基于勘探數(shù)據(jù)庫(kù)的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)

文/李莉

隨著對(duì)地下地質(zhì)特征認(rèn)識(shí)的精細(xì)化，地質(zhì)研究人員越來越多地依賴先進(jìn)的地質(zhì)分析工具，從綜合的角度來進(jìn)行地下地質(zhì)體的研究。雖然部分國(guó)內(nèi)外地質(zhì)軟件也包含地質(zhì)統(tǒng)計(jì)方面的功能，但大都非常零散，附帶功能也不齊全，不能完全滿足地質(zhì)研究系統(tǒng)內(nèi)不同專業(yè)、各個(gè)層面用戶的需求，導(dǎo)致地質(zhì)研究工作者只能提前做大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的人工工作，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，本文利用已有海量勘探數(shù)據(jù)信息，通過有效的方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、抽取、綜合分析，實(shí)現(xiàn)了該目標(biāo)。

1 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)與方法

地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)是由法國(guó)著名學(xué)者 G.Mathero教授經(jīng)過大量工作將Krige 的成果理論化、系統(tǒng)化，于1962 年創(chuàng)立并逐漸發(fā)展起來的一門新的邊緣學(xué)科，屬于數(shù)學(xué)學(xué)科的地質(zhì)研究學(xué)分支，主要用來研究分析在空間分布上具有隨機(jī)性、結(jié)構(gòu)性，同時(shí)還有空間關(guān)聯(lián)、相互依賴的自然現(xiàn)象。 目前，地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件有許多種類，它們各式各樣、風(fēng)格各異，應(yīng)用領(lǐng)域不同，不斷應(yīng)用于比如礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)及評(píng)價(jià)、礦山地質(zhì)、礦產(chǎn)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境科學(xué)研究、海洋漁業(yè)資源動(dòng)態(tài)管理等新領(lǐng)域。對(duì)于儲(chǔ)油層的勘探開發(fā)研究方面，可估計(jì)地層的埋藏深度深、底層厚度、滲透率、孔隙度和含油飽和度等地質(zhì)參數(shù)的空間分布特性。這些參數(shù)特性在空間存在著一定的空間分布規(guī)律（結(jié)構(gòu)性），又具有局部的變異性（隨機(jī)性），這些參數(shù)都屬于區(qū)域化變量，因此可以用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法對(duì)這些變量進(jìn)行深入研究，用來繪制各種地質(zhì)圖件。此外，應(yīng)用隨機(jī)數(shù)值模擬方法和油藏?cái)?shù)值模擬方法，可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)油藏的動(dòng)態(tài)特性，為制定和調(diào)整開發(fā)方案并提高采收率提供科學(xué)依據(jù)，而這些軟件依賴的就是用戶輸入的各種地質(zhì)統(tǒng)計(jì)參數(shù)。

圖1：系統(tǒng)流程

但是，仍然還存在一些問題，如今，針對(duì)勘探業(yè)務(wù)領(lǐng)域的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析軟件少之又少。本文就此論述了如何采用各種統(tǒng)計(jì)算法，從勘探工作量、地層巖性特征、油氣顯示、儲(chǔ)層物性、地層溫度壓力、地層速度、儲(chǔ)量信息等角度為地質(zhì)研究人員提供全方位的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)支持。其中，基礎(chǔ)數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方面，主要應(yīng)用綜合研究中常用公式：砂巖密度=砂巖總厚度/地層總厚；砂巖厚度=地層厚度-泥巖厚度；砂巖百分含量=砂巖厚度/地層厚度；平均滲透率=滲透率之合/層數(shù)（段數(shù)）；地層速度=1/聲波數(shù)值等，繪制統(tǒng)計(jì)對(duì)比圖時(shí)采用了散點(diǎn)圖和直方圖方法。在地層溫度壓力預(yù)測(cè)時(shí)，通過鄰井?dāng)?shù)據(jù)做為樣本，擬合出線形回歸一元二次方程：P=a+b*h+ch2，推算出壓力近似值。在繪制等值線主要使用克里金法（Kriging）算法，在數(shù)據(jù)點(diǎn)多時(shí),其內(nèi)插的結(jié)果可信度較高。

2 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 功能流程

系統(tǒng)分為多層架構(gòu)， 本系統(tǒng)在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮了傳統(tǒng)的兩層架構(gòu)的局限性，三層乃至多層體系架構(gòu)的靈活性，同時(shí)考慮與勘探信息系統(tǒng)（EIS）的集成，以及有效利用已有的綜合錄井圖系統(tǒng)所使用的Web Services服務(wù)，分別實(shí)現(xiàn)從EIS導(dǎo)航獲取井集信息、從勘探數(shù)據(jù)庫(kù)獲取相關(guān)業(yè)務(wù)原始數(shù)據(jù)、對(duì)原始信息按照各種統(tǒng)計(jì)分析方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，形成統(tǒng)計(jì)結(jié)果，繪制不同對(duì)比分析圖形、等值線圖形，并將統(tǒng)計(jì)結(jié)果輸出（圖1）。

圖2：LINQ數(shù)據(jù)聯(lián)查模式

2.2 總體功能模塊

系統(tǒng)分為8個(gè)大模塊，32個(gè)子模塊。其主要模塊的功能為：

圖3：油層等厚圖繪制及對(duì)比分析

（1）勘探工作量統(tǒng)計(jì)模塊—統(tǒng)計(jì)勘探工作量，實(shí)現(xiàn)歷年勘探工作量的分析，對(duì)比；

（2）地層巖性特征統(tǒng)計(jì)模塊—應(yīng)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析方法來分析多井的地層厚度、某類巖性厚度、某種巖性百分含量；

（3）油氣顯示統(tǒng)計(jì)模塊—應(yīng)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析方法統(tǒng)計(jì)分析油氣顯示情況；

（4）儲(chǔ)層物性統(tǒng)計(jì)模塊—統(tǒng)計(jì)分析儲(chǔ)層孔隙度、滲透率等儲(chǔ)層物性；

（5）地層溫度壓力統(tǒng)計(jì)模塊—統(tǒng)計(jì)分析多井地層溫度、壓力情況；

（6）地層速度統(tǒng)計(jì)模塊—統(tǒng)計(jì)砂泥巖的速度；

（7）儲(chǔ)量信息統(tǒng)計(jì)模塊—分析統(tǒng)計(jì)不同層系、計(jì)算單元的含油面積，地質(zhì)儲(chǔ)量；

（8）統(tǒng)計(jì)規(guī)則模塊—建立地層分層、巖性分類兩個(gè)規(guī)則庫(kù)，實(shí)現(xiàn)規(guī)則的可維護(hù)以及在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)過程中的應(yīng)用；

（9）等值線繪制模塊—實(shí)現(xiàn)井屬性的各類等值線繪制及操作（包括信息展示、鄰井查詢、地層展示、添加新井、撤銷選中等）、圖件操作（放大、縮小、填充顏色等）；

（11）直方圖展示模塊——實(shí)現(xiàn)可定制的展示柱圖、折線圖、散點(diǎn)圖、復(fù)合圖等。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

2.3.1 基于SOA的框架設(shè)計(jì)技術(shù)

SOA是一種面向服務(wù)的架構(gòu)設(shè)計(jì)模型，它根據(jù)需求對(duì)松散耦合的不同粒度的應(yīng)用模塊進(jìn)行分布式地組合、部署和使用。在SOA架構(gòu)模型中服務(wù)層是基礎(chǔ)，并可以直接被應(yīng)用模塊調(diào)用。SOA的關(guān)鍵特征是可從企業(yè)外部進(jìn)行訪問、隨時(shí)可用、粗粒度服務(wù)、松散耦合、可重用服務(wù)、服務(wù)接口可管理、支持多種類型的消息等。

SOA與傳統(tǒng)的企業(yè)應(yīng)用集成架構(gòu)的主要區(qū)別在于其使用基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)，并包括過程或數(shù)據(jù)服務(wù)、統(tǒng)一編排和組合，基于標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)是應(yīng)用集的核心，服務(wù)的編排和組合為集成提供了服務(wù)的靈活性和重用性。SOA能讓系統(tǒng)架構(gòu)者以更迅速、更可靠、更具重用性來架構(gòu)整個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，能更加有效地應(yīng)對(duì)不同業(yè)務(wù)的變化。

2.3.2 統(tǒng)一WebService數(shù)據(jù)服務(wù)

對(duì)于數(shù)據(jù)提取接口，本系統(tǒng)采用Web Service技術(shù)的數(shù)據(jù)訪問和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。Web Service 是在XML基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種Web服務(wù)，他們具有自包含、自描述、模塊化的應(yīng)用特性，可以在Web服務(wù)器上部署、查找定位并通過Web方式進(jìn)行調(diào)用。各個(gè)模塊之間，與同外部應(yīng)用系統(tǒng)（EIS）之間及與Web服務(wù)之間，都是用標(biāo)準(zhǔn)的XML文檔去訪問和交流，用戶從客戶端通過調(diào)用Web Service提供的方法，向Web服務(wù)器發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求，服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢，將查詢結(jié)果傳到客戶端。

Web Service服務(wù)封裝了面向各類數(shù)據(jù)庫(kù)的通用EnterpriseLibrary（企業(yè)庫(kù)）接口，客戶端不必考慮數(shù)據(jù)庫(kù)訪問的底層設(shè)置，保證了客戶端數(shù)據(jù)檢索的靈活性，數(shù)據(jù)訪問經(jīng)過統(tǒng)一接口，不僅增強(qiáng)系統(tǒng)可控性、安全性，減輕客戶端部署負(fù)擔(dān)，同時(shí)最大程度保證數(shù)據(jù)檢索的效率。

2.3.3 xml模板技術(shù)定制界面

軟件在定制界面時(shí)，基于對(duì)代碼復(fù)用、靈活修改、規(guī)范排版的考慮，采用xml模板式界面定制。通過對(duì)功能性控件的靈活定制，使系統(tǒng)維護(hù)更為方便，對(duì)于功能修改，排序變換，功能添加，都可通過模板修正實(shí)現(xiàn)。

2.3.4 基于LINQ的數(shù)據(jù)聯(lián)查技術(shù)

LINQ技術(shù)是Visual Studio 2008平臺(tái)開始提供的新功能，以“把查詢語法從底層的數(shù)據(jù)庫(kù)中抽象出來”為原則，擁有其自身特定的語句規(guī)范，實(shí)現(xiàn)面向數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)對(duì)象、XML文件的通用數(shù)據(jù)查詢。

為實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)庫(kù)（Oracle、Sql server等）及Excel文件等多種數(shù)據(jù)資源進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)，保證系統(tǒng)功能靈活性的同時(shí)，保證統(tǒng)計(jì)效率，將數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)過程分開進(jìn)行：原始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取階段，SQL語句聯(lián)表查詢的執(zhí)行過程包括單表搜索、表間笛卡爾積、條件篩選、字段篩選等一系列動(dòng)作。初始的單表搜索仍交由數(shù)據(jù)庫(kù)完成，數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)獲取借助WebService實(shí)現(xiàn)，本地Excel文件數(shù)據(jù)獲取借助EnterpriseLibrary查詢接口實(shí)現(xiàn)；而后是數(shù)據(jù)篩選整合階段，借助LINQ豐富的語法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)結(jié)、篩選、排序等效果。LINQ實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)聯(lián)表主要是面向Datatable或者數(shù)據(jù)對(duì)象的，即通過基本的數(shù)據(jù)接口獲取的原始數(shù)據(jù)集合。LINQ擁有其特定的語言格式，能夠靈活定制各種條件方式的多對(duì)象（Datatable或數(shù)據(jù)對(duì)象）聯(lián)查（圖2），其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確。通過對(duì)LINQ的技術(shù)研究，利用其特有的語句實(shí)現(xiàn)地層特征、油氣顯示、儲(chǔ)層物性、溫度壓力、地層速度等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)高效統(tǒng)計(jì)。

2.3.5 基于Surfer的等值線繪制技術(shù)

克里金插值算法是地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)中最核心的內(nèi)容之一，Surfer封裝克里金算法，提供了等值線圖、矢量圖、網(wǎng)格圖、三維圖等各類圖形繪制功能。系統(tǒng)調(diào)用Surfer內(nèi)部函數(shù)及方法，實(shí)現(xiàn)了直接從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)用數(shù)據(jù)繪制等值線功能及用戶與等值線圖交互操作，如：網(wǎng)格密度、線色、線寬、線值參數(shù)自定義設(shè)置；實(shí)現(xiàn)了常用圖件操作，如等值線圖顏色填充、縮小、放大、拖動(dòng)等；對(duì)圖內(nèi)井圈的操作，如井圈定位、查看信息、鄰井查詢、添加新井、撤銷/復(fù)用、多井連線等。

用戶通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得出統(tǒng)計(jì)結(jié)果，再對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行添加坐標(biāo)信息、篩選關(guān)鍵字段等數(shù)據(jù)格式化步驟，從而規(guī)范繪制等值線數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)函數(shù)與Surfer組件函數(shù)配合，經(jīng)過參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)載入、繪制、著色、導(dǎo)出等一系列步驟，加載生成等值線進(jìn)行展示。

2.3.6 基于Advantage的對(duì)比圖生成技術(shù)

在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行大量對(duì)比分析圖形展示，便于對(duì)地質(zhì)屬性更直觀形象地認(rèn)識(shí)?；诙鄻踊?、專業(yè)化圖形的展示需求，選擇Advantage作為基礎(chǔ)并加以功能擴(kuò)展。Advantage為Visual Studio平臺(tái)提供了豐富的控件擴(kuò)展，它的制圖控件Ultra Chart提供了柱圖、餅圖、散點(diǎn)圖、折線圖、區(qū)域圖等基本圖形生成功能，而且還提供了足夠的開放函數(shù)。

實(shí)現(xiàn)了可定制的圖件展示，包括分井分地層的關(guān)鍵屬性對(duì)比柱狀圖、相關(guān)物性參數(shù)的散點(diǎn)圖等坐標(biāo)軸設(shè)置、坐標(biāo)區(qū)間設(shè)置等，同時(shí)還通過程序內(nèi)部處理實(shí)現(xiàn)了專業(yè)圖形展示，如地層展示圖、巖性展示圖、各巖性深度-速度分布圖、DC-H圖、油水相滲透率圖、粒徑分布圖等。

3 應(yīng)用效果

本系統(tǒng)主要服務(wù)于地質(zhì)研究人員，為其綜合利用各類地質(zhì)信息、深入分析綜合地質(zhì)特征、全面總結(jié)各種地質(zhì)規(guī)律提供有效參考。經(jīng)過一段時(shí)間的應(yīng)用，取得了良好的應(yīng)用效果。 如圖3所示。

4 結(jié)語

針對(duì)油田勘探的實(shí)際情況，基于勘探數(shù)據(jù)庫(kù)，如何應(yīng)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)特有的技術(shù)特點(diǎn)，為地質(zhì)綜合研究提供一些日常工作需要的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，同時(shí)進(jìn)行地質(zhì)規(guī)律性展示，便于研究人員進(jìn)行規(guī)律性探討研究是本文的最終目的。本系統(tǒng)是統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)在勘探信息支持系統(tǒng)的初步應(yīng)用，為以后勘探信息系統(tǒng)往智能分析發(fā)展奠定基礎(chǔ)。由于地質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析業(yè)務(wù)范圍廣泛，需求眾多，希望拋磚引玉，在應(yīng)用過程中不斷完善，實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析信息全面支持。