ， 2 0 1 4 ． [ 4 ] 邱中建， 龚再升． 中国油气勘探 第一卷 总论[ M ] ． 北京 石 油工业 出版社 ， 1 9 9 9． Q i u Z h o n g i ian ， G o ng Z a i s h e n g ． C h i n e s e pet r o l e u m e x p l o r a t i o n [ M] ． B e i j i n g P e t rol e u m I n d u s t r y P r e s s ， 1 9 9 9 ． [ 5 ] 李清辉， 曾颖， 陈新发． 数字油 田建设与实践 新疆油田信息 化建设 [ M] ． 北京 石 油工业 出版社 ， 2 0 0 8 ． L i Q i n g h u i ， Z e n g Y i n g ， C h e n X i n f a ． D i g i t a l o i l fi e l d c o n s t r u c t i o n a n d p r a c t i c e [ M] ． B e ij i n g P e t ro l e u m I n d u s t ry P r e s s ， 2 0 0 8 ． [ 6 ] 李清辉， 文必龙 ， 曾颖． 数字油田信息平台架构[ M] ． 北京 石 油工业出版社 ． 2 0 0 8 ． L i Q in g Il u i ， We n B i l o ng， Z e n g Y i n g ． D i 舀ta l o i l fi e l d i nf o r m a t io n p l a t f o r m a r c h i t e c t u r e [ M] ． B e ij i n g P e tr o l e u m I n d u s t r y P r e s s ， 2 0 0 8 ． [ 7 ] 段鸿杰． 胜利油 田信息化 框架构建 研究 [ R] ． 东营 胜 利油 田 博 士后 流动 站 ， 2 0 0 3 ． D u a n H o n g j i e ． S h e n g li o i l fi e l d i n f o r m a t i z a t i o n fr a u e w o r k r e s e a r c h [ R] ． Do n g y i n g S h e n g l i Oi lfie l d Po s t Do c t o r a l Mo b i l e S t a t i o n s ， 2 0 0 3 ． [ 8 ] 钱学森， 于景元 ， 戴汝为． 一个科学的新领域 开放的复杂巨 系统及其方法论[ J ]． 自然杂志 ， 1 9 9 0 ， 1 3 1 3 1 0 ， 6 4 ． Qi a n Xu e s e n ， Y u J i n g y u an ， D a i R u w e i ． A n e w fi e l d o f s c i e n c e T h e o p e n c o mp l e x gi ant s y s t e m a n d i t s m e t h o d o l o g y [ J ] ． C h i n e s e J o u mal o fN a t u r e ， 1 9 9 0 ， 1 3 1 3 1 0 ， 6 4 ． [ 9 ] 戴汝为， 王珏， 田捷． 智能系统的综合集成[ M ] ． 杭州 浙江科 技 出版社 ． 1 9 9 5 ． D a i R u w e i ， Wa n g Y u ， T ian J i e ． I n t e g ra t i o n o f i n t e l l i g e n t s y s t e m[ M] ． H ang z h o u Z h i ang S c i e n c e and T e c h n o l o gy P r e s s ， 1 9 9 5 ． [ 1 O ] 周德群． 系统工程概论[ M] ． 北京 科 学出版社 ， 2 0 1 3 ． Z h o u D e q u n ． I n t r o d u c t i o n t o s y s t e m e n g i n e e ri n g [ M] ． B e r i n g S c i e n c e P res s， 2 01 3 ． [ 1 1 ] J o s u t t i s N M． S OA i n P r a c t i c e T h e a r t o f d i s t r i b u t e d s y s t e m d e s i g n [ M] ． N 明j i n g S o u the a s t U n i v e r s i t y P r e s s ， 2 0 0 8 3 2 4 3 5 4 ． [ 1 2 ] F i e l d i n g R T ． A r c h i t e c t u r a l s t y l e s and t h e d e s i g n o f n e t w o r k - 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