油田地理信息和勘探開發(fā)數(shù)據(jù)解析及標(biāo)準(zhǔn)化

彭佳琦，王海起，朱 錦，董倩楠，車 磊

（1.中國(guó)石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580；2.中油國(guó)際（阿聯(lián)酋）公司，阿聯(lián)酋 阿布扎比 93785）

油田地理信息和勘探開發(fā)數(shù)據(jù)解析及標(biāo)準(zhǔn)化

彭佳琦1，王海起1，朱 錦2，董倩楠1，車 磊1

（1.中國(guó)石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580；2.中油國(guó)際（阿聯(lián)酋）公司，阿聯(lián)酋 阿布扎比 93785）

建立油田公司地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)并創(chuàng)建空間數(shù)據(jù)模型，通常需要解決新老數(shù)據(jù)空間基準(zhǔn)不一致和原始紙質(zhì)、文本文件或其他格式數(shù)據(jù)與面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型格式不兼容兩方面問(wèn)題。以阿聯(lián)酋地區(qū)的油氣田為研究對(duì)象，分析確定了區(qū)域空間參考系統(tǒng)，對(duì)油田多源數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分類、解析和歸化，并對(duì)空間數(shù)據(jù)模型進(jìn)行了分類總結(jié)，為建立油田地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)庫(kù)；數(shù)據(jù)模型；數(shù)據(jù)解析；數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化；數(shù)據(jù)管理

1 數(shù)據(jù)分類和歸化

該研究區(qū)數(shù)據(jù)源于不同公司在不同年代產(chǎn)生的多種數(shù)據(jù)資料，存在數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，類型多樣化、空間參考信息和基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換參數(shù)不相同或空間參考信息丟失等情況。

1.1 數(shù)據(jù)分類

為了便于數(shù)據(jù)的解析和歸化，首先需要把搜集到的數(shù)據(jù)信息分類列表，歸納為地震采集數(shù)據(jù)、處理解釋數(shù)據(jù)、油田和井位數(shù)據(jù)、陸地地理信息數(shù)據(jù)、海上地理信息數(shù)據(jù)、模型數(shù)據(jù)6大類，其中包括測(cè)量控制點(diǎn)、水系、居民地、交通、油氣管線、各種邊界、地形和油田設(shè)施等所有地面地理信息，以及二維和三維地震采集數(shù)據(jù)、油井錄井?dāng)?shù)據(jù)、油藏構(gòu)造等油田勘探開發(fā)數(shù)據(jù)和地下信息，具體分類如表1?？梢?jiàn)，數(shù)據(jù)資料包含的格式主要有text、shapefile、dwg、矢量數(shù)據(jù)模型、柵格數(shù)據(jù)模型和紙質(zhì)文件。其中shapefile文件可直接被地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)識(shí)別和使用，其他格式的文件需進(jìn)行解析及歸化才能錄入數(shù)據(jù)庫(kù)。

表1 油田多源數(shù)據(jù)分類

1.2 數(shù)據(jù)歸化

針對(duì)需要解析、歸化、規(guī)范、內(nèi)插和轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，本文制定了標(biāo)準(zhǔn)化改造流程，如圖1所示。

2 數(shù)據(jù)解析

2.1 基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換

Nahawan 1967是適合中東地區(qū)的區(qū)域基準(zhǔn)，也是本研究很多數(shù)據(jù)的應(yīng)用基準(zhǔn)。由于衛(wèi)星定位技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，最近十幾年開發(fā)和應(yīng)用的WGS84基準(zhǔn)定義了能與地球完美吻合的橢球，且坐標(biāo)系原點(diǎn)位于地球質(zhì)心（中心），目前被世界各地包括中東地區(qū)廣泛引用。

圖1 數(shù)據(jù)分類、解析、規(guī)范和和建模流程圖

由于各公司技術(shù)要求和工作區(qū)域地理位置均不同，因此遞交的數(shù)據(jù)資料是基于不同基準(zhǔn)和基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換參數(shù)的，這會(huì)造成相鄰數(shù)據(jù)重疊區(qū)地理信息不匹配，影響施工生產(chǎn)和勘探開發(fā)設(shè)計(jì)。對(duì)于基準(zhǔn)不同問(wèn)題，本文的解決方案是確認(rèn)原始數(shù)據(jù)應(yīng)用的基準(zhǔn)和基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換參數(shù)，把所有空間數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)換到WGS84（ITRF 2000．0）基準(zhǔn)面上，這樣在保證地理信息數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的同時(shí)，也保證了其共享性，能夠和阿聯(lián)酋境內(nèi)的其他公司以及市政部門應(yīng)用的基準(zhǔn)保持一致。

根據(jù)不同公司不同年代或不同地域應(yīng)用的基準(zhǔn)，本文整理計(jì)算了基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換參數(shù)表，如表2所示。如果原始數(shù)據(jù)保存有WGS84（ITRF2000．00）坐標(biāo)數(shù)據(jù)，則不轉(zhuǎn)換；如果原始數(shù)據(jù)沒(méi)有保留WGS84基準(zhǔn)下的坐標(biāo)數(shù)據(jù)或根本不是通過(guò)WGS84轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，將根據(jù)相應(yīng)的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換到WGS84（ITRF 2000．0）基準(zhǔn)面上。

2.2 紙質(zhì)文件數(shù)字化及地理配準(zhǔn)

原始資料中大多數(shù)地形圖和海圖以紙質(zhì)形式存在，掃描到電腦后，需要對(duì)其進(jìn)行地理配準(zhǔn)和數(shù)字化處理，使有用信息能夠錄入到地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)中。具體的處理流程如圖2所示。

圖2 紙質(zhì)資料數(shù)字化入庫(kù)流程圖

地理配準(zhǔn)是地圖掃描和矢量化至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，其精度直接影響后期矢量化的精度，從而影響數(shù)據(jù)應(yīng)用的正確性[5]。應(yīng)用ArcGIS提供的創(chuàng)建數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)集合程序、拓?fù)浜透呒?jí)編輯4種工具實(shí)現(xiàn)地形圖和海圖的數(shù)字化。首先對(duì)地形圖和海圖進(jìn)行地理定位，選取柵格圖像控制點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)匹配和幾何校正[6]，賦予空間參考信息和地理坐標(biāo)；再創(chuàng)建數(shù)據(jù)文件或數(shù)據(jù)模型；最后通過(guò)編輯幾何圖形和屬性表完成地形圖和海圖的數(shù)字化工作，獲取地理信息。

2.3 補(bǔ)充空間參考信息

矢量數(shù)據(jù)在應(yīng)用和存儲(chǔ)過(guò)程中也有丟失空間參考信息的可能，這些數(shù)據(jù)可以用ArcCatalog重新賦值。柵格數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)改變了原來(lái)的坐標(biāo)屬性并賦予了空間參考，而矢量數(shù)據(jù)重新配置空間參考信息只是找回丟失了的空間參考信息，并沒(méi)有改變矢量數(shù)據(jù)原有的幾何文件和幾何屬性，如圖3所示。

圖3 柵格數(shù)據(jù)地理配準(zhǔn)原理

表2 基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換參數(shù)表

2.4 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

早期的油田數(shù)據(jù)多為text文本格式或CAD軟件產(chǎn)生的dwg格式，如井位等坐標(biāo)數(shù)據(jù)，多以text文本格式存在；路網(wǎng)、建筑等測(cè)繪信息，多以dwg格式存在。為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范油田原始數(shù)據(jù)，使其能夠被地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)所使用，需要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

1） text文件的轉(zhuǎn)換。對(duì)于text文件（ASCII碼文本）坐標(biāo)數(shù)據(jù)，可以應(yīng)用ArcMap實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，相當(dāng)于批量導(dǎo)入X、Y坐標(biāo)，可將其導(dǎo)出為shapefile文件或其他需求的數(shù)據(jù)格式。通過(guò)編輯功能設(shè)置其屬性信息，并在ArcCatalog編輯元數(shù)據(jù)信息，完成數(shù)據(jù)文件的轉(zhuǎn)換，需注意的是在導(dǎo)入過(guò)程中要配置空間參考。

2）CAD文件的轉(zhuǎn)換。CAD數(shù)據(jù)也是目前建立地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)較多的數(shù)據(jù)源，在ArcGIS流行之前的測(cè)量繪圖、土木工程、工業(yè)設(shè)計(jì)都是由CAD相關(guān)產(chǎn)品完成的，因此產(chǎn)生了大量的不同版本不同數(shù)據(jù)格式的dwg或dxf文件。雖然ArcGIS能夠識(shí)別和應(yīng)用，但由于其坐標(biāo)系概念及數(shù)據(jù)存在的形式與本文建立的地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)化要求有差異，所以需要把CAD數(shù)據(jù)看作原始數(shù)據(jù)，做必要的歸化和處理，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的柵格或矢量數(shù)據(jù)模型。

基于GIS系統(tǒng)的空間參考坐標(biāo)系與CAD數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系有根本區(qū)別，CAD只是針對(duì)實(shí)際物體建立模型，使用固定坐標(biāo)系定位數(shù)據(jù)的2D和3D笛卡爾右手坐標(biāo)系，其X、Y、Z坐標(biāo)是相對(duì)于某一個(gè)幾何原點(diǎn)（0，0，0）的位置，且X指向東，Y指向北，通常情況下其坐標(biāo)系的存在形式不能做到直角坐標(biāo)和大地坐標(biāo)或不同基準(zhǔn)之間的正確轉(zhuǎn)換，其坐標(biāo)概念不是地理意義上的坐標(biāo)系。本文是基于地理信息系統(tǒng)和地球信息科學(xué)理論，研究的是地球及地球上所有地物的數(shù)據(jù)模型，某一獨(dú)立個(gè)體針對(duì)特定坐標(biāo)系具有唯一性，所以需對(duì)CAD文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換和空間參考信息改造。

CAD數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換為地理數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)模型，可以在讀取CAD數(shù)據(jù)集的同時(shí)創(chuàng)建相應(yīng)的新的工程圖要素?cái)?shù)據(jù)集，并配置空間坐標(biāo)參考信息。本文應(yīng)用ArcMap模塊CAD到地理數(shù)據(jù)庫(kù)轉(zhuǎn)換工具實(shí)現(xiàn)CAD文件的轉(zhuǎn)換。

2.5 高程數(shù)據(jù)插值

本文研究區(qū)域地震采集資料比較久遠(yuǎn)，最早可追溯到1969年的二維資料，在對(duì)這些資料的分析過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，測(cè)量數(shù)據(jù)大多是常規(guī)測(cè)量資料，由于當(dāng)時(shí)技術(shù)原因，部分物理點(diǎn)高程未實(shí)測(cè)或因存儲(chǔ)設(shè)備問(wèn)題造成部分高程數(shù)據(jù)丟失，對(duì)目前高精度的地震資料處理精度影響較大。由于年代久遠(yuǎn)，如果再次通過(guò)野外測(cè)量或衛(wèi)星影像拾取高程數(shù)據(jù)，獲取的數(shù)據(jù)并不一定是當(dāng)時(shí)高程的真實(shí)體現(xiàn)，因此通過(guò)當(dāng)時(shí)區(qū)域內(nèi)的高程數(shù)據(jù)，建立高程模型，在相關(guān)點(diǎn)位提取出當(dāng)時(shí)相應(yīng)物理點(diǎn)的高程數(shù)值并為高程缺失的物理點(diǎn)賦值，才是比較科學(xué)和合理的方法。

本文選取了不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）、反距離權(quán)重法、克里金插值法和樣條函數(shù)插值法進(jìn)行了對(duì)比分析。

通過(guò)高程擬合插值方法，本文針對(duì)研究區(qū)進(jìn)行了局部地震采集數(shù)據(jù)23 377 個(gè)物理點(diǎn)的實(shí)例計(jì)算，建立25 m分辨率的高程模型。通過(guò)ArcGIS提供的數(shù)據(jù)分析提取工具為各個(gè)物理點(diǎn)賦值高程數(shù)據(jù)，得到高程精度統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果如表3。可以看出，TIN方法存在較多點(diǎn)提取不出高程，而其他3種情況相差不大，相比之下，反距離權(quán)重法效果更好一些。

表3 精度統(tǒng)計(jì)分析表

對(duì)誤差大的點(diǎn)作進(jìn)一步分析，通過(guò)作等值線檢查誤差大于1 m物理點(diǎn)分布情況，等高線和誤差較大的點(diǎn)位分布如圖4所示。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，兩種方法誤差較大的點(diǎn)多數(shù)分布在等值線變化較大或坡度變化較大的區(qū)域。圖4a的顯著特征是誤差大或提取不出高程的位置基本都在TIN的邊緣地區(qū)，可通過(guò)邊緣裁剪或用其他方法建立的高程模型進(jìn)行擬合來(lái)彌補(bǔ)。

圖4 點(diǎn)位精度分布對(duì)比分析圖

雖然表3中的數(shù)據(jù)顯示反距離權(quán)重法結(jié)果最好，但從圖4誤差較大點(diǎn)的分布情況來(lái)看，對(duì)于研究區(qū)域，反距離權(quán)重法并不適合，每一種內(nèi)插擬合方法都有其針對(duì)性和優(yōu)缺點(diǎn)。油田地震采集數(shù)據(jù)物理點(diǎn)具有分布較均勻、地形起伏不大、距離和方向差異不大的特點(diǎn)，樣條法可以通過(guò)每一個(gè)取樣點(diǎn)，綜合考慮，使用樣條法對(duì)本地區(qū)數(shù)據(jù)高程缺失的點(diǎn)進(jìn)行擬合更加合理。

3 空間數(shù)據(jù)模型分類和創(chuàng)建

根據(jù)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理的需要，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)解析、歸化和轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)模型將會(huì)以多種格式、種類、層級(jí)存在于不同的地理數(shù)據(jù)庫(kù)中，本文對(duì)矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)三大類空間地理數(shù)據(jù)模型進(jìn)行了歸納和分類。

通常情況下，矢量數(shù)據(jù)模型主要是shapefile、地理關(guān)系模型Coverage和地理對(duì)象關(guān)系模型Geodatabase；柵格數(shù)據(jù)模型主要是tiff、jpeg、DEM等文件；屬性數(shù)據(jù)主要為屬性表，包括Access、dBase、Oracle等。圖5為各種空間數(shù)據(jù)模型的全貌圖。

圖5 地理數(shù)據(jù)模型全貌圖

shapefile、Coverage和Geodatabase是矢量數(shù)據(jù)模型發(fā)展3個(gè)階段的代表產(chǎn)品[7]（以ESRI公司產(chǎn)品為例），shapefile是ESRI公司推出的沒(méi)有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的第一代矢量數(shù)據(jù)模型，是一種由若干個(gè)文件組成、空間信息和屬性信息分開存儲(chǔ)的非關(guān)系型數(shù)據(jù)模型；Coverage是第二代矢量數(shù)據(jù)模型，是一種以文件夾形式存在的地理關(guān)系混合數(shù)據(jù)模型；Geodatabase是第三代矢量數(shù)據(jù)模型，是一種將空間對(duì)象的屬性和行為結(jié)合起來(lái)的面向?qū)ο蟮闹悄芑乩韺?duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)模型，通常也稱作地理數(shù)據(jù)庫(kù)，是為了更好地管理和使用地理要素，按照一定的數(shù)據(jù)模型和規(guī)則組合起來(lái)的存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)[8]。

shapefile、Coverage、Geodatabase的創(chuàng)建、編輯、修改、刪除、重命名和轉(zhuǎn)移等活動(dòng)均可通過(guò)ArcCatalog或ArcTools來(lái)實(shí)現(xiàn)。在用ArcMap模塊對(duì)其修改時(shí)，ArcCatalog將自動(dòng)修復(fù)相應(yīng)文件保證其完整性。

4 結(jié) 語(yǔ)

地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)是建設(shè)數(shù)字油田的基礎(chǔ)，而在石油勘探開發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的地震、地質(zhì)和解釋圖件數(shù)據(jù)存在復(fù)雜性、多源性和數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)，本文基于ArcGIS平臺(tái)，闡述了數(shù)據(jù)資料的整理、分類及標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程；具體介紹了基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換、紙質(zhì)文件地理配準(zhǔn)及數(shù)字化、不同文件格式的轉(zhuǎn)換、高程數(shù)據(jù)擬合方法和創(chuàng)建數(shù)據(jù)模型的方法，為油田公司建立地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)和創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)模型提供了具體解決方案。

[1] 劉穎, 李樹軍． GIS數(shù)據(jù)庫(kù)與普通地理數(shù)據(jù)庫(kù)[J]．海洋測(cè)繪, 2001(3)∶52-54

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P208

B

1672-4623（2016）09-0019-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.09.006在現(xiàn)代化工業(yè)大生產(chǎn)背景下，油田公司的管理早已從傳統(tǒng)的召開會(huì)議制定解決方案、下達(dá)文件、決策執(zhí)行向即時(shí)獲取信息、自動(dòng)化科學(xué)決策和快速反應(yīng)方向發(fā)展。建立油氣田地理數(shù)據(jù)庫(kù)是油田數(shù)字化和智能化的基礎(chǔ)，也是有效應(yīng)用空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、模擬和決策的依據(jù)[1]。石油勘探成果多以紙質(zhì)形式保存，也存在一些計(jì)算機(jī)資料處理系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，存在“信息孤島”現(xiàn)象，現(xiàn)有的管理方式不利于資料共享與利用[2]。數(shù)據(jù)資料存在空間基準(zhǔn)不一致，以及紙質(zhì)、文本文件或其他格式數(shù)據(jù)與面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型不兼容問(wèn)題，因此在建立地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)前，需將數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分類、解析和歸化，篩選出正確的數(shù)據(jù)信息，改正錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)資料，且要對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和模型進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化改造[3-4]。本文以阿聯(lián)酋地區(qū)油氣田為例，論述了油氣田地理信息數(shù)據(jù)資料的整理分類、解析、歸化及空間數(shù)據(jù)模型的創(chuàng)建方法。

彭佳琦，碩士研究生，研究方向?yàn)閿?shù)字油田。

2016-01-05。

項(xiàng)目來(lái)源：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41471322）；山東省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（ZR2012DM010）。