阿姆河數字氣田的四維可視化及其應用

王榮德 王英 王紅峰 姜敏 鞏永順

[摘 要] 通過應用四維可視化軟件并結合已建立的氣藏地質模型，首次實現了阿姆河薩曼杰佩氣田的四維可視化研究。研究結果表明：四維可視化技術與系統的集成，可以很好地實現數據的雙向通訊。通過結合地質模型成果及各專業數據，能夠制作井位論證、生產預警等應用場景，并將場景動態保存，智能編輯排序，實時匯報，為勘探開發研究提供決策依據。

[關鍵詞] 四維可視化；數字氣田；阿姆河盆地；薩曼杰佩氣田

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 07. 034

[中圖分類號] TP311 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2019）07- 0078- 07

1 引 言

可視化技術可以實現油田靜態地質數據和動態生產數據的有機組合[1]，并且通過圖像描述技術，將油田地質儲層的各種參數分布直觀地展示出來，從而實現油田勘探生產有形化、可視化的目的[2-3]。經過幾十年的發展，可視化技術在油田勘探和生成領域的應用已經十分成熟。國外可視化地質建模技術研究起步較早，目前處于領先地位[4]。如以色列PARADIGM公司開發的VoxelGeo三維可視化軟件，該軟件對各種數據體振幅具有強敏感性，因此對碳酸鹽儲層具有較好的應用效果，目前已成功應用于塔河油田碳酸鹽儲層的預測[5]。法國Schlumberger 公司推出的Petrel 軟件，它集地震解釋、構造建模、巖相建模、油藏屬性建模和油藏數值模擬顯示及虛擬現實于一體，具備強大的構造建模技術、高精度的三維網格化技術、確定性和隨機性沉積相模型建立技術、科學的巖石物理建模技術、先進的三維計算機可視化和虛擬現實技術，已較好的應用于大慶PN 油田七斷塊開發中[6]。美國Dynamic Graphics 公司研制開發的Earth Vision 空間地質建模軟件，可用于識別地質目的層的各種屬性[7]。

我國在此領域研究始于20 世紀80 年代，起步較晚，處于追趕階段[8]。比較有代表性的為中國石油大學開發的RDMS三維石油勘探可視化軟件和南京大學開發的SL-GRAPH三維石油勘探可視化軟件[9]。

三維可視化技術雖然可以真實的再現地質體在三維空間中的構造、地層及振幅屬性，可以為油田勘探提供翔實、充足的地質信息[10]。但是，限制于時間因素，三維可視化技術只能再現油氣藏勘探某一階段、某一時間點的地質信息，不能夠反應出油氣藏在特定時間段內連續變化的地質屬性。而且，隨著油氣田勘探程度的不斷增加，尤其封存油氣田再次開啟以及開采后期的增產階段，時間就成為一個不得不考慮的重要因素。由此，催發出石油地質勘探的四維可視化技術，即三維可視化加上時間的因素，以動畫的形式反映三維數據體隨時間的變化過程。經過近幾年的發展，四維可視化技術已由單純計算結果的顯示發展到應用于油氣勘探開發研究的各個環節。阿姆河天然氣公司從2008年起，對阿姆河薩曼杰佩氣田進行再次開采，在對氣田老井復產潛力排查和測井、巖芯、氣藏結構、壓力、流體性質等參數研究的基礎上，通過結合已建立的氣藏地質模型，期望將四維可視化技術應用于阿姆河薩曼杰佩氣田的復產調整中，對薩曼杰佩氣田的勘探開發研究提供支持，并且推進阿姆河數字氣田的建設。

2 研究現狀

阿姆河薩曼杰佩氣田區域構造位于阿姆河盆地查爾朱斷階上（見圖1），是阿姆河右岸合同區塊（巴格德雷地區）內已發現的、最大的整裝碳酸鹽巖氣田，該氣田在1986-1993之間投入開發，1993年底氣田封存，采出程度16.4%，剩余地質儲量847.55×108 m3，具有一定潛力的再開采條件。阿姆河天然氣公司于2008年5月開鉆，對已封存的薩曼杰佩氣田進行再次開采。

由于氣田已封存15年，氣藏壓力及氣藏底水的活躍程度不清楚，地質勘探程度低，需要在已有研究的基礎上進行一定程度的數值模擬研究，以期查明薩曼杰佩氣田的油氣藏特征，為后期開采打下基礎。但是，該氣田沉積相分布較單一，儲層的非均質性較強，井位少并且分布不均，缺乏地質資料，動態資料也不足，因此不適合采用傳統的相控模型建立本區的地質模型。為此，國內眾多學者展開了針對性的研究：王長勝（2009）綜合應用地質、測井、試井、巖芯分析化驗以及開發動態等多種資料對阿姆河盆地大型整裝生物礁氣田的地質特征進行了深入的研究，在此基礎上充分結合本區儲層“四性”特征，應用Petrel建立了適合本區生物礁氣藏地質特征的定量化三維地質模型，從而為后期氣藏數值模擬打下了堅實的基礎[11]。黃海平（2012）針對薩曼杰佩氣田井點主要集中在氣田的主體部位，邊部井點較少，井間距高達6 000 m以上，地質資料與動態資料都相乏等情況，提出了薄差儲層與優質儲層一體化、中心區域和邊緣區域一體化和勘探與開發一體化的建模思路，建立了以測井數據、井筒數據、地震解釋成果數據、地質綜合研究成果和動態資料五大類數據為基礎的三維氣藏地質模型，并且通過多種方法對模型的可靠性進行了驗證[12]。

可見，通過上述學者們的努力，本區三維可視化研究已經取得了一定的效果，雖然三維地質建模雖能高效地反映氣藏的三維地質特征，但是受限于時間因素，不能夠很好地反應出氣藏隨地質時間和勘探開發時間的連續變化規律。而且，薩曼杰佩氣田產能重建，除了要在短期內解決老井修復工作量大、井筒情況不清、單井提產不確定因素多、地面建設工作量大、可用資源匱乏等眾多不利因素外，進一步清晰了解氣藏地質特征、明確氣藏類型與規模、掌握氣藏動態規律，更是制定合理開發規模與開發政策、短期內解決勘探開發中遺留的問題的關鍵。所以，單純依靠三維地質模型已經不能滿足研究需求，不能有效地解決上述問題，只有將時間這一重要因素考慮進來，充分結合已有的三維地質模型，才能夠建立起適合本區勘探開發的氣藏模型，并一定程度的解決上述勘探開發難題。

3 研究思路

為了應對阿姆河勘探開發遇到的難題，需要采取一定的措施和方法，如通過四維可視化模型來促進勘探開發研究工作，加快勘探開發進程，提高開發效率。地質建模是在對研究區塊進行細致地質研究的基礎上，結合各種資料綜合分析，建立研究區塊地質構造背景上的儲層參數分布模型，作為數值模擬的基礎，用以研究整個氣田的開發技術政策和開發調整方案指標的預測。

本次研究首次將美國DGI公司開發的四維可視化軟件（COVIZ 4D）應用于阿姆河數字氣田的模型建設中，通過四維可視化軟件與阿姆河動靜態數據庫的集成應用，促進阿姆河薩曼杰佩氣田的數字化建設，提高業務數據的共享度，有效減少業務與系統之間的信息孤島，提供一個集二維、三維、四維可視化于一體的數據展示平臺和決策支持平臺，實現快速便捷的數據調用和數據成果歸檔的雙向通訊。

四維可視化是“時間感知”的四維可視化勘探開發輔助決策平臺，其數據輸入路徑具有極強的靈活性和適應性，能高效容納油氣勘探開發過程中所有階段的數據信息。具體研究思路如圖2所示。

首先，收集研究區不同種類不同階段（時間）的勘探、開發數據，包括地震及解釋成果數據、構造模型、屬性模型、地表數據、鉆井數據、錄井數據、測井數據、試油數據、生產數據以及圖片報告等，并將上述基礎數據保存在阿姆河基礎數據庫（阿姆河勘探開發動靜態數據庫）；其次，將上述收集數據和地質模型轉化為相應的數據格式并導入到四維可視化軟件的文件管理系統（數據注冊管理器）；接著依據實際勘探和開發要求進行計算機在線模擬，可以切割地震剖面或屬性剖面、也可以進行各種模型的切割或融合；最后，根據業務需要，將數據加載到軟件，可搭建各種業務場景，場景以四維可視化的方式進行顯示，為氣田勘探開發過程中的協同研究及決策支持提供技術支持。

4 應用及效果

與傳統的三維建模技術相比，四維可視化軟件具有強大的數據集成和融合能力、獨特的時間軸動態技術和實現勘探開發高度融合等特點，同時還具有輔助決策功能：勘探部署、井位論證、井軌跡設計、隨鉆分析、生產預警等。本次研究通過四維可視化軟件在阿姆河數字氣田的應用，在以下幾個方面達到一些預期效果，為阿姆河氣田的勘探開發研究業務和決策支持提供了幫助。

4.1 數據集成和融合能力提升

油氣藏研究成果的質量離不開大量的地質、構造、屬性、生產等專業數據與研究成果資料的支持，專業數據和基礎資料的豐富程度決定了研究成果是否準確、是否能有效指導勘探開發工作。因此，數據是研究的基礎，高效的數據集成和融合能力對研究成果的準確性起到關鍵作用，只有實現對氣田數據的高度管理，才能實現四維可視化的高度應用和展示。本次研究基于阿姆河數字氣田項目（阿姆河勘探開發動靜態數據庫系統）而完成，動靜態數據庫為四維可視化的展示提供有力的數據支撐。

面對在短期內解決老井修復工作量大、井筒情況不清、單井提產不確定因素多、地面建設工作量大、可用資源匱乏等眾多不利因素，除了全面管理勘探開發產生的數據，建立動靜態數據庫，實現數字化氣田之外，還需要兼容多種數據格式的軟件，全方位展示區域研究現狀，為研究人員和決策者提供輔助支撐。

本次應用的四維可視化軟件支持的數據類型多樣，如地震數據、建模數據、數模數據、測井數據、錄井數據、鉆井數據、設計數據、生產數據、研究成果圖、研究報告等（見表1），兼容的數據格式包括：.segy、.grid、.pet、.las、.path等多達100多種。它還可以將多專業的數據按照不同的尺度、不同的級別展示出來，比如按照點、線、面、體；毫米、米、千米等。

四維可視化軟件（COVIZ 4D），通過其數據注冊管理器功能可實現對氣田數據的一體化管理。數據注冊管理器是一個文件管理系統，通過與動靜態數據庫的集成應用后，通過網絡即可輕松加載處于不同位置的不同軟件來源的數據，其功能包括數據文件存儲位置導向，格式轉換過程和分類登記信息等。對于加載的數據，可以通過多種方式來進行管理，如：根據專業類型來管理、基于數據格式來管理、根據項目范圍來區分數據等，可根據項目快速顯示需要的數據，大大減少了尋找不同類型文件的時間。

數據注冊管理器支持多種專業數據類型，并實現數據的規范化管理，數據加載和關聯可以一鍵式操作。支持的數據類型包括：三維地震數據、二維地震數據、井軌跡數據、測井數據、地質體數據、生產數據等，具體如圖3所示。

薩曼杰佩氣田收集的42口井資料的井軌跡數據，包括井名、井坐標、海拔高度、井斜數據等，通過數據格式轉換（如.exe，.txt格式轉換為.path）后，可通過數據注冊管理器加載到四維可視化軟件中，進行四維可視化展示。同時，可以在井軌跡數據上，增加顯示井別信息，如圖4所示，不同的顏色分別代表不同的井別。

4.2 生產動態監控與預警

油氣生產管理面臨的難點主要體現在：如何快速發現單井生產問題，及時診斷和處理；如何準確預測單井生產趨勢，主動優化單井生產狀態；如何有效管理和優化注采關系。目前，單井生產狀態的監測大都以人工巡檢方式為主，時間間隔較長，缺少輔助分析工具，難以做到精確的生產運行分析；單井生產優化也以人工優化為主，沒有系統的優化軟件，沒有形成統一標準，只能進行簡單的單一參數優化，無法持續地對生產中各參數進行跟蹤和優化。

四維可視化軟件具有動態預警功能，通過其獨有的時間軸技術，可以動態展示油田的開發歷程，實現了對單井和油藏生產過程的實時監控、生產統計分析和部分預警，提高了工作效率和安全生產水平。

隨著生產的進行，指示單井的產量變化情況，黃色和藍色柱子分別代表氣水的產量變化情況。在開發現狀的基礎上，可以對單井產能通過設置一定的參數來進行預警。比如設置產氣量或者含水率的波動百分比，對相應的參數進行預警。四維可視化窗口是通過彈出窗口提示、聲音報警、在井口指示預警燈泡或者旗幟等方式進行預警。如圖5所示，最下方的是時間刻度，隨著時間的播放，可以動態進行預警。對預警結果，還可以動態生成預警報告，方便查看異常井的詳細數據。

實現動態監測單井生產過程中的井口數據、評價生產狀態；及時分析生產異常狀態、發現和處理異常情況；預測單井生產趨勢、及時調整優化生產方案，從而實現對生產過程的智能監控、評價和優化生產。

根據氣藏的生產實時數據建立快速反饋的氣藏動態模型，并將其與遙測傳感器、智能井和自動控制設施等匹配，更直觀地了解地下生產動態和更準確地預測氣藏未來變化，以便及時采取措施提高產量和進行有效的氣藏管理，提高氣藏產量和采收率。

4.3 實現勘探開發協同研究

海外項目一個最重要的特點就是具有很強的時效性，合同方必須在規定的時間內完成勘探評價工作量，完成勘探及退地等相應的研究工作。為此，必須統一部署，根據研究區域氣藏特征，組織地震、地質、鉆井、氣藏、采氣、經濟分析等多學科、多專業的勘探開發聯合研究，聯合攻關勘探開發中的瓶頸問題，避免重復研究，最大限度地縮短研究周期。

程序雖不能逾越，但進程可以加快，只有縮短勘探鏈條，開發提前介入，強調勘探與開發兼顧，詳探與評價的融合，才能最大限度地縮短產建時間。勘探與開發始終深度交叉進行，生產作業同時考慮勘探、開發的需求，才能快速實現氣田儲量升級和氣井產能建設的雙目標。

通過四維可視化技術，可以實現勘探研究與開發研究結合，建立公司、企業級數據管理中心，構建資源共享的地質模型，大大提高勘探開發研究水平，縮短項目周期，降低成本。四維可視化軟件搭建的地質模型是一個通用的數據載體，具有在各個勘探-生產階段的普適性。即在勘探階段構建的地質模型，不僅能夠對油氣藏的地質屬性，如巖性、物性、構造、圈閉進行精確的描繪和再現，還能夠適用于開發階段的需求（見圖6）。即可以滿足開發階段石油管理者對于油氣藏中壓力、孔滲、殘余油、氣飽和度、產出氣水比的參數動態變化的監測等。

4.4 實現地質模型的四維可視化

為了進一步清晰了解氣藏地質特征、明確氣藏類型與規模、掌握氣藏動態規律，解決阿姆河氣田開發中遇到的難題，及早實現增儲增產，就需要更多創新技術的支持。四維可視化為這一問題的解決，提供了強有力的支撐。

四維可視化是在空間三維（x，y，z）的概念上，加上時間（t）概念，使數據具有時間軸，可隨時定義時間范圍，隨時查看不同數據隨時間的變化情況。四維可視化技術通過其獨特的時間軸功能，檢測數據在空間和時間上的隱形關系，支持各類動態數據的動態展示及分析。可以按秒、小時、年等不同的時間類型進行展示。在實際生產中，油氣公司的決策機構一般得到的都是即時數據，而對于勘探開發研究學者來說，搞清楚油藏隨著時間的動態響應情況是非常關鍵的。四維可視化使得用戶同時顯示和審查不同時間的動態數據成為可能。同時，該軟件還可以對即時數據評價快照，或形成時間序列動畫，方便了研究人員后期調用數據，從而使4D數據展示平臺成為現實。圖7即為應用四維可視化技術對薩曼杰佩氣田試產階段氣產量隨時間變化的一組連續動態變化圖。結果表明，四維可視化技術可以很好地展現出薩曼杰佩氣田隨著勘探開發時間的推移，其產量在持續動態變化的過程。

5 結 論

（1）阿姆河數字氣田通過四維可視化技術實現了對不同來源的數據的綜合管理，并且隨著氣田研究開發資料的不斷增加，可隨時更新數據庫數據，為研究人員和決策層提供最新數據支持。

（2）通過四維可視化技術，可以將構造模型、地質模型、屬性模型、數值模型集于一體，最大限度的實現勘探開發協同研究，縮短勘探周期，提高生產效益。

（3）四維可視化技術的場景搭建功能能夠輔助決策支持，可指導勘探部署、井位論證、井軌跡設計、生產預警等業務。尤其是生產動態監控與預警功能，動態展示了油田的開發歷程，實現了對單井和氣藏生產過程的實時監控、生產統計分析和部分預警，提高了工作效率和安全生產水平。

（4）實現了氣藏靜態地質工作與動態開發管理的真正結合，顯著提高了氣藏的管理水平。

主要參考文獻

[1]張偉，高倩，梁雷江. 基于Petrel技術的油藏三維可視化建模研究[J]. 西北地質，2013，46（3）：191-195.

[2]朱廣社. 三維地質建模及數值模擬技術在油藏開發中的應用[J]. 地質與資源，2010，19（01）：37-41.

[3]周定照，柳進，羅先強，等. 可視化技術在石油行業的應用及發展趨勢[J]. 石油科技論壇，2010（1）：48-51.

[4]董坤，薄楊，李中永. 地學三維可視化建模技術研究現狀[J]. 河南教育學院學報：自然科學版，2013，22（2）：43-45.

[5]黃緒寶，張旭光，劉其，等. VoxelGeo 在塔河油田碳酸鹽巖儲層預測中的應用[J]. 石油物探，2001，40（4）：100-103.

[6]向傳剛. PETREL軟件在油藏數值模擬研究中的應用[J]. 內蒙古石油化工，2009（15）：8-1.

[7]吳軍. 三維可視化地質建模軟件系統研制[D]. 成都：成都理工大學，2009.

[8]張生德，張時忠，門吉華. 可視化技術及其在地質勘探中的應用淺析[J].地質勘探安全，2000（4）：42-43.

[9]Wang Haohong，Song Jiqiang，Xu Weixiu，et al.Cai Shijie Design and Implementation of the 3D Geological Data Visualization System SLGRAPH[J].Computer Research and Development，1998，35（9）：836-840.

[10]莊博，劉玉琴. 三維可視化技術在陳家莊地區砂礫巖儲集層描述中的應用[J]. 石油勘探與開發，2005，32（3）：64-66.

[11]王長勝. 阿姆河盆地生物礁氣藏精細描述[D]. 西安：長安大學，2009.

[12]黃海平. 阿姆河盆地A區塊卡洛夫—牛津階儲層特征及典型氣藏地質建模[D]. 成都：成都理工大學，2012.