數字巖屑綜合管控云平臺設計實現與應用

丘寬 程浩然 黃瑞 田榆杰 謝官興 陳飛飛

摘要：數字巖屑技術是通過對鉆井產生的巖屑樣品進行多維高精度掃描（表面圖像掃描、礦物掃描、微米CT掃描、掃描電鏡掃描等），建立基于巖屑的三維孔隙結構信息、礦物分布信息，從而對巖屑樣品進行數字化定量分析，獲得對應儲層的物性。隨著大位移井、水平井鉆井的增多，數字巖屑技術的應用能夠為難以測井和難以取心井的全井段物性信息提供有效的補充手段。隨著該技術的應用，掃描獲得的大量巖屑數字化結果，需要通過線上平臺進行綜合管理和實時共享，該文提供了一種基于網絡云平臺的巖屑數字化綜合管控平臺的實現方案，并實現了對海上鉆井巖屑的可視化、管控和共享功能。

關鍵詞：信息管理系統;巖屑;數字化

中圖分類號：TP311 ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）35-0121-02

1 引言

巖屑錄井是油氣地質勘探中的必備工作，該過程通過對鉆進過程中返出的巖屑進行分析，對地層的巖性進行定名，建立地質剖面，并通過地層對比技術，實現鉆井過程中實時地層卡層及地質指導[1]。錄井具有“多”（測 量參數多）“快”（分析速度快）“好”（低風 險）“省”（低成本）的技術優勢[2]。近年來，圍繞傳統巖屑描述的數字化問題，包括錄井儀器生產廠商在內的業內人士提出了多種解決方案[3]，但是巖屑數字化后的數據管理一直沒有得到很好的解決，存在管理復雜、流程執行周期長、涉及部門崗位多等為問題[4-8]，嚴重制約了巖屑的后期應用分析。

數字巖屑綜合管控云平臺可用于管理數字巖屑數據，開展儲層物性的測試和分析，研究巖屑樣本的微觀屬性，對于油氣勘探開發以及生產全流程具有重要的作用。同時，平臺不受地域限制，可線上線下協同工作;并能輔助油藏工程師們更科學地預測儲量、產量，進而精確選定井位，優化編制生產方案，提高油田產量，降低成本，提高效率，在石油勘探和開發過程中有著廣泛的市場和應用前景。

2 系統需求與目標

數字巖屑技術基于微米CT掃描，僅通過少量的巖屑樣本，快速計算巖石的孔隙度、滲透率、原油飽和度等參數，獲得儲層物性[9-10]。數字化的巖屑三維數據可用于后續的分析和調取，極大地增加了后期應用的便利。數字巖屑技術已在北美墨西哥灣、中東和南美等主要產油國及地區得到應用，但由于巖屑掃描成本居高不下，計算耗時過長，一直沒有形成規模化應用。隨著近年來CT掃描技術的成熟和算力的大幅提升，基于數字巖心技術的數字巖屑錄井方法正在迎來極大的發展機遇[11]。該方法能夠為油田提供井場快速物性分析方法，達到縮短開發周期，降本增效的目標。建立巖屑數字化基因庫，能夠更有效地管理巖屑數據，并能結合測井、油氣開發數據等綜合分析，挖掘數據的價值。

經過CT掃描獲得巖屑三維數據體一般為幾百Mb或更大，取決于掃描分辨率及掃描像素體大小。按照每口井100個巖屑的作業個數，數字巖屑掃描將產生大量的三維數據體，數據體如何便捷、高效地管理將決定成果的使用效率。因此，對掃描得到的巖屑數據體進行信息化管理、展示，有助于提高結果的利用效率，為數據挖掘打下良好基礎。

3 系統設計與實現

3.1 系統架構設計

數字巖屑綜合管控云平臺的系統總體劃分為三大層次，分別是Web代理層、服務層和數據接入層。Web代理層基于nginx實現，是外部接入系統的通道，通過Web提供訪問服務;服務層實現系統各個功能模塊;數據接入層用于統一系統的全部數據訪問服務。

3.2 數據架構設計

根據不同數據的特點，系統使用兩種數據持久化方法，以適應不同數據的存儲需要。對于表格結構的數據，例如用戶數據、巖屑資源數據和文件索引等，系統會將其保存到數據庫中，本系統內部使用的數據庫是MySQL和MongoDB。對于巖屑數字模型和測錄井數據這類體量非常大的數據，系統會借助文件系統的功能保存這類數據。系統數據架構引入redis用作數據緩存，加速數據訪問過程。

3.3 系統功能模塊設計

數字巖屑綜合管控云平臺具備7大功能模塊，分別是巖屑數字資源與模型管控模塊、用戶資源與權限云端管控模塊、數字模型可視化與交互模塊、資源工作流監控與管理模塊、模型與曲線入庫管控模塊、資源上傳下載與管理模塊、巖屑孔滲屬性曲線可視化與管理模塊。其中巖屑數字資源與模型管控模塊能夠對巖屑掃描結果進行管理和控制，包括按照地區、井組、井名的調用和顯示，該模塊還可以對巖屑樣本掃描后的灰度模型，二值化模型等進行管控;用戶資源與權限云端管控模塊可以在后臺對不同用戶的用戶權限進行管控，對于不同業務職能部門，開放適當權限，有利于巖屑資料的保密性;數字模型可視化與交互模塊是數字巖屑云平臺的核心功能，該功能可以將巖屑掃描的二維切片圖，三維立體結構圖進行實時立體顯示，用戶可以不受地域限制，在電腦、手機上瀏覽掃描結果;資源工作流監控與管理模塊在后臺對工作流進行管理，調整工作流程，控制資源情況;模型與曲線入庫管控模塊對原始模型數據、計算巖心物性數據、巖心指紋庫數據、生產數據等不同類型的數據及曲線進行管控和錄入，包括測井數據都可以錄入并管控;資源上傳下載與管理模塊給予特定權限用戶上傳和下載功能，將其他渠道得到的掃描結果錄入系統，同時也可將計算結果、掃描結果等下載到本地，方便研究和展示;巖屑孔滲屬性曲線可視化與管理模塊對巖屑物性進行分組顯示，根據使用的需要，可選擇同井段、同層位、同地區等巖屑數據綜合顯示，為不同地區的巖屑結果對比提供便利。

3.4 系統關鍵技術

3.4.1 巖屑模型的三維可視化技術

一種基于Web架構的巖屑三維可視化技術，使通過瀏覽器實現巖屑三維可視化功能變得可行。運用服務器計算資源對巖屑的三維數字模型進行預先處理，并保留處理結果。用戶端需要進行模型三維可視化顯示時，服務器將預處理結果發送到用戶端，減少用戶端的資源消耗，使用較少的硬件資源即可實現對巖屑三維數字模型的可視化能力。

3.4.2 高性能數字化巖石力學計算技術

基于網格法計算巖屑模型數字巖石力學的高性能算法，應用基于GPGPU或SIMD指令的大規模并行計算技術，提高計算機計算數字巖石力學屬性的性能表現，實現對巖屑數字巖石力學屬性的快速準確的計算能力。

4 平臺應用實例

數字巖屑綜合應用云平臺已在中海油信息科技公司深圳分公司成功搭建應用。該平臺的研發為公司對巖屑資料管理提供了較為先進的信息平臺。通過對巖屑數據的快速調取和分析，為管理部門直觀地提供勘探開發快速輔助決策提供依據，產生了良好而持久的社會服務和經濟效益。

5 結束語

本平臺通過新技術開發對巖石樣本數字化評價到可直接跨地域服務于生產，對于油氣勘探開發以及生產全流程具有重要的作用，使實現一種較新型的數字化巖石樣本的綜合云平臺軟件技術成為可能。本平臺在三個方面具有以下優勢：

（1）巖屑數字化綜合分析方面，僅需少量樣品，分析速度快，綠色環保。

（2）巖心數字化測試服務方面，微觀可視化解釋機理。

（3）巖屑基因數據庫方面，海內外用戶皆可使用，按照儲存空間及運算量收費。

參考文獻：

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