基于地质导向的钻井地质环境三维描述技术.pdf

石油天然 气学报 江汉石油学院 学报 2 0 1 1 年 4 月第 3 3 卷第 4 期 J o u r n a l o f Oi l a n d Ga s T e c h n o l o g y J ． J PI Ap r ． 2 0 1 1 Vo 1 ． 3 3 No ． 4 基 于地质导 向的钻 井地质环 境三维描述技 术 崔 木 ／ 中国石油大学地球资源与信息学院，山东 东营 2 5 7 0 6 1 ＼ 匠 ＼ 胜利油田钻井工艺研究院 ， 山东 东营 2 5 7 0 i 7 ／ 周广远 ，饶 蕾 胜利油田 钻井工 艺研究院，山 东东营2 5 7 0 1 7 [ 摘要]介 绍 了三维可视化 系统在地 质导 向钻 井中的应用情况 ，着 重阐述 了地 下地质 环境 中最为复杂 的虚 拟 地 层 及 油 层 的 三 维 实 现 ， 使 用 三 维 地 学模 型 ，可 实 时 显 示 、分 析 和 解 释 L W D 数 据 和 钻 井 作 业 数 据 ， 为 地 质 导 向钻 井提 供 可 视 化 的 辅 助 手 段 。 [ 关键词]地 质导 向钻井 ；地质 环境 ；三维可视化 ；地 层建 模 ；Op e n G1 [ 中图分类号]TE l 4 2 [ 文献标识码 ]A [ 文章编号]1 0 0 09 7 5 2 2 0 1 1 0 4 0 0 5 3 0 3 超 深井 地质 导 向钻 井技 术是 近 年来 国内外 发展 起来 的前 沿 钻井 技术 之一 ，是 用 地质 信息 和 随钻测 井 仪器 响应 引 导钻 头进 入 目的层并 保 持井 眼在 日的层 内 的一种 综 合解 释技 术_ 1 ] 。地 质导 向过 程 中 的地 下 环 境 可视 化技 术是 其 中 的一项 重要 研 究 内容 ，能 帮 助 地 质 导 向技 术 服 务 人 员 观 测 钻 头在 地 层 中 的钻 进 情 况 ；而 地层 模 拟是进 行 三维 虚拟 现 实 的地下 模 型 巾最 为重要 的一个 环节 。钻 井 中钻 遇到 的更 多 的是未 能 被地 质 家准确 描 述 的地层 即非 目的层 ，该 类 地层 在纵 向深度 上和 横 向展 布上都 存 在较 多 的不确 定性 。 笔者 以对 地下 地 质环 境 中最 为复 杂 的这类 虚 拟地 层 的模 拟为 例 ，实 现地 下环 境 的三维 可视 化 。 1 Op e n GL技术 由于三维 真 实感地 形 模 拟所 需 的数据 量 极大 ，三 维模 型显 示 主要 应 该考虑 两 个 问题 显示 的质 量 和 速 度 。 目前 在 W i n d o ws 操作 系 统 中 ，Op e n GI 绘 图采 用 的是 S GI 公 司提 供 的 函数 库 ] ，具 有 操 作 系统 无 关性 ，在这 些库 中包 含 了 Op e n GI 绘 图 的各 种 AP I函数_ 4 J 。利 用 这 些 函 数 ，程 序员 可 以构 造 三 维模 型 ， ’ 同时 不用 过 多地考 虑 颜色 、材质 、光 照 以及 与其 他模 型 间 的消 隐处理 对模 型 显示 的影 响 ，可直 接 由 AP I 函数来 实 现 。笔者 将 主要 阐述 地层 的生成 ，在 保 证三 维显 示质 量 的前 提下 ，实现较 快 的显示 速 度需 要 一种 用 于对 虚拟 地层 模 拟 的系 统和算 法 ，来 快 速逼 真地 实现 虚 拟地 层 的仿真 和再 现效 果 。 2 虚拟地层 生成算法 地 层 的分 布在 统计 意义 上有 很 强 的 自相似 性 ，因此 针对 地 层 的这种 特 点 ，笔者 对基 于分 形几 何 中 的 D i a mo n d S q u a r e中点 平移 算法 。 加 以改进 ，开 发 出虚 拟油 层 的快 速生 成算 法 。 图 1 是 Di a mo n d D q u a r e 算 法 的 流 程 图 ，假 设 描 述 的 是 一 个 正 方 形 的 地 层 ，正 方 形 二 维 D i a mo n d S q u a r e算法 约定 二 维数 组 的行 列相 等 即假 定 被描 述 的地 层 是一 个 长 宽 相等 的正 方形 。一 个 正方 形 经 过 冈 l 所 示 的步 骤进 行迭 代将 得 到 4个 正方 形 ，其 中正 方形 和菱 形 中心 的高 度值 为 4个顶 点 的平 均高 度 加上 一个 随 机高 度 h R AN D一0 ． 5 ，RAND表 示范 围 0 ～ 1的 随机 量 。第 2次经 过 该过 程 得 到 1 6个 正 方形 ， 第 i 次 得 到正方 形 数 目等 于 4 。 图 2是 Di a mo n d ～ S q u a r e 算 法分 别经 过 1次 、2次 和 5次迭代 的结 果 [ 收稿 日期]2 0 1 01 01 0 基金项 目]国 家 十一五 ”科技 攻关项 目 2 0 0 6 AA0 6 A1 0 9 。 [ 作者简介]崔杰 I 9 7 3一 ，男 ，1 9 9 4 中 国石油大 学毕业 ，高级工程 师 ，博士生 ，现主 要从事 地质工程 模型研 究和图形 软件开 发 方面的研究工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 O 1 1 年 4月 图 3是虚拟 地 层生 成 算 法 的流 程 图 。 通 过组合 D i a mo n d S q u a r e中点 平 移 算 法 生 成 出一 个 随机 地 层 ，根 据 实钻 地 质 分 层 ，凋整 地 层 高度 ，之 后 将 随 机 高度 转 化 为对 应 的 随 机 颜 色 ，就 可 以得 到一 个 符合 自然分 布的虚 拟地层 。 虚拟地 层 L可 以表示 为一个 二 维 高度 场 ， 设 虚 拟 地层 J ， 的长宽 的格数 分别 为 和 h， 设置 虚 拟地 层生成 的 3个 参数 随机 高 度 范 围 h， ； 平 滑 系 数 A， 取 值 为 0 ． 0 ， 1 ． O ； 含 油 量 系数 R， 取 值 0 ． 0 ， l _ o 。 具体 方法如 下 1 建 立 一个 长 宽分 别为 大 于 训 和 h 的最 小 的 2的幂 的 高 度 场 M ， 使 用 组 合 D i a mo n d S q u a r e 算 法生成 随机高 度值 。 2 将 高度场 M 的高度 值 赋 给虚 拟地 层 L L i ， M i ， J i一0。 ⋯ ． 1 J一 0 ， ⋯ 。 h一 1 3 生成 地层 的不规则 效果 。 为 了生 成 虚拟 油层不 规则 形状 的效果 ， 将 某 些 格 点 设置 为不 可见 ， 通过 在绘 制 时将 与 之 相关 a 1 次迭代 在 4 个角设定初始高度值 ，设置随机高度范围 - h ， h 和平滑系数 A，取值为 0 ． 0 ， 1 ． 0 置随机数因子 f 1 取每 4个点的正方形，计算正方形中心的高度值 取每 4 个点形成 的菱形 ，计算菱 形中心的高度值 f f 2～A N／ 结束 图 1 Di a mo n d S q u a r e算 法 的流 程 图 b 2 次迭代 c 5 次迭代 图 2迭 代 效 果 图 的三角形 不 可见 来实 现 。 对 于虚拟地 层 L的每一 个格 点 ， 如果 L ， J 一 h 0 ． ， ． 一 R ， 则 将 该点 置 为不 可 见 。 4 计算 随机颜 色值 。 设渐 变色 的起始颜 色 c 。和终止 颜 色 c ， 遍历 虚拟 地层 L， 任一 点 的颜色值 一 一 如果平 滑系数 A越 大 ， 生 成 的虚 拟地 层 的起 伏变化 越平 缓 ， 反之越剧 烈 。 含油量 系数 R越大 ， 则油层 的 面积越 大 ， 若 R 一 0 ， 则高度 场 巾每一个节 点都 是不 可见 的 ， 即生 成一个 没有 油 的地 层 ； 若 R一 1 ， 则每一 个 节 点都 可见 ， 生成 的虚拟地 层就是 一个 规则 的矩形 高度场 。 在实 际应 用 中一 般 R 取值 为 0 ． 4 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 3卷第 4 期 崔杰等 基于地质导 向的钻 井地质环境 三维 描述技术 3 虚拟 地层效果 图 图 4是利 用一 般 随机 函数 生 成 的虚拟 地层 的效果 图 。可 以看 出 ，利 用 一 般 随 机 函 数 虽 然 实 现 了地 下 地 层 随机 分 布 的 显 示 效 果 ，但 地 层 的 显示 比较 杂 乱 无 章 ，这是 由于在 整 个 地层 中 的 随机 分 布 过 于平 均 ， 效 果并 不令 人 满意 。图 5为 虚拟 地层 算 法生 成 的虚 拟 地 层效 果 图 ，为 胜 利 油 田 老 X 区块 馆 上 段 地 层 ，能 够 较好 地 再 现 地 下 地 层 的分 布 ， 同时 在 表 现 地 层 中 的油气储 层 部分 时 ，油 气 储 层 相 对 集 巾，分 布 均 匀 ， 完 全没 有 杂 乱 无 章 的感 觉 ，颜 色 过 渡 自然 、合 理 ， 模 拟 了地 层 甚 至油气 层 并进 行 了再 现 。 4 结 语 通 过对 已探 明 的 地 层 的 观 测 发 现 ，地 层 的 分 布 在统 计 意 义 上 有 很 强 的 自相 似 性 ， 因此 针 对 地 层 的 这种 特 点 ，利 用 改 进 的 分 形 几 何 算 法 开 发 出 的 虚 拟 地层 算 法 ，与 随 机 函数 法 生 成 的 虚 拟 地 层 相 比，更 贴 近油 田井 下地 质环 境 的真 实情 况 。 初始化油层 L的 3 个参数随机高度 范 围 ，平 滑 系数 A和 含 油量 系 数 R 建立一个长宽大于油层 L的最小的 2 的 指 数 的 高 度 场 M ，使 用 组 合 D i a mo n d S q u a r e 算法生成随机高度值 将高度场 M 的高度值赋给虚拟地层 ， J， 舍弃那些不属于地层的高度场 生成地层的不规则效果 l 遍历虚拟地层 L ， 计算任一点的随机 l 颜色值 在显示器上绘制地层效果图 图 3虚拟地层 生成算 法流程图 图 4 随 机 函数 生 成 的 虚 拟 地 层 效 果 图 紧 紧 围绕地 质导 向钻井 技 术 的 目标 ，将 钻 井工 程 信 息三 维 可 视化 ， 同时将 与钻 井 工 程 有关 的地 质 、 油藏 信息 图形 化 ，形成 三维 地 质场 景 ，直 观地 展 现 了地下 环境 ，为石 油行 业 的地质 、钻井 、测 井 、录 井 、开发 等各 专业 专 家提 供 一个 油 藏地 质 的模 拟环 境 ，相 当 于搭建 了一个 平 台 ，便 于各 专业 技术 方 向 的 专家 形象 地“ 看着 ” 地下 情 况决 策 ，大 大加 快 冈 内油气 资 源 的勘探 和 开发 步伐 ，从 而创 造 出 巨大的勘 探 开发 效益 。 下转 第 8 1页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 3卷第 4期 陈华 等 近地表人 为改造严重地区 的表层调 查方法探讨 1 由于受 到 古河 道 和人 为活 动 的影 响 ，表层 结 构横 向变 化非 常 剧 烈 ，因此 必 须 开展 精 细 的 表层 调 查 工作 。 2 不 同的表层 结 构类 型 ，需要 采 用合 适 的调 查 方法 表层 存 在 高 速 夹层 的地 区 ，必 须 布 设 深层 微 测 井调 查 ；表 层速 度梯 度 较小 、厚 度 不大 的地 区 ，需要 采 用 高精 密度 激发 点距 的微 测井 调查 。 3 复杂 区的 表层 调查 控制 点 的 布设应 该 是动 态 的 ，根 据 表层 结 构 的 横 向变 化 剧 烈 程度 ，适 当增 加 控 制点 的密度 。 4 局 部地 区表层 速度 界 面与 岩性 界 面不 一致 ，因此 需 要根 据 微 测井 的激 发 能 量变 化 优 选 良好 的激 发 岩性 ，即根据 表 层动 力 学特 征进 行 指导 激发 参数 的设 计 ，确 保 良好 的激 发效 果 。 [ 参考文献] [ 1 ]陆基孟 ．地震勘探原理 [ M] ．北京 石油大学 出版社 ，1 9 9 3 ． [ 2 ]李 庆忠 ．走 向精确 勘探 的道路 [ M]．北京 石油工业 出版社 ，1 9 9 3 ． E 3 ]Mi k e Co x ．反射地震勘探静校正技术 [ M]．北 京 石油工业出版社 ，2 0 0 4 [ 4 ]谢里 夫 R E ．勘探地震学 [ M]．北京 石 油工业 出版社 ，1 9 9 9 ． [ 编辑] 龙舟 上 接 第 5 5页 图 5 Di a mo n d - S q u a r e算 法 生 成 的 虚 拟 地 层 效 果 图 [ 参考文献] [ 1 ]G i l l e s G，J e a n P a u l N．Dr i l l i n g Da t a Ha n d b o o k [ M]．P a r i s I n s t it u t F r a n c e d u P e t r o l e，1 9 9 5 ． 1 5 7 ～2 8 7 - [ 2 ]Wr i g h t R S J r ，S we e t M．I n s i d e OP ENGL[ M]．US Awa i t e Gr o u p P r e s s ，2 0 0 1 ． 3 0 1 ～3 1 1 ． [ 3 ]Ma s o n W， ． I a c k i e N．Op e n g l P e o g r a mmi n g Gu id e[ M]．US A Ad d i s o n We s l e y L o n g ma n，1 NC，2 0 0 1 ． 2 0 0 ～2 2 0 E 4 ]Wr i g h t R S J r ．Op e n GI 超级宝典 I N]．潇 湘工作室译 ．北京 人 民邮电出版社 ，2 0 0 1 ． 6 9 8 5 ． [ 5 ]肯尼思 法尔科内 ．分 形几何 ～数学基础及其应用 [ M]．曾文曲，刘世耀译 ．沈 阳东北 大学 出版社 ，1 9 9 1 1 4 9 ～1 7 9 [ 6 ]陈寿康 ．钻井地质标准设计 [ M]．北京 石油 工业 出版社 ，1 9 9 6 ． 7 5 ～8 9 ． [ 编辑] 萧雨 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m