第4期地球信息科學(xué)2002年12月GEO-INFORMATION SCIENCED2002“數(shù)字油田”的設(shè)計與應(yīng)用李智陳強中國地震局地質(zhì)研究所,北京100029)(北京萬維擬境科技有限公司,北京100081)摘要:本文研究了數(shù)字地球在油氣勘探開發(fā)和油田管理決策中的具體應(yīng)用——數(shù)字油田,并詳細分析了數(shù)字油田的相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域關(guān)鍵詞:數(shù)字地球;數(shù)字油田;虛擬現(xiàn)實中圖分類號:P208;TE13數(shù)字油田是數(shù)字地球在油氣勘探開發(fā)和油田管人員一起,通過聲控或其它交互,浸入到工作區(qū)的理決策中的具體應(yīng)用。過去30年間,從油田各單位圈閉和油藏周圍,甚至沿著布設(shè)的井跡,觸摸那些到石油集團公司各院所,都是以建立和運作大型計儲層,親臨其境地檢査成果,調(diào)看不同思路的建模算中心為主要技術(shù)投入,目前超級計算機、并行機和模擬結(jié)果,優(yōu)化決策。和各種國際先進的軟件系統(tǒng),廣泛用于地震處理、解釋和油藏數(shù)模等生產(chǎn)項目為過去30年來我國石油2數(shù)字油田的系統(tǒng)開發(fā)、集成天然氣基本自給自足提供了基礎(chǔ)技術(shù)條件。數(shù)字油田系統(tǒng)是集計算機、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)面對中國石油資源儲備的不足,從國家3大石實系統(tǒng)、數(shù)據(jù)集成共享、滾動和智能化建模以及各油集團公司國際上市加速,開拓國內(nèi)石油界新理論、種勘探開發(fā)應(yīng)用軟件為一體的油田信息化和決策系新模式如海相疊合盆地等國家重大項目,到“八統(tǒng)。而不是純用戶版的三維可視化地震解釋系統(tǒng)。五”和“九五”期間中科院與勝利油田與大慶油田個典型的數(shù)字油田系統(tǒng)包括以下9個主要部的大型項目合作,都是極好的石油二次創(chuàng)業(yè)的對策。分對于中國這樣一個還沒有及時向新經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的國(1)主計算機和客戶機家,中國能源行業(yè)和國民經(jīng)濟正受到國際石油波的(2)虛擬現(xiàn)實投影和浸入交互用戶界面不斷沖擊(3)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),包括局域、廣域和寬頻帶互聯(lián)網(wǎng)1從大型計算中心到數(shù)字油田(4)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)軟件,用于硬軟件耦合調(diào)試和人機交互對于油田來說,重點之一是從大型計算中心迅(5)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的開發(fā)兼應(yīng)用集成平臺速轉(zhuǎn)型到數(shù)字油田。在數(shù)字油田系統(tǒng)里,可把復(fù)雜(6)虛擬現(xiàn)實應(yīng)用軟件包,從處理、解釋到油藏的地下地質(zhì)情況,經(jīng)過疊前深度成像轉(zhuǎn)換成動態(tài)、可滾動建模等視、可交互的三維圖像,可隨意沉浸其中直接尋找(7)跨系統(tǒng)異構(gòu)數(shù)據(jù)倉共享,如 OPENSPIRIT圈閉和油藏,直接設(shè)計井位和開發(fā)方案、確定鉆井等軌跡、發(fā)現(xiàn)剩余油藏和隱蔽油藏,配合油藏模擬軟(8)通用的軟件開發(fā)工具庫件,可以追蹤油藏的生產(chǎn)史、識別死油區(qū)和繞流區(qū),(9)通用的應(yīng)用算法和模塊庫,例如信號處理優(yōu)化開發(fā)方案,改善油藏管理,從而極大地降低開統(tǒng)計中國煤化工發(fā)成本。技術(shù)總工和管理決策者不再是傳統(tǒng)那樣審什HCNMHG發(fā)上述全部組成的硬件查報告圖集和聽取多媒體介紹來決策,他們和專業(yè)和軟件都是不現(xiàn)實的。對于每一個主要部分,基本收稿日期:2002-04-01。作者簡介;李智(1973-),中國地震局地質(zhì)研究所博土生,主要研究方向:數(shù)字地球及其應(yīng)用地球信息科學(xué)2002年12月上都有若干家公司可以獨立提供。所以,根據(jù)用戶(2)垂向開發(fā)兼用戶型數(shù)字油田系統(tǒng)需求而進行的全系統(tǒng)集成必不可少。尤其重要的是(3)橫向開發(fā)平臺型數(shù)字油田系統(tǒng)這樣一個系統(tǒng),如果它的主要軟件只是純用戶版,那(4)多功能開發(fā)與應(yīng)用型數(shù)字油田系統(tǒng)么,該系統(tǒng)的增值開發(fā)不可能實現(xiàn),更不能靈活地按照硬件分類的數(shù)字油田系統(tǒng)主要取決于網(wǎng)絡(luò)按照項目需要連接和增添各種應(yīng)用軟件包和數(shù)據(jù)接傳輸方式和可視化程度,以下幾種可視化系統(tǒng)都可口。按照數(shù)字油田系統(tǒng)的軟件技術(shù)一般可劃分如下通過局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)分布式服務(wù)器實現(xiàn)信幾種息多媒體交互。一般系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架如圖1所示(1)用戶型數(shù)字油田系統(tǒng)油田數(shù)據(jù)中心ISDN Y大型工作站虛擬現(xiàn)實平臺沒入式環(huán)境1T1浸入式環(huán)境2ODBC. Openspirit,凵 GOCAD-VRMD-VR3Party VRs圖1數(shù)字油田系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框ig. 1 The character of digital oilfield system(1)寬屏立體影像化便攜式/工作站系統(tǒng):成結(jié)果。三維地震技術(shù)和近年發(fā)展起來的四維地震技本低、易移動、個人或小團隊式的系統(tǒng)術(shù)是產(chǎn)生海量數(shù)字化地震數(shù)據(jù)的提取、識別、標(biāo)定2)前投影曲屏系統(tǒng):這種系統(tǒng)用于1θ~100人和預(yù)測地震處理解釋、分析模擬的關(guān)鍵技術(shù)親臨其境的虛擬現(xiàn)實環(huán)境下的功能演示當(dāng)前我國油氣綜合預(yù)測的重點應(yīng)包括以下幾方(3)后投影曲屏系統(tǒng):當(dāng)團隊工作時,可避免面前投影系統(tǒng)中參與者在幕前的影像干涉。(1)薄互層油藏疊前、疊后地震屬性分析;(4)多投影多屏系統(tǒng)—如CAVE系統(tǒng)等(2)碳酸巖油藏巖性、流體反演和屬性分析;能源勘探開發(fā)行業(yè)的高風(fēng)險高效益特征使它·(3)小尺度斷層斷裂的地震檢測和正演模擬;直是試驗和采用新方法、新技術(shù)的先驅(qū)。作為數(shù)字(4)多屬性和復(fù)合屬性的智能分類、模式識別;地球的直接應(yīng)用,數(shù)字油田系統(tǒng)開發(fā)內(nèi)容的關(guān)鍵技(5)巖石物理模擬、地震正演模擬和地震巖石術(shù)有物理模擬。(1)遠程異構(gòu)的勘探開發(fā)數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉和數(shù)數(shù)字油田中油氣綜合預(yù)測的流程有:疊后和疊據(jù)銀行。前地震屬性提取、直接找油(地震屬性)標(biāo)志、多(2)基于波動方程解的疊前深度偏移成像和智波多分量地震屬性、時延地震屬性差異對比,地震,能化地震屬性油氣預(yù)測。測井、巖芯分析與屬性標(biāo)定、屬性異常的巖石物理(3)油藏三維滾動建模從而動態(tài)地把地震解釋模擬、地震屬性解釋與可視化和屬性異常用于構(gòu)造到油藏數(shù)值模擬以及四維地震集成建模解釋、屬性異常用于層序地層相圖、屬性異常用于4)油田互動擬境系統(tǒng)使多學(xué)科技術(shù)和管理決巖性鑒別、屬性異常用于流體預(yù)測、地震和測井屬策團隊能夠親臨其境地透視化互動操作。性中國煤化工(5)互聯(lián)網(wǎng)啟動和分布式地震和油藏應(yīng)用軟件3.CNMH服務(wù)。濃切劫珠廾友是牛米我國的油田戰(zhàn)略,滾動3數(shù)字油田的決策應(yīng)用勘探開發(fā)的成果體現(xiàn)就是油藏滾動建模,即建模過程是在三維可視化甚至浸入式透視化交互的環(huán)境里3.1油氣綜合預(yù)測隨著油藏數(shù)據(jù)變化而部分或全部自動地更新。典型油氣綜合預(yù)測是數(shù)十年來石油勘探的技術(shù)集成旳油藏滾動建模應(yīng)該具有如下先進技術(shù)特征4期李智等:“數(shù)字油田”的設(shè)計與應(yīng)用(1)其軟件屬于開發(fā)兼用戶版,用戶可按需要技術(shù)服務(wù)公司早在20世紀(jì)90年代初期就開始增值開發(fā)數(shù)據(jù)接口和應(yīng)用算法模塊;POSC開放式數(shù)據(jù)庫的共同研究開發(fā),試圖整合石(2)能夠與當(dāng)?shù)睾瓦h程的各種勘探開發(fā)軟件的油行業(yè)種類各異,難以兼容的老大難問題。1995年數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉實現(xiàn)動態(tài)集成和共享;《石油地球勘探物理》上曾經(jīng)詳細地對POSC作過介(3)用戶能夠開發(fā)、存儲和修改構(gòu)造建模、層序紹。盡管POSC勘探開發(fā)數(shù)據(jù)模型經(jīng)過幾年努力終建模、屬性建模和風(fēng)險建模等流程;于推出,但該行業(yè)商業(yè)化競爭等主要因素并沒有使(4)用戶可用宏指令或開發(fā)的用戶界面把這些整個石油行業(yè)普遍接受和廣泛集成到POSC上來流程裝配成各種自動化建模子系統(tǒng);目前的狀況傾向于把POSC數(shù)據(jù)模型作為許多數(shù)據(jù)用戶可在浸入式透視化多媒體交互(如聲控庫數(shù)據(jù)倉的其中一種數(shù)據(jù)模型式)的環(huán)境中進行滾動建模。顯而易見,這樣的油近幾年來,由于互聯(lián)網(wǎng)和內(nèi)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)藏滾動建模,可廣泛用于展,數(shù)據(jù)銀行的發(fā)展成為新的熱點。國際上已有若(1)基于疊前和疊后地震解釋、反演和屬性分干家公司推岀勘探開發(fā)數(shù)據(jù)銀行的服務(wù)。國內(nèi)目前析的油氣綜合預(yù)測;正方興未艾。但是,由于國內(nèi)油田數(shù)據(jù)是受國營的(②)油藏精細描述和孔滲飽等油藏參數(shù)轉(zhuǎn)換和石油集團公司所支配,在未來幾年內(nèi)都不可能實現(xiàn)空間分布模擬;共享,所以其市場的興起更取決于油田的開放政策(3)布井、鉆井的風(fēng)險模擬和優(yōu)化決策;從數(shù)字油田系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)集成和共享來看(4)結(jié)合開采數(shù)據(jù)、油藏數(shù)模數(shù)據(jù)以及開發(fā)地油藏滾動建模要求的無縫數(shù)據(jù)集成和共享是當(dāng)務(wù)之震數(shù)據(jù)等的開發(fā)決策急。對于具體一個項目,如果勘探開放數(shù)據(jù)存放在3.3油田管理決策不同的地震和測井?dāng)?shù)據(jù)庫,甚至遠隔千里,有無可數(shù)字油田在油田管理決策中有若干獨特的優(yōu)能在做項目的時候能夠做到動態(tài)數(shù)據(jù)集成,而且應(yīng)勢。每個油田都有為數(shù)不多的經(jīng)過幾十年油田工作用實施之后的結(jié)果可以隨意存放到異地異構(gòu)的數(shù)據(jù)的技術(shù)老總,他們在自己的大腦里對整個油田了如庫或數(shù)據(jù)倉呢?由十幾家公司發(fā)起的 OPENSPIRIT指掌,只有他們自己說得清楚的油藏動態(tài)和預(yù)測通聯(lián)合體幾年來一直致力于該問題的解決,OPEN過數(shù)字油田系統(tǒng),完全可以把他們的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中積 SPIRIT?軟件能跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)無縫集成和共享累建立的油田油藏滾動建模,定量地實現(xiàn)或者開發(fā)目前,中國石油天然氣勘探開發(fā)進入了二次創(chuàng)為各種專家子系統(tǒng),從而使通常需要幾年幾十年才業(yè)時期。在國內(nèi),油田滾動勘探開發(fā)面臨的是埋藏真正認(rèn)識理解的油田客觀規(guī)律得以發(fā)現(xiàn),迅速為更更深、更隱蔽、更難開采的復(fù)雜生儲蓋地質(zhì)環(huán)境里多的技術(shù)和決策人員去發(fā)展和應(yīng)用,創(chuàng)造更好的效的油氣藏。在國際石油市場上,中國三大石油石化益,變各級管理決策者從觀眾或聽眾為實際操作者。集團公司的國際股市上市,標(biāo)志著國際市場的新開級別越高,越脫離實際操作,越成為觀眾式或聽眾拓,但畢竟是晩了幾步,許多國際石油戰(zhàn)略資源已式的技術(shù)和管理,這是任何行業(yè)長期的習(xí)性。數(shù)字被一些國際跨國石油集團占領(lǐng)。因此,要在國際競油田系統(tǒng)從根本上改變這種落后的管理和決策過爭激烈的石油市場上有一席之地,傳統(tǒng)的以低成本程勞務(wù)取勝的優(yōu)勢不再是優(yōu)勢。新思路、新理論、新石油集團公司的油田管理國際上市后,油田稍技術(shù),才能從根本上解決或緩解中國石油戰(zhàn)略儲備有規(guī)模的勘探開發(fā)方案都有可能到集團公司去論不足的狀況。證、審批。通過集團公司的內(nèi)聯(lián)網(wǎng),整個勘探開發(fā)參考文獻方案可以動態(tài)地在不同地點共同開會論證,如同遠1中國煤化工Understanding Our Planet程醫(yī)療專家會診。對于日益增多的國際項目,可以California science centerCNMHG在中東、非洲、南美洲把勘探開發(fā)方案送到集團公y,1998[2 Hwang K, Xu Z Scalable Parallel Computing: Technol司實時操作。ogy, Architecture, Programming, McGraw-Hill Com-3.4勘探開發(fā)數(shù)據(jù)銀行panies, Inc.長久以來,各油田一直致力于油田勘探開發(fā)數(shù)3]suCB. Black. Practical., Scalable, Modern3 D Seis-據(jù)的數(shù)據(jù)庫集成和共享。國際上數(shù)十個石油公司和mic Processing. The Leading Edge, 1996, 15(12·100·地球信息科學(xué)2002年12月[4] Joyce Bischoff, Ted Alexander Data Warehoused,Prac-[9]張茂軍.虛擬現(xiàn)實系統(tǒng).北京:科學(xué)出版社,2002.tical Advice from the Experts, Prentice hall inc,1997.[10]H.R.納爾遜著.陸邦干等譯,勘探地球物理新技術(shù)[57 Goodchild M F Geographical Data Modeling. Compute北京:石油工業(yè)出版社,1986& Geosciences. 1992. 18(4)1]邸凱昌.空間數(shù)據(jù)發(fā)掘與知識發(fā)現(xiàn).武漢:武漢大學(xué)出[6]承繼成等.數(shù)字地球?qū)д?北京:科學(xué)出版社,2000版社,2001η]崔偉宏等·數(shù)字地球·北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,[12]李德仁,關(guān)澤群,空間信息系統(tǒng)的集成與實現(xiàn),武漢:武漢測繪科技大學(xué)出版社,20008]王宏琳,地球物理勘探軟件平臺技術(shù).北京:石油工業(yè)「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中國煤化工 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