"数字油田"的设计与应用

第4期地球信息科学2002年12月GEO-INFORMATION SCIENCED2002“数字油田”的设计与应用李智陈强中国地震局地质研究所,北京100029)(北京万维拟境科技有限公司,北京100081)摘要:本文研究了数字地球在油气勘探开发和油田管理决策中的具体应用——数字油田,并详细分析了数字油田的相关技术和应用领域关键词:数字地球;数字油田;虚拟现实中图分类号:P208;TE13数字油田是数字地球在油气勘探开发和油田管人员一起,通过声控或其它交互,浸入到工作区的理决策中的具体应用。过去30年间,从油田各单位圈闭和油藏周围,甚至沿着布设的井迹,触摸那些到石油集团公司各院所,都是以建立和运作大型计储层,亲临其境地检査成果,调看不同思路的建模算中心为主要技术投入,目前超级计算机、并行机和模拟结果,优化决策。和各种国际先进的软件系统,广泛用于地震处理、解释和油藏数模等生产项目为过去30年来我国石油2数字油田的系统开发、集成天然气基本自给自足提供了基础技术条件。数字油田系统是集计算机、网络系统、虚拟现面对中国石油资源储备的不足,从国家3大石实系统、数据集成共享、滚动和智能化建模以及各油集团公司国际上市加速,开拓国內石油界新理论、种勘探开发应用软件为一体的油田信息化和决策系新模式如海相叠合盆地等国家重大项目,到“八统。而不是纯用户版的三维可视化地震解释系统。五”和“九五”期间中科院与胜利油田与大庆油田个典型的数字油田系统包括以下9个主要部的大型项目合作,都是极好的石油二次创业的对策。分对于中国这样一个还没有及时向新经济转型的国(1)主计算机和客户机家,中国能源行业和国民经济正受到国际石油波的(2)虚拟现实投影和浸入交互用户界面不断冲击(3)网络系统,包括局域、广域和宽频带互联网1从大型计算中心到数字油田(4)虛拟现实系统软件,用于硬软件耦合调试和人机交互对于油田来说,重点之一是从大型计算中心迅(5)虚拟现实系统的开发兼应用集成平台速转型到数字油田。在数字油田系统里,可把复杂(6)虚拟现实应用软件包,从处理、解释到油藏的地下地质情况,经过叠前深度成像转换成动态、可滚动建模等视、可交互的三维图像,可随意沉浸其中直接寻找(7)跨系统异构数据仓共享,如 OPENSPIRIT圈闭和油藏,直接设计井位和开发方案、确定钻井等轨迹、发现剩余油藏和隐蔽油藏,配合油藏模拟软(8)通用的软件开发工具库件,可以追踪油藏的生产史、识别死油区和绕流区,(9)通用的应用算法和模块库,例如信号处理优化开发方案,改善油藏管理,从而极大地降低开统计中国煤化工发成本。技术总工和管理决策者不再是传统那样审什HCNMHG发上述全部组成的硬件查报告图集和听取多媒体介绍来决策,他们和专业和软件都是不现实的。对于每一个主要部分,基本收稿日期:2002-04-01。作者简介;李智(1973-),中国地震局地质研究所博土生,主要研究方向:数字地球及其应用地球信息科学2002年12月上都有若干家公司可以独立提供。所以,根据用户(2)垂向开发兼用户型数字油田系统需求而进行的全系统集成必不可少。尤其重要的是(3)横向开发平台型数字油田系统这样一个系统,如果它的主要软件只是纯用户版,那(4)多功能开发与应用型数字油田系统么,该系统的增值开发不可能实现,更不能灵活地按照硬件分类的数字油田系统主要取决于网络按照项目需要连接和增添各种应用软件包和数据接传输方式和可视化程度,以下几种可视化系统都可口。按照数字油田系统的软件技术一般可划分如下通过局域网、广域网和互联网分布式服务器实现信几种息多媒体交互。一般系统结构框架如图1所示(1)用户型数字油田系统油田数据中心ISDN Y大型工作站虚拟现实平台没入式环境1T1浸入式环境2ODBC. Openspirit,凵 GOCAD-VRMD-VR3Party VRs图1数字油田系统结构框ig. 1 The character of digital oilfield system(1)宽屏立体影像化便携式/工作站系统:成结果。三维地震技术和近年发展起来的四维地震技本低、易移动、个人或小团队式的系统术是产生海量数字化地震数据的提取、识别、标定2)前投影曲屏系统:这种系统用于1θ~100人和预测地震处理解释、分析模拟的关键技术亲临其境的虚拟现实环境下的功能演示当前我国油气综合预测的重点应包括以下几方(3)后投影曲屏系统:当团队工作时,可避免面前投影系统中参与者在幕前的影像干涉。(1)薄互层油藏叠前、叠后地震属性分析;(4)多投影多屏系统—如CAVE系统等(2)碳酸岩油藏岩性、流体反演和属性分析;能源勘探开发行业的高风险高效益特征使它·(3)小尺度断层断裂的地震检测和正演模拟;直是试验和采用新方法、新技术的先驱。作为数字(4)多属性和复合属性的智能分类、模式识别;地球的直接应用,数字油田系统开发内容的关键技(5)岩石物理模拟、地震正演模拟和地震岩石术有物理模拟。(1)远程异构的勘探开发数据库、数据仓和数数字油田中油气综合预测的流程有:叠后和叠据银行。前地震属性提取、直接找油(地震属性)标志、多(2)基于波动方程解的叠前深度偏移成像和智波多分量地震属性、时延地震属性差异对比,地震,能化地震属性油气预测。测井、岩芯分析与属性标定、属性异常的岩石物理(3)油藏三维滚动建模从而动态地把地震解释模拟、地震属性解释与可视化和属性异常用于构造到油藏数值模拟以及四维地震集成建模解释、属性异常用于层序地层相图、属性异常用于4)油田互动拟境系统使多学科技术和管理决岩性鉴别、属性异常用于流体预测、地震和测井属策团队能够亲临其境地透视化互动操作。性中国煤化工(5)互联网启动和分布式地震和油藏应用软件3.CNMH服务。浓切劫珠廾友是牛米我国的油田战略,滚动3数字油田的决策应用勘探开发的成果体现就是油藏滚动建模,即建模过程是在三维可视化甚至浸入式透视化交互的环境里3.1油气综合预测随着油藏数据变化而部分或全部自动地更新。典型油气综合预测是数十年来石油勘探的技术集成旳油藏滚动建模应该具有如下先进技术特征4期李智等:“数字油田”的设计与应用(1)其软件属于开发兼用户版,用户可按需要技术服务公司早在20世纪90年代初期就开始增值开发数据接口和应用算法模块;POSC开放式数据库的共同研究开发,试图整合石(2)能够与当地和远程的各种勘探开发软件的油行业种类各异,难以兼容的老大难问题。1995年数据库、数据仓实现动态集成和共享;《石油地球勘探物理》上曾经详细地对POSC作过介(3)用户能够开发、存储和修改构造建模、层序绍。尽管POSC勘探开发数据模型经过几年努力终建模、属性建模和风险建模等流程;于推出,但该行业商业化竞争等主要因素并没有使(4)用户可用宏指令或开发的用户界面把这些整个石油行业普遍接受和广泛集成到POSC上来流程装配成各种自动化建模子系统;目前的状况倾向于把POSC数据模型作为许多数据用户可在浸入式透视化多媒体交互(如声控库数据仓的其中一种数据模型式)的环境中进行滚动建模。显而易见,这样的油近几年来,由于互联网和内联网技术的迅速发藏滚动建模,可广泛用于展,数据银行的发展成为新的热点。国际上已有若(1)基于叠前和叠后地震解释、反演和属性分干家公司推岀勘探开发数据银行的服务。国内目前析的油气综合预测;正方兴未艾。但是,由于国内油田数据是受国营的(②)油藏精细描述和孔渗饱等油藏参数转换和石油集团公司所支配,在未来几年內都不可能实现空间分布模拟;共享,所以其市场的兴起更取决于油田的开放政策(3)布井、钻井的风险模拟和优化决策;从数字油田系统要求的数据集成和共享来看(4)结合开采数据、油藏数模数据以及开发地油藏滚动建模要求的无缝数据集成和共享是当务之震数据等的开发决策急。对于具体一个项目,如果勘探开放数据存放在3.3油田管理决策不同的地震和测井数据库,甚至远隔千里,有无可数字油田在油田管理决策中有若干独特的优能在做项目的时候能够做到动态数据集成,而且应势。每个油田都有为数不多的经过几十年油田工作用实施之后的结果可以随意存放到异地异构的数据的技术老总,他们在自己的大脑里对整个油田了如库或数据仓呢?由十几家公司发起的 OPENSPIRIT指掌,只有他们自己说得清楚的油藏动态和预测通联合体几年来一直致力于该问题的解决,OPEN过数字油田系统,完全可以把他们的神经网络中积 SPIRITˆ软件能跨系统数据无缝集成和共享累建立的油田油藏滚动建模,定量地实现或者开发目前,中国石油天然气勘探开发进入了二次创为各种专家子系统,从而使通常需要几年几十年才业时期。在国内,油田滚动勘探开发面临的是埋藏真正认识理解的油田客观规律得以发现,迅速为更更深、更隐蔽、更难开采的复杂生储盖地质环境里多的技术和决策人员去发展和应用,创造更好的效的油气藏。在国际石油市场上,中国三大石油石化益,变各级管理决策者从观众或听众为实际操作者。集团公司的国际股市上市,标志着国际市场的新开级别越高,越脱离实际操作,越成为观众式或听众拓,但毕竟是晩了几步,许多国际石油战略资源已式的技术和管理,这是任何行业长期的习性。数字被一些国际跨国石油集团占领。因此,要在国际竞油田系统从根本上改变这种落后的管理和决策过争激烈的石油市场上有一席之地,传统的以低成本程劳务取胜的优势不再是优势。新思路、新理论、新石油集团公司的油田管理国际上市后,油田稍技术,才能从根本上解决或缓解中国石油战略储备有规模的勘探开发方案都有可能到集团公司去论不足的状况。证、审批。通过集团公司的内联网,整个勘探开发参考文献方案可以动态地在不同地点共同开会论证,如同远1中国煤化工Understanding Our Planet程医疗专家会诊。对于日益增多的国际项目,可以California science centerCNMHG在中东、非洲、南美洲把勘探开发方案送到集团公y,1998[2 Hwang K, Xu Z Scalable Parallel Computing: Technol司实时操作。ogy, Architecture, Programming, McGraw-Hill Com-3.4勘探开发数据银行panies, Inc.长久以来,各油田一直致力于油田勘探开发数3]suCB. Black. Practical., Scalable, Modern3 D Seis-据的数据库集成和共享。国际上数十个石油公司和mic Processing. The Leading Edge, 1996, 15(12·100·地球信息科学2002年12月[4] Joyce Bischoff, Ted Alexander Data Warehoused,Prac-[9]张茂军.虚拟现实系统.北京:科学出版社,2002.tical Advice from the Experts, Prentice hall inc,1997.[10]H.R.纳尔逊著.陆邦干等译,勘探地球物理新技术[57 Goodchild M F Geographical Data Modeling. Compute北京:石油工业出版社,1986& Geosciences. 1992. 18(4)1]邸凯昌.空间数据发掘与知识发现.武汉:武汉大学出[6]承继成等.数字地球导论.北京:科学出版社,2000版社,2001η]崔伟宏等·数字地球·北京:中国环境科学出版社,[12]李德仁,关泽群,空间信息系统的集成与实现,武汉:武汉测绘科技大学出版社,20008]王宏琳,地球物理勘探软件平台技术.北京:石油工业「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中国煤化工 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