基于Web端的三維井筒幾何模型及信息可視化方法

吳怡, 李中, 龐照宇*, 倪慶瑞, 毛開楓, 陳冬

(1.中海油研究總院有限責(zé)任公司, 北京 100028; 2.海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室, 北京 100028; 3.中國石油大學(xué)(北京)人工智能學(xué)院, 北京 102249; 4.中國石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院, 北京 102249)

隨著海洋油氣勘探開發(fā)不斷深入,鉆井地質(zhì)條件越來越復(fù)雜多變,對井筒軌跡控制與質(zhì)量要求越來越高。為了能夠直觀地監(jiān)測和控制井筒質(zhì)量,鉆井過程中快速、準(zhǔn)確地獲取井筒信息并可視化,顯得尤為重要[1-2]。同時,遠程Web端的可視化方法既可以滿足平臺技術(shù)人員對井筒信息的跟蹤監(jiān)控要求,又可以實現(xiàn)陸地遠程技術(shù)支持中心人員對平臺鉆井作業(yè)情況的及時了解與掌握,符合鉆井技術(shù)信息化、數(shù)字化和智能化的發(fā)展趨勢,具有更廣闊的應(yīng)用前景。

井筒信息是了解鉆井工程過程和地層屬性信息的重要數(shù)據(jù),通過對井筒信息進行一體化顯示可以使油氣鉆探過程及鉆遇地層形象和直觀地展現(xiàn)出來,可以幫助正確識別鉆進目的層并進行地質(zhì)導(dǎo)向,為鉆進過程中實時監(jiān)測、分析、控制和決策提供支持,對優(yōu)化井眼軌跡設(shè)計,預(yù)防處理井下事故有很大的幫助[3-7]。井筒信息包括幾何軌跡信息、鉆遇地層巖性信息、電纜或隨鉆測井信息、鉆井及錄井信息等多種豐富信息?？梢暬瘓D形技術(shù)是利用計算機圖形學(xué)和現(xiàn)代計算機技術(shù),把空間三維物體的基本特征數(shù)據(jù)以一種有效的方式輸入計算機,經(jīng)過計算機渲染處理后,將空間三維物體進行三維可視化展示[1]。融合先進的可視化圖形技術(shù)與井筒數(shù)據(jù),為數(shù)字化建井提供了有力支撐。

目前,學(xué)者們提出了多種井筒信息可視化方法:邵才瑞等[3]采用OpenGL三維可視化技術(shù),開發(fā)了井筒信息三維與二維一體可視化地質(zhì)導(dǎo)向軟件,該軟件可以展示井眼軌跡與井筒信息;嵇杰等[7]提出一種井眼軌跡實體化的算法,在Visual C++6.0平臺上,利用Open GL實現(xiàn)井眼軌跡的三維可視化;姚強等[8]利用激光視像技術(shù)提取激光條紋邊界,通過對邊界上的坐標(biāo)點進行采樣、量化、插值對齊邊界數(shù)據(jù),對管柱填充顏色繪制管柱三維模型,該方法需要攝像機、激光器等設(shè)備進行采樣;段友祥等[5,9]利用Open Inventor圖形開發(fā)工具包對三維井筒進行幾何建模,并建立映射規(guī)則生成伽馬測井成像圖,采用紋理映射技術(shù),以測井成像圖作為紋理,把測井成像圖映射到三維井筒模型上,利用軟件實現(xiàn)井筒可視化。上述方法均依賴軟件平臺,難以在Web端實現(xiàn)井筒信息的可視化,使用門檻較高、難以低成本隨時隨地訪問。

此外,邵才瑞等[3]研究的可視化方法缺少實際數(shù)據(jù)與可視化數(shù)據(jù)間的映射方法,三維展示效果不佳,段友祥等[5]、嵇杰等[7]和姚強等[8]對井筒數(shù)據(jù)進行了預(yù)處理,提高了可視化效果但無法根據(jù)實際井筒井徑數(shù)據(jù)展現(xiàn)井徑的變化趨勢。張洋弘等[10]基于Web的實時三維可視化應(yīng)用需求,使用改進的軌跡平滑算法,采用 Away3D 技術(shù)實現(xiàn)井眼軌跡的三維展示,但該方法同樣難以展現(xiàn)井徑變化趨勢。段友祥等[5]關(guān)于井筒可視化的研究也缺乏多種井筒信息三維可視化的內(nèi)容,因而難以同步可視化井眼軌跡、井徑與多種井筒信息(如測井信息隨鉆伽馬、電阻率等)。

鑒于當(dāng)前缺少Web端井眼軌跡、井筒井徑變化趨勢及多種井筒信息的可視化方法,現(xiàn)利用某井的真實測井?dāng)?shù)據(jù),提出一種實際井眼軌跡與三維可視化井眼軌跡坐標(biāo)信息的映射方法,以及一種基于Web端的三維井筒模型與信息可視化方法。期望該可視化方法基于Web端進行實現(xiàn),不需要額外安裝軟件,能夠解決現(xiàn)有Web端可視化方法無法同時展示井筒模型及多種信息的問題。

1 方法與原理

本文提出的可視化方法研究路線如圖1所示。該方法將獲取的井筒模型與信息進行篩選與映射處理,通過Three.js技術(shù)實現(xiàn)高效、方便、真實的三維可視化效果。

圖1 三維井筒模型及信息可視化方法研究路線Fig.1 Research roadmap for 3D wellbore modeling and information visualization methods

1.1 數(shù)據(jù)介紹

以某井實際測井?dāng)?shù)據(jù)為例。該井測井?dāng)?shù)據(jù)以0.125 m為間隔區(qū)間取樣,共由20 000組數(shù)據(jù)組成,包括井深、井斜角、方位角、自然伽馬、電阻率等。為提高顯示速度,從該井測井?dāng)?shù)據(jù)中以100為間隔區(qū)間選取200組樣本數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理。

利用圓柱螺線法計算井眼軌跡,得到井眼軌跡中采樣點的坐標(biāo)位置,計算公式為

(1)

(2)

(3)

式中:d、x、y分別為采樣點垂深、采樣點E坐標(biāo)、采樣點N坐標(biāo);ΔLk為測點井深差;αk為井斜角;φk為方位角;k為測點序號。

通過求出所有采樣點的N、E坐標(biāo)與垂深,生成井眼軌跡模型。

除了位置信息外,通過測井得到的數(shù)據(jù)在一定程度上可以反映井筒內(nèi)巖石的物理和化學(xué)特性,從而更好地分析井下情況。測井?dāng)?shù)據(jù)是目前所能獲得的分辨率最高、連續(xù)性最好的地質(zhì)數(shù)據(jù)[11],將測井?dāng)?shù)據(jù)可視化展示可以反映地層性質(zhì)與深度變化的關(guān)系,展現(xiàn)地層巖性、物性的變化趨勢,對鉆井資料進行綜合分析與解釋提供幫助。本文研究以兩個典型測井?dāng)?shù)據(jù)為例:自然伽馬(Gamma ray, GR),單位為API;環(huán)空壓力(annular pressure, AP),單位為Psig。

自然伽馬(GR)測井是沿井筒測量巖層的伽馬射線強度的一種方法。巖石一般都含有不同數(shù)量的天然放射性元素,包括:鈾、釷、錒、鉀等,因此不斷地放出伽馬射線[12]。不同巖石所含的放射性元素的種類和數(shù)量不同,與巖石的巖性和沉積環(huán)境有關(guān)。自然伽馬測井原理就是利用伽馬射線探測器測量地層中總的自然伽馬射線強度,用以劃分地層巖性及滲透層,確定泥巖含量[13]。測量裝置由井下儀和地面儀組成,儀器在井下自下而上移動,連續(xù)記錄井下巖層的自然伽馬值,標(biāo)準(zhǔn)單位API,該值越大,說明巖層的放射性越強。自然伽馬值同樣也會受到井徑、地層厚度的影響,除此之外還要關(guān)注固井段泥漿比重、套管的參數(shù),一般裸眼段的API值會略高于已下套管井段的讀數(shù)[14]。

環(huán)空壓力測井(AP)用于實時測量井下環(huán)空內(nèi)部的壓力變化,以反映井下地層的情況,是監(jiān)控安全鉆進的重要數(shù)據(jù),對于提高鉆井效率、降低鉆井成本、防止井下復(fù)雜情況與事故的發(fā)生具有明顯的效果[15]。在鉆井過程中,環(huán)空內(nèi)部壓力會因為許多原因產(chǎn)生變化,比如地層的物性、地層壓力、地層流體、井壁穩(wěn)定性等。當(dāng)鉆到含有流體的地層時,地層內(nèi)流體和井筒內(nèi)流體發(fā)生交換,導(dǎo)致環(huán)空內(nèi)的溫度和壓力發(fā)生明顯變化。環(huán)空壓力測井一般通過下放壓力傳感器來實現(xiàn)。傳感器的數(shù)量和布置方式因井深、井徑、鉆井工藝、地層條件等因素而異[16]。

選取上述兩個重要測井參數(shù),使用可視化辦法將上述參數(shù)與井深綜合顯示,以輔助地層巖石巖性判斷和井下復(fù)雜情況分析。

隨著鉆入深度增加,鉆頭會鉆遇各種巖性的地層,不同的巖性意味著不同的物化性質(zhì),如含水率、孔隙比、滲透率、飽和度、密度等。巖石可以分為沉積巖、巖漿巖和變質(zhì)巖。其中沉積巖是油氣分布最常見的巖性,碎屑巖是一種典型的沉積巖,按碎屑顆粒的大小可以分為砂巖、粉砂巖、泥巖等。在地質(zhì)分析中,對砂巖和泥巖的分辨與判別尤為重要,砂巖的粒徑較大,粒間孔隙較大,油氣可以通過。泥巖的粒徑相對較小,孔隙小,在毛管壓力的作用下,一般單油相時,流體可以通過,而油水兩相或油氣水三相時,流體不能通過,可作為蓋層。泥巖和砂巖的交替排列對儲層分布有著重要影響,巖性識別和展示是鉆井工作中的重要一環(huán)。除此之外還有其他常見巖性如灰?guī)r、玄武巖等。

通過巖心錄井和巖屑錄井等手段可以識別地下巖性信息,巖心錄井是通過下入取心鉆頭,將部分地下巖石上提至地表,直接對該巖心進行一系列的物理化學(xué)分析,并判斷地質(zhì)年代等,巖心錄井最直觀,獲取的數(shù)據(jù)也相對可靠,但其工時較長花費較高,需要專門的取心工具[17]。巖屑錄井指的是通過分析由鉆井液攜帶并返回到井口的巖屑,來判斷當(dāng)前鉆頭鉆遇的地層性質(zhì),鉆井人員參考機械鉆速,以一定的時間間隔收集井口巖屑,來反映特定井深下的巖性。巖屑鉆井方便快捷、成本低,但對鉆具長度、井深、垂深的準(zhǔn)確度要求高,同時還要正確判斷巖屑遲到時間[18]。通過多種方法判斷地層巖性,結(jié)合測井信息得到的數(shù)據(jù),能夠更好地展示出井下地質(zhì)情況,建立地質(zhì)剖面。通過錄井得到的巖性分布和地質(zhì)剖面一定程度上可以作為測井信息的參考,輔助建立測井信息和地下巖性的關(guān)系模型,為鉆進參數(shù)選擇提供參考。在同一區(qū)域的錄井、測井信息結(jié)合匯總和展示能夠為該區(qū)域內(nèi)新井的鉆井設(shè)計提供非常有意義的指導(dǎo)。巖性信息的展示對鉆井工程和設(shè)計有著非常重要的意義,本文研究選取了通過錄井作業(yè)得到的地層巖性信息,使用可視化辦法將巖性信息與深度綜合顯示,更好地展示井下環(huán)境信息,提供一種完善的井筒信息展示辦法。

1.2 數(shù)據(jù)映射方法

在Web端進行展示的井筒模型,是以若干個點為中心,先形成若干個平面,再組合形成的三維模型。間斷點之間的距離之和,并不能直接代表井深,所以需要建立一種映射方法,反映實際井深與井徑的分布規(guī)律。如圖2所示,在該段井筒中,基于Web端模型計算的模型井深長度為Dm,該值為多個間斷點Dm1、Dm2、Dm3間的距離和,而實際井筒中該段的真實井深長度應(yīng)為D。

圖2 井筒對比Fig.2 Comparison of wellbores

基于模型長度與實際井筒軌跡長度的區(qū)別,使用一種映射方法來更好地描述井深,具體步驟如下:以顯示模型進行展示,模型的最大井深為Dm_max,實際最大井深Dmax。實際中某井深為D的點,對應(yīng)在模型中的井深為Dm,以上參數(shù)之間的關(guān)系如式(4)所示,井深關(guān)系如圖3所示。

圖3 井深關(guān)系Fig.3 Relationship of well depth

(4)

模型中Dm點的半徑應(yīng)該為實際井深為D點的半徑,但由于篩選過的原始數(shù)據(jù)是不連續(xù)的,井深為D的點不一定有對應(yīng)的井徑數(shù)據(jù)。如果有,則使用D點的井徑數(shù)據(jù)R作為半徑;如果沒有,使用該點上方兩個和該點下方兩個存在井徑數(shù)據(jù)的井深點,共4個點對應(yīng)的井徑,根據(jù)這些點與Dm點的距離進行映射,得到Dm點對應(yīng)的半徑Rm,映射方法如圖4所示。設(shè)D點與4個實際數(shù)據(jù)中存在的井深點(P1,P2,P3,P4)距離分別為(D1,D2,D3,D4),按照大小排序,排序方式如式(5)所示,模型中Dm點對應(yīng)井徑計算式如式(6)所示。

圖4 映射方法Fig.4 Mapping method

D1

(5)

(6)

使用這種映射方法后,井眼軌跡的顯示變化更加平緩,能夠更真實地反映井徑隨井深變化的趨勢,映射效果如圖5所示。

圖5 映射效果Fig.5 Mapping effects

1.3 三維模型可視化方法

Three.js是在Web GL基礎(chǔ)上的高度封裝Java-script開源框架,用于在瀏覽器中創(chuàng)建3D計算機圖形應(yīng)用程序[19-20]。通過初始化待展示模型的網(wǎng)格形狀與模型的組成材質(zhì)對待展示模型進行定義,并利用不同場景與光源對待展示模型進行渲染[21]。同時,基于開源的Web GL框架,三維可視模型的構(gòu)建和應(yīng)用無費用,可以減少項目成本[22-23]。本文研究利用Three.js提供的管道幾何體模塊與經(jīng)過改進的變直徑管道幾何體模塊實現(xiàn)三維模型的構(gòu)建。

管道幾何體模塊生成管道形狀的方法是沿著一條給定的曲線(通常是三維空間中的樣條曲線)創(chuàng)建多個截面,并將它們連接在一起,形成一個管道。每個截面的大小和形狀可以通過用戶指定的半徑和段數(shù)進行調(diào)整。通過這種方式,可以創(chuàng)建具有各種半徑和曲率的管道幾何體。

1.3.1 計算弗雷內(nèi)框架

對于給定的曲線(curve),將其參數(shù)化后均分成若干個離散的點,形成一個點序列。對于每個離散化的點,計算該點處的弗雷內(nèi)框架。弗雷內(nèi)框架是一種在三維空間中描述曲線局部幾何性質(zhì)的數(shù)學(xué)概念,包括切線、法線和副法線三個向量, 弗雷內(nèi)框架示意圖如圖6所示。

圖6 弗雷內(nèi)框架Fig.6 Frenet frame

切線向量(T)為曲線在某一點處的方向,計算方式如式(7)所示,法線向量(N)為曲線在某一點處的法向量,默認為某一方向上的單位向量,計算公式如式(8)所示,副法向量(B)為與切向量和法向量都垂直的向量,計算方式如式(9)所示。其中,curve.At(t)表示參數(shù)化曲線在參數(shù)值t處的切向量,cross(a,b)表示a(a1,a2,a3)和b(b1,b2,b3)的叉乘,計算方式如式(10)所示,normallize(V)表示將向量V(x,y,z)歸一化為單位長度的向量,向量歸一化方式如式(11)所示。

T=normalize[curve.At(t)]

(7)

N=normalize[cross(B,T)]

(8)

B=normalize[cross(T,N)]

(9)

ab=(a2b3-a3b2,a3b1-a1b3,a1b2-a2b1)

(10)

(11)

1.3.2 計算管道幾何體表面頂點位置信息

根據(jù)設(shè)置的管道幾何體的分段數(shù),依次利用1.3.1節(jié)中計算的當(dāng)前分段的法向量與副法向量計算當(dāng)前第i個分段的徑向分段的頂點法向量normal,計算公式為

normalx=cos(v)Nx+sin(v)Bx

(12)

normaly=cos(v)Ny+sin(v)By

(13)

normalz=cos(v)Nz+sin(v)Bz

(14)

式中:v為徑向分段在[0,2π]內(nèi)的角度;cos(v)和sin(v)分別為v的余弦值和正弦值;Nx、Ny、Nz為1.3.1節(jié)計算得出的法向量的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)、豎坐標(biāo);Bx、By、Bz為1.3.1節(jié)計算得出的副法向量的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)、豎坐標(biāo),通過線性組合并向量歸一化后得到頂點法向量的橫坐標(biāo)normalx、縱坐標(biāo)normaly、豎坐標(biāo)normalz,再根據(jù)頂點法向量和半徑r計算頂點的橫坐標(biāo)vertexx、縱坐標(biāo)vertexy、豎坐標(biāo)vertexz,計算公式為

vertexx=Px+rnormalx

(15)

vertexy=Py+rnormaly

(16)

vertexz=Pz+rnormalz

(17)

式中:Px、Py、Pz為之前采樣得到的路徑曲線上的點在三維坐標(biāo)系中的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)、豎坐標(biāo)。

1.3.3 生成管道幾何體三角面

遍歷管道幾何體的分段數(shù)和徑向分段數(shù)(Rs),通過嵌套的循環(huán)生成每個面的索引。對于每個分段,通過當(dāng)前的徑向分段和下一個徑向分段的索引,計算4個頂點的索引:a、b、c、d。其中,a和d是上一個徑向分段的頂點索引,b和c是當(dāng)前徑向分段的頂點索引。頂點索引計算公式為

a=(Rs+1)(j-1)+(i-1)

(18)

b=(Rs+1)j+(i-1)

(19)

c=(Rs+1)j+i

(20)

d=(Rs+1)(j-1)+i

(21)

式中:Rs為徑向分段數(shù);j為當(dāng)前的管道幾何體的分段索引(從1開始);i為當(dāng)前的徑向分段索引(從1開始)。

根據(jù)計算得到的4個頂點索引,生成以(a,b,d)、(b,c,d)為頂點的三角形面形成管道幾何體表面,管道幾何體實際表面如圖7所示。

圖7 管道幾何體表面Fig.7 The surface of the pipe geometry

1.4 井眼軌跡可視化方法

利用1.3節(jié)介紹的三維模型可視化方法,使用Three.js提供的變直徑管道幾何體模塊將井眼軌跡抽象為變直徑管道,建立井筒幾何模塊,構(gòu)建井眼軌跡三維模型。建立井筒幾何模塊時需要接受多個參數(shù),分別是:井眼軌跡曲線、井深半徑數(shù)組、井筒截面分段數(shù)、井深半徑值域數(shù)組、井深半徑值域映射數(shù)組、井深半徑對應(yīng)顏色。井眼軌跡曲線由經(jīng)過篩選與映射處理后的井眼軌跡坐標(biāo)連接而成。井深半徑數(shù)組為多組篩選與映射處理后的井深和該井深下井筒半徑的鍵值對組成的數(shù)組。井筒截面分段數(shù)影響顯示效果,該數(shù)值越高,軌跡橫截面的邊數(shù)越多,越接近圓形。井深半徑值域數(shù)組由該井最小井徑與最大井徑組成。井深半徑值域映射數(shù)組由該井經(jīng)最小縮放因子縮放后的最小井徑與經(jīng)最大縮放因子縮放后最大井徑組成。半徑對應(yīng)顏色將色域劃分為32種不同的顏色以反映不同的半徑數(shù)值。

井筒幾何模塊首先根據(jù)井眼軌跡曲線確定井眼軌跡三維模型的形狀與路徑,再根據(jù)井深半徑數(shù)組與井深半徑值域映射數(shù)組確定井眼軌跡三維模型不同井深的井徑大小,最后根據(jù)井深半徑對應(yīng)顏色為井眼軌跡三維模型貼上合適的顏色紋理,生成完整的井眼軌跡模型。

為了提升可視化效果,在井筒模型及信息映射后的位置上,對三維模型進行縮放,井眼軌跡模型坐標(biāo)數(shù)據(jù)縮放方式公式(22)所示,井徑縮放方式如式(23)所示。

dd=dvscale

(22)

(23)

式中:dd為井眼軌跡可視化縱坐標(biāo);d為采樣點縱坐標(biāo);vscale為井眼軌跡縱向縮放因子;rd為井眼軌跡可視化井徑;rdmin為可視化最小井徑縮放因子;rdmax為可視化最大井徑縮放因子;r為采樣點井徑;rmin為采樣點最小井徑;rmax為采樣點最大井徑;calscale為井眼軌跡徑向縮放因子。

1.5 井筒信息可視化方法

井筒信息可視化包括兩種展現(xiàn)方式:一種是井筒信息柱狀顯示,構(gòu)建與實際井眼軌跡相同的幾何模型,井眼軌跡模型所貼紋理的不同顏色,反應(yīng)該井筒信息的數(shù)值大小;另一種是井筒信息曲線展示,構(gòu)建井筒信息三維數(shù)值可視化曲線,通過曲線的變化反應(yīng)井筒信息的數(shù)值變化。

井筒信息柱狀顯示方式利用1.3節(jié)介紹的三維模型可視化方法,使用Three.js提供的管道幾何體模塊將井筒抽象為直徑管道,建立井筒信息模塊,構(gòu)建井筒信息三維模型。建立井筒信息模塊時需要接受多個參數(shù)分別是:井筒對應(yīng)信息數(shù)值曲線、井筒分段數(shù)、井筒半徑,井筒半徑截面圓的分段數(shù),井筒是否頭尾相連。井筒對應(yīng)信息數(shù)值曲線由經(jīng)過篩選與映射處理后的井筒坐標(biāo)組成。井筒分段數(shù)指定、井筒半徑、井筒半徑截面圓的分段數(shù),井筒是否頭尾相連組合控制井筒的顯示效果。

井筒信息模塊首先根據(jù)井眼軌跡曲線確定井眼軌跡三維模型的形狀與路徑,再根據(jù)井筒對應(yīng)信息數(shù)值曲線確定井眼軌跡三維模型不同井深的井筒信息數(shù)值大小,最后根據(jù)井筒信息數(shù)值對應(yīng)顏色為井筒信息三維模型貼上合適的顏色紋理,生成完整的井筒信息三維模型。

井筒信息曲線展示方式:為了更好地讀出可視化曲線的數(shù)值,在圖標(biāo)上方自動生成曲線所代表的井筒信息名稱和單位,并在頂部建立橫向坐標(biāo)值。首先搜索并確定需要顯示的井筒信息數(shù)值中的最大值和最小值,將數(shù)值取整后在最大和最小值區(qū)間內(nèi)進行若干等分(以4等分為例),在等分位置標(biāo)記對應(yīng)數(shù)值。在最小值左側(cè)和最大值右側(cè)預(yù)留一定空間,形成可視化曲線圖表。井筒信息(以自然伽馬GR,單位API為例),將若干數(shù)值建立數(shù)值點,并將若干個點組成曲線路徑。再用Three.js提供的管道幾何體模塊將該路徑建模,并設(shè)定顏色(以紅色# FF0000為例)為該模型進行渲染展現(xiàn)方式如圖8所示。

圖8 井筒信息曲線展示Fig.8 Curves of wellbore information

此外,測井?dāng)?shù)值曲線顯示效果受曲線縮放因子的影響,測井?dāng)?shù)值曲線縮放方式為

θd=θxpscale

(24)

式(24)中:θd為井眼軌跡可視化測井信息位置;θx為采樣點測井?dāng)?shù)值;pscale為測井?dāng)?shù)值曲線縮放因子。

1.6 井筒信息顏色確定方法

首先搜索并確定需要顯示的井筒信息數(shù)值中的最大值和最小值,并將所有數(shù)據(jù)進行最大最小歸一化處理,最大最小歸一化如式(25)所示,將所有實際參數(shù)值轉(zhuǎn)化為[0,1]區(qū)間內(nèi)的值,根據(jù)每個點的相對數(shù)值大小填充顏色。顏色域通過顏色映射模塊構(gòu)建,通過規(guī)定配色方案中若干個數(shù)值對應(yīng)的位置點顏色,自動在規(guī)定位置之間填充漸變色。井筒信息顯示使用“RdYIBu”配色方案,顏色與數(shù)值間的對應(yīng)關(guān)系如圖9所示,使用16進制方法表示顏色。

圖9 井筒信息數(shù)值色域Fig.9 Color gamut of wellbore information

(25)

2 可視化效果分析

以海上某井測井?dāng)?shù)據(jù)為例,通過上文提出的可視化方法,實現(xiàn)對該井的井筒模型以及測井信息、地層巖性信息的可視化展示。

2.1 井眼軌跡可視化

通過展示縱向、徑向縮放因子、最大井徑和最小井徑縮放因子等參數(shù)不同數(shù)值時的可視化效果,研究不同參數(shù)對可視化效果的影響規(guī)律。

2.1.1 縱向和徑向縮放因子對顯示效果的影響

當(dāng)可視化最大井徑縮放因子rdmax為2,可視化最小井徑縮放因子rdmin為1時,分析井眼軌跡縱向縮放因子、井眼軌跡徑向縮放因子對井眼軌跡可視化效果的影響。當(dāng)井眼軌跡縱向縮放因子與井眼軌跡徑向縮放因子之間比例越小時,井眼軌跡可視化效果越粗壯,反之則越纖細。當(dāng)井眼軌跡縱向縮放因子與井眼軌跡徑向縮放因子數(shù)值越小時,視點越近,反之越遠。本部分以徑向縮放因子與縱向縮放因子比例為50、100、300為例,展示縱向縮放因子和徑向縮放因子對顯示效果的影響,影響效果如圖10所示。

2.1.2 最大井徑和最小井徑縮放因子對顯示效果的影響

當(dāng)井眼軌跡縱向縮放因子為1、徑向縮放因子為100時,分析可視化最小井徑縮放因子rdmin、可視化最大井徑縮放因子rdmax對井眼軌跡可視化效果的影響。當(dāng)可視化最小井徑縮放因子rdmin與可視化最大井徑縮放因子rdmax之間的差距越大時,井徑變化越劇烈,井徑越大的部分可視化效果會更加突出,反之則井徑變化越平緩。本部分以最小井徑縮放因子與最大井徑縮放因子分別為1、1.2,1、2和1、5時,展示最小井徑縮放因子和最大井徑縮放因子對顯示效果的影響,影響效果如圖11 所示。

圖11 井徑縮放因子影響效果Fig.11 Visuals affected by wellbore diameter scaling factors

2.2 井眼軌跡可視化

通過井筒信息柱狀顯示與測井信息曲線顯示兩種可視化方式,展示測井信息包括自然伽馬、環(huán)空壓力信息的三維可視化效果。

2.2.1 測井?dāng)?shù)值曲線展示

井筒以及自然伽馬、環(huán)空壓力信息的三維曲線可視化效果如圖12所示。該井為定向井,通過三維可視化,清晰地展示了該井的井眼軌跡、井徑變化與對應(yīng)垂深的自然伽馬、環(huán)空壓力數(shù)值大小與變化趨勢。

圖12 測井?dāng)?shù)值曲線效果Fig.12 Curveing visual effect of well logging data

此外,不同曲線縮放因子會凸顯測井曲線數(shù)值的變化。當(dāng)曲線縮放因子大于1時,測井信息曲線更“寬大”,會更加凸顯測井信息曲線的變化趨勢;當(dāng)曲線縮放因子小于1時,測井信息曲線更“細小”,使測井信息曲線更平滑。本部分以曲線縮放因子0.8、1.5、3為例,展示曲線縮放因子對測井曲線的影響效果,影響效果如圖13所示。

圖13 曲線縮放因子影響效果Fig.13 Visuals affected by curve scaling factor

2.2.2 測井?dāng)?shù)值柱狀展示

通過井筒信息柱狀顯示方式,井筒以及自然伽馬、環(huán)空壓力的三維柱狀可視化效果如圖14所示。利用與井眼軌跡相同的井筒幾何模型并根據(jù)自然伽馬與環(huán)空壓力數(shù)值渲染模型顏色,清晰展示了該井所鉆地層的自然伽馬與環(huán)空壓力數(shù)值與變化。

圖14 測井?dāng)?shù)值柱狀展示Fig.14 Columnar visualeffect of well logging data

2.3 地層巖性可視化

該井所在地層按照巖性類別進行分類可劃分為4類,分別為泥巖地層、砂巖地層、煤層以及石灰?guī)r地層。利用上文介紹的三維模型可視化方法,實現(xiàn)該井所在地層巖性分類可視化,可視化效果如圖15所示。利用與井眼軌跡相同的井筒幾何模型并根據(jù)不同地層巖性渲染模型顏色,直觀展示了該井所鉆地層的巖性類別與分類情況。

圖15 地層巖性分類可視化效果Fig.15 Visual effect of formations lithological classifications

3 井筒漫游

本文研究還提供一種在線漫游井筒內(nèi)部的方法,該方法實現(xiàn)方式為:通過鼠標(biāo)移動視點,滾動滑輪在可視化井筒內(nèi)部進行漫游如圖16 所示。通過在井筒內(nèi)部的漫游,若干個點在井筒中提示測深,用戶可以準(zhǔn)確、生動地獲取井筒內(nèi)部信息。用戶可以可視化井筒井徑,根據(jù)井徑大小與顏色了解不同井深下該井的井徑變化,此外還可以獲取井深、井眼軌跡等信息,身臨其境模擬鉆井過程。

圖16 井筒漫游Fig.16 Wellbore navigation

4 結(jié)論

(1)提出了一種適用于實際井眼軌跡與三維可視化井眼軌跡坐標(biāo)信息和井徑的數(shù)據(jù)處理與映射方法,更加真實反映出實際井筒模型與井筒其他屬性如自然伽馬、環(huán)空壓力測井等的變化趨勢。

(2)基于實際測井?dāng)?shù)據(jù),利用Three.js技術(shù)實現(xiàn)對三維井筒模型及信息的Web端可視化顯示。與傳統(tǒng)的可視化技術(shù)相比,本方法基于Web端實現(xiàn)可視化,實現(xiàn)方式簡單、可用性強、門檻低。

(3)與傳統(tǒng)的可視化技術(shù)相比,本文方法不僅可以實現(xiàn)對井筒模型的三維可視化顯示,還能通過展示井眼軌跡的不同顏色、直徑反映井徑的變化特點。此外還可以同時對隨鉆過程中自然伽馬、環(huán)空壓力測井,地層巖性分類等進行多種方式的三維可視化顯示,展示效果更加真實準(zhǔn)確。通過敏感性分析,展示不同縮放因子對井筒模型及井筒信息可視化效果的影響。

(4)提供了一種井筒漫游的新方法,該方法可以真實觀察井眼軌跡與井筒信息;對同時展示多種井筒信息與井筒模型,分析其特點與聯(lián)系提供方法。