基于ArcEngine地質柱狀圖的自動矢量制圖方法研究

邵燕林 （長江大學地球科學學院，湖北 武漢430100）

孟令濤 （中石油長慶油田分公司勘探部，陜西 西安710000）

許曉宏，何貞銘，張佳華 （長江大學地球科學學院，湖北武漢430100）

美國前副總統(tǒng)戈爾提出了 “數(shù)字地球”之后，信息化建設的浪潮席卷全球［1］。作為國家經濟命脈的石油行業(yè)，提出了Smart Fields、Digital Oil Field、Field of the Future、E－field和Intelligent Energy等油田信息化建設的前景［1～5］?？碧介_發(fā)是石油企業(yè)的主營業(yè)務，與之密切關聯(lián)的 “數(shù)字油藏”的建設就成為了數(shù)字油田的重點。數(shù)字油藏必須要解決的問題是多學科數(shù)據(jù)和成果的集成管理、合成顯示和分析評價等問題，空間信息技術的出現(xiàn)為此提供了解決方案。通過空間信息技術，能將各類信息集成起來，以圖件的方式展示，并進行綜合分析［6～8］。數(shù)字油藏成為了現(xiàn)代油藏管理的有效途徑［4］。

在國內大多數(shù)油田，紙質介質存儲、人工管理仍然是地質圖件重要的手段，很多地質圖件只有該單一的存儲方式，極大地影響到油藏資料管理的效率，甚至由于紙質圖件的損壞，導致重要資料的丟失［7］。同時，在油氣藏的勘探開發(fā)研究過程中，研究人員需要收集和整理大量的數(shù)據(jù)資料，然后根據(jù)這些數(shù)據(jù)，借助CoreDraw、AutoCAD、MapInfo Professional和ArcGIS Desktop等矢量制圖軟件，繪制數(shù)量眾多的各種開發(fā)地質圖件。繪圖過程往往采用手工編制的方式，精度差、制圖周期長。開發(fā)地質圖件的快速矢量制圖與集成管理已經成為數(shù)字油藏建設過程中的研究重點［8］。

在長期的石油勘探開發(fā)工作中，油田積累了大量的地震、鉆井、測井和試井等多方面的原始數(shù)據(jù)，其中與油氣井相關的數(shù)據(jù)占據(jù)了絕大多數(shù)。地質柱狀圖是油氣井多源信息綜合顯示的主要載體，也油藏信息顯示和分析評價的重要圖件。筆者運用空間信息技術，基于ArcGIS Engine二次開發(fā)平臺，針對地質柱狀圖的快速自動矢量制圖方法展開了研究。

1 工作流程

1）參考石油天然氣地質編圖規(guī)范及圖式標準，對地質柱狀圖進行信息欄 （information column）的劃分，在此基礎上，依據(jù)ArcGIS Geodatabase的特性，對地質柱狀圖劃分圖層。

2）基于Microsoft數(shù)據(jù)訪問技術OLEDB，開展油田靜態(tài)數(shù)據(jù)庫、開發(fā)數(shù)據(jù)庫以及各類數(shù)據(jù)文件的訪問方法的研究，編寫對應的數(shù)據(jù)訪問組件 （data access components），實現(xiàn)地質柱狀圖繪圖基礎數(shù)據(jù)的自動提取 （包括巖性、測井、實測物性、巖心圖片、地層、沉積和Note等數(shù)據(jù)）。

3）開展測井曲線、巖性剖面、巖心照片、地質符號和文字注記等柱狀圖圖元drawing element創(chuàng)建方法的研究，運用ArcGIS Engine Developer kit，將這些創(chuàng)建方法分別封裝到相應對象。

4）運用C＃Program Design Language（PDL）編寫UI，并最終實現(xiàn)地質柱狀圖快速矢量制圖系統(tǒng)，并借助空間數(shù)據(jù)庫GeoDatabase實現(xiàn)柱狀圖圖層要素類的存儲，借助MXD 文檔實現(xiàn)柱狀圖圖件的管理。

2 地質柱狀圖信息欄劃分方案

在地質柱狀圖制圖標準基礎上，通過對油田企業(yè)的調研，筆者利用information column來組織地質柱狀圖，劃分出下列信息欄：

1）通用信息欄——用于存在柱狀圖標題、圖框、深度標尺等基礎信息的信息欄；

2）文字注記信息欄——以文字注記為主要的信息載體，如地層劃分、沉積相劃分、巖心描述和備注等信息都可以通過文字注記信息欄實現(xiàn)可視化；

3）測井（logging）與物性信息欄——用于以曲線或數(shù)值棒圖的形式來實現(xiàn)各類logging data、實測物性和測井解釋物性的可視化；

4）巖性信息欄——用于以巖性圖斑的方式實現(xiàn)巖性數(shù)據(jù)的可視化，繪制巖性剖面（lithologic section）；

5）符號信息欄——用于以符號圖斑的方式實現(xiàn)沉積構造、解釋結論、油氣顯示和各類錄井數(shù)據(jù)的可視化；

6）圖像信息欄——用于巖心照片、鑄體照片和分析化驗圖表的可視化，實現(xiàn)地質柱狀圖綜合信息的集成。

3 系統(tǒng)總體結構

用戶提出了客戶端矢量數(shù)據(jù)編輯的功能需求，考慮服務器和網(wǎng)絡負載，地質柱狀圖自動系統(tǒng)采用了C／S 模式來搭建，圖1顯示了地質柱狀圖自動矢量制圖系統(tǒng)的三層式體系架構。

1）數(shù)據(jù)層 （DAL）?；跀?shù)據(jù)庫訪問組件，實現(xiàn)地質柱狀圖自動矢量制圖基礎數(shù)據(jù)的提取、地質柱狀圖空間要素集的操作；

2）邏輯層 （BLL）。實現(xiàn)地質柱狀圖自動矢量制圖的核心類庫；

3）表示層 （USL）。系統(tǒng)界面，通過菜單、快捷鍵和功能控件實現(xiàn)與用戶的交互。

圖1 地質柱狀圖自動矢量制圖系統(tǒng)架構

4 自動矢量制圖的實現(xiàn)

4．1 參數(shù)模板定制

地質柱狀圖自動矢量制圖需要解決的關鍵問題是復雜的自動矢量制圖參數(shù)模板的定制。地質柱狀圖由多類信息欄組合而成，每類信息欄又包含自身復雜的成圖參數(shù)，難以用簡單的數(shù)據(jù)結構來定制模板和存儲參數(shù)。數(shù)據(jù)訪問技術ADO．NET 支持XML 技術，使得數(shù)據(jù)集支持XML 文檔的輸出和讀入，也解決了矢量制圖參數(shù)模板的存儲問題。運用XML技術中的XSD，定制了地質柱狀圖自動矢量制圖參數(shù)模板 （見圖2），并利用C＃程序設計語言，實現(xiàn)了地質柱狀圖自動矢量制圖參數(shù)模板的設置 （見圖3）。

圖2 柱狀圖繪制配置參數(shù) （XSD）

圖3 自動矢量制圖參數(shù)配置向導

4．2 核心類的設計與實現(xiàn)

基于對地質柱狀圖信息欄的認識，筆者設計了地質柱狀圖自動矢量制圖的類結構靜態(tài)圖。圖4顯示了地質柱狀圖矢量制圖所涉及的各個類及其相互關系。其中WellCreator是核心類；WellColum 類與WellCreator類之間是聚合關系，WellCreator類包含WellColumns屬性，為WellColum 集合類型；通過WellColum 完成地質柱狀圖各類信息欄的創(chuàng)建；WellColum 派生出GeneralColumn，ImageColumn，SymbolColumn，LithColumn，NoteColumn和LogColum，從而實現(xiàn)各類信息欄的創(chuàng)建。

1）LithSymbol類與GeoSymbol類實現(xiàn)。LithSymbol類實現(xiàn)各類巖性圖斑的創(chuàng)建，輔助LithColumn信息欄完成巖性剖面的創(chuàng)建。GeoSymbol類用于創(chuàng)建沉積構造、油氣顯示和測井解釋結論等信息對應的符號，輔助SymbolColumn類完成符號欄的創(chuàng)建。筆者基于油藏描述工作經驗，在參考了地質繪圖軟件符號編碼規(guī)則的基礎上，對地質柱狀圖自動矢量制圖過程涉及的巖性圖斑、地質符號進行了編碼 （見表1）。并在此基礎上，基于ArcEngine二次開發(fā)工具中的點、線、面等要素，實現(xiàn)巖性圖斑和地質符號的創(chuàng)建。

圖4 地質柱狀圖自動矢量制圖類結構圖

2）測井曲線與物性信息欄LogColumn實現(xiàn)。測井曲線與物性信息欄LogColumn的繪制過程中要解決的問題是繪制縱、橫向比例尺的設置。一般而言，縱向為深度，單位為m，橫向測井或物性的測量值，如SP，RT，AC，POR 和PERM 等，其單位能靈活設置。實現(xiàn)方法為，設置圖件坐標系單位為M，Y方向比例為1∶1。記Depth為測井電性或實測物性取樣點測量深度，Value為測井電性或實測物性的取樣點測量值。測井曲線或物性曲線測量點繪圖的X坐標計算方法見式 （1），Y 坐標計算方法見式 （2）：

表1 地質符號編碼

式中，F(xiàn)rame X 為信息欄繪圖起始X 坐標；Frame Y 為信息欄繪圖起始Y 坐標；Columnwidth為信息欄寬度；Depth為取樣深度；Value為取樣值；StartDepth為繪圖起始深度；ScaleStart為取樣值起始刻度；ScaleEnd為取樣值終止刻度。

4．3 自動矢量制圖流程

筆者借助UML技術，設計了地質柱狀圖自動矢量制圖過程對應的時序圖（見圖5）。其中FrmMain是系統(tǒng)的主界面對應的窗體類；FrmWellConfig完成自動矢量制圖參數(shù)模板的設置；WellInfoSelector實現(xiàn)從油田靜態(tài)數(shù)據(jù)庫、開發(fā)數(shù)據(jù)庫以及各類數(shù)據(jù)文件中提取地質柱狀圖自動矢量制圖所需基礎數(shù)據(jù)；WellCreator實現(xiàn)地質柱狀圖的創(chuàng)建；FrmMap 是子窗體，輔助FrmMain實現(xiàn)地質柱狀圖的可視化?；诖藭r序圖，通過C＃程序設計語言，最終編碼實現(xiàn)了地質柱狀圖自動矢量制圖系統(tǒng)。

圖5 地質柱狀圖自動制圖過程對象之間的交互

5 應用

圖6 地質柱狀圖自動矢量制圖系統(tǒng)的應用

筆者收集了國內某油田某鉆井的地層、巖性、測井、實測物性、巖心描述和巖心掃描照片等數(shù)據(jù)資料，運用地質柱狀圖自動矢量制圖系統(tǒng)，實現(xiàn)了巖心描述綜合柱狀圖、伽馬歸位柱狀圖和沉積儲層綜合柱狀圖模板的定制和自動快速矢量制圖。圖6顯示了該鉆井的巖心描述綜合柱狀圖自動矢量制圖的效果。

應用表明，巖心描述綜合柱狀圖的矢量制圖時間，由1．5d減少至5min，基于ArcEngine地質柱狀圖的自動矢量制圖方法能極大地提高地質柱狀圖矢量制圖效率。借助ArcGIS GeoDatabase的空間數(shù)據(jù)管理方案，該方法還能實現(xiàn)地質柱狀圖的集成管理與企業(yè)網(wǎng)內 （Intranet）的共享。但由于該方法采用的是C／S架構，很難實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)Internet上的圖件共享，一定程度上局限了系統(tǒng)的應用范圍?；贏rcEngine地質柱狀圖的自動矢量制圖方法能應用與數(shù)字油藏建設過程的各類地質柱狀圖進行快速矢量制圖，同樣也適用于日常的地質研究矢量制圖。

6 結論

1）建立了基于空間信息技術的地質柱狀圖自動矢量制圖思路。

2）提出了地質柱狀圖信息欄的劃分方案。

3）實現(xiàn)了基于XML技術的制圖參數(shù)模板的定制方法。

4）運用面向對象的程序設計 （OOP）語言C＃編碼實現(xiàn)了地質柱狀圖自動制圖系統(tǒng)。

［1］Burda B，Crompton J，Sardoff H，et al．Information architecture strategy for the digital oil field ［J］．SPE 106687，2007．

［2］Otto G，F(xiàn)oreman R，Verra G．Field of The Future Digital Infrastructure and IT Architecture［J］．SPE 112149，2008．

［3］Ouimette J，Oran K．Implementing chevron’s i－field at the san ardo，california，asset［J］．SPE 99548，2006．

［4］Vineet Lasrado．Digital Oilfield Projects：A Perspective Using Examples From Reservoir and Reserves Management．SPE Annual Technical Conference and Exhibition ［J］．SPE 12404，Louisiana，2009．

［5］Yan MeiQing．Research and Application on Exploration and Development Graphic Database ［D］．Dalian：Dalian University of Technology，2009．

［6］Yarka，Paul J，Laudati，et al．GIS：An evolving exploration and exploitation technology ［J］．World Oil，1993，214 （9）：45．

［7］Devries S．Production Management Information Challenges of the Digital Oil Field ［J］．SPE 97140，2005．

［8］ChunYan Deng，YunLiang Yu，ShiXiang Liu，et al．Implementation method of Oil and Gas Geologic Information System with ArcGIS Engine［J］．Global Geology，2007，10 （1）：22～24．