計算機圖形技術在水平井隨鉆監控系統中的應用

晏高明

（中原石油勘探局地質錄井處 河南 濮陽 457001）

0 引言

計算機圖形學的一個重要研究就是通過建立圖形所描述場景的幾何表示，利用光照模型，對虛擬紋理、材質屬性進行光照， 從而在計算機上得到逼真現實場景的模擬真實圖形[1]。 由于對現實場景的模擬，使得計算機圖形學在科學研究、生產作業中具有廣泛的應用。

FOCUS 水平井錄井系統是《水平井隨鉆監控系統》平臺的支撐部分，它是以水平井地質錄井技術為支撐，以現場地質導向為目標面研發的。 主要采用神經網絡、灰色關聯法、聚類分析等先進的計算機模擬技術，通過計算機系統和人腦綜合解釋的方法，達到對目標體科學分析、追蹤的目的。 整套系統針對性和操作性強，在地質導向中與MWD 聯用，具有良好可行性與經濟性。

1 FOCUS 水平井錄井系統的計算機圖形學組成

Focus 水平井錄井系統集隨鉆數據采集、處理、分析、解釋為一體，其中主要包含兩項計算機圖形分析技術：

1.1 基于OPGL 的三維虛擬現實技術

FOCUS 水平井錄井系統在Delphi 軟件開發平臺上，使用基于OpenGL 的圖形技術來開發實時監控平臺， 結合地層數據，把計算函數值或實驗獲得的大量數據表現為人的視覺可以感受的計算機圖像。 通過這個監控平臺，能對現實中的地質構造、地層結構進行實時三維建模，實時追蹤鉆頭進出地層狀況，并可通過鼠標靈活實現對三維實體的動態調整。

該系統三維設計的關鍵技術是實時三維建模和鉆頭進出地層狀況顯示。 采用TIN 模型來擬合地質曲面，對TIN 模型的求交、裁剪等計算方法進行深入分析，結合錄井地質導向需求開發了三維地質建模及分析系統。 系統的三維可視化實現了對地質體、鉆井軌跡、地層結構的多角度，多細節展示，在現場的錄井地質導向中，為地質工作者追蹤地質目標體提供了直觀形象的表現方式。

1.2 矢量成圖技術

矢量圖像，也稱為面向對象的圖像或繪圖圖像，在數學上定義為一系列由線連接的點[1]。 矢量文件中圖形元素的每個對象都是一個自成一體的實體，每個實體可以在維持它原有清晰度和彎曲度的同時，多次移動和改變它的屬性，而不會影響圖例中的其它對象。 基于矢量的繪圖同分辨率無關，意味著它們可以按最高分辨率顯示到輸出設備上。

圖1 Ma82-平1 井二維矢量分析圖

系統中實現了二維矢量圖的三維的矢量成圖，在二維矢量圖形中，垂深、位移、鉆時、全烴、C1、GR、地層傾角等信息，以及井眼軌跡的變化趨勢都能以矢量圖形的方式進行實時更新繪制（圖1），使技術人員能直觀地研究分析地層變化，井眼在地層中的運行等情況[2－3]。 在三維矢量圖上，將井身各點軌跡坐標的井深、方位與油層展布以矢量圖的形式進行表征和展示（圖2），同時，通過對鉆頭位置的插值運算，在三維矢量圖上可以清楚地對鉆頭位置進行預測與顯示，有助于在水平井錄井施工中，第一時間判斷鉆頭位置。 在三維矢量圖中，可以方便地以360 度的角度全方位展現水平井作業情況，使錄井作業達到真正意義上的地質導向目的。

圖2 Ma82-平1 井空間三維矢量觀測圖

2 FOCUS 水平井錄井系統應用計算機圖形技術的實現方法

2.1 數字高程模型實現地層虛擬顯示

在FOCUS 水平井錄井系統中， 需要處理大量三維地層信息數據， 不同的比例需要顯示的信息數據內容是不同的，其處理的復雜程度也有所不同， 設計時采用數字高程模型（Digital Elevation Model，簡稱DEM）與分層設計思想，對不同比例尺和不同的觀察點對DEM 數據進行處理。

DEM 數據的生成：通過對地震解釋數據的轉換或手工填表的方式將采集到的網格化高程數據填入DEM 數據格式，并以此來存儲某一區域的地質特征數據。

2.2 實時或設計數據模型實現相關部件虛擬顯示

在FOCUS 水平井錄井系統中，二維及三維鉆具、井眼、靶點、 鄰井等概念都是用單個或組合部件的方式進行展示。關鍵在于地理坐標和屏幕坐標、OpenGL 坐標系的變換。

3 應用實例

FOCUS 水平井錄井系統在中原探區的水平井綜合錄井中得到了廣泛的應用，與MWD 的相結合，利用計算機圖形技術能很好地指導水平井的作業與施工， 取得了良好的效果，下面以一口較為典型的水平井——Ma26 平1 井為例來說明系統應用所取得的成果。

MA26 平1 井為DP 地區水平段鉆進最長距離的井，在實鉆過程中鉆至設計A 靶時，并沒有進入標志層位（圖3），通過FOCUS 水平井錄井系統的實時矢量圖形分析（圖4），認為還未到目標層，于是建議向下調整井身軌跡，放棄設計B 靶，在過B 靶投影位移40m 后出現異常的油氣顯示和儲層特征，于是認為3562m 為油層著陸點。 并調整井斜和方位，最終打開油層214m，油層穿行率為35.5%，油層厚度3.30m。 獲得日產能20t 的高產油流。經測井證實，原設計的目標層與實際正好相反，A、B、C 三個靶區跨越兩個小褶皺或為一個向斜， 同時儲層的非均質性非常明顯。

圖3 Ma26 平1 井實鉆分析圖

圖4 Ma26 平1 井矢量分析圖

4 結束語

FOCUS 水平井錄井系統通過對計算機圖形技術的應用，實現了地質體、各種曲線、井身軌跡的三維虛擬可視化和矢量成圖， 通過三維真實圖形對水平井地質導向做多角度，多細節的展示，為技術人員追蹤水平井地質目標體、確定水平井鉆頭位置和實鉆目標層特性， 提供了直觀形象地表現方式。 系統目前對于普通的地層或地形三維建模已經取得了非常好的效果，并在中原探區內和外部市場的水平井施工中得到了廣泛的應用，取得了良好的成果，展示了計算機圖形技術在錄井中的應用優勢與良好的前景。

［1］[美]Dinald Hearn,M. Pauline Baker.計算機圖形學[M].3 版.蔡士杰,宋繼強,蔡敏,譯.電子工業出版社，2005，10.

［2］[美]施瑞奈爾，等.OpenGL 編程指南[M].李軍，等，譯.機械工業出版社，2010，03.

［3］趙彬凌，李黔，王悅田.綜合錄井水平井地質導向方法探索[J].內蒙古石油化工，2008，12：29－31.