吳文希

（大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，大慶，163712）

數(shù)字化油井技術(shù)及其經(jīng)濟(jì)價(jià)值探究

吳文希

（大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，大慶，163712）

文章以數(shù)字化油井工程中的油井系統(tǒng)為例，以仿真模擬、虛擬現(xiàn)實(shí)、和人工智能為科學(xué)支撐，構(gòu)建了數(shù)字化、智能化的油井系統(tǒng)，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)學(xué)的原理，對(duì)數(shù)字化油井的經(jīng)濟(jì)價(jià)值做簡單的分析。

數(shù)字油井；OpenGL技術(shù)；3D顯示技術(shù)

隨著我國數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、仿真技術(shù)、人工智能為一體的新型技術(shù)成為當(dāng)前石油行業(yè)應(yīng)用的重點(diǎn)。同時(shí)隨著我國石油工業(yè)開始的二次創(chuàng)業(yè)，對(duì)采油效率的要求也越來越高。而低效率、高成本成為阻礙我國當(dāng)前油田開采的關(guān)鍵。因此，如何結(jié)合現(xiàn)形勢下的計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)油井開發(fā)的可視化、智能化，是當(dāng)前石油開采中研究的重點(diǎn)話題。本文首先對(duì)數(shù)字化油井系統(tǒng)進(jìn)行概述，并以其中的抽油桿作為研究的實(shí)例，運(yùn)用上述的技術(shù)，對(duì)其進(jìn)行可視化的三維仿真，并對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)該模塊的功能實(shí)現(xiàn)。

1 數(shù)字化油井系統(tǒng)概述

數(shù)字化油井系統(tǒng)主要被用于現(xiàn)行的油氣開發(fā)、油田管理，并利用虛擬技術(shù)、仿真技術(shù)、人工智能技術(shù)等多門理論和技術(shù)為一體的交叉性學(xué)科系統(tǒng)（如圖1），以此實(shí)現(xiàn)從原油的勘探、開發(fā)，再到對(duì)其進(jìn)行的物流運(yùn)輸、加工等的實(shí)時(shí)、可視化的軟件系統(tǒng)。

2 數(shù)字化油井系統(tǒng)開發(fā)的步驟

對(duì)數(shù)字化油井系統(tǒng)的開發(fā)，主要分為以下四個(gè)步驟：

第一步是首先建立數(shù)字化工程的的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)；

第二步是利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)當(dāng)中的資料，建立三維可視的靜態(tài)油井模型，從而形成可視化油井；

第三步則是建立不同的數(shù)學(xué)模型，并與上述的可視化油井進(jìn)行集成，以此形成具有實(shí)際功能的油井系統(tǒng)；

第四則是在第三步的基礎(chǔ)上，集合人工智能技術(shù)，從而形成具有功能和決策分析能力的數(shù)字化油井系統(tǒng)。

圖2 數(shù)字化油井系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線

3 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

由于該系統(tǒng)包含各種不同的技術(shù)，并且涉及到的技術(shù)非常復(fù)雜，因此，我們結(jié)合工程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，并編制相關(guān)的接口編程，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)和工程數(shù)據(jù)的無縫對(duì)接。通過對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)資料的分析，我們將工程的數(shù)據(jù)庫分為系統(tǒng)基本參數(shù)、完井、套管、油

管、測井、生產(chǎn)參數(shù)、流體、抽油泵、抽油桿、抽油機(jī)、示功圖等數(shù)據(jù)庫。其具體的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)如圖3所示。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 三維可視化技術(shù)

4.1.1 3D顯示技術(shù)

所謂的3D顯示技術(shù)，其實(shí)質(zhì)則利用3D圖形的API編程將原來的二維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成三維坐標(biāo)的技術(shù)，以此將原本的二維視圖轉(zhuǎn)變成三維視圖的過程。

4.1.2 模型繪制

對(duì)模型的繪制，通常采用兩種方式，一種是對(duì)存在模型的描述函數(shù)，通過參數(shù)的變化，將其進(jìn)行繪制；其次是針對(duì)一些不規(guī)則的圖元素模型，則先繪制，再由圖元素模型構(gòu)成其所需的模型。在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，油井的軌跡是不規(guī)則的，其是由不同的點(diǎn)和圖組成，因此，我們采用第二種方法實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的繪制。

4.1.3 投影變換

在投影變換之前，智能看到油井的舉升模型，而不能看到其具體的視圖。因此，必須將3D中的模型變換到2D中去。而在該系統(tǒng)中，我們采用透視投影的方式，來實(shí)現(xiàn)對(duì)其的轉(zhuǎn)換。在透視投影中，模型則采用收斂的收斂的方式，將其投影到需要顯示的平面上。在經(jīng)過投影之后，則呈現(xiàn)出近大遠(yuǎn)小的呈現(xiàn)方式，從而使的我們的眼睛與相機(jī)形成一種圖像的方式，顯得比較真實(shí)。而將其轉(zhuǎn)換的過程則是經(jīng)過幾何變換的方式實(shí)現(xiàn)。

所謂的幾何變換就是將模型當(dāng)中其所有的控制點(diǎn)進(jìn)行以此重新的計(jì)算，以此可對(duì)模型進(jìn)行重新繪制。其具體變換步驟和計(jì)算過程如下：

T表示為該模型的三維矩陣，其中的橫線將三維矩陣劃分為四個(gè)不同的小矩陣，以此通過對(duì)四個(gè)不同的小矩陣進(jìn)行平移、轉(zhuǎn)換。從而得出以下的結(jié)果。

從而使得點(diǎn)(x, y,z)在沿著x,y，z軸的方向以相同的比例1/t44擴(kuò)張或縮小。

4.2 真實(shí)感圖形技術(shù)

在對(duì)上述的油井進(jìn)行的模型描述后，還沒有具體的層次感和色彩感，因此必須運(yùn)用技術(shù)對(duì)模型處理，而在對(duì)該圖形進(jìn)行處理的過程中則主要包括色隱、顏色和光照。

4.3 OpenGL技術(shù)

OpenGL是專門用于二維或者三維圖像制作的軟件，其主要通過開放的圖形程序接口，而這些接口有三百多個(gè)不同的函數(shù)構(gòu)成，從而可簡單的繪制比較復(fù)雜的三維場景。該軟件可搭載在不同的系統(tǒng)上，如Windows Xp、Windows NT、Linux、Unix、MacOS，并且可在這些系統(tǒng)之間進(jìn)行移植，而不需要對(duì)程序進(jìn)行重新的開發(fā)，而被現(xiàn)在軟件愛好者廣泛的使用。而起沒有基本的實(shí)體的圖元，因此，通常采用一些轉(zhuǎn)換程序?qū)⑵溥M(jìn)行轉(zhuǎn)換。

5 數(shù)字化油井系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

以井眼軌跡實(shí)現(xiàn)為例，在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用縱向的1：800的比例對(duì)其進(jìn)行壓縮，并以10米的間隔對(duì)其進(jìn)行取點(diǎn)。以斜井為例，將井眼的實(shí)際的半徑作為半徑，通過OpenGL繪圖中的光照效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)井眼軌跡的三維可視化。再在這個(gè)基礎(chǔ)上，進(jìn)行交互處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)井眼的放大、縮小、切片等功能，而這個(gè)功能則是通過鼠標(biāo)即可完成。

6 對(duì)數(shù)字化油井技術(shù)的經(jīng)濟(jì)化價(jià)值思考

6.1 提高當(dāng)前石油企業(yè)的效率

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，同時(shí)我國原有的石油開采隨著設(shè)備和技術(shù)的落后，導(dǎo)致我國的原有開采量急劇減少。因此，在石油行業(yè)中提出了進(jìn)行二次創(chuàng)業(yè)的口號(hào)，以此從管理上和技術(shù)上對(duì)石油行業(yè)進(jìn)行革新。而正是隨著這些技術(shù)的出現(xiàn)，給石油行業(yè)帶來了二次的技術(shù)革命，使得原本通過經(jīng)驗(yàn)和簡單的設(shè)備進(jìn)行的勘探、采油等可通過可視化、智能化的軟件進(jìn)行直接的分析，以此大大的提高了我國石油開采的成功率，并提高石油企業(yè)整體效益。

6.2 新技術(shù)的革新，將加速石油企業(yè)的決策和管理水平

數(shù)字化油井技術(shù)的使用，通過人工智能化，使得對(duì)油井的相關(guān)數(shù)據(jù)的分析變得異常的方便和快捷，同時(shí)其可視化的技術(shù)，使得在勘探中更能夠查找其中的勘探的問題，從而通過這些數(shù)據(jù)和技術(shù) ，提升了石油企業(yè)對(duì)相關(guān)問題的決策時(shí)間，并且可有效的提高公司信息化的技術(shù)水平，加強(qiáng)企業(yè)內(nèi)部之間的信息溝通。

[1] 張晨旭.基于OpenGL的機(jī)器人仿真技術(shù)研究[J].機(jī)械管理開發(fā).2009(3)：19-21.

[2] 張淼，劉坤芳，曹里民.多井底井眼軌跡設(shè)計(jì)與控制理論[M].北京：石油工出版社.2000.

吳文希， 女， 1986， 遼寧省，大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，助理工程師， 研究方向油田經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)效益評(píng)價(jià)

Value of digital technology and its economic well

Wu Wenxi
(Daqing Oilfield Exploration and Development Institute LLC，DAQING，163712)

The project to digitize oil wells system as an example,simulation,virtual reality,and artificial intelligence for scientific support,to build a digital,intelligent well systems,combined with the principles of economics,economic digitized wells value do simple analysis.

Digital wells;OpenGL technology;3D display technology