基于勘探數據庫的地質統計分析技術

文/李莉

隨著對地下地質特征認識的精細化，地質研究人員越來越多地依賴先進的地質分析工具，從綜合的角度來進行地下地質體的研究。雖然部分國內外地質軟件也包含地質統計方面的功能，但大都非常零散，附帶功能也不齊全，不能完全滿足地質研究系統內不同專業、各個層面用戶的需求，導致地質研究工作者只能提前做大量數據統計的人工工作，費時費力，本文利用已有海量勘探數據信息，通過有效的方法對數據進行分析、抽取、綜合分析，實現了該目標。

1 地質統計分析技術與方法

地質統計學是由法國著名學者 G.Mathero教授經過大量工作將Krige 的成果理論化、系統化，于1962 年創立并逐漸發展起來的一門新的邊緣學科，屬于數學學科的地質研究學分支，主要用來研究分析在空間分布上具有隨機性、結構性，同時還有空間關聯、相互依賴的自然現象。 目前，地質統計學軟件有許多種類，它們各式各樣、風格各異，應用領域不同，不斷應用于比如礦產資源預測及評價、礦山地質、礦產經濟、環境科學研究、海洋漁業資源動態管理等新領域。對于儲油層的勘探開發研究方面，可估計地層的埋藏深度深、底層厚度、滲透率、孔隙度和含油飽和度等地質參數的空間分布特性。這些參數特性在空間存在著一定的空間分布規律（結構性），又具有局部的變異性（隨機性），這些參數都屬于區域化變量，因此可以用地質統計學的方法對這些變量進行深入研究，用來繪制各種地質圖件。此外，應用隨機數值模擬方法和油藏數值模擬方法，可以準確預測油藏的動態特性，為制定和調整開發方案并提高采收率提供科學依據，而這些軟件依賴的就是用戶輸入的各種地質統計參數。

圖1：系統流程

但是，仍然還存在一些問題，如今，針對勘探業務領域的地質統計分析軟件少之又少。本文就此論述了如何采用各種統計算法，從勘探工作量、地層巖性特征、油氣顯示、儲層物性、地層溫度壓力、地層速度、儲量信息等角度為地質研究人員提供全方位的數據統計支持。其中，基礎數學統計方面，主要應用綜合研究中常用公式：砂巖密度=砂巖總厚度/地層總厚；砂巖厚度=地層厚度-泥巖厚度；砂巖百分含量=砂巖厚度/地層厚度；平均滲透率=滲透率之合/層數（段數）；地層速度=1/聲波數值等，繪制統計對比圖時采用了散點圖和直方圖方法。在地層溫度壓力預測時，通過鄰井數據做為樣本，擬合出線形回歸一元二次方程：P=a+b*h+ch2，推算出壓力近似值。在繪制等值線主要使用克里金法（Kriging）算法，在數據點多時,其內插的結果可信度較高。

2 地質統計分析系統設計

2.1 功能流程

系統分為多層架構， 本系統在進行設計時，充分考慮了傳統的兩層架構的局限性，三層乃至多層體系架構的靈活性，同時考慮與勘探信息系統（EIS）的集成，以及有效利用已有的綜合錄井圖系統所使用的Web Services服務，分別實現從EIS導航獲取井集信息、從勘探數據庫獲取相關業務原始數據、對原始信息按照各種統計分析方法進行統計分析，形成統計結果，繪制不同對比分析圖形、等值線圖形，并將統計結果輸出（圖1）。

圖2：LINQ數據聯查模式

2.2 總體功能模塊

系統分為8個大模塊，32個子模塊。其主要模塊的功能為：

圖3：油層等厚圖繪制及對比分析

（1）勘探工作量統計模塊—統計勘探工作量，實現歷年勘探工作量的分析，對比；

（2）地層巖性特征統計模塊—應用地質統計分析方法來分析多井的地層厚度、某類巖性厚度、某種巖性百分含量；

（3）油氣顯示統計模塊—應用地質統計分析方法統計分析油氣顯示情況；

（4）儲層物性統計模塊—統計分析儲層孔隙度、滲透率等儲層物性；

（5）地層溫度壓力統計模塊—統計分析多井地層溫度、壓力情況；

（6）地層速度統計模塊—統計砂泥巖的速度；

（7）儲量信息統計模塊—分析統計不同層系、計算單元的含油面積，地質儲量；

（8）統計規則模塊—建立地層分層、巖性分類兩個規則庫，實現規則的可維護以及在數據統計過程中的應用；

（9）等值線繪制模塊—實現井屬性的各類等值線繪制及操作（包括信息展示、鄰井查詢、地層展示、添加新井、撤銷選中等）、圖件操作（放大、縮小、填充顏色等）；

（11）直方圖展示模塊——實現可定制的展示柱圖、折線圖、散點圖、復合圖等。

2.3 關鍵技術設計及實現

2.3.1 基于SOA的框架設計技術

SOA是一種面向服務的架構設計模型，它根據需求對松散耦合的不同粒度的應用模塊進行分布式地組合、部署和使用。在SOA架構模型中服務層是基礎，并可以直接被應用模塊調用。SOA的關鍵特征是可從企業外部進行訪問、隨時可用、粗粒度服務、松散耦合、可重用服務、服務接口可管理、支持多種類型的消息等。

SOA與傳統的企業應用集成架構的主要區別在于其使用基于行業標準的服務，并包括過程或數據服務、統一編排和組合，基于標準的服務是應用集的核心，服務的編排和組合為集成提供了服務的靈活性和重用性。SOA能讓系統架構者以更迅速、更可靠、更具重用性來架構整個業務系統，能更加有效地應對不同業務的變化。

2.3.2 統一WebService數據服務

對于數據提取接口，本系統采用Web Service技術的數據訪問和數據傳輸技術。Web Service 是在XML基礎上發展起來的一種Web服務，他們具有自包含、自描述、模塊化的應用特性，可以在Web服務器上部署、查找定位并通過Web方式進行調用。各個模塊之間，與同外部應用系統（EIS）之間及與Web服務之間，都是用標準的XML文檔去訪問和交流，用戶從客戶端通過調用Web Service提供的方法，向Web服務器發出數據請求，服務器對數據庫進行數據查詢，將查詢結果傳到客戶端。

Web Service服務封裝了面向各類數據庫的通用EnterpriseLibrary（企業庫）接口，客戶端不必考慮數據庫訪問的底層設置，保證了客戶端數據檢索的靈活性，數據訪問經過統一接口，不僅增強系統可控性、安全性，減輕客戶端部署負擔，同時最大程度保證數據檢索的效率。

2.3.3 xml模板技術定制界面

軟件在定制界面時，基于對代碼復用、靈活修改、規范排版的考慮，采用xml模板式界面定制。通過對功能性控件的靈活定制，使系統維護更為方便，對于功能修改，排序變換，功能添加，都可通過模板修正實現。

2.3.4 基于LINQ的數據聯查技術

LINQ技術是Visual Studio 2008平臺開始提供的新功能，以“把查詢語法從底層的數據庫中抽象出來”為原則，擁有其自身特定的語句規范，實現面向數據庫、數據對象、XML文件的通用數據查詢。

為實現各類數據庫（Oracle、Sql server等）及Excel文件等多種數據資源進行綜合統計，保證系統功能靈活性的同時，保證統計效率，將數據統計過程分開進行：原始基礎數據獲取階段，SQL語句聯表查詢的執行過程包括單表搜索、表間笛卡爾積、條件篩選、字段篩選等一系列動作。初始的單表搜索仍交由數據庫完成，數據庫的數據獲取借助WebService實現，本地Excel文件數據獲取借助EnterpriseLibrary查詢接口實現；而后是數據篩選整合階段，借助LINQ豐富的語法實現數據聯結、篩選、排序等效果。LINQ實現的數據聯表主要是面向Datatable或者數據對象的，即通過基本的數據接口獲取的原始數據集合。LINQ擁有其特定的語言格式，能夠靈活定制各種條件方式的多對象（Datatable或數據對象）聯查（圖2），其內部實現高效、準確。通過對LINQ的技術研究，利用其特有的語句實現地層特征、油氣顯示、儲層物性、溫度壓力、地層速度等業務數據高效統計。

2.3.5 基于Surfer的等值線繪制技術

克里金插值算法是地質統計學中最核心的內容之一，Surfer封裝克里金算法，提供了等值線圖、矢量圖、網格圖、三維圖等各類圖形繪制功能。系統調用Surfer內部函數及方法，實現了直接從數據庫中調用數據繪制等值線功能及用戶與等值線圖交互操作，如：網格密度、線色、線寬、線值參數自定義設置；實現了常用圖件操作，如等值線圖顏色填充、縮小、放大、拖動等；對圖內井圈的操作，如井圈定位、查看信息、鄰井查詢、添加新井、撤銷/復用、多井連線等。

用戶通過數據統計得出統計結果，再對統計結果進行添加坐標信息、篩選關鍵字段等數據格式化步驟，從而規范繪制等值線數據，通過系統函數與Surfer組件函數配合，經過參數設置、數據載入、繪制、著色、導出等一系列步驟，加載生成等值線進行展示。

2.3.6 基于Advantage的對比圖生成技術

在數據統計的基礎上，進行大量對比分析圖形展示，便于對地質屬性更直觀形象地認識。基于多樣化、專業化圖形的展示需求，選擇Advantage作為基礎并加以功能擴展。Advantage為Visual Studio平臺提供了豐富的控件擴展，它的制圖控件Ultra Chart提供了柱圖、餅圖、散點圖、折線圖、區域圖等基本圖形生成功能，而且還提供了足夠的開放函數。

實現了可定制的圖件展示，包括分井分地層的關鍵屬性對比柱狀圖、相關物性參數的散點圖等坐標軸設置、坐標區間設置等，同時還通過程序內部處理實現了專業圖形展示，如地層展示圖、巖性展示圖、各巖性深度-速度分布圖、DC-H圖、油水相滲透率圖、粒徑分布圖等。

3 應用效果

本系統主要服務于地質研究人員，為其綜合利用各類地質信息、深入分析綜合地質特征、全面總結各種地質規律提供有效參考。經過一段時間的應用，取得了良好的應用效果。 如圖3所示。

4 結語

針對油田勘探的實際情況，基于勘探數據庫，如何應用地質統計學特有的技術特點，為地質綜合研究提供一些日常工作需要的統計分析結果，同時進行地質規律性展示，便于研究人員進行規律性探討研究是本文的最終目的。本系統是統計分析技術在勘探信息支持系統的初步應用，為以后勘探信息系統往智能分析發展奠定基礎。由于地質統計分析業務范圍廣泛，需求眾多，希望拋磚引玉，在應用過程中不斷完善，實現對地質統計分析信息全面支持。