"數字油田"的設計與應用

第4期地球信息科學(xué)2002年12月GEO-INFORMATION SCIENCED2002“數字油田”的設計與應用李智陳強中國地震局地質(zhì)研究所,北京100029)(北京萬(wàn)維擬境科技有限公司,北京100081)摘要:本文研究了數字地球在油氣勘探開(kāi)發(fā)和油田管理決策中的具體應用——數字油田,并詳細分析了數字油田的相關(guān)技術(shù)和應用領(lǐng)域關(guān)鍵詞:數字地球;數字油田;虛擬現實(shí)中圖分類(lèi)號:P208;TE13數字油田是數字地球在油氣勘探開(kāi)發(fā)和油田管人員一起,通過(guò)聲控或其它交互,浸入到工作區的理決策中的具體應用。過(guò)去30年間,從油田各單位圈閉和油藏周?chē)?甚至沿著(zhù)布設的井跡,觸摸那些到石油集團公司各院所,都是以建立和運作大型計儲層,親臨其境地檢査成果,調看不同思路的建模算中心為主要技術(shù)投入,目前超級計算機、并行機和模擬結果,優(yōu)化決策。和各種國際先進(jìn)的軟件系統,廣泛用于地震處理、解釋和油藏數模等生產(chǎn)項目為過(guò)去30年來(lái)我國石油2數字油田的系統開(kāi)發(fā)、集成天然氣基本自給自足提供了基礎技術(shù)條件。數字油田系統是集計算機、網(wǎng)絡(luò )系統、虛擬現面對中國石油資源儲備的不足,從國家3大石實(shí)系統、數據集成共享、滾動(dòng)和智能化建模以及各油集團公司國際上市加速,開(kāi)拓國內石油界新理論、種勘探開(kāi)發(fā)應用軟件為一體的油田信息化和決策系新模式如海相疊合盆地等國家重大項目,到“八統。而不是純用戶(hù)版的三維可視化地震解釋系統。五”和“九五”期間中科院與勝利油田與大慶油田個(gè)典型的數字油田系統包括以下9個(gè)主要部的大型項目合作,都是極好的石油二次創(chuàng )業(yè)的對策。分對于中國這樣一個(gè)還沒(méi)有及時(shí)向新經(jīng)濟轉型的國(1)主計算機和客戶(hù)機家,中國能源行業(yè)和國民經(jīng)濟正受到國際石油波的(2)虛擬現實(shí)投影和浸入交互用戶(hù)界面不斷沖擊(3)網(wǎng)絡(luò )系統,包括局域、廣域和寬頻帶互聯(lián)網(wǎng)1從大型計算中心到數字油田(4)虛擬現實(shí)系統軟件,用于硬軟件耦合調試和人機交互對于油田來(lái)說(shuō),重點(diǎn)之一是從大型計算中心迅(5)虛擬現實(shí)系統的開(kāi)發(fā)兼應用集成平臺速轉型到數字油田。在數字油田系統里,可把復雜(6)虛擬現實(shí)應用軟件包,從處理、解釋到油藏的地下地質(zhì)情況,經(jīng)過(guò)疊前深度成像轉換成動(dòng)態(tài)、可滾動(dòng)建模等視、可交互的三維圖像,可隨意沉浸其中直接尋找(7)跨系統異構數據倉共享,如 OPENSPIRIT圈閉和油藏,直接設計井位和開(kāi)發(fā)方案、確定鉆井等軌跡、發(fā)現剩余油藏和隱蔽油藏,配合油藏模擬軟(8)通用的軟件開(kāi)發(fā)工具庫件,可以追蹤油藏的生產(chǎn)史、識別死油區和繞流區,(9)通用的應用算法和模塊庫,例如信號處理優(yōu)化開(kāi)發(fā)方案,改善油藏管理,從而極大地降低開(kāi)統計中國煤化工發(fā)成本。技術(shù)總工和管理決策者不再是傳統那樣審什HCNMHG發(fā)上述全部組成的硬件查報告圖集和聽(tīng)取多媒體介紹來(lái)決策,他們和專(zhuān)業(yè)和軟件都是不現實(shí)的。對于每一個(gè)主要部分,基本收稿日期:2002-04-01。作者簡(jiǎn)介;李智(1973-),中國地震局地質(zhì)研究所博土生,主要研究方向:數字地球及其應用地球信息科學(xué)2002年12月上都有若干家公司可以獨立提供。所以,根據用戶(hù)(2)垂向開(kāi)發(fā)兼用戶(hù)型數字油田系統需求而進(jìn)行的全系統集成必不可少。尤其重要的是(3)橫向開(kāi)發(fā)平臺型數字油田系統這樣一個(gè)系統,如果它的主要軟件只是純用戶(hù)版,那(4)多功能開(kāi)發(fā)與應用型數字油田系統么,該系統的增值開(kāi)發(fā)不可能實(shí)現,更不能靈活地按照硬件分類(lèi)的數字油田系統主要取決于網(wǎng)絡(luò )按照項目需要連接和增添各種應用軟件包和數據接傳輸方式和可視化程度,以下幾種可視化系統都可口。按照數字油田系統的軟件技術(shù)一般可劃分如下通過(guò)局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)分布式服務(wù)器實(shí)現信幾種息多媒體交互。一般系統結構框架如圖1所示(1)用戶(hù)型數字油田系統油田數據中心ISDN Y大型工作站虛擬現實(shí)平臺沒(méi)入式環(huán)境1T1浸入式環(huán)境2ODBC. Openspirit,凵 GOCAD-VRMD-VR3Party VRs圖1數字油田系統結構框ig. 1 The character of digital oilfield system(1)寬屏立體影像化便攜式/工作站系統:成結果。三維地震技術(shù)和近年發(fā)展起來(lái)的四維地震技本低、易移動(dòng)、個(gè)人或小團隊式的系統術(shù)是產(chǎn)生海量數字化地震數據的提取、識別、標定2)前投影曲屏系統:這種系統用于1θ~100人和預測地震處理解釋、分析模擬的關(guān)鍵技術(shù)親臨其境的虛擬現實(shí)環(huán)境下的功能演示當前我國油氣綜合預測的重點(diǎn)應包括以下幾方(3)后投影曲屏系統:當團隊工作時(shí),可避免面前投影系統中參與者在幕前的影像干涉。(1)薄互層油藏疊前、疊后地震屬性分析;(4)多投影多屏系統—如CAVE系統等(2)碳酸巖油藏巖性、流體反演和屬性分析;能源勘探開(kāi)發(fā)行業(yè)的高風(fēng)險高效益特征使它·(3)小尺度斷層斷裂的地震檢測和正演模擬;直是試驗和采用新方法、新技術(shù)的先驅。作為數字(4)多屬性和復合屬性的智能分類(lèi)、模式識別;地球的直接應用,數字油田系統開(kāi)發(fā)內容的關(guān)鍵技(5)巖石物理模擬、地震正演模擬和地震巖石術(shù)有物理模擬。(1)遠程異構的勘探開(kāi)發(fā)數據庫、數據倉和數數字油田中油氣綜合預測的流程有:疊后和疊據銀行。前地震屬性提取、直接找油(地震屬性)標志、多(2)基于波動(dòng)方程解的疊前深度偏移成像和智波多分量地震屬性、時(shí)延地震屬性差異對比,地震,能化地震屬性油氣預測。測井、巖芯分析與屬性標定、屬性異常的巖石物理(3)油藏三維滾動(dòng)建模從而動(dòng)態(tài)地把地震解釋模擬、地震屬性解釋與可視化和屬性異常用于構造到油藏數值模擬以及四維地震集成建模解釋、屬性異常用于層序地層相圖、屬性異常用于4)油田互動(dòng)擬境系統使多學(xué)科技術(shù)和管理決巖性鑒別、屬性異常用于流體預測、地震和測井屬策團隊能夠親臨其境地透視化互動(dòng)操作。性中國煤化工(5)互聯(lián)網(wǎng)啟動(dòng)和分布式地震和油藏應用軟件3.CNMH服務(wù)。濃切劫珠廾友是牛米我國的油田戰略,滾動(dòng)3數字油田的決策應用勘探開(kāi)發(fā)的成果體現就是油藏滾動(dòng)建模,即建模過(guò)程是在三維可視化甚至浸入式透視化交互的環(huán)境里3.1油氣綜合預測隨著(zhù)油藏數據變化而部分或全部自動(dòng)地更新。典型油氣綜合預測是數十年來(lái)石油勘探的技術(shù)集成旳油藏滾動(dòng)建模應該具有如下先進(jìn)技術(shù)特征4期李智等:“數字油田”的設計與應用(1)其軟件屬于開(kāi)發(fā)兼用戶(hù)版,用戶(hù)可按需要技術(shù)服務(wù)公司早在20世紀90年代初期就開(kāi)始增值開(kāi)發(fā)數據接口和應用算法模塊;POSC開(kāi)放式數據庫的共同研究開(kāi)發(fā),試圖整合石(2)能夠與當地和遠程的各種勘探開(kāi)發(fā)軟件的油行業(yè)種類(lèi)各異,難以兼容的老大難問(wèn)題。1995年數據庫、數據倉實(shí)現動(dòng)態(tài)集成和共享;《石油地球勘探物理》上曾經(jīng)詳細地對POSC作過(guò)介(3)用戶(hù)能夠開(kāi)發(fā)、存儲和修改構造建模、層序紹。盡管POSC勘探開(kāi)發(fā)數據模型經(jīng)過(guò)幾年努力終建模、屬性建模和風(fēng)險建模等流程;于推出,但該行業(yè)商業(yè)化競爭等主要因素并沒(méi)有使(4)用戶(hù)可用宏指令或開(kāi)發(fā)的用戶(hù)界面把這些整個(gè)石油行業(yè)普遍接受和廣泛集成到POSC上來(lái)流程裝配成各種自動(dòng)化建模子系統;目前的狀況傾向于把POSC數據模型作為許多數據用戶(hù)可在浸入式透視化多媒體交互(如聲控庫數據倉的其中一種數據模型式)的環(huán)境中進(jìn)行滾動(dòng)建模。顯而易見(jiàn),這樣的油近幾年來(lái),由于互聯(lián)網(wǎng)和內聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)藏滾動(dòng)建模,可廣泛用于展,數據銀行的發(fā)展成為新的熱點(diǎn)。國際上已有若(1)基于疊前和疊后地震解釋、反演和屬性分干家公司推岀勘探開(kāi)發(fā)數據銀行的服務(wù)。國內目前析的油氣綜合預測;正方興未艾。但是,由于國內油田數據是受?chē)鵂I(yíng)的(②)油藏精細描述和孔滲飽等油藏參數轉換和石油集團公司所支配,在未來(lái)幾年內都不可能實(shí)現空間分布模擬;共享,所以其市場(chǎng)的興起更取決于油田的開(kāi)放政策(3)布井、鉆井的風(fēng)險模擬和優(yōu)化決策;從數字油田系統要求的數據集成和共享來(lái)看(4)結合開(kāi)采數據、油藏數模數據以及開(kāi)發(fā)地油藏滾動(dòng)建模要求的無(wú)縫數據集成和共享是當務(wù)之震數據等的開(kāi)發(fā)決策急。對于具體一個(gè)項目,如果勘探開(kāi)放數據存放在3.3油田管理決策不同的地震和測井數據庫,甚至遠隔千里,有無(wú)可數字油田在油田管理決策中有若干獨特的優(yōu)能在做項目的時(shí)候能夠做到動(dòng)態(tài)數據集成,而且應勢。每個(gè)油田都有為數不多的經(jīng)過(guò)幾十年油田工作用實(shí)施之后的結果可以隨意存放到異地異構的數據的技術(shù)老總,他們在自己的大腦里對整個(gè)油田了如庫或數據倉呢?由十幾家公司發(fā)起的 OPENSPIRIT指掌,只有他們自己說(shuō)得清楚的油藏動(dòng)態(tài)和預測通聯(lián)合體幾年來(lái)一直致力于該問(wèn)題的解決,OPEN過(guò)數字油田系統,完全可以把他們的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )中積 SPIRIT?軟件能跨系統數據無(wú)縫集成和共享累建立的油田油藏滾動(dòng)建模,定量地實(shí)現或者開(kāi)發(fā)目前,中國石油天然氣勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)入了二次創(chuàng )為各種專(zhuān)家子系統,從而使通常需要幾年幾十年才業(yè)時(shí)期。在國內,油田滾動(dòng)勘探開(kāi)發(fā)面臨的是埋藏真正認識理解的油田客觀(guān)規律得以發(fā)現,迅速為更更深、更隱蔽、更難開(kāi)采的復雜生儲蓋地質(zhì)環(huán)境里多的技術(shù)和決策人員去發(fā)展和應用,創(chuàng )造更好的效的油氣藏。在國際石油市場(chǎng)上,中國三大石油石化益,變各級管理決策者從觀(guān)眾或聽(tīng)眾為實(shí)際操作者。集團公司的國際股市上市,標志著(zhù)國際市場(chǎng)的新開(kāi)級別越高,越脫離實(shí)際操作,越成為觀(guān)眾式或聽(tīng)眾拓,但畢竟是晩了幾步,許多國際石油戰略資源已式的技術(shù)和管理,這是任何行業(yè)長(cháng)期的習性。數字被一些國際跨國石油集團占領(lǐng)。因此,要在國際競油田系統從根本上改變這種落后的管理和決策過(guò)爭激烈的石油市場(chǎng)上有一席之地,傳統的以低成本程勞務(wù)取勝的優(yōu)勢不再是優(yōu)勢。新思路、新理論、新石油集團公司的油田管理國際上市后,油田稍技術(shù),才能從根本上解決或緩解中國石油戰略?xún)溆幸幠５目碧介_(kāi)發(fā)方案都有可能到集團公司去論不足的狀況。證、審批。通過(guò)集團公司的內聯(lián)網(wǎng),整個(gè)勘探開(kāi)發(fā)參考文獻方案可以動(dòng)態(tài)地在不同地點(diǎn)共同開(kāi)會(huì )論證,如同遠1中國煤化工Understanding Our Planet程醫療專(zhuān)家會(huì )診。對于日益增多的國際項目,可以California science centerCNMHG在中東、非洲、南美洲把勘探開(kāi)發(fā)方案送到集團公y,1998[2 Hwang K, Xu Z Scalable Parallel Computing: Technol司實(shí)時(shí)操作。ogy, Architecture, Programming, McGraw-Hill Com-3.4勘探開(kāi)發(fā)數據銀行panies, Inc.長(cháng)久以來(lái),各油田一直致力于油田勘探開(kāi)發(fā)數3]suCB. Black. Practical., Scalable, Modern3 D Seis-據的數據庫集成和共享。國際上數十個(gè)石油公司和mic Processing. The Leading Edge, 1996, 15(12·100·地球信息科學(xué)2002年12月[4] Joyce Bischoff, Ted Alexander Data Warehoused,Prac-[9]張茂軍.虛擬現實(shí)系統.北京:科學(xué)出版社,2002.tical Advice from the Experts, Prentice hall inc,1997.[10]H.R.納爾遜著(zhù).陸邦干等譯,勘探地球物理新技術(shù)[57 Goodchild M F Geographical Data Modeling. Compute北京:石油工業(yè)出版社,1986& Geosciences. 1992. 18(4)1]邸凱昌.空間數據發(fā)掘與知識發(fā)現.武漢:武漢大學(xué)出[6]承繼成等.數字地球導論.北京:科學(xué)出版社,2000版社,2001η]崔偉宏等·數字地球·北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,[12]李德仁,關(guān)澤群,空間信息系統的集成與實(shí)現,武漢:武漢測繪科技大學(xué)出版社,20008]王宏琳,地球物理勘探軟件平臺技術(shù).北京:石油工業(yè)「13]htp://www.mvrworld.com出版社,1999Design and Applications of Digital OilfieldLI Zhi, Chen Qians(1. Institute of Geology, China sogical Bureau, Beijing 100029, china2. InterV Rnet Corp., Beijing 100081, ChinaAbstract In this paper, the applications of digital Earth in oil and gas exploration and production, oilfieldmanagement and decision-making, the Digital Oilfield are researched. The fundamental technologies ofDigital Earth in development and application systems can be summarized as 4I, they are Immersive Visualization, Internet Enabled, Integrated Data warehousing, and Intelligent Modeling. Digital Earth is notjust Web-GIS, VR-GIS, or online 3S system (GIS, GPS, RS). In order to extend Digital Earth to DigitalOilfield, the SIM(Subsurface Imaging and Modeling is considered, then the Digital Earth will be used forscientific and industrial exploring from Earth surface to subsurface, even to Earth mantle and core, such asdigital oilfield, digital lithosphere, and digital biosphere, for industrial and social information management, and for innovative ways of educaticd entertainmentThe main improvement of Digital Oilfield in contrast to the original great computer center is that manyilfields have focused on oil and gas integrated forecasting, reservoir dynamic modeling, oilfield management and decision making, and exploration data warehousing. The immersive environment can providestereoscopic 3D images of the complex data, which makes users easier to understand, easy to do collaborative teamwork, easy to interpret, easy to make decision, easy to manage, easy to do perceptual computdA typical Digital Oilfield system can be divided into the following aspects: super workstation or computer cluster for computing and graphics generating, virtual reality and 3D projection systems for immersive visualization, wide band network, storage area network as Data warehouse, virtual reality systemsoftware, oilfield data processing software, develop software, data sharing software for multi-source andhetero-database seamless integration and so on. Suggestions on how to realize a Digital Oilfield system andits configuration are put forward. The key related technololyzed in detail.TH中國煤化工 digital oilfield are anaCNMHGFinally, we concluded that the only way to solve the problems that oil and gas department confrontedwith is to adopt new ideas, new theories and new technologies.Key words digital earth; digital oilfield virtual reality