计算机图形技术在水平井随钻监控系统中的应用

计算机图形技术在水平井随钻监控系统中的应用
作者：晏高明
来源：《科技视界》 2012年第22期
晏高明
（中原石油勘探局地质录井处河南濮阳457001）
【摘要】计算机图形学作为计算机科学与技术的一个独立分支，由于其在计算机中模拟
高度真实的现实世界，在工业生产领域得到了广泛的应用，并对生产作业起着重要的指导作用。

本文探讨在FOCUS水平井录井系统中应用计算机图形技术的实现方法，系统通过实现的虚拟现
实技术、矢量成图等计算机图形技术，应用于水平井的录井作业，实现了地质体、曲线、井身
轨迹的三维和矢量可视化实时显示，在录井中为钻井提供了真正意义的录井地质导向，展示了
计算机图形技术在录井作业中的重要作用及广泛的应用前景。

【关键词】水平井；录井；计算机图形学；虚拟现实；矢量
０引言
计算机图形学的一个重要研究就是通过建立图形所描述场景的几何表示，利用光照模型，
对虚拟纹理、材质属性进行光照，从而在计算机上得到逼真现实场景的模拟真实图形[1]。

由于对现实场景的模拟，使得计算机图形学在科学研究、生产作业中具有广泛的应用。

FOCUS水平井录井系统是《水平井随钻监控系统》平台的支撑部分，它是以水平井地质录
井技术为支撑，以现场地质导向为目标面研发的。

主要采用神经网络、灰色关联法、聚类分析
等先进的计算机模拟技术，通过计算机系统和人脑综合解释的方法，达到对目标体科学分析、
追踪的目的。

整套系统针对性和操作性强，在地质导向中与MWD联用，具有良好可行性与经济性。

1 FOCUS水平井录井系统的计算机图形学组成
Focus 水平井录井系统集随钻数据采集、处理、分析、解释为一体，其中主要包含两项计
算机图形分析技术：
1.1 基于OPGL的三维虚拟现实技术
FOCUS水平井录井系统在 Delphi 软件开发平台上，使用基于 OpenGL的图形技术来开发实时监控平台，结合地层数据，把计算函数值或实验获得的大量数据表现为人的视觉可以感受的
计算机图像。

通过这个监控平台，能对现实中的地质构造、地层结构进行实时三维建模，实时
追踪钻头进出地层状况，并可通过鼠标灵活实现对三维实体的动态调整。

该系统三维设计的关键技术是实时三维建模和钻头进出地层状况显示。

采用 TIN模型来拟
合地质曲面，对TIN模型的求交、裁剪等计算方法进行深入分析，结合录井地质导向需求开发
了三维地质建模及分析系统。

系统的三维可视化实现了对地质体、钻井轨迹、地层结构的多角度，多细节展示，在现场的录井地质导向中，为地质工作者追踪地质目标体提供了直观形象的
表现方式。

1.2 矢量成图技术
矢量图像，也称为面向对象的图像或绘图图像，在数学上定义为一系列由线连接的点[1]。

矢量文件中图形元素的每个对象都是一个自成一体的实体，每个实体可以在维持它原有清晰度和弯曲度的同时，多次移动和改变它的属性，而不会影响图例中的其它对象。

基于矢量的绘图同分辨率无关，意味着它们可以按最高分辨率显示到输出设备上。

系统中实现了二维矢量图的三维的矢量成图，在二维矢量图形中，垂深、位移、钻时、全烃、C1、GR、地层倾角等信息，以及井眼轨迹的变化趋势都能以矢量图形的方式进行实时更新绘制（图1），使技术人员能直观地研究分析地层变化，井眼在地层中的运行等情况[2-3]。

在三维矢量图上，将井身各点轨迹坐标的井深、方位与油层展布以矢量图的形式进行表征和展示（图2），同时，通过对钻头位置的插值运算，在三维矢量图上可以清楚地对钻头位置进行预测与显示，有助于在水平井录井施工中，第一时间判断钻头位置。

在三维矢量图中，可以方便地以360度的角度全方位展现水平井作业情况，使录井作业达到真正意义上的地质导向目的。

2 FOCUS水平井录井系统应用计算机图形技术的实现方法
2.1 数字高程模型实现地层虚拟显示
在FOCUS水平井录井系统中，需要处理大量三维地层信息数据，不同的比例需要显示的信息数据内容是不同的，其处理的复杂程度也有所不同，设计时采用数字高程模型(Digital Elevation Model，简称DEM)与分层设计思想，对不同比例尺和不同的观察点对DEM数据进行处理。

DEM数据的生成：通过对地震解释数据的转换或手工填表的方式将采集到的网格化高程数据填入DEM数据格式，并以此来存储某一区域的地质特征数据。

2.2 实时或设计数据模型实现相关部件虚拟显示
在FOCUS水平井录井系统中，二维及三维钻具、井眼、靶点、邻井等概念都是用单个或组
合部件的方式进行展示。

关键在于地理坐标和屏幕坐标、OpenGL坐标系的变换。

3 应用实例
FOCUS水平井录井系统在中原探区的水平井综合录井中得到了广泛的应用，与MWD的相结合，利用计算机图形技术能很好地指导水平井的作业与施工，取得了良好的效果，下面以一口
较为典型的水平井——Ma26平1井为例来说明系统应用所取得的成果。

MA26平1井为DP地区水平段钻进最长距离的井，在实钻过程中钻至设计A靶时，并没有
进入标志层位(图3)，通过FOCUS水平井录井系统的实时矢量图形分析(图4)，认为还未到目标层，于是建议向下调整井身轨迹，放弃设计B靶，在过B靶投影位移40m后出现异常的油气显
示和储层特征，于是认为3562m为油层着陆点。

并调整井斜和方位，最终打开油层214m，油层
穿行率为35.5%，油层厚度3.30m。

获得日产能20t的高产油流。

经测井证实，原设计的目标层与实际正好相反，A、B、C三个靶区跨越两个小褶皱或为一个向斜，同时储层的非均质性非常
明显。

4 结束语
FOCUS水平井录井系统通过对计算机图形技术的应用，实现了地质体、各种曲线、井身轨
迹的三维虚拟可视化和矢量成图，通过三维真实图形对水平井地质导向做多角度，多细节的展示，为技术人员追踪水平井地质目标体、确定水平井钻头位置和实钻目标层特性，提供了直观
形象地表现方式。

系统目前对于普通的地层或地形三维建模已经取得了非常好的效果，并在中
原探区内和外部市场的水平井施工中得到了广泛的应用，取得了良好的成果，展示了计算机图
形技术在录井中的应用优势与良好的前景。

【参考文献】
［１］[美]Dinald Hearn,M. Pauline Baker.计算机图形学[Ｍ].3版.蔡士杰,宋继强,蔡敏,译.电子工业出版社，2005，10.
［２］[美]施瑞奈尔，等．OpenGL编程指南[Ｍ]．李军，等，译．机械工业出版社，2010，03．
［３］赵彬凌，李黔，王悦田．综合录井水平井地质导向方法探索[Ｊ]．内蒙古石油化工，2008，12：29-31．
［责任编辑：王静］。