數字化油井技術及其經濟價值探究

吳文希

（大慶油田有限責任公司勘探開發研究院，大慶，163712）

數字化油井技術及其經濟價值探究

吳文希

（大慶油田有限責任公司勘探開發研究院，大慶，163712）

文章以數字化油井工程中的油井系統為例，以仿真模擬、虛擬現實、和人工智能為科學支撐，構建了數字化、智能化的油井系統，并結合經濟學的原理，對數字化油井的經濟價值做簡單的分析。

數字油井；OpenGL技術；3D顯示技術

隨著我國數字化技術的不斷發展，以虛擬現實技術、仿真技術、人工智能為一體的新型技術成為當前石油行業應用的重點。同時隨著我國石油工業開始的二次創業，對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前油田開采的關鍵。因此，如何結合現形勢下的計算機技術，實現對油井開發的可視化、智能化，是當前石油開采中研究的重點話題。本文首先對數字化油井系統進行概述，并以其中的抽油桿作為研究的實例，運用上述的技術，對其進行可視化的三維仿真，并對數據庫進行設計，實現對該模塊的功能實現。

1 數字化油井系統概述

數字化油井系統主要被用于現行的油氣開發、油田管理，并利用虛擬技術、仿真技術、人工智能技術等多門理論和技術為一體的交叉性學科系統（如圖1），以此實現從原油的勘探、開發，再到對其進行的物流運輸、加工等的實時、可視化的軟件系統。

2 數字化油井系統開發的步驟

對數字化油井系統的開發，主要分為以下四個步驟：

第一步是首先建立數字化工程的的數據庫管理系統；

第二步是利用數據庫管理系統當中的資料，建立三維可視的靜態油井模型，從而形成可視化油井；

第三步則是建立不同的數學模型，并與上述的可視化油井進行集成，以此形成具有實際功能的油井系統；

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

圖2 數字化油井系統實現的技術路線

3 數據庫的設計

由于該系統包含各種不同的技術，并且涉及到的技術非常復雜，因此，我們結合工程中的相關數據，并編制相關的接口編程，從而實現現場數據和工程數據的無縫對接。通過對系統數據資料的分析，我們將工程的數據庫分為系統基本參數、完井、套管、油

管、測井、生產參數、流體、抽油泵、抽油桿、抽油機、示功圖等數據庫。其具體的數據庫設計如圖3所示。

4 系統實現的關鍵技術

4.1 三維可視化技術

4.1.1 3D顯示技術

所謂的3D顯示技術，其實質則利用3D圖形的API編程將原來的二維坐標轉換成三維坐標的技術，以此將原本的二維視圖轉變成三維視圖的過程。

4.1.2 模型繪制

對模型的繪制，通常采用兩種方式，一種是對存在模型的描述函數，通過參數的變化，將其進行繪制；其次是針對一些不規則的圖元素模型，則先繪制，再由圖元素模型構成其所需的模型。在該系統的設計當中，油井的軌跡是不規則的，其是由不同的點和圖組成，因此，我們采用第二種方法實現對模型的繪制。

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。而在該系統中，我們采用透視投影的方式，來實現對其的轉換。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。在經過投影之后，則呈現出近大遠小的呈現方式，從而使的我們的眼睛與相機形成一種圖像的方式，顯得比較真實。而將其轉換的過程則是經過幾何變換的方式實現。

所謂的幾何變換就是將模型當中其所有的控制點進行以此重新的計算，以此可對模型進行重新繪制。其具體變換步驟和計算過程如下：

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不同的小矩陣，以此通過對四個不同的小矩陣進行平移、轉換。從而得出以下的結果。

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

4.2 真實感圖形技術

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

4.3 OpenGL技術

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不同的函數構成，從而可簡單的繪制比較復雜的三維場景。該軟件可搭載在不同的系統上，如Windows Xp、Windows NT、Linux、Unix、MacOS，并且可在這些系統之間進行移植，而不需要對程序進行重新的開發，而被現在軟件愛好者廣泛的使用。而起沒有基本的實體的圖元，因此，通常采用一些轉換程序將其進行轉換。

5 數字化油井系統的實現

以井眼軌跡實現為例，在該系統設計中，采用縱向的1：800的比例對其進行壓縮，并以10米的間隔對其進行取點。以斜井為例，將井眼的實際的半徑作為半徑，通過OpenGL繪圖中的光照效應，從而實現對井眼軌跡的三維可視化。再在這個基礎上，進行交互處理，從而實現對井眼的放大、縮小、切片等功能，而這個功能則是通過鼠標即可完成。

6 對數字化油井技術的經濟化價值思考

6.1 提高當前石油企業的效率

隨著計算機技術和軟件開發技術的不斷發展，同時我國原有的石油開采隨著設備和技術的落后，導致我國的原有開采量急劇減少。因此，在石油行業中提出了進行二次創業的口號，以此從管理上和技術上對石油行業進行革新。而正是隨著這些技術的出現，給石油行業帶來了二次的技術革命，使得原本通過經驗和簡單的設備進行的勘探、采油等可通過可視化、智能化的軟件進行直接的分析，以此大大的提高了我國石油開采的成功率，并提高石油企業整體效益。

6.2 新技術的革新，將加速石油企業的決策和管理水平

數字化油井技術的使用，通過人工智能化，使得對油井的相關數據的分析變得異常的方便和快捷，同時其可視化的技術，使得在勘探中更能夠查找其中的勘探的問題，從而通過這些數據和技術 ，提升了石油企業對相關問題的決策時間，并且可有效的提高公司信息化的技術水平，加強企業內部之間的信息溝通。

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

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

吳文希， 女， 1986， 遼寧省，大慶油田有限責任公司勘探開發研究院，助理工程師， 研究方向油田經濟評價效益評價

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