段友祥, 仝兆岐, 李 卿, 孫歧峰, 李洪強(qiáng)

(1.中國(guó)石油大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院,山東青島 266580; 2.中石化勝利油田鉆井工藝研究院,山東東營(yíng) 257000)

面向隨鉆的井筒可視化方法研究

段友祥1, 仝兆岐1, 李 卿1, 孫歧峰1, 李洪強(qiáng)2

(1.中國(guó)石油大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院,山東青島 266580; 2.中石化勝利油田鉆井工藝研究院,山東東營(yíng) 257000)

針對(duì)隨鉆過(guò)程中數(shù)據(jù)的復(fù)雜多樣性以及井下信息可視化的重要性,以隨鉆井軌跡數(shù)據(jù)和隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)為研究對(duì)象,研究并給出隨鉆井筒可視化建模的方法,建立立體井筒模型?；诔上裨斫o出鉆遇地層可視化建模方法,建立地質(zhì)屬性映射模型,采用紋理技術(shù)實(shí)現(xiàn)二者的有機(jī)融合,真正實(shí)現(xiàn)隨鉆井筒的三維可視化。利用Open Inventor圖形開發(fā)工具包,實(shí)現(xiàn)三維井筒的繪制和鉆遇地層信息在三維井筒上的展示。

隨鉆測(cè)井; 軌跡; 井筒; 可視化

由現(xiàn)代信息技術(shù)支撐的隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向[1]作為一項(xiàng)綜合型的鉆井技術(shù)逐漸發(fā)展起來(lái),它涉及探測(cè)儀器、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理解釋和決策等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),可以有效解決目前油氣資源開發(fā)面臨的難題?？梢暬夹g(shù)[2],特別是三維可視化技術(shù),作為數(shù)據(jù)科學(xué)計(jì)算中處理數(shù)據(jù)的一種有效手段,逐漸被廣泛應(yīng)用于油氣藏開發(fā)的復(fù)雜數(shù)據(jù)處理中,如地震數(shù)據(jù)可視化、地質(zhì)模型可視化、井軌跡可視化、測(cè)井曲線可視化等。在隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向過(guò)程中,把它們統(tǒng)稱為隨鉆信息的可視化。隨鉆信息可視化已經(jīng)成為隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向中的井眼軌跡數(shù)據(jù)和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)是采用隨鉆測(cè)量技術(shù)獲取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),也是了解鉆井工程過(guò)程和地層屬性信息的重要數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)這類數(shù)據(jù)可視化,可以使油氣鉆探過(guò)程及鉆遇地層形象和直觀地展現(xiàn)出來(lái)[3],為數(shù)字巖心[4-5]等研究提供幫助,為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析、控制和決策提供支持。但是目前針對(duì)井軌跡的可視化研究大多基于二維或空間曲線的形式,測(cè)井信息多以測(cè)井曲線或成像的形式,且二者沒(méi)有有效的融合,難以達(dá)到隨著鉆井的進(jìn)程觀察到鉆遇地層情況的可視化效果,即沒(méi)有實(shí)現(xiàn)真正的可視化感知。以隨鉆井眼軌跡數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),建立數(shù)字化井筒模型,以隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)為基礎(chǔ),建立地層屬性映射模型,繪制三維立體井筒,并在井筒壁上附著相應(yīng)的地層信息,實(shí)現(xiàn)多信息的融合和可視化,就可以更直觀地觀察隨鉆進(jìn)程,為隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向奠定基礎(chǔ),真正為生產(chǎn)決策服務(wù)。Open Inventor(簡(jiǎn)稱OIV)[6]是一個(gè)三維圖形開發(fā)工具包,它可以在多種操作系統(tǒng)中使用,比如Windows、Unix、Linux等,并可以支持多種編程語(yǔ)言。由于其良好的跨平臺(tái)性和高效的程序開發(fā)功能,現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于石油鉆探、虛擬現(xiàn)實(shí)等多種領(lǐng)域,并成為3D圖形開發(fā)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。筆者基于Open Inventor開發(fā)環(huán)境對(duì)面向隨鉆的井筒可視化方法進(jìn)行研究。

1 井筒模型構(gòu)建

三維井筒可視化實(shí)際是對(duì)井眼軌跡可視化的一個(gè)延伸,它可以在更接近真實(shí)井的情況下實(shí)時(shí)顯示井軌跡的變化，因此井筒模型是基于井眼軌跡數(shù)據(jù)建立的。

1.1 構(gòu)建過(guò)程

基本原理:以井眼軌跡作為中軸線,以井眼軌跡上的每個(gè)測(cè)點(diǎn)為圓心,以相鄰兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的連線為法向量繪制圓。在每個(gè)圓上取適量的等分點(diǎn),并將相鄰兩個(gè)圓上的等分點(diǎn)進(jìn)行連接,形成基于三角圖元的井壁,從而構(gòu)成無(wú)縫的井筒,亦即將每個(gè)圓看作是井筒的一個(gè)切片[7]。建模示意圖如圖1所示。

圖1 切片法構(gòu)建井筒的示意圖Fig.1 Sketch map of wellbore composition of section-cutting

具體過(guò)程:

(1)計(jì)算切片圓上等分點(diǎn)的全局坐標(biāo)Q(x,y,z)

假設(shè),井筒半徑為r,井眼軌跡上兩個(gè)相鄰測(cè)點(diǎn)為P0、P1,且P0、P1的全局坐標(biāo)分別為(x0,y0,z0),(x1,y1,z1)。

以局部坐標(biāo)X′軸正方向與切片圓p1相交處為起點(diǎn),沿逆時(shí)針?lè)较驅(qū)⑶衅瑘Ap1等分為n等份。因整個(gè)圓周的角度為2π,則每等份的夾角為2π/n。假設(shè)切片圓p1在局部坐標(biāo)系下的等分點(diǎn)為Q′(x′,y′,z′),可得Q′的坐標(biāo)值計(jì)算公式。

(1)

其中,i∈(0,1,2,…,n-1)，θ=2π/n。

(x1y1z1).

(2)

其中,(x′,y′,z′)為切片圓p1上等分點(diǎn)Q′的局部坐標(biāo),(x1,y1,z1)為測(cè)點(diǎn)P1的全局坐標(biāo),α、β為切片圓p1繞全局坐標(biāo)X軸和Z軸旋轉(zhuǎn)的角度,計(jì)算公式為

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換如圖2所示。

當(dāng)c1≠1且c3≠1時(shí),

(x1y1z1) .

(3)

圖2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換Fig.2 Coordinate transformation

當(dāng)c1=?1時(shí),

(4)

當(dāng)c3=?1時(shí),

(5)

(2)構(gòu)建切片圓之間的側(cè)面

經(jīng)過(guò)第一步,可以得到井眼軌跡上每個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的切片圓以及切片圓上的n個(gè)等分點(diǎn)。依據(jù)這些等分點(diǎn),便可以利用三角面片構(gòu)建出相鄰切片圓的側(cè)面。

假設(shè)切片圓p0對(duì)應(yīng)的n個(gè)等分點(diǎn)為P00,P01,…,P0n,切片圓p1對(duì)應(yīng)的n個(gè)等分點(diǎn)為P10,P11,…,P1n,則切片圓p0與切片圓p1構(gòu)建側(cè)面的具體過(guò)程為:

從點(diǎn)P00開始,依次加入P10和P01,順次連接P00、P10和P01形成第一個(gè)三角形。然后加入P11,同樣順次連接P10、P01和P11形成第二個(gè)三角形,以此類推,每新加入一個(gè)點(diǎn),就與前兩個(gè)點(diǎn)連接為一個(gè)三角形,直至加入最后一個(gè)點(diǎn),完成第2n個(gè)三角形的連接,從而完成了相鄰兩個(gè)切片圓的側(cè)面構(gòu)建。用同樣的方法,將所有相鄰的兩個(gè)切片圓側(cè)面都連接起來(lái),首尾相接就完成了整個(gè)井筒的建模。圖3為相鄰兩個(gè)切片圓連接的側(cè)面展開示意圖。

圖3 井眼軌跡側(cè)面展開示意圖Fig.3 Sketch map of lateral surface of wellbore trajectory

1.2 平滑處理

使用上述切片法構(gòu)建的井筒模型會(huì)存在一定的問(wèn)題,比如,井軌跡存在曲率時(shí),所生成的井筒有明顯的折痕,如圖4(a)是在彎折處的建模效果;井眼軌跡曲率越大,折痕越明顯,圖4(b)就是一種較極端情況。這種情況在實(shí)際生產(chǎn)中一般不會(huì)發(fā)生,如果建模后出現(xiàn)這種情況,多是因測(cè)量數(shù)據(jù)有誤,或計(jì)算井軌跡的方法有缺陷而導(dǎo)致的,要進(jìn)行具體分析和處理。對(duì)于可能出現(xiàn)的折痕,采用合適的算法進(jìn)行平滑處理,以使所構(gòu)建的井筒模型更符合實(shí)際要求。

圖4 井筒彎折處Fig.4 Bending place of wellbore

研究和分析[8-9]可以發(fā)現(xiàn),產(chǎn)生上述問(wèn)題的主要原因是離散測(cè)點(diǎn)太少,尤其是在有彎度的地方。因此對(duì)井筒模型的平滑處理可以轉(zhuǎn)化為對(duì)井軌跡測(cè)點(diǎn)的插值處理,井軌跡插值數(shù)據(jù)越密,生成的井筒模型就越平滑，越接近真實(shí)井的效果,尤其是針對(duì)彎折處。但若對(duì)整個(gè)井段都做同樣的插值處理,就會(huì)使計(jì)算量大大增加,建模效率會(huì)很低。所以,采用了分段局部插值的策略,即對(duì)每個(gè)井段采用三次貝塞爾曲線的方法進(jìn)行插值[10]。通過(guò)判斷每個(gè)井段彎曲角度的不同,設(shè)置三次貝塞爾曲線的插值步長(zhǎng)(對(duì)于彎曲度較小的井段,設(shè)置較大的步長(zhǎng),彎曲度較大的井段,設(shè)置較小的步長(zhǎng)),從而確定每個(gè)井段插值的個(gè)數(shù),進(jìn)而達(dá)到對(duì)彎度較大的特殊井段進(jìn)行重點(diǎn)插值的目的。

三次貝塞爾曲線由4個(gè)控制點(diǎn)確定,若要在測(cè)點(diǎn)Pi和Pi+1之間建立一條過(guò)Pi和Pi+1的三次貝塞爾曲線,可以將Pi作為起點(diǎn),Pi+1作為終點(diǎn),因此在起點(diǎn)和終點(diǎn)之間只需再確定兩個(gè)控制點(diǎn)Ai、Bi+1。

假設(shè)井眼軌跡上的3個(gè)測(cè)點(diǎn)分別為P0(x0,y0,z0)、P1(x1,y1,z1)、P2(x2,y2,z2)。P0和P1之間可確定控制點(diǎn)為A0、B1,可定義貝塞爾曲線為p01;P1和P2之間可確定控制點(diǎn)為A1、B2,可定義貝塞爾曲線為p12;

由貝塞爾曲線生成的原理可知,為了使每段貝塞爾曲線光滑地拼接,必須要求曲線函數(shù)式的一階導(dǎo)數(shù)連續(xù),對(duì)于圖5來(lái)說(shuō),就是點(diǎn)P0、P1確定的曲線p01和點(diǎn)P1、P2確定的曲線p12在P1點(diǎn)處的一階導(dǎo)數(shù)連續(xù),即切線斜率相同。又由于控制點(diǎn)一定在過(guò)P1的切線上,因此只需要將位于P1點(diǎn)前面的控制點(diǎn)B1和位于P1點(diǎn)后面的控制點(diǎn)A1都取在過(guò)P1點(diǎn)的切線上即可。

圖5 求取控制點(diǎn)示意圖Fig.5 Sketch map of getting control point

令線段P0P2的斜率與過(guò)P1點(diǎn)的切線斜率相同,即線段P0P2與過(guò)P1點(diǎn)的切線平行,則控制點(diǎn)A1就可以由P0、P2兩個(gè)點(diǎn)確定,可表示為

A1(x1+a(x2-x0),y1+a(y2-y0),z1+a(z2-z0)).

同樣,控制點(diǎn)B1就可以由P1、P3兩個(gè)點(diǎn)來(lái)確定,可表示為

B2(x2-b(x3-x1),y2-b(y3-y1),z2-b(z3-z1)).

其中,a、b∈(0,1),可以任意指定,但是a、b的取值決定著曲線最終的效果。若a、b的值越接近于1,則曲線就會(huì)越偏離實(shí)際井眼軌跡;若取值越接近于0,則曲線優(yōu)化效果就越不明顯。經(jīng)調(diào)試發(fā)現(xiàn),當(dāng)a、b的值取0.2～0.4時(shí),平滑處理的效果比較好。

圖6是平滑處理后的井筒模型。左圖為某一段彎折處的井筒使用貝塞爾曲線優(yōu)化后的效果圖,右圖為放大后的效果圖,可以看出,彎折處已經(jīng)沒(méi)有明顯的折痕。

圖6 井筒優(yōu)化圖Fig.6 Wellbore optimization

2 井壁信息展示與漫游

隨鉆過(guò)程中一般要通過(guò)探管獲取一些鉆遇地層的屬性數(shù)據(jù),例如各種測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)等,它們可以反映出鉆遇地層情況。若將這些信息直觀形象地顯示到三維井筒上,可以實(shí)現(xiàn)井筒模型和地質(zhì)屬性的融合可視,實(shí)現(xiàn)真正的數(shù)字化井筒。

以隨鉆測(cè)井[11]數(shù)據(jù)為研究對(duì)象,采用成像的方法實(shí)現(xiàn)地質(zhì)屬性的可視化,并把成像結(jié)果在井筒模型上進(jìn)行展示,通過(guò)在井筒內(nèi)漫游,就可以很直觀地觀察鉆遇地層情況。

2.1 測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)成像

本文中以方位伽馬測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)[12-13]作為數(shù)據(jù)源,將這些伽馬數(shù)據(jù)按照一定的映射規(guī)則轉(zhuǎn)換為一組像素顏色值,生成伽馬測(cè)井成像圖,不同的地層被賦予專業(yè)人員認(rèn)同的各種偽色彩,表示地層巖性和油藏位置等信息?；痉椒ㄊ?首先對(duì)原始伽馬數(shù)據(jù)做插值處理,將插值后的伽馬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成色標(biāo)數(shù)據(jù),然后通過(guò)一定的映射規(guī)則映射到特定的色譜上,即把伽馬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成不同的顏色,最后將這些顏色值以圖像的形式顯示到畫板(如屏幕)上。成像實(shí)現(xiàn)流程見(jiàn)圖7。

圖7 成像流程Fig.7 Flow chart of imaging

(1)數(shù)據(jù)預(yù)處理。隨鉆方位伽馬測(cè)井獲取的數(shù)據(jù)是環(huán)繞井周不連續(xù)的8條測(cè)井曲線數(shù)據(jù),即井周的每個(gè)深度上都有8個(gè)方位的伽馬值。若通過(guò)成像的方式顯示伽馬屬性值的變化,進(jìn)而分析地層巖性,則需要對(duì)這8條曲線進(jìn)行插值處理,得到井周360°方位上完整的伽馬數(shù)據(jù),然后對(duì)插值結(jié)果進(jìn)行成像化處理,得到完整的井周成像圖。本文中在分析和實(shí)驗(yàn)比較多種插值算法[14]后,最終選取三次樣條插值[8-9]方法對(duì)8條伽馬測(cè)井曲線做插值處理。使用該方法插值后生成的圖像平滑過(guò)渡自然。

(2)定義色譜。顏色值通常用(R,G,B)三原色表示,叫做色標(biāo)。若要生成成像圖,就要將伽馬值映射為相應(yīng)的色標(biāo)。在映射之前首先需要定義一條用來(lái)映射的色譜,即一組顏色由淺到深的色標(biāo)。色譜的選擇與成像圖的最終顯示效果有非常密切的關(guān)系,因此為了生成更專業(yè)的測(cè)井成像圖,需要生成特定的色譜。

(3)建立映射規(guī)則。建立映射規(guī)則是指確定伽馬數(shù)據(jù)與RGB顏色值的對(duì)應(yīng)關(guān)系。常用的方法有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。靜態(tài)映射是指根據(jù)整個(gè)井段上的所有伽馬數(shù)據(jù)建立映射規(guī)則,這種映射方法的目的是反映整個(gè)井段伽馬值的變化趨勢(shì)。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下:

首先,找出整個(gè)井段中伽馬數(shù)據(jù)的最大值和最小值,分別表示為Vmax、Vmin;

其次,建立伽馬值和色標(biāo)值的對(duì)應(yīng)關(guān)系。假設(shè)色標(biāo)最大值和最小值分別為Cmax、Cmin,則色標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系為

M=(Cmax-Cmin)/(Vmax-Vmin),

(6)

Coffset=Cmin-VminM.

(7)

最后,得到伽馬數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的色標(biāo)。

Ci=ViM+Coffset.

(8)

式中,Vi為某個(gè)伽馬值,Ci為Vi伽馬值經(jīng)映射后得到的色標(biāo)值。

動(dòng)態(tài)映射方法的提出是為了解決有限的顏色刻度與全井段大范圍伽馬值變化之間的矛盾,該方法可以生成分辨率更強(qiáng)的圖像。其基本原理是將整個(gè)井段進(jìn)行分段處理,每段分別應(yīng)用靜態(tài)映射法,這種方法可能會(huì)失去整個(gè)井段伽馬的整體變化特征,但是卻可以更詳細(xì)突出地層局部的變化特征。其每個(gè)井段的具體映射過(guò)程與靜態(tài)映射過(guò)程相似。

(4)圖像生成。成像圖實(shí)際上是一幅二維圖像,由一系列的像素點(diǎn)組成,縱坐標(biāo)表示深度,橫坐標(biāo)表示方位。在經(jīng)過(guò)一系列的預(yù)處理和顏色映射后,在每個(gè)記錄的深度點(diǎn)上都有一個(gè)方位數(shù)據(jù)和代表伽馬值的像素?cái)?shù)據(jù)。圖像生成,即將已有的像素?cái)?shù)據(jù)以圖像的形式顯示出來(lái),生成一幅二維圖像,即位圖。但這樣直接生成的圖像在進(jìn)行放大等操作時(shí)會(huì)失真。為此本文中使用了四相鄰點(diǎn)方法生成最終的成像圖,即將每個(gè)像素點(diǎn)信息(深度、方位、顏色值)記錄下來(lái),在生成圖像時(shí),用相鄰的4個(gè)像素點(diǎn)確定并填充一個(gè)四邊形區(qū)域的顏色,從而完成圖像的生成。圖8所示為某井井段深度范圍為2 780～2 800 m的成像圖。

圖8 成像圖Fig.8 Mapping results

2.2 井壁屬性渲染

生成測(cè)井成像圖的最終目的是要附著到三維井筒上,即將測(cè)井信息在井壁上展示出來(lái)。本文中采用紋理映射技術(shù),以測(cè)井成像圖作為紋理,以使用切片法生成的井筒模型作為空間中的三維物體,把測(cè)井成像圖映射到三維井筒模型上。主要嘗試了兩種方式完成紋理映射。

(1)直接給定紋理坐標(biāo)。其基本原理為:為井筒模型上的所有三角網(wǎng)格頂點(diǎn)指定紋理坐標(biāo)。由于井筒模型與圓柱面類似,因此可以使用常用的圓柱面映射方式,得到映射函數(shù)。假設(shè),已知三角網(wǎng)格頂點(diǎn)坐標(biāo)為(x,y,z),則紋理空間中對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)(u,v)計(jì)算公式為

(9)

(2)使用紋理坐標(biāo)函數(shù)。OIV提供了一個(gè)紋理坐標(biāo)函數(shù)節(jié)點(diǎn),在該函數(shù)中可以指定兩個(gè)方向向量:directionS和directionT。通過(guò)這兩個(gè)方向向量可以自動(dòng)計(jì)算每個(gè)頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的紋理坐標(biāo)值,完成紋理映射。其實(shí)現(xiàn)的基本原理為:首先,遍歷所有三角網(wǎng)格的頂點(diǎn)坐標(biāo),得到X、Y坐標(biāo)上的最大、最小值,分別記為Xmax、Xmin、Ymax、Ymin,然后,取兩個(gè)方向向量的值為:directionS=Xmax-Xmin,directionT=Ymax-Ymin。經(jīng)過(guò)函數(shù)計(jì)算后,當(dāng)前頂點(diǎn)(x,y,z)的紋理坐標(biāo)為:u=(x-Xmin)/(Xmax-Xmin),v=(y-Ymin)/(Ymax-Ymin)。

如圖9為某一口井在3個(gè)不同井段上紋理貼圖之后的效果圖。

圖9 井筒貼圖效果Fig.9 Wellbore results after texture mapping

2.3 信息漫游

可視化的最終目的是觀察數(shù)據(jù)中隱藏的信息和規(guī)律,并對(duì)其進(jìn)行解釋和分析。井筒可視化的目的同樣是為了可以真實(shí)地觀察井軌跡以及井壁的地層屬性信息,并通過(guò)解釋和分析,實(shí)時(shí)調(diào)整鉆頭走向。為了可以更方便和直觀地觀察井壁地層屬性信息,采用虛擬漫游技術(shù)在井筒內(nèi)部觀察井壁信息,實(shí)現(xiàn)井壁信息漫游[15]。

主要的方法是:通過(guò)不斷改變視點(diǎn)位置對(duì)視圖進(jìn)行變換,實(shí)現(xiàn)信息的漫游,并且視點(diǎn)位置的改變通過(guò)設(shè)置鍵盤命令實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)原理為:以井眼軌跡測(cè)點(diǎn)位置作為相機(jī)視點(diǎn)位置,以井軌跡的路徑作為相機(jī)視點(diǎn)的移動(dòng)路徑,實(shí)現(xiàn)井筒內(nèi)部的漫游。用戶可以根據(jù)漫游命令移動(dòng)視點(diǎn)位置,從而漫游井筒,觀察井壁信息,主要命令包括向井底方向移動(dòng)、向井口方向移動(dòng)和復(fù)原到井口位置等。

3 實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用

基于Open Inventor開發(fā)包,對(duì)井筒建模和井壁信息展示進(jìn)行了原型實(shí)現(xiàn),并選取了多口井進(jìn)行了隨鉆井筒可視化試驗(yàn)。圖10(a)為某一口井的井筒繪制效果,該井實(shí)際測(cè)深為4 046.8 m,垂深為2 705.15 m,井眼軌跡測(cè)量參數(shù)共有250組實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),圖10(b)為井筒某段放大后的效果。

如圖11(a)為井筒的相應(yīng)井段附加上測(cè)井屬性信息之后的井筒效果,圖11(b)為該井段逐漸放大后的效果。圖12為從井內(nèi)不斷向井底移動(dòng)時(shí)觀察井壁伽馬測(cè)井信息的效果,圖12(a)、圖12(b)為在井內(nèi)從井口向井底的漫游效果,其中井筒內(nèi)部有一條井軌跡。

圖10 井筒整體效果Fig.10 Program running chart of wellbore result

圖11 井壁屬性渲染效果Fig.11 Program running chart of attribute rendering

圖12 井內(nèi)觀察Fig.12 Observation result of well inside

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)目前線狀井軌跡以及二維井信息顯示的缺陷,提出了一個(gè)全新的井軌跡和地層屬性信息的三維可視化解決方案。采用不同的方法對(duì)井筒和鉆遇地層屬性分別進(jìn)行建模,然后將二者進(jìn)行有機(jī)融合,實(shí)現(xiàn)隨鉆井筒的三維可視化。利用OIV開發(fā)工具包進(jìn)行原型開發(fā)實(shí)現(xiàn),使用戶可以身臨其境地在井筒中漫游,觀察鉆遇的井壁地層屬性。采用的算法效率高,操作響應(yīng)快,設(shè)計(jì)了操作界面,交互性好,為隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)的深入研究和應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1] SHAO C, ZHANG F, CHEN G, et al. Study of real-time LWD data visual interpretation and geo-steering technology[J]. Petroleum Science, 2013,10(4):477-485.

[2] 榮海波,賀昌華.國(guó)內(nèi)外地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展[J].鉆采工藝,2006,29(2):7-9. RONG Haibo, HE Changhua. State of the art and development of geosteering drilling at home and abroad[J]. Drilling & Production Technology, 2006,29(2):7-9.

[3] LIU J P, YAN F, ZHAO H L. Application of visualization in scientific computing technology[C]//Advanced Materials Research. Clausthal-Zellerfeld:Trans Tech Publications,2011.

[4] 孫建孟,閆國(guó)亮,姜黎明,等. 基于數(shù)字巖心研究流體性質(zhì)對(duì)裂縫性低滲透儲(chǔ)層彈性參數(shù)的影響規(guī)律[J].中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014,38(3):39-44. SUN Jianmeng, YAN Guoliang, JIANG Liming, et al. Research of influence laws of fluid properties on elastic parameters of fractured low permeability reservoir rocks based on digital core[J]. Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science),2014,38(3):39-44.

[5] 魏凱,管志川,馬金山,等. 鉆井地質(zhì)參數(shù)的不確定性表征及分析方法[J]. 中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015,39 (5):89-93. WEI Kai, GUAN Zhichuan, MA Jinshan, et al. Assessment method for uncertainty of geological parameters in well drilling[J]. Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science),2015,39(5):89-93.

[6] 詹煒,戴光明.數(shù)據(jù)可視化程序開發(fā)包OpenInventor及其應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2007,28(11):2705-2707. ZHAN Wei, DAI Guangming. Data visualization programming toolkit open inventor and its application[J]. Computer Engineering and Design, 2007, 28(11):2705-2707.

[7] 陳剛,楊雪,潘保芝,等.井眼軌跡計(jì)算及可視化研究現(xiàn)狀[J].世界地質(zhì),2015,34(3):830-841. CHEN Gang, YANG Xue, PAN Baozhi, et al. Status of calculation and visualization research on well trajectory[J]. Global Geology, 2015,34(3):830-841.

[8] 黃志強(qiáng),田海,鄭雙進(jìn),等.定向井實(shí)鉆井眼軌跡三維可視化描述[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009,24(4):79-82. HUANG Zhiqiang, TIAN Hai, ZHENG Shuangjin, et al. 3D visualization of hole trajectory in directional wel drilling[J]. Journal of Xian Shiyou University(Natural Science Edition), 2009, 24(4):79-82.

[9] XU Y, ZHANG M. Research of 3D visualization for wellbore trajectory[C]. Web Information Systems and Mining (WISM), 2010 International Conference on. IEEE, Washington: IEEE Computer Society,2010.

[10] 符祥,郭寶龍.圖像插值技術(shù)綜述[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2009,30(1):141-144. FU Xiang, GUO Baolong. Overview of image interpolation technology[J]. Computer Engineering and Design, 2009,30(1):141-144.

[11] 張辛耘,王敬農(nóng),郭彥軍.隨鉆測(cè)井技術(shù)進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)[J].測(cè)井技術(shù),2006,30(1):10-15,100. ZHANG Xinyun, WANG Jingnong, GUO Yanjun. Advances and trends in logging while drilling technology[J]. Well Logging Technology, 2006,30(1):10-15,100.

[12] 楊錦舟.基于隨鉆自然伽馬、電阻率的地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)及應(yīng)用[J].測(cè)井技術(shù),2005,29(4):285-288. YANG Jinzhou. Application of geosteering system based on GR and resistivity LWD[J]. Well Logging Technology, 2005,29(4):285-288.

[13] 杜志強(qiáng),郝以嶺,張國(guó)龍,等.方位伽馬隨鉆測(cè)井在冀東油田水平井地質(zhì)導(dǎo)向中的應(yīng)用[J].錄井工程,2008,19(1):18-21. DU Zhiqiang, HAO Yiling, ZHANG Guolong, et al. The application of the azimuth gamma logging while drilling for the geosteering in the horizontal wells in Jidong Oilfield[J]. Mud Logging Engineering, 2008,19(1):18-21.

[14] 丁宇勝.數(shù)字圖像處理中的插值算法研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2010,6(16):4502-4503. DING Yusheng. Interpolated algorithm research in digital image processing[J]. Computer Knowledge and Technology, 2010,6(16):4502-4503.

[15] 孔潔瓊.基于幾何模型的數(shù)據(jù)場(chǎng)漫游可視化方法研究[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué),2007. KONG Jieqiong. Research on technology of geometric-model-based data field walk-through visualization[D]. Hefei:Hefei University of Technology, 2007.

(編輯 修榮榮)

Wellbore visualization method for logging while drilling

DUAN Youxiang1, TONG Zhaoqi1, LI Qing1, SUN Qifeng1, LI Hongqiang2

(1.College of Computer & Communication Engineering in China University of Petroleum, Qingdao 266580, China;2.DrillingTechnologyResearchInstituteofShengliOilfield,SINOPEC,Dongying257000,China)

To address the complex nature and the importance of visualization of downhole data in geosteering, we developed methods for wellbore visualization modeling and established a 3D model of wellbore, using well trajectory data and logging-while-drilling data. Based on the imaging principle, we developed methods for formation visualization modeling while drilling, and built a geological attribute mapping model. Using texture mapping technology, we fully integrated the two models mentioned above, and achieved 3D visualization of drilling wellbore. Using Open Inventor graphics development kit, we illustrated how to draw 3D wellbore and display drilling formation in 3D borehole.

logging while drilling； well track； wellbore； visualization

2016-07-01

國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2011ZX0511-003)

段友祥(1964-)，男，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)镮T在油氣資源領(lǐng)域的應(yīng)用。E-mail:yxduan@upc.edu.cn。

1673-5005(2016)06-0063-08

10.3969/j.issn.1673-5005.2016.06.008

TE 24;TP 391

A

段友祥,仝兆岐,李卿,等. 面向隨鉆的井筒可視化方法研究[J].中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,40(6):63-70.

DUAN Youxiang, TONG Zhaoqi, LI Qing, et al. Wellbore visualization method for logging while drilling [J]. Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science), 2016,40(6):63-70.