我國油氣探明儲(chǔ)量三維立體圖形表征方法探討

周立明，張道勇，姜文利，張 銳，任繼紅，劉 華，郭海曉，谷宇峰，張昊澤，張 臣，張晨朔

（1.自然資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心，北京 100860；2.北京創(chuàng)時(shí)空科技發(fā)展有限公司，北京 100083）

近年來，自然資源部將構(gòu)建自然資源三維立體“一張圖”作為一項(xiàng)重要工作，該工作通過統(tǒng)一的國土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)和三維可視化與分析應(yīng)用功能建設(shè)，形成統(tǒng)一、高效、互聯(lián)互通的自然資源管理、應(yīng)用和共享服務(wù)機(jī)制，為自然資源管理與決策提供重要的支撐和保障，實(shí)現(xiàn)自然資源管理與服務(wù)的精準(zhǔn)化和高效化[1-2]。油氣礦產(chǎn)是重要的自然資源，我國油氣礦產(chǎn)的圖件以平面圖形為主，三維立體圖形表征的相關(guān)研究較少。近些年，自然資源部開展礦產(chǎn)資源國情調(diào)查工作，將三維立體圖形表征作為重要研究內(nèi)容[3-4]。油氣探明儲(chǔ)量三維立體圖形表征是自然資源三維立體“一張圖”工作的重要組成部分，對于理清油氣礦產(chǎn)資源與各種保護(hù)區(qū)之間空間關(guān)系，全面掌握油氣資源供應(yīng)能力和開發(fā)利用潛力具有重要意義。

1 探明儲(chǔ)量圖形現(xiàn)狀

我國油氣探明儲(chǔ)量圖形數(shù)量多，以平面圖形為主。平面矢量圖形格式和投影坐標(biāo)系統(tǒng)多元化，三維立體圖形表征方法未開展過系統(tǒng)研究，基礎(chǔ)較為薄弱。

1.1 平面圖形數(shù)量多，部分為紙質(zhì)圖件

我國從20 世紀(jì)50 年代開始實(shí)行油氣儲(chǔ)量審查制度，含油氣面積圖、有效厚度圖和有效孔隙度圖等平面圖是估算油氣儲(chǔ)量的重要圖件。截至目前，全國油氣探明儲(chǔ)量平面圖數(shù)量超1.5 萬張，存檔的圖形類型主要包括紙質(zhì)圖件、電子圖片和矢量圖件。2000 年以前存檔的儲(chǔ)量圖形主要為紙質(zhì)圖件，2000—2005 年主要以電子圖片存檔，2006 年至今主要以多種格式的數(shù)字化矢量圖存檔。對于審查時(shí)間較長的老油氣田，平面圖形主要為紙質(zhì)和電子圖片，需開展圖形資料的矢量化工作。

1.2 平面矢量圖形格式和投影坐標(biāo)系統(tǒng)多元化

油氣儲(chǔ)量平面矢量圖形的格式多元化，主要有GeoMap、雙狐、CorelDRAW、MapGIS 等多種格式，其中，GeoMap 格式圖件占比最大，約為42%。平面矢量圖形的投影坐標(biāo)系統(tǒng)大部分為西安80 坐標(biāo)系，占比約為85%，也有少部分為北京54 坐標(biāo)系和2000國家大地坐標(biāo)系。平面矢量圖形格式和投影坐標(biāo)系統(tǒng)需要統(tǒng)一。

1.3 三維立體圖形表征方法缺乏系統(tǒng)研究

油氣探明儲(chǔ)量三維立體圖形表征研究基礎(chǔ)薄弱，未開展過系統(tǒng)研究。由于油氣礦產(chǎn)一般埋深較大，開發(fā)成本高，為提高經(jīng)濟(jì)性，陸上油氣勘探和開發(fā)早期一般沒有開展三維立體建模工作[5-7]。對于很多老油氣田，大部分構(gòu)造圖為紙質(zhì)圖件，沒有進(jìn)行矢量化，甚至部分計(jì)算單元缺少構(gòu)造圖。此外，不同油氣藏類型的儲(chǔ)量估算方法可能會(huì)有所差異，如裂縫型油氣藏一般采用動(dòng)態(tài)法估算儲(chǔ)量，該方法沒有含油氣面積等平面圖件[8-10]。圖形資料缺失給三維立體圖形表征帶來了一定困難。

2 三維立體圖形表征

三維立體圖形是由每個(gè)儲(chǔ)量計(jì)算單元的含油氣面積圖層疊合而成，主要反映油氣藏空間分布情況，其表征基本思路：在平面矢量數(shù)據(jù)中提取含油氣面積、構(gòu)造、厚度信息，根據(jù)含油氣面積圖層確定三維立體圖形的XY邊界，根據(jù)構(gòu)造和厚度信息確定三維立體圖形的Z邊界。根據(jù)油氣田資料情況，結(jié)合油氣藏類型和縱向?qū)酉弹B置關(guān)系，提出以下四種表征方法：含油氣面積+井位+構(gòu)造線、含油氣面積+井位、含油氣面積+構(gòu)造線、井位+構(gòu)造線。在實(shí)際操作過程中，根據(jù)實(shí)際情況選擇適合的表征方法。表征方法技術(shù)流程圖如圖1 所示。

圖1 表征方法技術(shù)流程圖Fig.1 Technical flow chart of characterization methods

三維立體圖形表征的過程包括數(shù)據(jù)處理、表征方法選擇和立體圖形展示。

1）數(shù)據(jù)處理：將已有含油氣面積、井位和構(gòu)造線等數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形編輯、投影統(tǒng)一和屬性賦值。①圖形編輯：將不同格式的含油氣面積圖層、井位和構(gòu)造線數(shù)據(jù)導(dǎo)入統(tǒng)一的地理信息系統(tǒng)軟件中，并進(jìn)行空間拓?fù)潢P(guān)系檢查；②投影統(tǒng)一：將投影坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換至統(tǒng)一的高斯投影系統(tǒng)；③屬性賦值：為含油氣面積、井位和構(gòu)造線圖層的屬性分別賦值，主要屬性包括油氣田名稱與代碼、井號、井別、計(jì)算單元名稱、構(gòu)造深度與有效厚度等。根據(jù)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備情況，可以利用屬性結(jié)構(gòu)設(shè)置、屬性編輯和屬性連接等方法進(jìn)行賦值。

2）表征方法選擇：根據(jù)油氣田地質(zhì)特征和資料收集情況選擇合適的三維立體圖形表征方法。表征方法包括：含油氣面積+井位+構(gòu)造線、含油氣面積+井位、含油氣面積+構(gòu)造線、井位+構(gòu)造線。①含油氣面積+井位+構(gòu)造線：該方法適用于有含油氣面積分層數(shù)據(jù)，且鉆井資料和區(qū)域構(gòu)造研究資料都比較豐富的油氣田，從含油氣面積圖層中提取油氣藏平面范圍，從井位和構(gòu)造線數(shù)據(jù)中提取油氣層的深度和有效厚度；②含油氣面積+井位：該方法適用于有含油氣面積分層數(shù)據(jù)，區(qū)域性構(gòu)造研究資料缺乏但鉆井資料豐富的油氣田，利用井位數(shù)據(jù)中的油氣層深度和有效厚度建模；③含油氣面積+構(gòu)造線：該方法適用于有含油氣面積分層數(shù)據(jù)，區(qū)域性構(gòu)造研究資料比較豐富但鉆井資料缺乏的油氣田，利用構(gòu)造線數(shù)據(jù)中的油氣層深度和有效厚度建模；④井位+構(gòu)造線：該方法適用于無含油氣面積分層數(shù)據(jù)，有井位和構(gòu)造線數(shù)據(jù)的油氣田，從井位圖層中提取油氣層的深度和有效厚度，建立井位三維立體模型，從構(gòu)造線圖層中提取構(gòu)造網(wǎng)模型，利用井位三維立體模型和構(gòu)造網(wǎng)模型確定油氣藏的三維立體模型。

3）立體圖形展示：加入格網(wǎng)、指北針、坐標(biāo)軸、方位和傾角等表征要素，形成三維立體成果圖。表征要素反映了三維立體圖形的立體效果、位置、方向和視角等。①格網(wǎng)：顯示模型地理坐標(biāo)與高程值；②指北針：顯示三維立體模型的方向；③坐標(biāo)軸：顯示三維立體模型的旋轉(zhuǎn)情況；④高程縮放比例：默認(rèn)模型X軸、Y軸、Z軸顯示比例為1∶1∶1，可以通過Z軸縮放比例調(diào)節(jié)高程起伏。

3 實(shí)例研究

3.1 含油氣面積+井位+構(gòu)造線

A 油田有含油面積分層數(shù)據(jù)，且鉆井資料和區(qū)域性構(gòu)造研究資料都比較豐富，因此采用含油氣面積+井位+構(gòu)造線的表征方法。將含油面積圖層原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件后，需要進(jìn)行空間拓?fù)潢P(guān)系檢查，確?？臻g拓?fù)潢P(guān)系準(zhǔn)確。為表征油藏與周圍斷裂帶的構(gòu)造關(guān)系，需要在含油面積圖層編輯時(shí)將油藏?cái)嗔盐恢门c同層位的油藏邊界連接。在井位圖層中保留井號、井別、油層頂面海拔、油層有效厚度等屬性信息，并對儲(chǔ)量計(jì)算單元設(shè)置油田名稱、油田ID、計(jì)算單元名稱、層位等屬性值。構(gòu)造線圖層中只有頂面海拔值，需要將油層的有效厚度值賦到構(gòu)造線圖層中。完成二維矢量數(shù)據(jù)處理后，利用軟件工具加入格網(wǎng)等表征要素，生成A 油田的三維立體圖（圖2）。

圖2 A 油田三維立體圖Fig.2 Three-dimensional graph of A oilfield

3.2 含油氣面積+井位

B 氣田有含氣面積分層數(shù)據(jù)，區(qū)域性構(gòu)造研究資料缺乏但鉆井資料豐富，因此采用含油氣面積+井位的表征方法。將含氣面積圖層原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件后，需要進(jìn)行空間拓?fù)潢P(guān)系檢查，確保空間拓?fù)潢P(guān)系準(zhǔn)確。對儲(chǔ)量計(jì)算單元設(shè)置氣田名稱、氣田ID、計(jì)算單元名稱、層位等屬性值，由于屬性字段較多，手動(dòng)賦值工作量較大，故可先在表格中整理好儲(chǔ)量計(jì)算單元屬性數(shù)據(jù)，然后通過關(guān)聯(lián)導(dǎo)入的方式進(jìn)行儲(chǔ)量計(jì)算單元屬性賦值。對井位數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和導(dǎo)入，除井號、井別、氣層頂面海拔和有效厚度等關(guān)鍵屬性外，為了數(shù)據(jù)的完整性和可復(fù)用性，還增加了地面海拔、井深和試采參數(shù)等屬性。將整理好的數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，并對井位圖層的字段屬性進(jìn)行賦值。完成含氣面積圖層與井位圖層的數(shù)據(jù)處理后，利用軟件工具加入格網(wǎng)等表征要素，生成B 氣田三維立體圖（圖3）。

圖3 B 氣田三維立體圖Fig.3 Three-dimensional graph of B gas field

3.3 含油氣面積+構(gòu)造線

C 油田有含油面積分層數(shù)據(jù)，區(qū)域性構(gòu)造研究資料比較豐富但鉆井資料缺乏，適合含油氣面積+構(gòu)造線的表征方法。C 油田平面矢量圖層資料格式不統(tǒng)一，需要先進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，由于原平面矢量圖層沒有圖元屬性信息，因此轉(zhuǎn)換完成后需要補(bǔ)充圖元屬性信息。將含油面積圖層原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件后，需要進(jìn)行空間拓?fù)潢P(guān)系檢查，確保空間拓?fù)潢P(guān)系準(zhǔn)確。含油面積一般以斷層線、構(gòu)造等值線或礦業(yè)權(quán)線為邊界，在遇到含油面積與構(gòu)造線圖層存在空間拓?fù)潢P(guān)系錯(cuò)誤時(shí)，一般以構(gòu)造線圖層為準(zhǔn)。由于修正空間拓?fù)潢P(guān)系會(huì)改變圖形的形狀與面積，因此需要確保修正后的含油面積與探明儲(chǔ)量數(shù)據(jù)庫中的面積保持一致。將整理好的數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，并對儲(chǔ)量計(jì)算單元的屬性進(jìn)行賦值。完成含油面積與構(gòu)造線圖層的數(shù)據(jù)處理后，利用軟件工具加入格網(wǎng)等表征要素，生成C 油田三維立體圖（圖4）。

圖4 C 油田三維立體圖Fig.4 Three-dimensional graph of C oilfield

3.4 井位+構(gòu)造線

D 氣田為海相碳酸鹽巖裂縫氣田，采用動(dòng)態(tài)法估算儲(chǔ)量，無含氣面積分層數(shù)據(jù)，適合井位+構(gòu)造線的表征方法。將井位和構(gòu)造線圖層原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件，其中，井位圖層的圖元屬性包括井口、井底、氣層頂面海拔和氣層有效厚度等，構(gòu)造線圖層的圖元屬性主要為構(gòu)造線海拔。以氣層組為單元，每個(gè)氣層組對應(yīng)一個(gè)井位圖層和一個(gè)構(gòu)造線圖層，在進(jìn)行井位數(shù)據(jù)處理時(shí)，利用井位數(shù)據(jù)表中的X、Y坐標(biāo)生成井位三維立體模型，直井可直接使用井口或井底坐標(biāo)，斜井則需要井口坐標(biāo)和各靶點(diǎn)坐標(biāo)。由于沒有含氣面積圖層，為了能更直觀地表征氣層深度和有效厚度，需要在構(gòu)造線圖層中提取井口、井底海拔數(shù)據(jù)以及該含氣層的頂面構(gòu)造線海拔數(shù)據(jù)。完成矢量數(shù)據(jù)處理后，利用軟件工具加入格網(wǎng)等表征要素，生成D 氣田三維立體圖（圖5）。

圖5 D 氣田三維立體圖Fig.5 Three-dimensional graph of D gas field

4 結(jié)語

我國油氣探明儲(chǔ)量三維立體圖形表征方法未開展過系統(tǒng)研究。在調(diào)研我國油氣探明儲(chǔ)量圖形現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對不同油氣藏類型和縱向?qū)酉弹B置關(guān)系，提出了四種三維立體圖形表征方法：含油氣面積+井位+構(gòu)造線、含油氣面積+井位、含油氣面積+構(gòu)造線、井位+構(gòu)造線。其中，含油氣面積+井位+構(gòu)造線適用于有含油氣面積分層數(shù)據(jù)，且鉆井資料和區(qū)域性構(gòu)造研究資料都比較豐富的油氣田；含油氣面積+井位適用于有油氣面積分層數(shù)據(jù)，區(qū)域性構(gòu)造研究資料缺乏但鉆井資料豐富的油氣田；含油氣面積+構(gòu)造線適用于有含油氣面積分層數(shù)據(jù)，區(qū)域性構(gòu)造研究資料比較豐富但缺乏鉆井資料的油氣田；井位+構(gòu)造線適用于無含油氣面積分層數(shù)據(jù)，有井位和構(gòu)造線數(shù)據(jù)的油氣田。在實(shí)際操作過程中，根據(jù)油氣田資料情況和油氣藏類型，選擇適合的表征方法。