張 巖，聶永丹，趙建民，侯俊龍，何文杰

(東北石油大學 計算機與信息技術學院，黑龍江 大慶 163318)

雖然當前Eclipse等主流的油藏數值模擬軟件能夠實現油藏可視化，但缺點是不能根據用戶需要讀取其他類別的勘探開發(fā)數據，因此深入研究油藏數值模擬數據的精細展示，不但能直觀表達油藏儲量信息演變過程、迅速展示所關心區(qū)域下的油藏數據，而且可以擴展加載用戶所需的額外地質數據實現綜合展示。應用計算機三維可視化技術，把油氣勘探開發(fā)中的大量地質對象及數據和油藏數值模擬結果數據以三維的方式進行集成展示，使地質工程師能更直觀地了解目標區(qū)塊的各種地質狀況和儲量信息，從而為石油勘探開發(fā)提供更好的決策支持［1］。

目前應用比較廣泛的三維圖形開發(fā)軟件包主要有OpenGL和Open Inventor等。采用 OpenGL圖形庫進行三維圖形開發(fā)的特點是，它的函數功能復雜多樣，不易在短時間內掌握，要想生成效果較好的三維地層需要對圖形的投影、顏色、紋理、光照等方面進行繁瑣設置，編碼量大。Open Inventor是目前世界上使用最廣泛的面向對象的繪圖軟件接口，允許用戶通過搭積木的方式構建復雜的三維場景，使得用戶只需花費很少的時間就可以構造出復雜的三維場景［2］。因此使用 Open Inventor三維可視化技術，可以快速、簡捷地生成三維地層模型，再結合多種交互和查詢手段，讓地質研究人員和決策人員直觀掌握地層及儲量信息。

1 數據預處理

1.1 Pillar模型數據描述

當前國內外主流的油藏數模軟件是斯倫貝謝公司的Eclipse，模型中包括的網格數據和屬性數據采用的數據格式主要是一種柱狀(pillar)模型，如圖1所示，其組織方式是一種點線結構:模型中i，j坐標相同且處于不同位置處所有網格同一方位的棱邊位于一條直線上，其中100網格的“100－101”棱邊和101網格的“100－101”棱邊在三維空間內共線［3］。

由數據體中給出的(nx+1)(ny+1)個頂底點三維坐標對，構成(nx+1)(ny+1)個柱狀結構，共同組成目標油藏的柱狀模型。根據當前網格的i、j編號，可以計算出該網格棱邊所在線段頂底點坐標序號。利用Eclipse軟件輸出每個網格8個角點的z坐標，根據目標網格 i、j、k編號，可以計算出該網格角點z坐標的序號。根據目標網格某一方位棱邊所在線段頂底點的三維坐標和該棱邊某角點的z坐標，就可以計算出該角點的三維坐標。于是可以求解出每個網格所有角點坐標。按照i、j、k的順序輸出網格的屬性值和有效性數據。根據網格i、j、k編號，可以獲取當前網格所對應屬性數據以及有效性數據的索引值。

1.2 數模結果文件格式分析

油藏數值模擬模型數據可分為文本格式和二進制格式2大類，文本格式的文件，其格式易于解析，二進制格式的文件不利于閱讀，但計算機讀寫速度快，占用更少的存儲空間。所以需要對2種格式的文件都進行分析，在程序調試階段使用文本格式文件比較方便，在示范應用時使用二進制格式，以得到真正的數模標準數據和更好的運行性能。

1.2.1 GRDECL 文本文件格式解析

油藏數值模擬主要利用Petrel建模軟件建立的靜態(tài)模型，其地層模型文件是保存在*.grdecl的三維場數據，其中包括網格定義和每個網格的屬性值。*.grdecl文件主要分為文件基本信息、文件內容格式信息以及文件數據等。文件數據分為地質體頂底坐標、各單元格結點的深度Z值、單元格有效信息和各單元格屬性值(通常可能包含孔隙度、厚度凈毛比以及三個方向的滲透率等靜態(tài)屬性信息)。

1.2.2 二進制文件格式解析

油藏數值模擬模型二進制格式文件可以在E-clipse軟件中使用關鍵字進行定制輸出，輸出文件一般包括以下三個文件:

(1)*.GRID文件(*.EGRID文件):存儲網格的相關信息。

(2)*.INIT文件:屬性文件，存儲孔隙度、不同方向的滲透率以及NTG等靜態(tài)屬性。

(3)*.UNRST文件(*.X0000):重啟文件。記錄各種動態(tài)屬性結果，如:含油飽和度、壓力等數據。其中，*.UNRST文件中包含所有時間步的屬性信息，而*.X0000文件可以分時間步進行輸出，一個文件僅僅存儲一個時間步的屬性數據。

Eclipse的二進制文件由許多個塊組成，每個塊由1個關鍵字塊和0～n個數據塊組成，文件存儲格式是通過巴恩斯范式實現［4］。

1.3 用戶業(yè)務數據解析

除了常用數模軟件輸出的標準結果數據外，根據用戶不同的業(yè)務需求，實際應用中還可能用到某些特定結構的數據。為了提高擴展性，降低模塊之間耦合度，采用面向對象的設計思想，將每一類用戶數據的文件格式解析和展示交互分別封裝成一個類，來解析和展示此類文件數據，最后整合在一個三維可視化框架中，提供油藏的綜合展示，總體框架設計思路如圖2所示。

圖2 總體結構設計思路

2 油藏體模型三維展示

針對油藏數值模擬數據模型是由許多個不規(guī)則六面體構成角點網格的特點，本文采用Open Inventor中MeshViz XLM模塊實現三維體數據的展示。角點網格拓撲關系由MbHexahedron TopologyExplicitIjk類型對象進行組織，MiGeometryI類型對象存儲和管理網格幾何信息。建立的網格模型由MoMesh類型對象存儲并在場景中顯示，其中包括地層數據屬性信息的表達，模型屬性數據存儲在MoScalarSetIJK類型的對象中，按照Mo-DataBinding類型指定的方式進行材質的綁定，再由MoLinearColorMapping類型對象進行渲染。Open Inventor中對網格進行材質綁定有兩種方式，PER_CELL和PER_NODE，本文選用前者將屬性值綁定到網格進行渲染，因為地層模型的屬性信息是按每個網格給定的，三維場景的結構圖如圖3所示。對地層模型按某種屬性類別進行的顯示是可選擇的，用戶可以通過點擊窗口下方的checkbox控件選擇加載選項，利用slider控件可以控制顯示的層位或數值界限，通過交互用戶可以查看任意單元的各屬性值以便于實時查看某油田某區(qū)塊中的數值模擬結果。數據中含水飽和度參數描述了區(qū)塊模型中各個網格數據塊含水所占的比重情況，是一個比較關鍵的參數，本文以含水飽和度參數為例來說明模型三維展示情況。通過顏色映射的程度就可以查看含水的程度，數模參數含水飽和度展示結果如圖4所示。其中顏色為紅色的網格說明含水程度比較高，反之顏色為藍色的網格說明含水程度比較低，可以推知含油程度較高。

圖3 三維場景結構

圖4 含水飽和度三維展示

3 ROI區(qū)域與切片設置

當目標油藏范圍較大時，行業(yè)專家可能會更加關注其中部分區(qū)塊或者特定屬性范圍內的網格分布情況。為此，設計一種數據體ROI區(qū)域設置和切片展示方案。根據目標區(qū)塊在I、J、K方向上的起始和終止坐標設定所關心的屬性區(qū)間，將Mi-Hexahedron Topology ExplicitIjk中相應區(qū)域的設置為有效區(qū)域，其他區(qū)域設置為無效。ROI區(qū)域選擇和切片設置使用MoCellFilter類型對象設定，使用MoCellFilter對象前要先用setCellFilter函數指定MiCellFilterIjk類型對象的參數，該對象必須實現acceptCell接口以用來設置感興趣區(qū)域過濾條件，將不在目標區(qū)塊范圍內的網格設定為無效網格，屬性不在所關心區(qū)間內的網格設定為無效網格［5］。用戶通過窗口下方的“ROI數據區(qū)域選擇”選項卡面板，選擇“啟用ROI”選項，然后選擇沿x軸方向10層到70層，沿y軸方向10層到70層，沿z軸方向10層到15層，數據值范圍在0.1到0.9之間的區(qū)域展示，如圖5所示。

圖5 ROI展示

3.1 ROI區(qū)域設置

將油藏體中網格數據根據坐標條件和數據值范圍設定感興趣區(qū)域，消隱所有坐標和數據范圍不符合條件的無效網格后，屏幕上展示的區(qū)塊即為感興趣區(qū)塊，感興趣區(qū)域設置關鍵代碼如下:

3.2 邏輯切片

在實現acceptCell接口時，通過 x、y、z坐標來限制過濾條件，將不在目標坐標層范圍的網格設定為無效網格，即可實現沿3個方向的切片功能，關鍵代碼如下。

3.3 任意角度切片

SoClipPlaneManip操縱器可以用來實現數據體的簡單切片交互操作，SoClipPlaneManip利用其內部的SoJackDragger拖拽器來移動切片，SoClip-PlaneManip從SoClipPlane類派生，具有一般操縱器的功能，其本身的數據成員和繼承的拖拽器可以一致工作。利用SoClipPlaneManip節(jié)點實現沿坐標軸方向的旋轉任意角度的切片功能。

用戶通過窗口下方的“模型體瀏覽”選項卡面板，設置沿x軸方向第30層，沿y軸方向第29層，沿z軸方向第8層，和沿z軸方向旋轉35度角的切片展示，如圖6所示。

圖6 切片展示

4 色譜自定義

為有效區(qū)分不同網格的動靜態(tài)參數屬性，需要根據某種屬性的數值范圍動態(tài)映射顏色值，實現的方法可以采用系統(tǒng)預定義的映射方式和用戶自定義的方式兩種，前者是將每個屬性值映射到預定義的PredefColorMapping類型映射方式，這種方式的特點是實現簡單，無需用戶干預［6］。但缺點是在某些情況下屬性的顏色值分布的不靈活，用戶修改顏色分布情況難度大。例如，對于含水飽和度的網格顏色的表達與其他參數有所不同，含水飽和度越高表示其含油越少，反之含油越多，此時若采用紅色代表含水飽和度大的話與標準數值模擬軟件習慣不一致，而且石油行業(yè)上也通常使用紅色來表示含油高的網格，因此為實現用戶可以自定義不同的顏色映射模式，設置數據體某些屬性的顏色表示方式，通過顏色圖例給用戶以直觀的屬性表達，以及根據參數屬性的含義能夠自動變換顏色分布，以滿足用戶使用習慣，采用MoLinearColorMapping映射方式，實現了一種用戶自定義的圖例范圍及映射方式的動態(tài)設定。在mylegend類中提供一個供外部模塊調用的public方法setmapvalue，該方法通過傳入數據范圍參數min，max來動態(tài)改變數據映射范圍，通過參數order來判斷用戶的數據映射方式是順序還是倒序，以此改變映射方式。

用戶通過窗口下方的“模型體瀏覽”選項卡面板，選擇“圖例反轉”選項，然后設置“最大值”為0.900，“最小值”為 0.100，可將含水飽和度參數數值從0.1到0.9，對應顏色映射從紅到藍對應的色譜展示，如圖7所示，因此圖中紅色的網格表示含油程度高，藍色的網格表示含水程度高，符合數模領域的使用習慣。

圖7 自定義色譜展示

5 結束語

本文對國內外常用的數模軟件輸出文件格式進行解析，結合油田勘探開發(fā)其他地質數據，研究油藏體的三維綜合展示與技術，可以實現油藏體展示，感興趣區(qū)域設置，體切片，色譜自定義等交互式功能。為實現三維資料綜合解釋、地質過程的仿真模擬可視化奠定基礎。

［1］明光春.油藏數值模擬結果的三維圖形顯示［J］.計算機工程與應用，1999，4:121 －123.

［2］閻鋒欣，候增選，張定華，等.Open Inventor程序設計從入門到精通［M］.北京:清華大學出版社，2007.

［3］白永良，劉展，魏合龍，等.基于Open Inventor油藏四維展示方法研究［J］.西安石油大學學報(自然科學版)，2012，12(1):94 －98.

［4］申龍斌.油田勘探開發(fā)地質對象三維可視化關鍵技術研究［D］.青島:中國海洋大學，2010.

［5］田宜平，沈建業(yè).三峽庫區(qū)地質災害體三維地層可視化實現［J］.人民長江，2011，42(5):26 －29.

［6］Guide.Mercury Computer System Inc.Open Inventor6 User’s［Z］.