C#的三維可視化水平井井眼軌跡跟蹤研究與實(shí)現(xiàn)

李 婉， 宋文廣， 鄒佳倫， 羅之睿， 彭文浩

(長江大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院， 荊州 湖北 434023)

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C#的三維可視化水平井井眼軌跡跟蹤研究與實(shí)現(xiàn)

李 婉， 宋文廣， 鄒佳倫， 羅之睿， 彭文浩

(長江大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院， 荊州 湖北 434023)

利用C#開發(fā)平臺(tái)結(jié)合OpenGL技術(shù)，設(shè)計(jì)出一種新算法，實(shí)現(xiàn)水平井井眼軌跡實(shí)時(shí)監(jiān)測軟件，能及時(shí)跟蹤定向井眼軌跡，提高鉆井工作效率，為氣田井軌跡描述、地質(zhì)導(dǎo)向、水平井設(shè)計(jì)評估提供了技術(shù)支持。能夠?qū)?fù)雜的井眼數(shù)據(jù)以更加直觀的方式表達(dá)出來，對水平井鉆井過程的科學(xué)決策具有一定的指導(dǎo)意義，有助于降低水平井開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，提高鉆井效率。

水平井； 井眼軌跡； 三維可視化

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在油氣勘探領(lǐng)域應(yīng)用范圍越來越廣，可視化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。在國外鉆井信息化起步比較早，一些鉆井承包商都擁有各具特色的水平井軌跡可視化軟件[1]。全球最大的油田技術(shù)服務(wù)公司，斯倫貝謝開發(fā)的Osprey Drilling，其中的Drilling Office模塊中就包含了軌跡可視化系統(tǒng)，幫助規(guī)避一些昂貴的鉆井風(fēng)險(xiǎn)。美國摩爾公司與Halliburton等公司也開發(fā)了一些鉆井軌跡可視化軟件[2]。計(jì)算機(jī)水平井軌跡可視化技術(shù)在國外石油工程中已取得了長足的進(jìn)步，已經(jīng)深入到石油工業(yè)的許多實(shí)際工程中。

國內(nèi)各大油田的鉆井研究院都在開發(fā)自己的水平井軌跡可視化軟件，對水平井的施工起到了推動(dòng)作用[3]。但是由于國外的井眼可視化模塊價(jià)格昂貴，引入到國內(nèi)的軟件一般只享有使用權(quán)。目前國內(nèi)的可視化技術(shù)在計(jì)算和顯示方面尚需進(jìn)一步完善。本文基于C#環(huán)境的OpenGL可視化技術(shù)的應(yīng)用在數(shù)據(jù)處理，井下軌跡顯示方面取得了良好的效果。

1 設(shè)計(jì)原理與實(shí)現(xiàn)

1.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

目前已采集到的井眼軌跡數(shù)據(jù)量比較大，為了在三維井眼軌跡可視化的過程中提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度，方便數(shù)據(jù)查找顯示，本文采用List類來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。List是 ArrayList類的泛型，是ArrayList類的泛型等效類，大部分用法跟ArrayList類相似，繼承了IList接口，提供了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和檢索，其對象的大小是按照存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)擴(kuò)充與收縮的，同時(shí)節(jié)約了存儲(chǔ)空間，提高了有效數(shù)據(jù)的查找效率。需要注意的是，在聲明List集合時(shí)，要為其聲明List集合內(nèi)數(shù)據(jù)的對象類型[4]。

1.2 數(shù)據(jù)導(dǎo)入

數(shù)據(jù)導(dǎo)入主要是對Excel文檔中的井眼軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入，數(shù)據(jù)保存容器為dataset數(shù)據(jù)集。在獲取Excel文檔路徑之后，首先應(yīng)該建立SQL與Excel文檔的連接。本文采取的是通過OLEDB對Excel進(jìn)行連接，運(yùn)用的ADO.NET技術(shù)訪問Excel表格。為保證連接的表格為選中的表格，添加了Excel表格預(yù)覽功能。最后通過添加控件，測試數(shù)據(jù)是否正確導(dǎo)入dataset容器中。

1.3 基于OpenGL的成圖顯示

1.3.1 OpenGL概述 OpenGL是圖形硬件的一種軟件接口。從本質(zhì)上說，它是一個(gè)3D圖形和模型庫，具有高度的可移植性，并且具有非?？斓匿秩舅俣?。如今，OpenGL廣泛流行于游戲，醫(yī)學(xué)影像，地理信息，氣候模擬等領(lǐng)域，是高性能圖形和交互式場景處理的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

1.3.2 成圖顯示過程 根據(jù)實(shí)際圖像顯示過程，設(shè)計(jì)程序流程圖見圖1。

圖1 成像流程圖

使用OpenGL顯示圖形，必須先根據(jù)圖形的預(yù)測形狀來建立圖形的數(shù)學(xué)描述。根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)，繪制得到二維和三維坐標(biāo)系，然后通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，再通過OpenGL顯示圖形。最后從用戶需求出發(fā)，加載相應(yīng)的功能控件，展示圖形功能。其算法實(shí)現(xiàn)如下：

//從導(dǎo)入的數(shù)據(jù)獲取數(shù)據(jù)集

public IList GetGuiJi() //繼承IList接口

{

IList GJList = new List();

if (_ds == null)

return null;

int length=0;

for (int i = 0; _ds.Tables[0].Rows[i]["F4"].ToString() != "";i++ ) //獲得F4列的實(shí)際長度

{

length++;

}

for (int i = 2; i < length; i++)

{

GuiJi newGuiji = new GuiJi();

newGuiji.Depth = Single.Parse(_ds.Tables[0].Rows[i]["F4"].ToString());

newGuiji.NS = Single.Parse(_ds.Tables[0].Rows[i]["F5"].ToString());

newGuiji.WE = Single.Parse(_ds.Tables[0].Rows[i]["F6"].ToString());

newGuiji.R = 3f;

GJList.Add(newGuiji);

}

return GJList;

}

//坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法

//OpenGL中的坐標(biāo)均為齊次坐標(biāo)(x,y,z,w),故所有變換矩陣都采用4x4矩陣。

轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)為(x/w,y/w,z/w)，w為比例因子。

本文中的二維圖形三條軌跡曲線轉(zhuǎn)換坐標(biāo)為：

gl.Vertex(Wtrajectory1.A / 10, (Wtrajectory1.B - 1000) / 10, Wtrajectory1.C /10);

gl.Vertex(Wtrajectory2.A / 10, (Wtrajectory1.B - 1000) / 10, Wtrajectory2.C / 10);

gl.Vertex(Wtrajectory3.A / 10, (Wtrajectory1.B - 1000) / 10, Wtrajectory2.C / 10);

2 實(shí)驗(yàn)與分析

本系統(tǒng)形成了一套井眼軌跡數(shù)據(jù)模板(圖2),實(shí)現(xiàn)了對井眼軌跡的整體和局部顯示，可實(shí)現(xiàn)水平井井眼軌跡可視化圖形的二維以及三維的顯示效果，并實(shí)現(xiàn)圖形動(dòng)態(tài)的平移、旋轉(zhuǎn)、縮放。

圖2 井眼軌跡數(shù)據(jù)模板

本系統(tǒng)是一款單機(jī)版的軟件，能在windows的操作系統(tǒng)下穩(wěn)定運(yùn)行。

本系統(tǒng)可對中國大陸油氣勘探井眼軌跡進(jìn)行整體或局部顯示，可以保存已形成的軌跡圖及曲線，通過打開功能，將之前所作的圖形提取出來并能繼續(xù)操作，打印、輸出清晰度高，輸出格式為常用的JPG、BMP等格式。

實(shí)驗(yàn)證明，本系統(tǒng)能夠直觀地將井眼軌跡數(shù)據(jù)顯示出來，并且與用戶的交互性好，圖形操作方式便利，用戶能夠通過本系統(tǒng)展示的井眼軌跡圖像對地層的油氣儲(chǔ)藏做出相應(yīng)的判斷，提高了解決實(shí)際問題的效率。

3 結(jié)論

本系統(tǒng)在C#開發(fā)環(huán)境中結(jié)合OpenGL類庫的開發(fā)思路實(shí)現(xiàn)了水平井井眼軌跡跟蹤可視化，該系統(tǒng)已經(jīng)形成一套新的井眼軌跡數(shù)據(jù)模板和三維成像算法，并設(shè)計(jì)有良好的數(shù)據(jù)庫接口，可作為其他油氣勘探可視化系統(tǒng)的子系統(tǒng)，能夠較為準(zhǔn)確地顯示三維井眼軌跡圖，對解決實(shí)際問題具有一定的指導(dǎo)意義。

[1] 張 德.基于OpenGL的鉆井井眼軌跡可視化研究與實(shí)現(xiàn)[D].成都：西南石油大學(xué),2011:9-11.

[2] 周 峰,王 征.Visual C#.NET 2008程序設(shè)計(jì)案例錦集[M].北京：中國水利出版社,2009:235-236.

[3] 鐘 原,陳 浩,李悅欽,等.三維井眼軌跡仿真研究[J].石油工業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2008，16(01):45-47.

[4] 李長春,戴國洪.基于VC++與OPenGL的三維圖形環(huán)境的構(gòu)建[J].電腦開發(fā)與應(yīng)用,2011,17(06):10-13.

[責(zé)任編校： 張巖芳]

Research and Implementation of 3D Horizontal Well Track Visualization Based on C#

LI Wan，SONG Wenguang，ZOU Jialun，LUO Zhirui，PENG Wenhao

(SchoolofComputerScience，YangtzeUniv.,Jingzhou434023，China)

This paper has designed a new algorithm based on C# development platform and combined with OpenGL and developed a software to realise the real time monitoring of horizontal well tracks. This software can follow the track of horizontal well on time, increase the efficiency of drilling work and provide a technical support about gas well trajectory description, geosteering description, horizontal well design evaluation, and can also express complex borehole data in an intuitive way, which is of guiding significance for horizontal well drilling and helps reduce the risk of development of horizontal wells and improves drilling efficiency.

horizontal well, well track, three dimensional visualization

2014-07-19

湖北省教育廳項(xiàng)目(Q20141312)；湖北省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(104892013025)

李 婉(1992-)， 女， 湖北隨州人，長江大學(xué)本科生，研究方向?yàn)槭蛙浖_發(fā)

宋文廣(1979-)， 男， 湖北武漢人，工學(xué)博士，長江大學(xué)副教授，研究方向?yàn)檐浖こ?，生產(chǎn)測井解釋方法研究與軟件研制

1003-4684(2015)01-0023-02

TE143

A