沈東義,袁秋霞,張潔,李會弟

(1.中海石油(中國)有限公司 天津分公司,天津 300459; 2.中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司, 天津 300459)

0 引言

地震資料解釋是把地震數(shù)據(jù)變成地質(zhì)成果的過程,通過運用波動理論和地質(zhì)知識,綜合地質(zhì)、鉆井、測井等各項資料,做出構(gòu)造解釋、地層解釋、巖性及綜合解釋,對這些資料進行綜合分析、模擬計算、反復(fù)對比,繪出有關(guān)的成果圖件,對探區(qū)作出含油氣評價,提出鉆井位置的過程[1]。目前國內(nèi)主流的地震資料解釋軟件包括LandMark、GeoFrame等交互解釋系統(tǒng)[2]。LandMark和GeoFrame作為石油行業(yè)中勘探解釋工作的主流軟件,是國外公司基于Unix/Linux平臺開發(fā)的大型工作站版軟件[3-4]。其中,Geoframe軟件提供了常規(guī)測井曲線的交互解釋、傾角處理、成像資料的處理解釋以及工程應(yīng)用等功能,為油田提供油氣水層評價、儲量計算、鉆井及壓裂工程應(yīng)用等一整套參數(shù),在勘探開發(fā)地震資料處理解釋中使用廣泛,工區(qū)中存儲著大量的重要地質(zhì)地震數(shù)據(jù)[5-8]。

隨著油氣勘探需求的不斷增大,地震勘探數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)出了快速增長的趨勢,這給地震資料解釋工作帶來了巨大挑戰(zhàn)[9-11]。目前渤海油田采用GeoFrame(簡稱GF)進行構(gòu)造解釋、雙狐[12]進行圖件編輯的解釋制圖模式,由于GF數(shù)據(jù)無法直接導(dǎo)出,常見的做法是將地震數(shù)據(jù)進行多種格式轉(zhuǎn)換后導(dǎo)入雙狐中進行編輯處理。渤海油田地震數(shù)據(jù)具有復(fù)雜多樣的特點,導(dǎo)致雙狐中提供的斷層處理、測網(wǎng)生成等功能往往無法滿足現(xiàn)有制圖需求,經(jīng)由雙狐函數(shù)處理后的數(shù)據(jù)元素仍需進行大量手工編輯工作。在這種模式下,對等值線、斷層、尖滅、測網(wǎng)等各種數(shù)據(jù)的基本處理、實現(xiàn)圖件標(biāo)準(zhǔn)化需要占用制圖人員的大量時間。因此,如何高效地將工作站解釋軟件工區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)導(dǎo)出并制作成標(biāo)準(zhǔn)圖件一直是解釋制圖人員研究的重點。

針對以上問題,本文對現(xiàn)有構(gòu)造解釋軟件和制圖軟件的數(shù)據(jù)管理模式、成果圖件包含的基本數(shù)據(jù)類型及各種地震數(shù)據(jù)相關(guān)的處理流程展開研究,提出一種多類型地震數(shù)據(jù)自動化處理成圖算法,對各種地震數(shù)據(jù)集成式處理,并通過算法設(shè)計一種成圖軟件,用以連通工作站與微機軟件并輔助制圖,達到簡化成圖步驟、提升制圖效率的目的。

1 多類型地震數(shù)據(jù)自動化處理算法

為了快速準(zhǔn)確的處理多種地震數(shù)據(jù),高效繪制物探解釋成果圖件,設(shè)計了一種多類型地震數(shù)據(jù)自動化處理算法,具體流程如圖1所示。主要包括數(shù)據(jù)導(dǎo)出模塊、多數(shù)據(jù)處理模塊以及修飾添加模塊,依次對地震數(shù)據(jù)進行處理。其中數(shù)據(jù)導(dǎo)出模塊通過后端數(shù)據(jù)接口將解釋成果軟件中的解釋成果數(shù)據(jù)直接導(dǎo)出并轉(zhuǎn)換為雙狐圖件格式;多數(shù)據(jù)處理模塊包括測網(wǎng)生成模塊、等值線處理模塊和斷層處理模塊,可以將數(shù)據(jù)導(dǎo)出模塊導(dǎo)出的三點坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三維測網(wǎng)并完成對等值線數(shù)據(jù)和斷層數(shù)據(jù)的相關(guān)處理流程;修飾添加模塊可以將圖形要素修飾參數(shù)、三維測網(wǎng)和圖件輔助要素自適應(yīng)添加到物探解釋成果圖件,完成基本繪圖標(biāo)準(zhǔn)化工作。

圖1 基于多類型地震數(shù)據(jù)自動化處理成圖方法流程

1.1 數(shù)據(jù)導(dǎo)出模塊

為了減少不同軟件間頻繁的數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出和格式轉(zhuǎn)換操作,數(shù)據(jù)導(dǎo)出模塊作為微機與工作站解釋軟件的直連通道,依靠后端直連算法連接微機與工作站解釋軟件,直接將解釋軟件內(nèi)解釋成果數(shù)據(jù)導(dǎo)出并轉(zhuǎn)換為雙狐圖件格式。導(dǎo)出成果根據(jù)數(shù)據(jù)類型分別標(biāo)記存儲,將用于生成三維測網(wǎng)的三點坐標(biāo)數(shù)據(jù)存儲于3dPoint.txt文件下;將井位坐標(biāo)數(shù)據(jù)存儲為well.dfd,等值線數(shù)據(jù)存儲為Contour.dfd,斷層數(shù)據(jù)存儲為Fault.dfd;將等值線與斷層數(shù)據(jù)合并存儲于Contour_Fault_All.dfd文件下,作為下一階段多數(shù)據(jù)處理模塊的輸入數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)處理模塊

1.2.1 生成測網(wǎng)

測網(wǎng)生成模塊實現(xiàn)三點坐標(biāo)到三維測網(wǎng)的轉(zhuǎn)換功能,并可根據(jù)自定義炮、線間距計算顯示測網(wǎng)間距。

為了獲取高精度三維測網(wǎng),減少計算誤差,測網(wǎng)線間距嚴(yán)格由三點坐標(biāo)與自定義炮、線間距計算得到,步驟如下:

1)根據(jù)三點坐標(biāo)數(shù)據(jù)求出整個測網(wǎng)矩形范圍,獲取測網(wǎng)邊界點數(shù)據(jù);

2)將測網(wǎng)邊界點數(shù)據(jù)進行二維旋轉(zhuǎn),計算測網(wǎng)網(wǎng)格線間距,得到內(nèi)部網(wǎng)格線結(jié)果;

3)對網(wǎng)格線結(jié)果進行二維逆旋轉(zhuǎn)變換即可得到最終的測網(wǎng)網(wǎng)格線結(jié)果。

1.2.2 處理等值線

等值線處理模塊實現(xiàn)等值線的延伸、去重、區(qū)分標(biāo)記等功能。工作站解釋軟件等值線繪制過程中由于算法和顯示原因,使得圖件中等值線與斷層線連接處會出現(xiàn)一些不合理關(guān)系,概括為以下3種:①等值線端點處與斷層邊界相近且未連接;②等值線穿插并延伸出斷層;③等值線穿插至斷層面內(nèi)部。如圖2所示。

圖2 等值線與斷層位置關(guān)系示意

處理上述等值線問題,根據(jù)輸入的等值線和斷層數(shù)據(jù),通過計算等值線末端點與斷層線的距離,將等值線延伸至相應(yīng)斷層上,并去除等值線與斷層的重合部分。同時,針對未區(qū)分計曲線和首曲線的等值線,軟件允許用戶自定義區(qū)分條件,實現(xiàn)自動區(qū)分。

1.2.3 處理斷層

斷層處理模塊實現(xiàn)斷層數(shù)據(jù)上下盤區(qū)分功能。該模塊通過計算機算法結(jié)合地質(zhì)專業(yè)知識完成斷層上下盤識別處理。處理過程分3步:①依順序遍歷斷層內(nèi)任意相鄰3點A(x1,y1)、B(x2,y2)、C(x3,y3),按照式(1)計算斷層內(nèi)拐角值θ;②根據(jù)拐角計算結(jié)果確定分割點,并完成斷層打斷分割操作;③計算與各分割線相連等值線的大小,根據(jù)相連等值線判斷斷層上下盤。

。

(1)

兩盤等值線深度對比如圖3所示,步驟(2)中將斷層Polygon切割為兩條斷層盤線,此時設(shè)置上方為A線,下方為B線。選取A線為基準(zhǔn)線,計算出A線與等值線620的交點Pa,620的深度值Da;再計算出B線上與Pa,620最近的點Pb,620,根據(jù)線性差值法得到Pb,620在B線上深度值Db;最后比較Da與Db的深度值大小,若Da小于Db則A線為下降盤,B為上升盤,否則B為下降盤,A為上升盤。

圖3 兩盤等值線深度對比

針對斷層周邊等值線稀疏甚至不存在等值線導(dǎo)致無法識別斷層上下盤的情況,模塊將新建error層存儲,以便后續(xù)人工編輯。

1.3 修飾添加模塊

修飾添加模塊將各類修飾要素自適應(yīng)添加到圖件中,具體如下:根據(jù)等值線范圍自動裁剪三維測網(wǎng)、自動尋址定位添加包括責(zé)任表、比例尺、指北針、圖名在內(nèi)的各類修飾要素、以及其他基本修飾添加功能。

裁剪測網(wǎng)和自動尋址定位添加修飾要素功能利用遍歷算法進行處理。其中裁剪測網(wǎng)將從測網(wǎng)外圍由外向內(nèi)逐條判斷是否刪除inline和cdp網(wǎng)格線,直至測網(wǎng)線接近等值線與斷層邊緣。圖4為裁剪測網(wǎng)流程。責(zé)任表等修飾要素同樣分別遍歷尋找等值線與斷層的邊緣部分實現(xiàn)添加,確保這些要素不遮蓋等值線與斷層等主要地質(zhì)要素。

圖4 裁剪測網(wǎng)流程

2 實驗與分析

2.1 實驗環(huán)境與數(shù)據(jù)

實驗平臺操作系統(tǒng)為Windows10+64,開發(fā)環(huán)境為.NET Framework、C#語言,CPU為11thGen Intel(R) Core(TM) i5-11400H@2.70GHz,內(nèi)存為16 G。實驗數(shù)據(jù)為微機直連Geoframe導(dǎo)出的圖件數(shù)據(jù),分別包括三點坐標(biāo)、井位坐標(biāo)、等值線、斷層、尖滅五類數(shù)據(jù)。其中多類型地震數(shù)據(jù)處理算法主要對三點坐標(biāo)、等值線、斷層和圖件修飾數(shù)據(jù)進行處理。

2.2 實驗過程與分析

由于傳統(tǒng)物探解釋繪圖工作模式主要依靠多種軟件工具進行圖件格式轉(zhuǎn)換和繁瑣的雙狐編輯,制圖過程容易受到人工編輯效率低下以及準(zhǔn)確性難以保證的制約。本次實驗以圖件繪制的時間和數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)確性為衡量指標(biāo),同一圖件下,處理時間越短、數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)確率越高說明算法的有效性越強。

為了證明基于本文算法的成圖軟件相較于傳統(tǒng)解釋繪圖工作模式的優(yōu)勢,隨機選取十幅圖件作為實驗數(shù)據(jù),分別對比采用傳統(tǒng)方法與基于新算法的成圖方法的處理結(jié)果,實驗結(jié)果如表1所示。其中在傳統(tǒng)方法下,結(jié)果主要假設(shè)為最優(yōu)結(jié)果,即手動操作0失誤的情況,實際情況中每失誤一次需重新執(zhí)行一個或多個步驟。

表1 傳統(tǒng)繪圖方法與基于新算法的成圖方法的對比實驗結(jié)果

通過設(shè)置對比實驗,對比傳統(tǒng)解釋繪圖工作方法和基于新算法的成圖方法在隨機的十幅真實圖件中的處理結(jié)果。對比指標(biāo)為處理總用時、處理總操作步驟、平均處理率(斷層)、平均處理率(等值線)。

由表1可以看出,與傳統(tǒng)繪圖方法相比,本文方法更有助于提升繪圖效率,能夠節(jié)省約90%的總制圖工時。本算法在準(zhǔn)確率方面:等值線處理率達100%;斷層處理率在自動化處理率為95.4%的基礎(chǔ)上結(jié)合人工編輯可達100%,雖然仍有少量斷層需人工判斷,但是綜合全部處理操作來看,可以發(fā)現(xiàn)本算法相較于傳統(tǒng)方法在所需工時、操作步驟方面已經(jīng)大大簡化。

3 基于多類型地震數(shù)據(jù)自動化處理成圖軟件的設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 功能設(shè)計

前期制圖工作主要圍繞解釋成果圖件的三大基本地質(zhì)要素(等值線、斷層、尖滅線)進行各項處理。軟件按照功能需求主要分為數(shù)據(jù)導(dǎo)出、等值線處理、斷層處理、測網(wǎng)生成、修飾添加五大功能模塊,軟件功能模塊圖如圖5所示。

圖5 軟件功能模塊

3.2 軟件架構(gòu)

軟件采用客戶機+服務(wù)器(client-server,CS)的結(jié)構(gòu)[13]?？蛻魴C即面向操作人員的軟件主體,集成了接口程序、數(shù)據(jù)處理程序和可視化界面,負(fù)責(zé)與用戶交互,進行數(shù)據(jù)導(dǎo)入、導(dǎo)出、處理、顯示等操作。服務(wù)器主要運行數(shù)據(jù)接口,負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從解釋軟件工區(qū)導(dǎo)出到本機文件中,以及存儲軟件的升級程序。軟件采用模塊化設(shè)計,模塊間耦合程度低,功能相對獨立。軟件設(shè)計框架如圖6所示,數(shù)據(jù)源包括GeoFrame工區(qū)內(nèi)等值線、斷層、尖滅、井口坐標(biāo)等數(shù)據(jù)信息,數(shù)據(jù)通過接口算法導(dǎo)出到本地文件中,然后通過其他子模塊進行相應(yīng)處理,每一步操作都對應(yīng)一個輸入和輸出,處理痕跡可查。

圖6 軟件設(shè)計框架

3.3 開發(fā)平臺與界面設(shè)計

軟件界面窗體采用Windows Form(Winform)平臺開發(fā)。WinForm是基于.NET Framework平臺的客戶端開發(fā)技術(shù),能更好地適應(yīng)Windows平臺,運行更加穩(wěn)定、安全,界面簡潔美觀[14]。軟件主界面與數(shù)據(jù)導(dǎo)出界面分別如圖7所示。

圖7 軟件主界面圖與數(shù)據(jù)導(dǎo)出界面

3.4 關(guān)聯(lián)軟件

雙狐軟件是目前渤海油田在地震資料輔助解釋和成果圖件編制過程中應(yīng)用較多的專業(yè)地質(zhì)制圖軟件。作為石油地質(zhì)勘探領(lǐng)域里常用的制圖軟件,雙狐具備了海量數(shù)據(jù)的讀取和運算能力、數(shù)據(jù)與圖形之間的處理能力、三維曲面處理及圖形可視化技術(shù)以及多數(shù)據(jù)庫集成和應(yīng)用等方面的技術(shù)功能優(yōu)勢[15-16]。雙狐圖件以*.dfd文件格式保存,圖層嚴(yán)格按坐標(biāo)疊合,圖層關(guān)系嚴(yán)謹(jǐn)。在此基礎(chǔ)上,本文以雙狐圖件格式為標(biāo)準(zhǔn),文件保存為*.dfd格式。

4 軟件應(yīng)用效果

軟件按照設(shè)計要求開發(fā)完成。以渤海某油田某層位數(shù)據(jù)為例,展示軟件應(yīng)用效果。圖8是GeoFrame工區(qū)內(nèi)某項數(shù)據(jù)導(dǎo)出的原始數(shù)據(jù)文件通過雙狐軟件打開的情況。此時等值線存儲在ContourSet層下,斷層存儲在FaultPolygon層下,以及尖滅線在ClipSet層。

圖8 渤海某油田某層位原始數(shù)據(jù)展示

原始數(shù)據(jù)文件依次經(jīng)過等值線處理、斷層處理、測網(wǎng)生成、修飾要素添加等幾個模塊處理后基本形成一幅標(biāo)準(zhǔn)化成果圖件。其中,圖9展示了等值線經(jīng)過延伸、去重、區(qū)分標(biāo)記處理以及極短線的刪除效果。此時,等值線按首曲線和計曲線分別存儲在Contourline和Contourmark層下。圖10展示了斷層上下盤區(qū)分的效果,此時斷層存儲多了faultup和faultdown層。

圖10 斷層處理效果展示

圖11為圖8原始文件經(jīng)過上文中各項處理后生成的效果展示。此時等值線數(shù)據(jù)完成標(biāo)記區(qū)分,分別存儲在Contourline和Contourmark下,斷層區(qū)分上下盤完成,分別存儲在faultup和faultdown下,測網(wǎng)、坐標(biāo)網(wǎng)、責(zé)任表、指北針、比例尺、圖名等主要圖形要素添加完成。

圖11 圖件處理效果展示

5 結(jié)論

隨著渤海油田勘探開發(fā)節(jié)奏的穩(wěn)步加快,對地震解釋成果繪圖工作提出了更高的要求。在此背景下,本文研究了一種基于多類型地震數(shù)據(jù)自動化處理成圖算法,將解釋軟件中解釋成果數(shù)據(jù)一鍵導(dǎo)出并完成格式轉(zhuǎn)換與自動化處理,實現(xiàn)快速成圖。與傳統(tǒng)成圖模式相比,本文方法將工作站解釋與雙狐制圖軟件更直接地聯(lián)系起來并集成了多種數(shù)據(jù)的處理算法,為物探成果制圖開創(chuàng)了新思路。通過算法優(yōu)化和設(shè)計,開發(fā)完成物探解釋圖件自動化處理軟件,實現(xiàn)軟件開發(fā)新突破。同時,軟件極大地簡化了成圖操作,平均每幅圖繪圖時間節(jié)省約90%,通過軟件的推廣普及能夠極大地解放人力物力,提升物探解釋成圖的效率。但是軟件目前仍存在一定的不足,集成的解釋軟件少,兼容性較差,數(shù)據(jù)自動處理算法并未實現(xiàn)全方位覆蓋,還有較大的進步空間。第二階段的研究開發(fā)已在設(shè)計進行中,旨在讓軟件功能更加完善,并能兼容多個解釋軟件,如LandMark、Petrel等,提高軟件的兼容性。