晏高明

（中原石油勘探局地質(zhì)錄井處 河南 濮陽(yáng) 457001）

0 引言

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的一個(gè)重要研究就是通過(guò)建立圖形所描述場(chǎng)景的幾何表示，利用光照模型，對(duì)虛擬紋理、材質(zhì)屬性進(jìn)行光照， 從而在計(jì)算機(jī)上得到逼真現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的模擬真實(shí)圖形[1]。 由于對(duì)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的模擬，使得計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在科學(xué)研究、生產(chǎn)作業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用。

FOCUS 水平井錄井系統(tǒng)是《水平井隨鉆監(jiān)控系統(tǒng)》平臺(tái)的支撐部分，它是以水平井地質(zhì)錄井技術(shù)為支撐，以現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)導(dǎo)向?yàn)槟繕?biāo)面研發(fā)的。 主要采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色關(guān)聯(lián)法、聚類(lèi)分析等先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和人腦綜合解釋的方法，達(dá)到對(duì)目標(biāo)體科學(xué)分析、追蹤的目的。 整套系統(tǒng)針對(duì)性和操作性強(qiáng)，在地質(zhì)導(dǎo)向中與MWD 聯(lián)用，具有良好可行性與經(jīng)濟(jì)性。

1 FOCUS 水平井錄井系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)組成

Focus 水平井錄井系統(tǒng)集隨鉆數(shù)據(jù)采集、處理、分析、解釋為一體，其中主要包含兩項(xiàng)計(jì)算機(jī)圖形分析技術(shù)：

1.1 基于OPGL 的三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

FOCUS 水平井錄井系統(tǒng)在Delphi 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)上，使用基于OpenGL 的圖形技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)， 結(jié)合地層數(shù)據(jù)，把計(jì)算函數(shù)值或?qū)嶒?yàn)獲得的大量數(shù)據(jù)表現(xiàn)為人的視覺(jué)可以感受的計(jì)算機(jī)圖像。 通過(guò)這個(gè)監(jiān)控平臺(tái)，能對(duì)現(xiàn)實(shí)中的地質(zhì)構(gòu)造、地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)三維建模，實(shí)時(shí)追蹤鉆頭進(jìn)出地層狀況，并可通過(guò)鼠標(biāo)靈活實(shí)現(xiàn)對(duì)三維實(shí)體的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

該系統(tǒng)三維設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)是實(shí)時(shí)三維建模和鉆頭進(jìn)出地層狀況顯示。 采用TIN 模型來(lái)擬合地質(zhì)曲面，對(duì)TIN 模型的求交、裁剪等計(jì)算方法進(jìn)行深入分析，結(jié)合錄井地質(zhì)導(dǎo)向需求開(kāi)發(fā)了三維地質(zhì)建模及分析系統(tǒng)。 系統(tǒng)的三維可視化實(shí)現(xiàn)了對(duì)地質(zhì)體、鉆井軌跡、地層結(jié)構(gòu)的多角度，多細(xì)節(jié)展示，在現(xiàn)場(chǎng)的錄井地質(zhì)導(dǎo)向中，為地質(zhì)工作者追蹤地質(zhì)目標(biāo)體提供了直觀形象的表現(xiàn)方式。

1.2 矢量成圖技術(shù)

矢量圖像，也稱(chēng)為面向?qū)ο蟮膱D像或繪圖圖像，在數(shù)學(xué)上定義為一系列由線連接的點(diǎn)[1]。 矢量文件中圖形元素的每個(gè)對(duì)象都是一個(gè)自成一體的實(shí)體，每個(gè)實(shí)體可以在維持它原有清晰度和彎曲度的同時(shí)，多次移動(dòng)和改變它的屬性，而不會(huì)影響圖例中的其它對(duì)象。 基于矢量的繪圖同分辨率無(wú)關(guān)，意味著它們可以按最高分辨率顯示到輸出設(shè)備上。

圖1 Ma82-平1 井二維矢量分析圖

系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了二維矢量圖的三維的矢量成圖，在二維矢量圖形中，垂深、位移、鉆時(shí)、全烴、C1、GR、地層傾角等信息，以及井眼軌跡的變化趨勢(shì)都能以矢量圖形的方式進(jìn)行實(shí)時(shí)更新繪制（圖1），使技術(shù)人員能直觀地研究分析地層變化，井眼在地層中的運(yùn)行等情況[2－3]。 在三維矢量圖上，將井身各點(diǎn)軌跡坐標(biāo)的井深、方位與油層展布以矢量圖的形式進(jìn)行表征和展示（圖2），同時(shí)，通過(guò)對(duì)鉆頭位置的插值運(yùn)算，在三維矢量圖上可以清楚地對(duì)鉆頭位置進(jìn)行預(yù)測(cè)與顯示，有助于在水平井錄井施工中，第一時(shí)間判斷鉆頭位置。 在三維矢量圖中，可以方便地以360 度的角度全方位展現(xiàn)水平井作業(yè)情況，使錄井作業(yè)達(dá)到真正意義上的地質(zhì)導(dǎo)向目的。

圖2 Ma82-平1 井空間三維矢量觀測(cè)圖

2 FOCUS 水平井錄井系統(tǒng)應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法

2.1 數(shù)字高程模型實(shí)現(xiàn)地層虛擬顯示

在FOCUS 水平井錄井系統(tǒng)中， 需要處理大量三維地層信息數(shù)據(jù)， 不同的比例需要顯示的信息數(shù)據(jù)內(nèi)容是不同的，其處理的復(fù)雜程度也有所不同， 設(shè)計(jì)時(shí)采用數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，簡(jiǎn)稱(chēng)DEM）與分層設(shè)計(jì)思想，對(duì)不同比例尺和不同的觀察點(diǎn)對(duì)DEM 數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

DEM 數(shù)據(jù)的生成：通過(guò)對(duì)地震解釋數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換或手工填表的方式將采集到的網(wǎng)格化高程數(shù)據(jù)填入DEM 數(shù)據(jù)格式，并以此來(lái)存儲(chǔ)某一區(qū)域的地質(zhì)特征數(shù)據(jù)。

2.2 實(shí)時(shí)或設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)模型實(shí)現(xiàn)相關(guān)部件虛擬顯示

在FOCUS 水平井錄井系統(tǒng)中，二維及三維鉆具、井眼、靶點(diǎn)、 鄰井等概念都是用單個(gè)或組合部件的方式進(jìn)行展示。關(guān)鍵在于地理坐標(biāo)和屏幕坐標(biāo)、OpenGL 坐標(biāo)系的變換。

3 應(yīng)用實(shí)例

FOCUS 水平井錄井系統(tǒng)在中原探區(qū)的水平井綜合錄井中得到了廣泛的應(yīng)用，與MWD 的相結(jié)合，利用計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)能很好地指導(dǎo)水平井的作業(yè)與施工， 取得了良好的效果，下面以一口較為典型的水平井——Ma26 平1 井為例來(lái)說(shuō)明系統(tǒng)應(yīng)用所取得的成果。

MA26 平1 井為DP 地區(qū)水平段鉆進(jìn)最長(zhǎng)距離的井，在實(shí)鉆過(guò)程中鉆至設(shè)計(jì)A 靶時(shí)，并沒(méi)有進(jìn)入標(biāo)志層位（圖3），通過(guò)FOCUS 水平井錄井系統(tǒng)的實(shí)時(shí)矢量圖形分析（圖4），認(rèn)為還未到目標(biāo)層，于是建議向下調(diào)整井身軌跡，放棄設(shè)計(jì)B 靶，在過(guò)B 靶投影位移40m 后出現(xiàn)異常的油氣顯示和儲(chǔ)層特征，于是認(rèn)為3562m 為油層著陸點(diǎn)。 并調(diào)整井斜和方位，最終打開(kāi)油層214m，油層穿行率為35.5%，油層厚度3.30m。 獲得日產(chǎn)能20t 的高產(chǎn)油流。經(jīng)測(cè)井證實(shí)，原設(shè)計(jì)的目標(biāo)層與實(shí)際正好相反，A、B、C 三個(gè)靶區(qū)跨越兩個(gè)小褶皺或?yàn)橐粋€(gè)向斜， 同時(shí)儲(chǔ)層的非均質(zhì)性非常明顯。

圖3 Ma26 平1 井實(shí)鉆分析圖

圖4 Ma26 平1 井矢量分析圖

4 結(jié)束語(yǔ)

FOCUS 水平井錄井系統(tǒng)通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)體、各種曲線、井身軌跡的三維虛擬可視化和矢量成圖， 通過(guò)三維真實(shí)圖形對(duì)水平井地質(zhì)導(dǎo)向做多角度，多細(xì)節(jié)的展示，為技術(shù)人員追蹤水平井地質(zhì)目標(biāo)體、確定水平井鉆頭位置和實(shí)鉆目標(biāo)層特性， 提供了直觀形象地表現(xiàn)方式。 系統(tǒng)目前對(duì)于普通的地層或地形三維建模已經(jīng)取得了非常好的效果，并在中原探區(qū)內(nèi)和外部市場(chǎng)的水平井施工中得到了廣泛的應(yīng)用，取得了良好的成果，展示了計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)在錄井中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與良好的前景。

［1］[美]Dinald Hearn,M. Pauline Baker.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)[M].3 版.蔡士杰,宋繼強(qiáng),蔡敏,譯.電子工業(yè)出版社，2005，10.

［2］[美]施瑞奈爾，等.OpenGL 編程指南[M].李軍，等，譯.機(jī)械工業(yè)出版社，2010，03.

［3］趙彬凌，李黔，王悅田.綜合錄井水平井地質(zhì)導(dǎo)向方法探索[J].內(nèi)蒙古石油化工，2008，12：29－31.