數(shù)字巖屑綜合管控云平臺設計實現(xiàn)與應用

丘寬 程浩然 黃瑞 田榆杰 謝官興 陳飛飛

摘要：數(shù)字巖屑技術(shù)是通過對鉆井產(chǎn)生的巖屑樣品進行多維高精度掃描（表面圖像掃描、礦物掃描、微米CT掃描、掃描電鏡掃描等），建立基于巖屑的三維孔隙結(jié)構(gòu)信息、礦物分布信息，從而對巖屑樣品進行數(shù)字化定量分析，獲得對應儲層的物性。隨著大位移井、水平井鉆井的增多，數(shù)字巖屑技術(shù)的應用能夠為難以測井和難以取心井的全井段物性信息提供有效的補充手段。隨著該技術(shù)的應用，掃描獲得的大量巖屑數(shù)字化結(jié)果，需要通過線上平臺進行綜合管理和實時共享，該文提供了一種基于網(wǎng)絡云平臺的巖屑數(shù)字化綜合管控平臺的實現(xiàn)方案，并實現(xiàn)了對海上鉆井巖屑的可視化、管控和共享功能。

關鍵詞：信息管理系統(tǒng);巖屑;數(shù)字化

中圖分類號：TP311 ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）35-0121-02

1 引言

巖屑錄井是油氣地質(zhì)勘探中的必備工作，該過程通過對鉆進過程中返出的巖屑進行分析，對地層的巖性進行定名，建立地質(zhì)剖面，并通過地層對比技術(shù)，實現(xiàn)鉆井過程中實時地層卡層及地質(zhì)指導[1]。錄井具有“多”（測 量參數(shù)多）“快”（分析速度快）“好”（低風 險）“省”（低成本）的技術(shù)優(yōu)勢[2]。近年來，圍繞傳統(tǒng)巖屑描述的數(shù)字化問題，包括錄井儀器生產(chǎn)廠商在內(nèi)的業(yè)內(nèi)人士提出了多種解決方案[3]，但是巖屑數(shù)字化后的數(shù)據(jù)管理一直沒有得到很好的解決，存在管理復雜、流程執(zhí)行周期長、涉及部門崗位多等為問題[4-8]，嚴重制約了巖屑的后期應用分析。

數(shù)字巖屑綜合管控云平臺可用于管理數(shù)字巖屑數(shù)據(jù)，開展儲層物性的測試和分析，研究巖屑樣本的微觀屬性，對于油氣勘探開發(fā)以及生產(chǎn)全流程具有重要的作用。同時，平臺不受地域限制，可線上線下協(xié)同工作;并能輔助油藏工程師們更科學地預測儲量、產(chǎn)量，進而精確選定井位，優(yōu)化編制生產(chǎn)方案，提高油田產(chǎn)量，降低成本，提高效率，在石油勘探和開發(fā)過程中有著廣泛的市場和應用前景。

2 系統(tǒng)需求與目標

數(shù)字巖屑技術(shù)基于微米CT掃描，僅通過少量的巖屑樣本，快速計算巖石的孔隙度、滲透率、原油飽和度等參數(shù)，獲得儲層物性[9-10]。數(shù)字化的巖屑三維數(shù)據(jù)可用于后續(xù)的分析和調(diào)取，極大地增加了后期應用的便利。數(shù)字巖屑技術(shù)已在北美墨西哥灣、中東和南美等主要產(chǎn)油國及地區(qū)得到應用，但由于巖屑掃描成本居高不下，計算耗時過長，一直沒有形成規(guī)模化應用。隨著近年來CT掃描技術(shù)的成熟和算力的大幅提升，基于數(shù)字巖心技術(shù)的數(shù)字巖屑錄井方法正在迎來極大的發(fā)展機遇[11]。該方法能夠為油田提供井場快速物性分析方法，達到縮短開發(fā)周期，降本增效的目標。建立巖屑數(shù)字化基因庫，能夠更有效地管理巖屑數(shù)據(jù)，并能結(jié)合測井、油氣開發(fā)數(shù)據(jù)等綜合分析，挖掘數(shù)據(jù)的價值。

經(jīng)過CT掃描獲得巖屑三維數(shù)據(jù)體一般為幾百Mb或更大，取決于掃描分辨率及掃描像素體大小。按照每口井100個巖屑的作業(yè)個數(shù)，數(shù)字巖屑掃描將產(chǎn)生大量的三維數(shù)據(jù)體，數(shù)據(jù)體如何便捷、高效地管理將決定成果的使用效率。因此，對掃描得到的巖屑數(shù)據(jù)體進行信息化管理、展示，有助于提高結(jié)果的利用效率，為數(shù)據(jù)挖掘打下良好基礎。

3 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設計

數(shù)字巖屑綜合管控云平臺的系統(tǒng)總體劃分為三大層次，分別是Web代理層、服務層和數(shù)據(jù)接入層。Web代理層基于nginx實現(xiàn)，是外部接入系統(tǒng)的通道，通過Web提供訪問服務;服務層實現(xiàn)系統(tǒng)各個功能模塊;數(shù)據(jù)接入層用于統(tǒng)一系統(tǒng)的全部數(shù)據(jù)訪問服務。

3.2 數(shù)據(jù)架構(gòu)設計

根據(jù)不同數(shù)據(jù)的特點，系統(tǒng)使用兩種數(shù)據(jù)持久化方法，以適應不同數(shù)據(jù)的存儲需要。對于表格結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，例如用戶數(shù)據(jù)、巖屑資源數(shù)據(jù)和文件索引等，系統(tǒng)會將其保存到數(shù)據(jù)庫中，本系統(tǒng)內(nèi)部使用的數(shù)據(jù)庫是MySQL和MongoDB。對于巖屑數(shù)字模型和測錄井數(shù)據(jù)這類體量非常大的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會借助文件系統(tǒng)的功能保存這類數(shù)據(jù)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)引入redis用作數(shù)據(jù)緩存，加速數(shù)據(jù)訪問過程。

3.3 系統(tǒng)功能模塊設計

數(shù)字巖屑綜合管控云平臺具備7大功能模塊，分別是巖屑數(shù)字資源與模型管控模塊、用戶資源與權(quán)限云端管控模塊、數(shù)字模型可視化與交互模塊、資源工作流監(jiān)控與管理模塊、模型與曲線入庫管控模塊、資源上傳下載與管理模塊、巖屑孔滲屬性曲線可視化與管理模塊。其中巖屑數(shù)字資源與模型管控模塊能夠?qū)r屑掃描結(jié)果進行管理和控制，包括按照地區(qū)、井組、井名的調(diào)用和顯示，該模塊還可以對巖屑樣本掃描后的灰度模型，二值化模型等進行管控;用戶資源與權(quán)限云端管控模塊可以在后臺對不同用戶的用戶權(quán)限進行管控，對于不同業(yè)務職能部門，開放適當權(quán)限，有利于巖屑資料的保密性;數(shù)字模型可視化與交互模塊是數(shù)字巖屑云平臺的核心功能，該功能可以將巖屑掃描的二維切片圖，三維立體結(jié)構(gòu)圖進行實時立體顯示，用戶可以不受地域限制，在電腦、手機上瀏覽掃描結(jié)果;資源工作流監(jiān)控與管理模塊在后臺對工作流進行管理，調(diào)整工作流程，控制資源情況;模型與曲線入庫管控模塊對原始模型數(shù)據(jù)、計算巖心物性數(shù)據(jù)、巖心指紋庫數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等不同類型的數(shù)據(jù)及曲線進行管控和錄入，包括測井數(shù)據(jù)都可以錄入并管控;資源上傳下載與管理模塊給予特定權(quán)限用戶上傳和下載功能，將其他渠道得到的掃描結(jié)果錄入系統(tǒng)，同時也可將計算結(jié)果、掃描結(jié)果等下載到本地，方便研究和展示;巖屑孔滲屬性曲線可視化與管理模塊對巖屑物性進行分組顯示，根據(jù)使用的需要，可選擇同井段、同層位、同地區(qū)等巖屑數(shù)據(jù)綜合顯示，為不同地區(qū)的巖屑結(jié)果對比提供便利。

3.4 系統(tǒng)關鍵技術(shù)

3.4.1 巖屑模型的三維可視化技術(shù)

一種基于Web架構(gòu)的巖屑三維可視化技術(shù)，使通過瀏覽器實現(xiàn)巖屑三維可視化功能變得可行。運用服務器計算資源對巖屑的三維數(shù)字模型進行預先處理，并保留處理結(jié)果。用戶端需要進行模型三維可視化顯示時，服務器將預處理結(jié)果發(fā)送到用戶端，減少用戶端的資源消耗，使用較少的硬件資源即可實現(xiàn)對巖屑三維數(shù)字模型的可視化能力。

3.4.2 高性能數(shù)字化巖石力學計算技術(shù)

基于網(wǎng)格法計算巖屑模型數(shù)字巖石力學的高性能算法，應用基于GPGPU或SIMD指令的大規(guī)模并行計算技術(shù)，提高計算機計算數(shù)字巖石力學屬性的性能表現(xiàn)，實現(xiàn)對巖屑數(shù)字巖石力學屬性的快速準確的計算能力。

4 平臺應用實例

數(shù)字巖屑綜合應用云平臺已在中海油信息科技公司深圳分公司成功搭建應用。該平臺的研發(fā)為公司對巖屑資料管理提供了較為先進的信息平臺。通過對巖屑數(shù)據(jù)的快速調(diào)取和分析，為管理部門直觀地提供勘探開發(fā)快速輔助決策提供依據(jù)，產(chǎn)生了良好而持久的社會服務和經(jīng)濟效益。

5 結(jié)束語

本平臺通過新技術(shù)開發(fā)對巖石樣本數(shù)字化評價到可直接跨地域服務于生產(chǎn)，對于油氣勘探開發(fā)以及生產(chǎn)全流程具有重要的作用，使實現(xiàn)一種較新型的數(shù)字化巖石樣本的綜合云平臺軟件技術(shù)成為可能。本平臺在三個方面具有以下優(yōu)勢：

（1）巖屑數(shù)字化綜合分析方面，僅需少量樣品，分析速度快，綠色環(huán)保。

（2）巖心數(shù)字化測試服務方面，微觀可視化解釋機理。

（3）巖屑基因數(shù)據(jù)庫方面，海內(nèi)外用戶皆可使用，按照儲存空間及運算量收費。

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