淺談鉆井軌跡可視化技術(shù)的研究意義

張昕

摘 要：介紹了當(dāng)前可視化技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展情況，以及可視化技術(shù)在油田鉆井領(lǐng)域的需求。闡述了本課題研究的理論依據(jù)以及研究方向，并說明了本課題的研究意義。

關(guān)鍵詞：可視化；圖像處理；三維地質(zhì)模型；井眼軌跡；

中圖分類號：TE242 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2015）-08-00-01

當(dāng)今社會已達到高度的信息化和智能化，人們工作和生活的各個領(lǐng)域都被科學(xué)技術(shù)影響著，與人們接觸最多的計算機，已經(jīng)成了工作生活不可缺少的一部分?？梢暬夹g(shù)作為計算機的一個重要分支科學(xué)，在其中扮演了重要的角色?？梢暬夹g(shù)運用在石油工業(yè)中，解決了石油行業(yè)中遇到的許多問題，不僅提高了石油的勘探開發(fā)效率，而且避免了顯而易見的工業(yè)事故。

可視化技術(shù)是用計算機圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，把抽象的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成人的視覺能夠直觀感受的圖像顯示在計算機屏幕上進行交互處里的技術(shù)。可視化技術(shù)作為解釋大量數(shù)據(jù)最有效的手段而率先被科學(xué)與工程計算領(lǐng)域采用，并形成了可視化技術(shù)的一個重要分支——科學(xué)計算可視化?？茖W(xué)計算可視化將測量獲得數(shù)值或計算中涉及產(chǎn)生的數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為用圖形信息表示的隨時空變化的物理量呈現(xiàn)在技術(shù)人員面前，為他們作出正確的決策提供參考。

在石油鉆井方面，利用可視化技術(shù)綜合所有可利用的數(shù)據(jù)，可解決任意類型井的軌跡設(shè)計、鉆井目標和平臺設(shè)計、井眼軌跡不確定性和防碰分析等問題。在鉆進過程中借助可視化工具，綜合利用鉆前地質(zhì)模型數(shù)據(jù)和實時測量數(shù)據(jù)，鉆井工程師可以同地質(zhì)工程師進行有效的交流，在井場和辦公室的專家之間架起溝通的橋梁，讓我們及時了解所鉆地層的情況，為快速有效地作出鉆井決策提供有力的保障。

利用隨鉆測量測井工具實時提供的井眼信息和井眼周圍的地層信息實現(xiàn)井眼軌跡、地層的三維可視化，可以將隨鉆井過程真實并實時地再現(xiàn)在鉆井技術(shù)人員眼前，為技術(shù)人員提供更為直觀更方便的操作界面，使得他們不必面對那些枯燥的數(shù)字或者是平面圖形，便于更好地進行施工作業(yè)。在井眼軌跡三維可視化的基礎(chǔ)上，我們可以進一步研究基于虛擬現(xiàn)實的地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)和可視化隨鉆測井資料解釋技術(shù)，為充分發(fā)揮隨鉆測井的地質(zhì)導(dǎo)向作用，更好地識別油氣層，提高鉆采率和隨鉆測井資料的解釋精度提供重要作用。

實現(xiàn)的導(dǎo)向鉆井信息三維可視化系統(tǒng)，是基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)來實現(xiàn)鉆井的地質(zhì)分層、井眼、井身軌跡、靶區(qū)等鉆井對象的三維可視化，并實現(xiàn)鉆井對象的旋轉(zhuǎn)、平移、縮放等交互操作，從而使鉆井技術(shù)人員能從任意角度、任意位置對地下情況及鉆進過程全面、直觀的了解，以便對鉆井過程進行全景式的數(shù)據(jù)分析，真正實現(xiàn)三維數(shù)據(jù)的全三維解釋，從而提高鉆井過程的可控制性，提高鉆井效率。

所謂三維地層模型就是用簡單的層狀和塊狀地質(zhì)體構(gòu)建出來的三維地質(zhì)模型。對于巖土工作者和地質(zhì)工程師而言，構(gòu)建合適的三維地質(zhì)模型能比較直觀的表達出各種各樣不同的復(fù)雜地質(zhì)現(xiàn)象以及各地質(zhì)現(xiàn)象內(nèi)部所包含的不同地質(zhì)構(gòu)造，呈現(xiàn)出更加生動、逼真的三維顯示效果。

地層作為很常見的地質(zhì)實體，地質(zhì)工程師按照固定的解釋方法，根據(jù)其不同的形成時代和基本的力學(xué)特點將其劃分為層狀和塊狀結(jié)構(gòu)。這樣，不同的地層一起可以形成出各種不同的地質(zhì)現(xiàn)象。在進行地質(zhì)實體建模之前必須對地層進行三維可視化分析和模擬。

由于巖土的地下空間分布離散不均、隨機又不確定，現(xiàn)實中相鄰的地層往往又相互交叉層疊侵蝕，這就導(dǎo)致地質(zhì)體之間關(guān)系盤根錯節(jié)，錯綜復(fù)雜。因此，在三維地層建模中劃分地層時，要遵循以下幾個原則。1、遵循地層沉積層順序規(guī)律。地表下面的地質(zhì)結(jié)構(gòu)經(jīng)過漫長的歷史時期連續(xù)沉積，在地層序列中，先形成的地層一般相對地層更深，于是，在地質(zhì)構(gòu)造中，地層深度越深，其年代就越古老，并且隨時間連續(xù)變化，相同地質(zhì)年代的沉積結(jié)果就具有一致的地質(zhì)屬性。2、遵循沉積原理。在劃分地層時還要充分考慮沉積規(guī)律對地層沉積順序的影響，例如：山東地區(qū)基本上是沖積平原，而沖積平原的沉積規(guī)律就是同一海拔高度的土層有很強的一致性。3、遵循大地層不鑲嵌原理。由于大地地層之間有很強的排斥性，因此，基于地質(zhì)沉積年代考慮，填土層只能位于其他任何土層之上，新近代沉積層緊挨填土層，位于其下。4、遵循以前經(jīng)驗性的地質(zhì)解釋。目前的地層劃分方法，不能保證一定精確，其劃分大都是由有經(jīng)驗的巖土工程師根據(jù)測井、鉆孔和地震資料，經(jīng)過人為的推斷來解釋地層的空間分布順序。因此，在地層劃分中，巖土工程師的經(jīng)驗性地質(zhì)解釋地位舉足輕重。

在井眼實鉆過程中，要根據(jù)油氣田勘探開發(fā)要求，首先保證實現(xiàn)鉆井目的。不同油氣田的構(gòu)造特征、油氣產(chǎn)狀不同，要選擇合適的造斜點、井眼曲率、最大井斜角，這可以便于鉆井、采油和修井作業(yè)，最大化的提高油氣產(chǎn)量和采收率，改善投資效益。

首先，要保證實現(xiàn)鉆定向井的目的。例如：對于裂縫性油藏軌跡設(shè)計應(yīng)橫穿裂縫，薄油層油藏應(yīng)采用大斜度或水平井，低滲塊狀油層可考慮采用多底井，救援井應(yīng)根據(jù)目標層位、靶區(qū)半徑的要求設(shè)計簡單、快速、經(jīng)濟的井眼軌跡。其次，要充分考慮地面條件的限制。地面條件限制是確定定向井井位和叢式井平臺位置的重要依據(jù)、還需考慮交通、采油、油氣集輸?shù)确矫娴男枰?。第三，要選擇合適的造斜點、井眼曲率和最大井斜角。上述參數(shù)的選擇應(yīng)有利于采油、修井作業(yè)和鉆井施工。造斜點的選擇應(yīng)在比較穩(wěn)定、均勻的地層。盡量在軟中硬地層造斜，并考慮鉆頭類型，同時盡量在方位漂移不大的地層造斜。井眼曲率不宜過小，以免造斜井段過長，增加軌跡控制工作量。第四，在進行剖面設(shè)計時要有利于安全、快速鉆進，降低鉆井成本。在滿足鉆井目的前提下，盡量選用比較簡單的剖面類型，盡量利用地層自然造斜規(guī)律，盡量使井身軌跡短，盡可能保持較長的直井段。最后，在進行水平井剖面設(shè)計時，要注意可行的最簡單造斜曲線是從造斜點井斜接近零度時開始，以單一連續(xù)的弧鉆進到90度，剖面為單一均勻曲線。

國內(nèi)對鉆井可視化的研究起步相對比較晚，近年來也在這方面做了大量的研究工作，但與國外的差距仍然很大。國內(nèi)絕大多數(shù)油田都是以手工繪制或計算機繪制二維圖形為主，看上去不直觀，準確性差，而且效率不高，同時也很少將井眼軌跡和三維地質(zhì)模型結(jié)合起來進行描述，給井眼軌跡的控制和開發(fā)方案帶來不便。2000年勝利油田測井公司推出了水平井咨詢系統(tǒng)，其他有關(guān)石油院校也推出了水平井可視化軟件，但都沒有擺脫二維顯示的不足。其中，2003年我國石油工業(yè)第一套虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)——Petro One在中國石化股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院建成并投入使用，為我國的石油勘探石油的可視化揭開了新的一頁。

隨著中國石油企業(yè)進軍國際市場的步伐加快，測井技術(shù)的應(yīng)用市場會越來越大，可視化在鉆井中應(yīng)用也會越來越多，發(fā)展適合中國測井技術(shù)特點的鉆井可視化軟件，前景非常廣闊。