基于三維可視協(xié)同工作環(huán)境的油氣勘探多源數(shù)據(jù)一體化應用研究

余煥鵬

摘 要：本文應用多源異構(gòu)融合技術(shù)，構(gòu)建全面、統(tǒng)一的勘探開發(fā)一體化數(shù)據(jù)服務，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的規(guī)范化高度共享;通過分解勘探工作流程，以功能組件化、數(shù)據(jù)服務化、接口標準化、圖形規(guī)范化作為基本要求，以地上、地下一體化三維場景作為載體，圖形化作為數(shù)據(jù)表現(xiàn)手段，以勘探一體化全流程管理作為目標，實現(xiàn)對勘探核心業(yè)務流和數(shù)據(jù)流的全生命周期高度智慧化管理的油氣勘探多源數(shù)據(jù)一體化應用，具有面向勘探業(yè)務、符合地質(zhì)研究決策工作思維、可根據(jù)勘探工作流程定制業(yè)務應用等優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：油氣勘探;三維;多源異構(gòu);圖形化;工作流

中圖分類號：TE19;TE319文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）25-0130-03

Abstract： By using multi-source heterogeneous integration technology， a comprehensive and unified exploration and development integrated data service was built to realize standardized and highly shared data. Through the decomposition of exploration workflow， the basic requirements were functional componentization， data service， interface standardization， and graphic standardization. The above ground and underground integrated three-dimensional scene was taken as the carrier， and graphics as the data expression hand With the exploration integrated whole process management as the goal， the integrated application of multi-source data for oil and gas exploration with highly intelligent management of core business flow and data flow in the whole life cycle was realized. It has the advantages of being oriented to exploration business， conforming to geological research decision-making thinking， and can customize business application according to exploration workflow.

Keywords： oil and gas exploration;3D;multi-source heterogeneous;graphical;workflow

1 多源數(shù)據(jù)應用現(xiàn)狀與服務統(tǒng)一化

油氣勘探核心業(yè)務涉及的數(shù)據(jù)來源于靜態(tài)數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、勘探成果等，業(yè)務范圍包括地震處理解釋、探井鉆探、地質(zhì)綜合研究、探井部署決策、油藏開發(fā)、油田生產(chǎn)等。除了常見的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)之外，還包括圖像、圖形、文檔、地震大數(shù)據(jù)體、三維網(wǎng)格等不同格式、不同軟件來源的成果數(shù)據(jù)及GIS空間數(shù)據(jù)。這類油氣勘探工作采集和加工后的數(shù)據(jù)的最大特點就是“多源異構(gòu)性”，其多源性體現(xiàn)在多來源、多語義、多尺度，異構(gòu)性體現(xiàn)在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、存儲格式、空間特征多樣化及非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)多[1]。同時，諸如地層名稱等非定量數(shù)據(jù)，在源頭錄入時缺乏規(guī)范管理，造成同層不同名、文字與代碼混合等問題，導致數(shù)據(jù)批量應用出現(xiàn)困難。

目前，應對多源異構(gòu)數(shù)據(jù)普遍采用數(shù)據(jù)治理的思路，即將不規(guī)范、無組織、質(zhì)量差的數(shù)據(jù)變?yōu)榉掀髽I(yè)規(guī)范的數(shù)據(jù)，是一項應對問題數(shù)據(jù)即臟數(shù)據(jù)的措施。不論是應對型數(shù)據(jù)治理還是主動型數(shù)據(jù)治理，即數(shù)據(jù)規(guī)范化采集，都是為了構(gòu)建全面、統(tǒng)一的勘探開發(fā)一體化數(shù)據(jù)服務，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的規(guī)范化高度共享，提高協(xié)同應用效率，保證數(shù)據(jù)資源綜合一體化深化應用的有效性和可行性。考慮到油氣田當前的數(shù)據(jù)分類管理方式及勘探業(yè)務數(shù)據(jù)的保密性，通過確定標準、質(zhì)量掃描、問題溯源、同步治理等工作形成多源數(shù)據(jù)的標準化管理流程;選擇數(shù)據(jù)服務作為異構(gòu)數(shù)據(jù)集成中間件，不用改變原始數(shù)據(jù)的存儲和管理方式，建立相互關(guān)聯(lián)的分布式異構(gòu)多源數(shù)據(jù)的動態(tài)集成框架，形成數(shù)據(jù)服務管理模塊，包括數(shù)據(jù)庫的鏈接配置、SQL語句的配置、緩存配置和定時任務等。

2 油氣勘探數(shù)據(jù)一體化應用方案架構(gòu)設計

經(jīng)過國家“兩化”融合（信息化和工業(yè)化融合）的建設，各油氣田已經(jīng)建設了自己的數(shù)據(jù)集成平臺，或油田云、勘探云等，并在其基礎(chǔ)之上開展了數(shù)據(jù)應用的開發(fā)實踐，甚至建設了數(shù)據(jù)集成應用（云）平臺。當下既要保證原有建設投資成果，又要滿足管理和研究中涌現(xiàn)的功能上的新需求和工作形式的更新，如移動端、指揮大屏，這些都對數(shù)據(jù)應用的開發(fā)提出了新要求。同時，各油田在管理和研究工作過程中已經(jīng)采購了多種專業(yè)軟件，涉及多個供應商，但數(shù)據(jù)格式的通用性差。

油氣勘探數(shù)據(jù)一體化應用方案的邏輯架構(gòu)由運行環(huán)境、數(shù)據(jù)服務、功能組件層和業(yè)務應用層構(gòu)成，架構(gòu)設計如圖1所示。

運行環(huán)境：采用通用的數(shù)據(jù)庫標準和Web圖形化技術(shù)，制訂能對接標準化組件和規(guī)范的油氣勘探數(shù)據(jù)的一體化應用方案。兼容已有的用戶統(tǒng)一認證和權(quán)限管理體系，符合油田的政策、法規(guī)、標準、規(guī)范、安全和管理制度，與現(xiàn)有數(shù)據(jù)集成應用平臺的功能進行關(guān)聯(lián)穿透。

數(shù)據(jù)服務：數(shù)據(jù)服務是勘探數(shù)據(jù)一體化應用的核心，是支撐業(yè)務應用落地的基礎(chǔ)，也是實現(xiàn)數(shù)字油田的根本。將多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的整合工作打包成統(tǒng)一服務作為服務化的數(shù)據(jù)層，不同來源和多種形式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)整合為統(tǒng)一標準下的服務，具體包括數(shù)據(jù)標準化梳理、數(shù)據(jù)共享服務、數(shù)據(jù)權(quán)限控制[2]。

功能組件：建設具有擴展性的組件服務和云端局部部署特征的功能層。通過分解勘探任務工作流規(guī)劃功能組件，各功能組件通過統(tǒng)一協(xié)議下的通信接口訪問框架的各種要素，框架通過注冊組件管理器進行組件的加載管理，應用組件實現(xiàn)單一、具體的業(yè)務應用功能，支持獨立部署維護。

應用層：將若干功能組件按照工作流重構(gòu)組合，形成具體的勘探業(yè)務流程。在應用層的設計中，以用戶思維為導向，將符合用戶需求的流程的功能應用貫穿于三維可視協(xié)同工作環(huán)境中，即一個全仿真地下三維場景導航工作環(huán)境，既能滿足多業(yè)務的綜合研究和管理需求，又能提升用戶使用體驗和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化效率。

3 三維可視協(xié)同工作環(huán)境關(guān)鍵技術(shù)

3.1 三維空間多圖層信息高效渲染技術(shù)

為了讓地質(zhì)、油藏和物探等專業(yè)部門在同一個有機平臺上高效協(xié)同工作，實現(xiàn)三維空間的可視化展示、分析、信息提取，需要開展基于三維空間的多尺度、多層次信息可視化技術(shù)研究，為研究人員和管理人員搭建勘探一體化協(xié)作工作環(huán)境，實現(xiàn)地上信息與地下油藏、地表條件與地質(zhì)條件的結(jié)合，以及生產(chǎn)動態(tài)管理和地質(zhì)研究的交叉進行。選擇WebGL（Web Graphics Library）繪圖標準下的Three.js技術(shù)，通過把JavaScript和OpenGL結(jié)合在一起，WebGL可以為HTML5的Canvas提供硬件3D加速渲染，這樣就可以借助系統(tǒng)顯卡在瀏覽器里更流暢地展示3D場景和模型，還能創(chuàng)建復雜的導航和數(shù)據(jù)視覺化，而且無須安裝網(wǎng)頁專用渲染插件。采用多細節(jié)層次（LOD）優(yōu)化模型，根據(jù)用戶視圖范圍確定細節(jié)展示的程度，優(yōu)化利用存儲和計算資源，提升顯示效率及優(yōu)化用戶體驗，實現(xiàn)了基于場景特點的優(yōu)化、程序?qū)用娴膬?yōu)化、用戶感官的優(yōu)化、加載的優(yōu)化。此外，打造一個面向油氣勘探業(yè)務的三維圖形庫，豐富地下三維空間中業(yè)務圖元的顯示細節(jié)，包含VTK模型、SCG圖元、Canvas圖樣等文件格式。所以，通過Three.js技術(shù)的三維場景搭建，采用多細節(jié)層次（LOD）優(yōu)化模型及構(gòu)建三維圖形庫等手段，實現(xiàn)對地下三維空間勘探數(shù)據(jù)的分級展示，為依據(jù)實際工作流程構(gòu)建勘探業(yè)務應用提供技術(shù)基礎(chǔ)。

3.2 地下三維智能導航及業(yè)務應用構(gòu)建技術(shù)研究

基于WebGL標準下的Three.js等技術(shù)，借鑒Web二、三維圖形導航的應用經(jīng)驗，充分融合地下三維空間展示集成技術(shù)，在仿真地下三維場景中集成展示以探井、油藏和工區(qū)為主體的勘探業(yè)務對象，其中探井數(shù)據(jù)主要以鉆井軌跡為依托，集成展示地質(zhì)分層、鉆探成果、巖性分布等數(shù)據(jù);儲量數(shù)據(jù)則以儲量計算單元為基本對象，用空間不規(guī)則曲面及其形成的塊體表征實際的油藏單元;地震數(shù)據(jù)體用數(shù)據(jù)體輪廓及其內(nèi)部的相交地震剖面進行展示。這些展示對象都是通過讀取數(shù)據(jù)庫，在地下三維場景中按照業(yè)務規(guī)范動態(tài)建模的，其具有的業(yè)務屬性支持實現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢，也就支持智能導航，實現(xiàn)了工作節(jié)點的自動推送以及用戶視角引導等視圖操作。在地下三維場景的頂層疊加二維GIS影像和地圖、圖件之后，就能實現(xiàn)地上地質(zhì)和部署信息與地下勘探成果數(shù)據(jù)的融合展示，探索多空間維度的勘探信息集成導航。由于每項勘探業(yè)務都是獨一無二的，借助油氣勘探數(shù)據(jù)一體化應用方案中的功能組件和智能導航等工具，支持技術(shù)人員快速開發(fā)獨特的勘探業(yè)務，以滿足油田用戶的特定需求。

4 應用效果與展望

無論是數(shù)字油田還是智慧油田，其建設目標都是深度挖掘數(shù)據(jù)價值，提高經(jīng)濟效益和社會效益。在油氣勘探數(shù)據(jù)一體化應用方案架構(gòu)下，以多源異構(gòu)數(shù)據(jù)服務統(tǒng)一化為基礎(chǔ)實現(xiàn)的三維可視協(xié)同工作環(huán)境應用系統(tǒng)是具有數(shù)字化和輕智慧化的新一代工作場景，以微組件架構(gòu)思路進行應用框架的構(gòu)建，實現(xiàn)了功能組件、數(shù)據(jù)、權(quán)限的靈活配置和擴展，能滿足不同工作流應用對功能組件和數(shù)據(jù)的個性化需求。該成果可以對勘探信息進行有效的匯集、整合和展示，為勘探信息的智能化服務奠定基礎(chǔ)。

數(shù)字油田的建設是不斷實踐和總結(jié)提高的過程。結(jié)合勘探業(yè)務人員的需求，未來要持續(xù)加強在地上、地下三維一體化模式下對勘探數(shù)據(jù)的空間分析能力，通過采集實時隨鉆數(shù)據(jù)、多類勘探信息聯(lián)合計算、實時動態(tài)建模和空間分析，實現(xiàn)如鉆井質(zhì)量監(jiān)控、層面（巖性分布）等模型的動態(tài)更新等;開發(fā)具有深度學習功能的相關(guān)應用，如工作場景自動感知、根據(jù)使用主題進行的數(shù)據(jù)快速組織等;借助外設實現(xiàn)知識分享、智能推送、成果共享等多人交互研討模式。通過對數(shù)據(jù)的多維度深化融合應用的不斷探索，提升勘探信息智能化水平。

參考文獻：

[1]唐先明，李媛媛，曲壽利.四川盆地油氣勘探三維地理信息系統(tǒng)與應用[J].地球信息科學學報，2009（2）：209-215.

[2]宋躍濱，孫曉生.石油行業(yè)GIS技術(shù)應用現(xiàn)狀與展望[J].測繪與空間地理信息，2007（1）：54-56.