劉珊珊，蔣宏偉，趙亦朋，羅光強(qiáng)

(1.中國石油大學(xué)(北京) 石油工程學(xué)院，北京 102249； 2.中國石油集團(tuán) 工程技術(shù)研究院，北京 102206；3.北京燃?xì)饧瘓F(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100035)

引 言

地質(zhì)工程一體化作為非常規(guī)油氣藏勘探開發(fā)有效工作流程已成為行業(yè)一種廣泛共識[1-6]，其涵蓋了地質(zhì)、油藏、物探、鉆井、錄井、測井、試油、試采、油氣生產(chǎn)和井下作業(yè)等專業(yè)領(lǐng)域，這里的“地質(zhì)”不是特指學(xué)科意義上的地質(zhì)學(xué)科，而是泛指以油藏為中心(包括油藏表征、地質(zhì)建模、地質(zhì)力學(xué)、油氣藏工程評價等)的多學(xué)科綜合研究工作[7-12]?！肮こ獭笔侵冈诳碧介_發(fā)過程中從鉆井到生產(chǎn)等一系列工程技術(shù)應(yīng)用及解決方案篩選優(yōu)化等工作。鉆井過程中，將三維工程地質(zhì)數(shù)據(jù)加載到統(tǒng)一的三維模型當(dāng)中，通過可視化軟件逼真地展示地下空間的三維場景，可為工程和地質(zhì)專家建立良好的溝通渠道，實現(xiàn)更好的多專業(yè)協(xié)同效果，這是地質(zhì)工程一體化的重要的體現(xiàn)形式之一。目前，國內(nèi)三維油藏可視化理論研究與技術(shù)方法仍處于一個不斷探索和發(fā)展的階段。

油藏模型是地質(zhì)模型中一種重要的模型，包含了油藏數(shù)值模擬所需的所有數(shù)據(jù)，如網(wǎng)格物理數(shù)據(jù)，動靜態(tài)數(shù)據(jù)等，通常數(shù)據(jù)量非常龐大，可以達(dá)到幾百兆字節(jié)以上。對于地質(zhì)工程一體化應(yīng)用，油藏模型主要作為地質(zhì)工程一體化的參考對象，并不參與運(yùn)算，因此模型中存在大量的冗余數(shù)據(jù)，直接使用這樣的數(shù)據(jù)模型，既會加大網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)載，又導(dǎo)致展示效率很低[13-16]。

本文根據(jù)地質(zhì)工程一體化的需求對油藏模型進(jìn)行優(yōu)化，首先通過分析常用的Eclipse油藏模型數(shù)據(jù)文件格式，提取其中所需的數(shù)據(jù)，其次對油藏網(wǎng)格進(jìn)行消隱處理，從而大幅減少文件數(shù)據(jù)量，然后結(jié)合最新的三維圖形接口開發(fā)了用于可視化的軟件。

1 油藏模型數(shù)據(jù)格式

Eclipse軟件是最常用的油藏數(shù)值模擬軟件，因此油藏部門一般都能夠提供Eclipse格式的油藏模型數(shù)據(jù)文件。本文首先對Eclipse模型文件格式進(jìn)行解讀，根據(jù)可視化所需展示的屬性，按照關(guān)鍵字抽取數(shù)據(jù)內(nèi)容和網(wǎng)格數(shù)據(jù)，為下一步消隱優(yōu)化提供輸入數(shù)據(jù)。

Eclipse油藏模型采用六面體網(wǎng)格，網(wǎng)格的基本單元為凸六面體。模型文件包含多個數(shù)據(jù)文件，用來描述不同的內(nèi)容。數(shù)據(jù)文件類型見表1。

表1 Eclipse模型包含的數(shù)據(jù)文件Tab.1 Data files of Eclipse's model

模型數(shù)據(jù)按照關(guān)鍵字進(jìn)行分段存儲。軟件加載數(shù)據(jù)時，遇到相應(yīng)關(guān)鍵字時，即可根據(jù)關(guān)鍵字確定后續(xù)數(shù)據(jù)的內(nèi)容。Eclipse常見的關(guān)鍵字見表2。

表2 Eclipse常見關(guān)鍵字Tab.2 Common keywords of Eclipse's model

數(shù)據(jù)文件存儲方式有文本格式和二進(jìn)制格式，其中文本格式的數(shù)據(jù)文件，可以使用文本編輯器直接查看其中的數(shù)據(jù)，易于閱讀，但是不利于計算機(jī)處理，數(shù)據(jù)量較大，處理效率低。二進(jìn)制文件不能直接用文本方式查看，但可以快速加載到計算機(jī)當(dāng)中，數(shù)據(jù)量較小，處理效率高。以下分別介紹。

1.1 文本格式

以Eclipse 中FGRID網(wǎng)格文件為例，其基本格式是按照關(guān)鍵字進(jìn)行分段，例如DIMENS關(guān)鍵字用來描述維數(shù)，COORDS關(guān)鍵字用來描述單元格的坐標(biāo)，CORNERS關(guān)鍵字用來描述角點的X，Y，Z坐標(biāo)。由于文本格式可以直接閱讀，根據(jù)關(guān)鍵字的含義，可以編寫軟件進(jìn)行讀取。

1.2 二進(jìn)制格式

Eclipse的二進(jìn)制文件中，共有5種數(shù)據(jù)類型，見表3。

其中主要的一點是，Eclipse文件的二進(jìn)制類型字節(jié)編碼順序是Big Endian，與常用的x86 CPU字節(jié)編碼順序Little Endian不同，如果采用x86 CPU，需要在加載數(shù)據(jù)時顛倒字節(jié)順序。完善的計算機(jī)程序可以在運(yùn)行時通過動態(tài)判斷字節(jié)順序，確定CPU的編碼順序，從而動態(tài)確定是否需要進(jìn)行編碼順序的處理，這對于跨平臺開發(fā)尤為重要。

表3 Eclipse模型的數(shù)據(jù)類型Tab.3 Data types of Eclipse's model

2 油藏模型預(yù)處理

油藏模型的網(wǎng)格數(shù)據(jù)非常巨大，在可視化過程中，如果將所有的網(wǎng)格直接顯示，則會給顯卡帶來很大壓力，一般的顯卡很難滿足顯示的要求。經(jīng)過分析，網(wǎng)格的單元格之間存在大量的遮擋關(guān)系，在不影響油藏模型顯示效果的前提下，對大量三維單元格中重復(fù)的頂點、面進(jìn)行隱藏、簡化，最終只顯示表面的點和面即可達(dá)到同樣的可視化目的，同時可以極大地減少顯示所需的數(shù)據(jù)，提高顯示效率，降低對硬件的需求。

同時，模型文件中大多數(shù)的數(shù)值模擬參數(shù)，可視化過程中無需使用，這部分?jǐn)?shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸也是無效的，用軟件預(yù)處理，提取可視化所需的數(shù)據(jù)，以一種高效的方式存儲和傳輸，可以有效降低存儲和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，提高效率。

油藏模型的預(yù)處理主要包含兩方面工作，一是網(wǎng)格模型的消隱計算[17]，二是消隱結(jié)果的高效存儲。

本文根據(jù)油藏地質(zhì)模型網(wǎng)格的特點，提出了一種基于單元格拓?fù)潢P(guān)系的消隱算法， 通過一組預(yù)定義的點、 面關(guān)聯(lián)關(guān)系數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了快速消隱計算。 該方法速度快、 穩(wěn)定性好。 以下為該算法主要實現(xiàn)過程。

2.1 單元格六面體定義

油藏模型采用六面體角點網(wǎng)格進(jìn)行描述，一個油藏網(wǎng)格由NX×NY×NZ個六面體(單元格)組成，這些單元格并不是無序的，而是按照X、Y、Z方向進(jìn)行有序排列的。因此在知道某一單元格的編號時，即可確定該單元格在整個網(wǎng)格中的位置及相鄰單元格。

首先對一個單元格給出定義，見圖1。

圖1 單元格基本定義Fig.1 Basic definition of cell

圖中每個單元格6個面的編號分別為：0為前，1為后，2為左，3為右，4為上，5為下；8個頂點：上面的4個頂點按逆時針順序編號為0～3，下面的4個頂點為4～7。

2.2 油藏網(wǎng)格數(shù)據(jù)消隱

本文實現(xiàn)的消隱算法根據(jù)網(wǎng)格的拓?fù)潢P(guān)系消除隱藏的點和面，其中隱藏面是指2個六面體中4個頂點完全重合的面。算法的策略是求解有效網(wǎng)格的可見點集和面集。該算法首先判斷網(wǎng)格有效性，根據(jù)單元格的X,Y,Z方向依次順序進(jìn)行掃描計算，對有效網(wǎng)格的6個面與相鄰面進(jìn)行重合判斷，將重合的面進(jìn)行消隱處理，并根據(jù)面的可見性對頂點進(jìn)行消隱處理，最終僅提取可見的點和面數(shù)據(jù)，作為最終可視化的輸入數(shù)據(jù)，其中點集還考慮了重合點的處理問題，從而得到一種高效、簡潔的消隱方法。

如圖2所示，對網(wǎng)格進(jìn)行觀察，如果相鄰網(wǎng)格相鄰的面，4個頂點坐標(biāo)完全重合，則這2個面即可隱藏；每個頂點相鄰的3個面均為隱藏面，則改點為隱藏點，顯示網(wǎng)格時不需要使用該點的坐標(biāo)值，同時對于重合的可見點，也只需要保留一個。

圖2 網(wǎng)格示意圖Fig.2 Grid diagram

2.2.1 消隱流程

網(wǎng)格模型消隱算法基本步驟見圖3。

(1)根據(jù)單元格的有效性進(jìn)行初始化，將所有有效網(wǎng)格的6個面設(shè)為可見，無效網(wǎng)格6個面設(shè)置為不可見。

圖3 網(wǎng)格消隱流程Fig.3 Grid hiding process

(2)遍歷每個單元格cell(i,j,k)，其中(1≤i≤NX,i≤j≤NY,1≤k≤NZ)。

(3)判斷當(dāng)前單元格是否有效。若為有效則繼續(xù)進(jìn)行消隱計算，否則到步驟(2)。

(4)分別查找相鄰右、后和下方單元格，即cell(i+1,j,k)，cell(i,j+1,k)和cell(i,j,k+1)，以確定3、1、5面的可見性，若與之相鄰單元格為無效，則該面可見；若相鄰面，即2、0、4面與該面不重合，則2個面均為可見，否則均為不可見。注意，在該步驟中，相鄰單元格的2、0、4面的可見性已確認(rèn)，因此當(dāng)前單元格只需判斷3、1、5面的可見性。

(5)根據(jù)當(dāng)前單元格6個面的可見性，確定8個頂點的可見性，即每個頂點相鄰的3個面均為不可見則該點隱藏，否則該點可見。

(6)根據(jù)頂點可見性，確定哪些頂點需要輸出到最終的點集，但是在這一步中，需要考慮頂點可能與前面的單元格頂點重合。為了避免輸出重復(fù)的頂點，需要比較左、前和上方的頂點，只有在相鄰頂點不重合的情況下，才輸出相應(yīng)頂點，同時記錄每個可見頂點的索引。

(7)判斷遍歷是否完成。

(8)將所有可見頂點輸出到最終的點集，根據(jù)可見頂點的索引，輸出每個可見面，對于每個面僅需輸出該面的4個頂點索引值即可，將最終結(jié)果保存到消隱后數(shù)據(jù)文件。

2.2.2 高效消隱計算

為了使得程序更為簡潔高效，軟件根據(jù)單元格的拓?fù)潢P(guān)系設(shè)計了一組計算表，用于實現(xiàn)快速計算。

表4數(shù)據(jù)用于面的消隱，從中可以看出，只需一個3步的循環(huán)，按照每行數(shù)據(jù)i,j,k的增量，即可查找到相應(yīng)方向的相鄰單元格，根據(jù)消隱面索引和相鄰面索引，可以確定要比較的面，只需比較消隱面頂點索引和相鄰面頂點索引中的頂點即可確定可見性。

表4 面消隱計算索引Tab.4 Surface hiding computing index

單元格當(dāng)中任意一個頂點是否可見，可通過該點所在面的可見性進(jìn)行判斷，由圖觀察得知，每個頂點在3個面上，其中任意一個面可見，則該點可見。表5數(shù)據(jù)用于頂點的消隱計算，對于單元格任意p點，0≤p≤7，其可見性只需查看表中相應(yīng)行中3個相鄰面的可見性即可確定。

2.2.3 消隱結(jié)果的優(yōu)化

通過上面的計算，已經(jīng)得到每一個單元格的可見面及可見點，但是通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，盡管得到了所有可見面，但是這些面的頂點，可能存在重合。在可視化的時候，重合點的數(shù)據(jù)，會占用大量顯卡的內(nèi)存，增加了可視化的工作量，有必要進(jìn)一步優(yōu)化。

表5 頂點消隱對應(yīng)關(guān)系Tab.5 Corresponding relation of vertex hiding

目標(biāo)是得到一個點集(PointSet)和一個面集(FaceSet)，其中點集中不存在重合的點，并且通過這些點，能夠表示所有可見的面。

計算流程如下，對單元格進(jìn)行逐個處理，當(dāng)發(fā)現(xiàn)可見點時，根據(jù)表6的數(shù)據(jù)，檢查相鄰上、前、左側(cè)是否已出現(xiàn)與之重合的點，如果沒有重合的點，則輸出該點到點集PointSet，并記錄該點在PointSet當(dāng)中的索引值(單元格的Order屬性)，否則使用之前出現(xiàn)的點的索引值。

表6 重合點消隱對應(yīng)關(guān)系Tab.6 Corresponding relation of coincident point hiding

其中每一組數(shù)代表該單元格的上面、前面和左面單元格當(dāng)中與該點可能相鄰點的索引，如果該點與相應(yīng)單元格不相鄰，則設(shè)置點索引為-1。通過這一組常量，可以快速輸出單元格中不重合點的點集。

經(jīng)過上述處理，即可得到消除重合點的優(yōu)化點集數(shù)據(jù)。在表示可見面時，只需要給出4個頂點坐標(biāo)在點集中的索引即可。

2.3 消隱結(jié)果的存儲

將消隱計算的結(jié)果保存為數(shù)據(jù)文件，減小網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，易于編碼和解析，同時具有良好的自描述性和可擴(kuò)展性。

通過考察各種文本及二進(jìn)制數(shù)據(jù)格式，例如XML、JSON、BSON、MsgPack等，確定了MsgPack格式作為基本格式，該格式是一種二進(jìn)制格式，與JSON格式類似，具有良好的自描述性和可擴(kuò)展性，一般情況下，數(shù)據(jù)量是XML的1/20，JSON的1/10，幾乎所有的系統(tǒng)和開發(fā)語言都提供了對MsgPack格式的支持，完全能夠滿足需求。

3 油藏模型高效可視化技術(shù)

3.1 油藏數(shù)據(jù)可視化映射

得到統(tǒng)一格式的用來可視化的網(wǎng)格數(shù)據(jù)集合，是科學(xué)計算可視化過程前的數(shù)據(jù)預(yù)處理階段，稱為數(shù)據(jù)操縱。接下來需要做的是對數(shù)據(jù)網(wǎng)格的展示處理，包括可視化映射和繪制。研究分析可視化映射方案，尋找合適的圖像展示效果及人機(jī)交互方式。

3.2 油藏數(shù)據(jù)可視化繪制實現(xiàn)

油藏網(wǎng)格的繪制過程包括：①通過數(shù)據(jù)繪制幾何形狀，包括網(wǎng)格、井軌跡；②確定單元格參數(shù)與顏色之間的關(guān)系，即單元格著色；③三維對象的控制，如旋轉(zhuǎn)、平移及縮放[18]。

3.2.1 網(wǎng)格繪制

油藏模型的顯示，關(guān)鍵在于網(wǎng)格的處理和顯示[19-23]。一般來說，油藏模型的數(shù)據(jù)量非常巨大，在顯示之前必須進(jìn)行預(yù)處理。網(wǎng)格由一系列六面體組成，其中大量的單元格是連續(xù)的，存在相互遮擋關(guān)系，即許多單元格的表面因為重疊而不可見。在可視化過程中，顯示這些重疊的面是沒有意義的，只會增加顯示的負(fù)擔(dān)而影響性能。預(yù)處理過程需要根據(jù)單元的拓?fù)潢P(guān)系消除所有隱藏點和面，減少顯示數(shù)據(jù)量。

以一個中型模型為例，模型大小為132×92×45=564 300個單元格，其中有效單元格182 104個，有效單元格有1 092 624個點和1 092 624個面，通過預(yù)處理，可見點減少到171 611，可見面減少到153 616，相對原有數(shù)據(jù)量減少85%以上(表7)。

表7 不同規(guī)模網(wǎng)格預(yù)處理結(jié)果對比Tab.7 Comparison of preprocessing results of different scale grids

油藏模型通過繼承MeshGeometryModel3D，允許開發(fā)人員指定位置、普通和紋理坐標(biāo)信息，其關(guān)鍵在于通過MeshBuilder類構(gòu)造Geometry對象，其中關(guān)鍵屬性為：頂點位置(Positions)、三角形定點索引(TriangleIndices)、三角形法向量(Normals)和材質(zhì)坐標(biāo)(TextureCoordinates)。油藏網(wǎng)格由一系列四邊形構(gòu)成，對于單一的四邊形見圖4。

圖4 單一四邊形分解圖Fig.4 Single quadrilateral decomposition

三維圖形的基本元素是三角形，因此將一個四邊形劃分為2個三角形Δp0p1p2和Δp2p3p0，法向量分別為

(1)

采用ColorStripeMaterial材質(zhì)，材質(zhì)坐標(biāo)(u,v)為

(u,v)=((V-Vmin)/(Vmax-Vmin)，0)

(2)

其中：V為單元格屬性值，由模型屬性值輸入決定，如孔隙度；Vmin為屬性值最小值；Vmax為屬性值最大值。

3.2.2 網(wǎng)格的著色

色標(biāo)模塊是整個三維可視化模塊的基礎(chǔ)，色標(biāo)模塊設(shè)計的好壞直接決定可視化效果的好與壞。在可視化過程中，人們已經(jīng)習(xí)慣用不同的顏色表示油藏模型的相應(yīng)屬性，因為使用顏色可以更好地顯示出整個地層的趨勢以及屬性的分布情況，并且能夠讓人們更加容易地判斷出當(dāng)前工區(qū)的狀態(tài)。所以設(shè)計一套好的色標(biāo)系統(tǒng)非常重要。本文使用色標(biāo)的方式為網(wǎng)格著色，通過選擇不同的色標(biāo)，可以對網(wǎng)格進(jìn)行不同效果著色。色標(biāo)的基本概念是使用一組顏色值代表數(shù)值，例如常用的彩虹色標(biāo)，即模仿彩虹的顏色(紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛藍(lán)、紫羅蘭色)組成，本文同時還建立了其他多種色標(biāo)，用以滿足不同的可視化需求。

3.2.3 井軌跡的繪制

井軌跡模型三維顯示在油藏三維模型中占重要組成部分[24]，為地質(zhì)工程一體化提供同一可視化環(huán)境。通過三維可視化技術(shù)來反映井軌跡模型，并與油藏網(wǎng)格模型相結(jié)合，不僅方便油藏、地質(zhì)等人員更直觀、形象地觀察和分析已開采井的井位、井軌跡走向，了解鉆井的深度以及軌跡穿越的地層情況，也為后續(xù)井軌跡設(shè)計和控制、開發(fā)方案的制定和油田開發(fā)的管理與決策等帶來方便。軌跡數(shù)據(jù)主要包括測量深度(MD)，井斜角(Dev)和方位角(Azi)，需要通過計算獲得軌跡的空間坐標(biāo)：北坐標(biāo)X、東坐標(biāo)Y和垂深Z，它們分別代表軌跡上某一點相對于井口的南北方向、東西方向和垂直方向的位移。計算過程如下，將井口作為坐標(biāo)原點，從井口開始依次遞推計算相鄰2個測量點，通過假設(shè)兩測點間井段的三維曲線形狀，計算測量井段垂向上增量ΔZ、南北向增量ΔX及東西向增量ΔY，再將其累加，即可得到X、Y、Z，將這些數(shù)據(jù)連線，即形成井軌跡。在某些情況下，如果井軌跡數(shù)據(jù)比較稀疏，直接連線會出現(xiàn)折線，可以采用空間圓弧插值或三次樣條插值的方式[25]獲得平滑的井軌跡。

對于單井，其X、Y、Z都是相對于其井口坐標(biāo)的，對于不同的井，其井口在地圖上的北坐標(biāo)、東坐標(biāo)及井口海拔均不同，將多井?dāng)?shù)據(jù)放在同一坐標(biāo)系下，必須將所有井?dāng)?shù)據(jù)校正到統(tǒng)一的坐標(biāo)系(Xu,Yu,Zu)。

(3)

其中：Wb為補(bǔ)心高；WX為井口地圖北坐標(biāo)；WY為井口地圖東坐標(biāo)。

在實際開發(fā)中為減少運(yùn)算，可以采用相對坐標(biāo)，通過平移變換將井軌跡移動到井口位置，這樣可以更充分利用GPU運(yùn)算。

3.2.4 三維變換

平移、旋轉(zhuǎn)、縮放是基本的三維變換，雖然可以使用公式表示每一種變換，但是在表示多種連續(xù)變換時，使用公式會變得非常復(fù)雜，利用坐標(biāo)變換矩陣，可以更為方便地實現(xiàn)各種基本變換及組合變換。

旋轉(zhuǎn)：空間旋轉(zhuǎn)可以分解為圍繞3個坐標(biāo)軸的二維旋轉(zhuǎn)。繞x,y,z軸旋轉(zhuǎn)矩陣分別為

(4)

R=RxRyRz。

(5)

R為總旋轉(zhuǎn)矩陣。

平移：空間平移是物體在任何距離和方向上的運(yùn)動。點的平移變換公式為

(6)

縮放：對于空間任意參考點縮放變換，縮放轉(zhuǎn)換公式為

(7)

基于上述基本變換，任何復(fù)雜的三維變換都可以分解為3種基本變換的組合。例如，對象圍繞空間中的任意點(x,y,z)旋轉(zhuǎn)。變換步驟如下：先將中心點(x,y,z)平移到原點(0,0,0)，然后圍繞原點旋轉(zhuǎn)，再將原點平移到中心點(x,y,z)。在變換過程中，將矩陣相乘，得到最終的變換矩陣。在實際應(yīng)用中，只需要計算最終的矩陣，而不需要考慮中間的復(fù)雜過程。上述變換過程可通過式(8)、(9)實現(xiàn)。

M=T(-x,-y,-z)R(ψ,φ,θ)T(x,y,z)。

(8)

(x′y′z′ 1)=(xyz1)M。

(9)

透視圖是中心投影的某個立體影像,其幾何性質(zhì)與照片成像完全一樣,是將空間的三維立體按照視覺印象的特征形成平面二維圖像,即按中心投影規(guī)律在二維坐標(biāo)系的圖像。通過透視變換，將三維圖形顯示在二維屏幕上。當(dāng)用戶想要觀察不同距離和角度的三維場景時，可以通過鼠標(biāo)移動相機(jī)的位置。鼠標(biāo)移動是一個二維動作，因此需要根據(jù)相機(jī)的位置將鼠標(biāo)移動取消投影到二維空間。用戶可以通過移動攝像機(jī)的位置來達(dá)到旋轉(zhuǎn)和縮放的效果[26]。

在鼠標(biāo)移動過程中跟蹤攝像機(jī)的位置，可動態(tài)調(diào)整顯示內(nèi)容。通過計算文本刻度與屏幕上視線的相對關(guān)系，合理確定文本刻度的位置，獲得較好的視覺效果。通過設(shè)置“攝像機(jī)”的參數(shù)：包括位置、上方向、朝向、視角、近平面及遠(yuǎn)平面，可以實現(xiàn)用戶從不同角度、距離查看三維場景，實現(xiàn)整個場景的旋轉(zhuǎn)、縮放及平移，透視原理見圖5。

交互漫游是由讀者用戶使用鍵盤、鼠標(biāo)或其他交互設(shè)備來操作，按照使用者意圖以第一人稱來設(shè)置場景、控制漫游方向和位置定位。通過透視變換實現(xiàn)油藏模型的漫游、縮放、移動和視點切換等交互操作。

圖5 透視示意圖Fig.5 Schematic diagram of perspective

4 油藏模型繪制效果

地質(zhì)工程一體化研究當(dāng)中，將工程與地質(zhì)數(shù)據(jù)相結(jié)合，通過本文的可視化技術(shù)，逼真地展現(xiàn)地下空間油藏及工程的三維場景[27]，可有效加強(qiáng)多專業(yè)的溝通，提高技術(shù)決策的效率，為鉆井過程提供了一種直觀的技術(shù)手段。圖6為鉆井工程數(shù)據(jù)和地層數(shù)據(jù)三維展示圖(紅色軌跡代表油井，藍(lán)色代表注水井)，圖 7為油藏屬性三維展示，圖 7(a)顯示靜毛比(NTG)，圖7(b)顯示孔隙度(PORO)，圖7(c)縱向放大加網(wǎng)格顯示，圖 7(d)網(wǎng)格旋轉(zhuǎn)放大顯示。

基于WPF技術(shù)和MVVM設(shè)計模式并利用HelixDirectX圖形接口的高性能三維可視化解決方案開發(fā)了油藏模型可視化軟件(Helix 3D toolkit是一個基于WPF的開源庫，用來讀取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)以成圖，并每隔一段時間重新獲取最新數(shù)據(jù)，更新圖形，具有高開發(fā)效率)，不僅在顯示效率和效果上能夠滿足需求，同時通過應(yīng)用MVVM模式，使得三維控件的易用性得到大大提高。

5 結(jié) 論

(1)提出了一種油藏網(wǎng)格模型的快速消隱算法，在不影響油藏模型顯示效果的前提下，對原始網(wǎng)格模型數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，可減少疏松三維繪圖引擎的數(shù)據(jù)量，提高油藏模型繪制速度， 降低三維可視化對計算機(jī)硬件的需求，提高顯示效率。

(2)在油藏模型基礎(chǔ)上，開發(fā)了基于WPF的油藏三維可視化軟件，可實現(xiàn)油藏模型的漫游、縮放、移動和視點切換等交互操作。實際應(yīng)用表明該算法簡潔，計算速度快，穩(wěn)定性良好，是一種較為實用的地質(zhì)數(shù)據(jù)網(wǎng)格消隱算法。

圖6 鉆井工程數(shù)據(jù)和地層數(shù)據(jù)三維展示Fig.6 3D display of drilling engineering data and stratum data

圖7 油藏屬性三維展示Fig.7 3D display of reservoir attributes