基于三維可視協同工作環境的油氣勘探多源數據一體化應用研究

余煥鵬

摘 要：本文應用多源異構融合技術，構建全面、統一的勘探開發一體化數據服務，實現數據的規范化高度共享;通過分解勘探工作流程，以功能組件化、數據服務化、接口標準化、圖形規范化作為基本要求，以地上、地下一體化三維場景作為載體，圖形化作為數據表現手段，以勘探一體化全流程管理作為目標，實現對勘探核心業務流和數據流的全生命周期高度智慧化管理的油氣勘探多源數據一體化應用，具有面向勘探業務、符合地質研究決策工作思維、可根據勘探工作流程定制業務應用等優點。

關鍵詞：油氣勘探;三維;多源異構;圖形化;工作流

中圖分類號：TE19;TE319文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）25-0130-03

Abstract： By using multi-source heterogeneous integration technology， a comprehensive and unified exploration and development integrated data service was built to realize standardized and highly shared data. Through the decomposition of exploration workflow， the basic requirements were functional componentization， data service， interface standardization， and graphic standardization. The above ground and underground integrated three-dimensional scene was taken as the carrier， and graphics as the data expression hand With the exploration integrated whole process management as the goal， the integrated application of multi-source data for oil and gas exploration with highly intelligent management of core business flow and data flow in the whole life cycle was realized. It has the advantages of being oriented to exploration business， conforming to geological research decision-making thinking， and can customize business application according to exploration workflow.

Keywords： oil and gas exploration;3D;multi-source heterogeneous;graphical;workflow

1 多源數據應用現狀與服務統一化

油氣勘探核心業務涉及的數據來源于靜態數據、空間數據、生產數據、勘探成果等，業務范圍包括地震處理解釋、探井鉆探、地質綜合研究、探井部署決策、油藏開發、油田生產等。除了常見的結構化數據之外，還包括圖像、圖形、文檔、地震大數據體、三維網格等不同格式、不同軟件來源的成果數據及GIS空間數據。這類油氣勘探工作采集和加工后的數據的最大特點就是“多源異構性”，其多源性體現在多來源、多語義、多尺度，異構性體現在數據結構、存儲格式、空間特征多樣化及非結構數據多[1]。同時，諸如地層名稱等非定量數據，在源頭錄入時缺乏規范管理，造成同層不同名、文字與代碼混合等問題，導致數據批量應用出現困難。

目前，應對多源異構數據普遍采用數據治理的思路，即將不規范、無組織、質量差的數據變為符合企業規范的數據，是一項應對問題數據即臟數據的措施。不論是應對型數據治理還是主動型數據治理，即數據規范化采集，都是為了構建全面、統一的勘探開發一體化數據服務，實現數據的規范化高度共享，提高協同應用效率，保證數據資源綜合一體化深化應用的有效性和可行性?？紤]到油氣田當前的數據分類管理方式及勘探業務數據的保密性，通過確定標準、質量掃描、問題溯源、同步治理等工作形成多源數據的標準化管理流程;選擇數據服務作為異構數據集成中間件，不用改變原始數據的存儲和管理方式，建立相互關聯的分布式異構多源數據的動態集成框架，形成數據服務管理模塊，包括數據庫的鏈接配置、SQL語句的配置、緩存配置和定時任務等。

2 油氣勘探數據一體化應用方案架構設計

經過國家“兩化”融合（信息化和工業化融合）的建設，各油氣田已經建設了自己的數據集成平臺，或油田云、勘探云等，并在其基礎之上開展了數據應用的開發實踐，甚至建設了數據集成應用（云）平臺。當下既要保證原有建設投資成果，又要滿足管理和研究中涌現的功能上的新需求和工作形式的更新，如移動端、指揮大屏，這些都對數據應用的開發提出了新要求。同時，各油田在管理和研究工作過程中已經采購了多種專業軟件，涉及多個供應商，但數據格式的通用性差。

油氣勘探數據一體化應用方案的邏輯架構由運行環境、數據服務、功能組件層和業務應用層構成，架構設計如圖1所示。

運行環境：采用通用的數據庫標準和Web圖形化技術，制訂能對接標準化組件和規范的油氣勘探數據的一體化應用方案。兼容已有的用戶統一認證和權限管理體系，符合油田的政策、法規、標準、規范、安全和管理制度，與現有數據集成應用平臺的功能進行關聯穿透。

數據服務：數據服務是勘探數據一體化應用的核心，是支撐業務應用落地的基礎，也是實現數字油田的根本。將多源異構數據的整合工作打包成統一服務作為服務化的數據層，不同來源和多種形式結構的數據整合為統一標準下的服務，具體包括數據標準化梳理、數據共享服務、數據權限控制[2]。

功能組件：建設具有擴展性的組件服務和云端局部部署特征的功能層。通過分解勘探任務工作流規劃功能組件，各功能組件通過統一協議下的通信接口訪問框架的各種要素，框架通過注冊組件管理器進行組件的加載管理，應用組件實現單一、具體的業務應用功能，支持獨立部署維護。

應用層：將若干功能組件按照工作流重構組合，形成具體的勘探業務流程。在應用層的設計中，以用戶思維為導向，將符合用戶需求的流程的功能應用貫穿于三維可視協同工作環境中，即一個全仿真地下三維場景導航工作環境，既能滿足多業務的綜合研究和管理需求，又能提升用戶使用體驗和數據轉化效率。

3 三維可視協同工作環境關鍵技術

3.1 三維空間多圖層信息高效渲染技術

為了讓地質、油藏和物探等專業部門在同一個有機平臺上高效協同工作，實現三維空間的可視化展示、分析、信息提取，需要開展基于三維空間的多尺度、多層次信息可視化技術研究，為研究人員和管理人員搭建勘探一體化協作工作環境，實現地上信息與地下油藏、地表條件與地質條件的結合，以及生產動態管理和地質研究的交叉進行。選擇WebGL（Web Graphics Library）繪圖標準下的Three.js技術，通過把JavaScript和OpenGL結合在一起，WebGL可以為HTML5的Canvas提供硬件3D加速渲染，這樣就可以借助系統顯卡在瀏覽器里更流暢地展示3D場景和模型，還能創建復雜的導航和數據視覺化，而且無須安裝網頁專用渲染插件。采用多細節層次（LOD）優化模型，根據用戶視圖范圍確定細節展示的程度，優化利用存儲和計算資源，提升顯示效率及優化用戶體驗，實現了基于場景特點的優化、程序層面的優化、用戶感官的優化、加載的優化。此外，打造一個面向油氣勘探業務的三維圖形庫，豐富地下三維空間中業務圖元的顯示細節，包含VTK模型、SCG圖元、Canvas圖樣等文件格式。所以，通過Three.js技術的三維場景搭建，采用多細節層次（LOD）優化模型及構建三維圖形庫等手段，實現對地下三維空間勘探數據的分級展示，為依據實際工作流程構建勘探業務應用提供技術基礎。

3.2 地下三維智能導航及業務應用構建技術研究

基于WebGL標準下的Three.js等技術，借鑒Web二、三維圖形導航的應用經驗，充分融合地下三維空間展示集成技術，在仿真地下三維場景中集成展示以探井、油藏和工區為主體的勘探業務對象，其中探井數據主要以鉆井軌跡為依托，集成展示地質分層、鉆探成果、巖性分布等數據;儲量數據則以儲量計算單元為基本對象，用空間不規則曲面及其形成的塊體表征實際的油藏單元;地震數據體用數據體輪廓及其內部的相交地震剖面進行展示。這些展示對象都是通過讀取數據庫，在地下三維場景中按照業務規范動態建模的，其具有的業務屬性支持實現數據查詢，也就支持智能導航，實現了工作節點的自動推送以及用戶視角引導等視圖操作。在地下三維場景的頂層疊加二維GIS影像和地圖、圖件之后，就能實現地上地質和部署信息與地下勘探成果數據的融合展示，探索多空間維度的勘探信息集成導航。由于每項勘探業務都是獨一無二的，借助油氣勘探數據一體化應用方案中的功能組件和智能導航等工具，支持技術人員快速開發獨特的勘探業務，以滿足油田用戶的特定需求。

4 應用效果與展望

無論是數字油田還是智慧油田，其建設目標都是深度挖掘數據價值，提高經濟效益和社會效益。在油氣勘探數據一體化應用方案架構下，以多源異構數據服務統一化為基礎實現的三維可視協同工作環境應用系統是具有數字化和輕智慧化的新一代工作場景，以微組件架構思路進行應用框架的構建，實現了功能組件、數據、權限的靈活配置和擴展，能滿足不同工作流應用對功能組件和數據的個性化需求。該成果可以對勘探信息進行有效的匯集、整合和展示，為勘探信息的智能化服務奠定基礎。

數字油田的建設是不斷實踐和總結提高的過程。結合勘探業務人員的需求，未來要持續加強在地上、地下三維一體化模式下對勘探數據的空間分析能力，通過采集實時隨鉆數據、多類勘探信息聯合計算、實時動態建模和空間分析，實現如鉆井質量監控、層面（巖性分布）等模型的動態更新等;開發具有深度學習功能的相關應用，如工作場景自動感知、根據使用主題進行的數據快速組織等;借助外設實現知識分享、智能推送、成果共享等多人交互研討模式。通過對數據的多維度深化融合應用的不斷探索，提升勘探信息智能化水平。

參考文獻：

[1]唐先明，李媛媛，曲壽利.四川盆地油氣勘探三維地理信息系統與應用[J].地球信息科學學報，2009（2）：209-215.

[2]宋躍濱，孫曉生.石油行業GIS技術應用現狀與展望[J].測繪與空間地理信息，2007（1）：54-56.