《油藏工程》課程地下油藏可視化軟件設(shè)計(jì)

李繼強(qiáng)+嚴(yán)文德++袁迎中++雷登生++黃小亮

摘要：油藏深埋地下，油藏中流體的滲流特性和地下油藏參數(shù)的變化都是依靠油藏?cái)?shù)值模擬得到，《油藏工程》課程的特點(diǎn)需要借助油藏三維可視化軟件對(duì)對(duì)地下油藏實(shí)現(xiàn)具體形象的展現(xiàn)。本文對(duì)油藏?cái)?shù)模文件的格式、存儲(chǔ)組織形式進(jìn)行分析，然后利用利用OpenGL三維圖形庫(kù)實(shí)現(xiàn)了地下油氣藏的三維可視化。

關(guān)鍵詞：油藏 三維圖

基金項(xiàng)目：重慶科技學(xué)院高等教育研究項(xiàng)目（GJ201408，GJ201409）。

【分類號(hào)】TE-4

油藏工程課程作為石油院校石油工程專業(yè)的主干專業(yè)課，是專門講授油氣田開(kāi)采機(jī)理和方法的一門課程[1]。由于油氣藏深埋地下、隱蔽抽象，油藏中流體的滲流特性和油氣藏參數(shù)變化都是依靠油藏?cái)?shù)值模擬得到，學(xué)生理解困難。隨著計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，利用三維可視化技術(shù)輔助教學(xué)可以克服這些困難，成為一種行之有效的手段[2]。因此，根據(jù)油藏工程課程教學(xué)特點(diǎn)，利用OpenGL技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地下氣藏?cái)?shù)值模擬的三維可視化。

石油行業(yè)中常用的地質(zhì)建模軟件有Petrel、RMS、Direct等，油藏?cái)?shù)值模擬軟件有Eclipse、CMG、VIP等。Petrel建模軟件界面友好、過(guò)程管理使模型更新便捷快速，RMS的模塊相對(duì)對(duì)，復(fù)雜斷層處理能力較強(qiáng)；Direct軟件可以進(jìn)行多維互動(dòng)的儲(chǔ)層表征；Eclipse支持多種網(wǎng)格類型并能進(jìn)行局部網(wǎng)格加密。下面我們以油田常用的Petrel地質(zhì)建模軟件和Eclipse油藏?cái)?shù)值模擬軟件，研究數(shù)模結(jié)果的三維可視化[3]。

1. 基于八叉樹(shù)的數(shù)模文件存取技術(shù)

數(shù)模結(jié)果文件很大，有的達(dá)到100G，現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)內(nèi)存容量、計(jì)算和繪制性能有限，難以將海量的空間數(shù)據(jù)一次性從磁盤調(diào)入內(nèi)存，而必須分塊調(diào)度，因此需要研究大數(shù)據(jù)體在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)組織技術(shù)。

存儲(chǔ)組織與三維展示均采用八叉樹(shù)數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)，是一種用于描述三維空間的樹(shù)狀層次結(jié)構(gòu)，八叉樹(shù)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以看作為一個(gè)正方體，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有八個(gè)子節(jié)點(diǎn)，剛好利用八叉樹(shù)結(jié)構(gòu)描述。

我們將數(shù)模結(jié)果的大數(shù)據(jù)體分成若干小塊，采用八叉樹(shù)技術(shù)，即每次將數(shù)據(jù)體分為8個(gè)小塊，每個(gè)小塊再分為8個(gè)小塊，直到每小塊可以很方便地調(diào)入計(jì)算機(jī)內(nèi)存并展示為止。

存儲(chǔ)過(guò)程實(shí)際上是構(gòu)造八叉樹(shù)的過(guò)程，上面劃分得到的可以在計(jì)算機(jī)展示的最小塊構(gòu)成八叉樹(shù)的葉子節(jié)點(diǎn)，是分辨率最高、展示的體積最小的節(jié)點(diǎn)。如果用戶要查看三維數(shù)據(jù)體的整體，需要將高分辨率的所有節(jié)點(diǎn)均調(diào)入內(nèi)存，由于受計(jì)算機(jī)內(nèi)存、繪制能力限制，這是無(wú)法做到的。人眼在觀察事物時(shí)，對(duì)較遠(yuǎn)處的場(chǎng)景能夠獲得的信息相對(duì)較少，而隨著距離的拉近，對(duì)細(xì)節(jié)的觀察越來(lái)越詳細(xì)，因此對(duì)遠(yuǎn)近不同的場(chǎng)景可以采用不同的分辨率（也稱粒度）描述，這就是多層次細(xì)節(jié)（LOD）方法的基本原理[4]。

加載數(shù)據(jù)的初始時(shí)刻采用分辨率最低的數(shù)據(jù)，可以盡快描述物體大概的輪廓，在繪制數(shù)模大數(shù)據(jù)量的體數(shù)據(jù)時(shí)，效率仍然很高，因?yàn)樗谧畛跫虞d進(jìn)內(nèi)存的是分辨率最小的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量小，可以在很短時(shí)間內(nèi)繪制出來(lái)，隨著用戶放大數(shù)據(jù)體，分辨率更高的數(shù)據(jù)塊需要進(jìn)行繪制，直到分辨率最高的數(shù)據(jù)繪制完成。

因此在存儲(chǔ)時(shí)，不僅需要存儲(chǔ)分辨率最高的數(shù)據(jù)塊，還要存儲(chǔ)低分辨率的數(shù)據(jù)塊。我們將分辨率最高的節(jié)點(diǎn)稱為葉子節(jié)點(diǎn)，將8個(gè)子節(jié)點(diǎn)所表示的體積元素加在一起構(gòu)成父節(jié)點(diǎn)的體積，父節(jié)點(diǎn)的分辨率比子節(jié)點(diǎn)低，每個(gè)父節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)量等于每個(gè)子節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)量。8個(gè)父節(jié)點(diǎn)所表示的體積元素加在一起構(gòu)成祖節(jié)點(diǎn)，祖節(jié)點(diǎn)的分辨率更低......，這樣最后構(gòu)成根節(jié)點(diǎn)，根節(jié)點(diǎn)表示數(shù)模大數(shù)據(jù)體的全體，其分辨率最低，在三維可視化開(kāi)始加載時(shí)首先快速加載根節(jié)點(diǎn)，看到整個(gè)數(shù)據(jù)體的全部。

2. 油藏?cái)?shù)值模擬模型解析與效果展示

油藏?cái)?shù)值模擬模型數(shù)據(jù)分為文本格式和二進(jìn)制格式2大類，這兩種格式的文件有不同的應(yīng)用場(chǎng)景。文本格式的文件，其格式易于解析，便于軟件開(kāi)發(fā)和調(diào)試；二進(jìn)制格式文件讀寫速度快很多倍，占用更少的存儲(chǔ)空間，我們對(duì)2種格式的文件都進(jìn)行了解析，在軟件開(kāi)發(fā)階段使用文本文件格式，在獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)采用二進(jìn)制格式，以提高運(yùn)行性能。

Petrel建立的靜態(tài)模型包括很多文件，其中最重要的文本格式文件是.GRDECL。

油藏?cái)?shù)值模擬模型二進(jìn)制格式文件也可以在Eclipse軟件中使用關(guān)鍵字進(jìn)行定制輸出的，在三維展示時(shí)使用的文件一般包括三個(gè)文件：

（1）*.GRID文件（*.EGRID文件）：存儲(chǔ)了網(wǎng)格的相關(guān)信息；

（2）*.INIT文件：屬性文件，存儲(chǔ)了孔隙度、不同方向的滲透率等靜態(tài)屬性；

（3）*.UNRST文件：重啟文件，記錄了各種動(dòng)態(tài)屬性結(jié)果，如：含有飽和度、壓力等數(shù)據(jù)。

我們通過(guò)編寫Java程序，對(duì)讀到的每一個(gè)關(guān)鍵字進(jìn)行分析，再與實(shí)際Eclipse的顯示效果進(jìn)行對(duì)比，解析了這些二進(jìn)制文件的存儲(chǔ)方式。

地下油藏三維可視化可以實(shí)現(xiàn)多層（多分辨率）的效果展示，圖1為最低分辨率（第0層）的展示效果。

3. 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合OpenGL三維圖形庫(kù)和Java技術(shù)編制的油藏三維可視化軟件，既可以加深學(xué)生的理解和記憶，有提高了教學(xué)效率，對(duì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性有極大的促進(jìn)作用。同時(shí)如果學(xué)生感興趣，也可以自己編制該軟件，培養(yǎng)了學(xué)生編程能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 李傳亮？， 油藏工程原理（第2版）[M].北京：石油工業(yè)出版社，2011

[2] 張力，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提高網(wǎng)絡(luò)教學(xué)質(zhì)量的研究[J]，電化教育研究，2003，8（6）：56-60

[3] 吳永彬等，基于PETREL的油藏三維可視化地質(zhì)建模技術(shù)[J]，鉆采工藝，2007，30（5）：65-66

[4] 申龍斌，油田勘探開(kāi)發(fā)地質(zhì)對(duì)象三維可視化關(guān)鍵技術(shù)研究[D]，博士論文：中國(guó)海洋大學(xué)，2010

作者簡(jiǎn)介：李繼強(qiáng)（1973-），男，碩士，重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院，高級(jí)工程師，主講石油工程本科和研究生專業(yè)課。endprint