GIS技术在油田地层三维可视化油气研究中的应用
1、 引言
GIS强大的功能和先进的技术在油田中的应用，包括油气勘探、油气开发、地面工程和管线管网建设及油田自然灾害预报等方面，应用领域十分广泛且成熟。GIS作为技术是以地理空间数据库为基础，采用定量模型、适时提供多种空间和动态地理信息，为油田企业油气勘探、开发和工程建设提供了很好的决策支持服务，且已取得了十分广泛的成果。然而，GIS在古地理特别是在油田地下地质及地下地层三维可视化展示，地层三维可视化油气研究中的应用，能否发挥其在油田地面油气勘探开发和各类工程中的数据集成、空间分析、动态表征等作用还是不多见。本文试图通过在延长石油某油田地层三维可视化展示过程及其油气研究中的具体应用，使得GIS技术从地面进一步延伸到地下，从而拓宽其研究领域，充分发挥其强大的功能。同时，希望能在GIS的技术开发和应用上有一个新的突破。
2、 GIS 在油气勘探开发中的应用
GIS之所以能在许多领域得以广泛应用,与其所具有的多功能性是分不开的。概括起来，GIS基本功能主要包括数据采集与输入、数据编辑与处理、数据组织与管理、空间查询与分析、数据输出与成果显示等。这些功能的核心部分是对地理信息(空间的和属性的) 的存储管理和查询分析。
在油气勘探与开发中，油田积累了多年大量的基础数据和研究成果,迫切需要以一种安全高效的方式对这些成果和数据进行存储和管理,以达成成果共享和数据再利用。GIS则为以上资料的综合管理提供了一个通用平台：即利用GIS的数据采集功能，可以将油气勘探开发的各种基础数据及各领域的研究成果录入计算机,通过空间数据库和属性数据库进行统一管理,各领域专家及相关决策部门可以通过对数据库的访问来提取相关信息，从而实现油田基础数据和成果存储、管理为主的“管理型”功能。也就是说，GIS在油气勘探开发中的应用最初主要集中于油气田勘探开发的数据管理、成果图件的可视化表达等方面。但仅有“管理型”功能还是不够的。近年来, 应用GIS 的空间分析功能开展油气勘探开发方面的深入研究也取得了显著进展,主要应用有:
(1) 油气资源评价。油气资源评价是通过对多源地学信息综合分析，对某一地区的油气资源潜力进行综合评估，优选出有利区带，为进一步勘探开发部署提供决策支持的一种系统工程，在油气田的勘探开发过程中将GIS的空间分析原理和方法，应用到含油气系统勘探潜力和勘探风险评价中，充分发挥GIS技术方法的优越性。
(2) 造山带侵蚀与沉积建模分析。造山带沉积地质学是当代地质学研究的热点，它融造山带地层学、沉积学、大地构造学、地球物理学及地球化学于一体，探讨造山带及周边盆地形成、展布、发展、演化的过程。利用GIS辅助造山带侵蚀与沉积建模研究技术和实现的途径，将GIS技术融入到沉积学研究方面，为研究造山带及沉积作用实施寻找油气具有十分大的优越性。
(3) 流体运移分析。地下流体的运移是构造、沉积相、岩性、流体地球化学和流体动力学等控制的综合过程，准确预测油气运移的路径是沉积盆地油气勘探成功与否的关键。将GIS的空间分析应用于影响沉积盆地流体运移的多因素综合分析中，例如在盆地开展地下断裂与钻井位置的空间关系、断裂密度计算、与断裂相关的流体运移模拟及含油气储层与渗透率分布关系的空间叠加分析等方面进行分析研究,GIS作为辅助油气运移研究，对油气运移分析而言具有很好的效果。
然而，随着数字油田建设的深入发展，GIS作为数字油田的一个不可或缺的重要基础平台之一，已融入到数字油田建设及油气勘探开发领域，它将是一个集常规空间分析与油气勘探领域专题研究于一身,并兼有数据的存储管理功能的专业软件平台,油气勘探开发研究的诸多问题都可以在这一平台上进行,实现了基础数据和研究成果的共享,便于开展油气勘探开发综合研究,为油气勘探开发提供辅助决策支持。
3、 油田地层三维可视化及GIS技术用于油气研究的实现
随着油气勘探开发的难度增大，人们迫切希望采取更加直观的方法和技术，能进一步认识和掌握地下地质、构造和不同深度的地层、岩性变化规律。在信息技术高速发展的今天，人们更希望能够利用信息技术及时、准确、快捷、翔实地再现地下地质体、构造、甚至油气储存等油气信息。于是，将各种地质、地球物理、地球化学方法和3S技术相融合构成一体，并应用越来越多新的可视化技术，便可以从不同的视角为地质人员提供素材和依据。这种可视化技术被人们形象地比喻为给地层装了个“放大镜”。
3.1油田地层三维可视化
三维地质建模技术是当今地质研究领域的重要发展方向之一，三维地质建模的建立可以使地质分析在三维数字化空间中进行直观地整体考虑，它既是进行地质体三维可视化模拟、分析、计算和评价决策的基础，也可为三维地理信息系统的建模提供重要依据。
地层三维可视化，可以利用地震数据，也可以利用油井数据。我们知道，油井数据是油田企业最重要的资源之一，充分利用油井数据进行地下地质及地质体、构造分析是石油地质家们的重要方法和手段，延长石油某采油厂拥有数千口油井数据资源，怎样能够很好地利用这些资源研究当地油田地下油气分布以及剩余油问题，一直是工程技术人员关注的问题，本次研究就是选择了该油田某区块64km2范围内400余口油井数据，经过数据处理选用274口油井的数据，利用Amira技术，将274口油井的三维空间轨迹在Amira可视化软件平台上真实地展现了出来；从而可结合三维地形模型和地面井口位置，为油田工程技术人员提供了直观的研究条件。
图1中展现的是地层内的局部构造，可以十分清晰地看到底层的局部构造和某一个“砂体”的构造形态，这就相当于给地层安置了一个“放大镜”。油田工程技术人员可以利用这一技术进行油藏的精细研究，而且可以通过高分辨率投影设备展示，使人有一种身临其境的感觉。
3.2 GIS技术在地层三维可视化中的实现
油气赋存规律的研究是基于一定的油气成藏理论和规律，对油气勘探所获得的第一手资料的分析和认识，涉及油气勘探领域具体对象的数学建模，是在石油地质理论指导下对地下地质体的空间分析过程,这一过程一部分可以直接通过GIS的空间分析功能来完成,另一部分可以通过将特定的专题分析模块嵌入到GIS中，扩展GIS的空间分析功能来实现。因此，GIS在油气勘探开发中不仅能起到数据的管理作用，而且还能从数据库中提取相关信息进行各种专题分析,发挥油气勘探决策支持作用。
将GIS技术引入再现古构造重建研究,其基本过程是，首先利用GIS 的数据输入功能,将古构造重建所需的钻井数据、声波测井数据、岩性统计数据、沉积地层的地质年代数据、各构造面的古海拔深度数据等录入到统一的GIS数据库中管理，然后将古构造重建数学建模方法——回归分析与GIS集成，扩展GIS的空间分析功能,从GIS数据库中提取有关数据进行分析处理,恢复各构造面不同时期的古海拔深度,再利用GIS 的空间插值功能，构建各构造面各地质历史时期的数字高程模型(DEM), DEM生成后，利用GIS的三维图形显示技术，通过三维到二维的坐标转换、隐藏线、消除面、阴影处理、光照模型等技术，将三维空间数据投影在二维屏幕上，再造各构造面各地史时期的三维空间形态，为含油气盆地古构造演化史提供多维的直接证据。
基于DEM数据可以直接计算，提取研究区地形的参数，简单参数的高度、坡度、坡面、复杂参数如地形剖面的曲率、水平曲率：局部粗糙度、局部起伏度及用于反应区块高程关联性的参数率、在以DEM作为基础数据建模的地形分析中，最常用的有河网生成、流域划分、流域模型、分布式水文模型以及更复杂的专业数理模型。
4、 GIS技术在三维可视化勘探开发中的应用及储层油气研究
4.1利用GIS技术研究储层油气
(1)古构造研究。真实地再现地质历史时期的古构造格局是油气地质研究的重要内容之一，也是油气地质专家和工程技术人员研究构造演化史、油气运移路径的基础。基于三维GIS技术研究储层和油藏，就是将地层三维可视化后利用GIS技术的空间分析方法分析某一单一地层中河流展布与走向及砂体形态。见图3
图3 延长石油某油田地层三维可视化砂体形态展示图
(2)地层关系研究。除了地表的三维可视化外，在地层中人们可以很
好地看到地层与地层的接触关系，如果用二维平面图，除专业人员外其他人员是很难判断层与层的构造关系。
图4中长4+5和长6的接触关系十分明显，在长6上我们能很直观地看见长4+5的露头。如果我们用传统的方法很容易漏掉或者描述不清楚，只有用三维可视化才能如此清楚地展现给我们。那么，利用GIS技术中的局部起伏度以及用于反应区块高程关联性的参数率，在以DEM作为基础数据建模的地形分析，就很容易的描述清楚。
（3）油藏精细描述及储量精算
认识油藏的地质规律是开发好油田的基础，在油田进入高含水后期，储层中剩余油的分布更趋于零散、复杂，这就需要更加精细而科学的划分与研究，这就是精细油藏描述。三维可视化给油田精细油藏描述和精细储量计算提供了条件。见图
在油藏精细描述及储量精算中，利用三维GIS技术基于DEM数据可以直接计算，提取研究层地形的参数，简单参数的高度、坡度、坡面、复杂参数如地形剖面的曲率等，在以DEM作为基础数据建模的地形分析中，最常用的有河网生成、流域划分、流域模型等，这样就可以看出河流的走向和支流河道及河道边坡，从而为研究油气储存规律打下基础。
4.2 GIS技术用于地层可视化及油气研究的特点
（1）地理数据是表征地理圈或地理数据固有的要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形，在油田地层三维可视化展示过程中，充分发挥了GIS技术地理数据的表征作用，从而，很好地展示了该地区的地下地层特点和特征。
（2）地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征及一切有用的知识，它是对地理数据的解释。油田地层三维可视化的直观展示，使得我们更加清楚地看到通过古地理数据解释得到的古地理知识，更为重要的是通过古地理研究，从而获得地层与地层的关系、储层与储层的关系，甚至油气运移和储藏的关系。
（3）虽然利用GIS技术研究油气勘探与开发还集中在地面，还集中在油气勘探开发的基础数据和土建的管理、查询、检索和地面空间分析中，但通过我们在地下地层三维可视化的研究中，GIS技术仍然有很好的地下地层及空间分析作用，对于研究地下地质构造、古地理环境、油气运移及储藏都会发挥很好的作用。
5、结论及建议
5.1结论
（1）GIS作为数字油田中最重要的基础平台之一，集成了油田区域内所有的地理数据和地理信息，并充分利用了自身的数据处理和图形管理功能，为油田企业油气勘探开发提供了很好的地理数据表征和地理数据的信息技术作用，以及有效的技术服务。
（2）利用GIS技术强大的功能在油气勘探开发中以一种安全高效的方式对油田油气勘探开发成果和数据进行存储和管理,可实现对油田基础数据和成果的存储和管理。但仅有“管理型”功能还是不够的，应用GIS的空间分析功能开展油气勘探开发方面的研究也取得了显著进展。
（3）利用油田企业已勘探开发成熟的油田区块有较多油井数据实现地层三维可视化，并借助GIS空间分析技术对地层、油藏等进行精细研究是一个新的尝试，通过对延长石油某油田地层三维可视化并进行地层关系、构造形态、储量精算等初步的研究，取得了很好的效果，为今后进一步深入研究提供了经验和借鉴。
5.2建议
这次研究还是一个很不成熟的研究，我们只是完成了利用油井数据实现了地层三维可视化和初步的GIS技术分析，在三维可视化建模方面和GIS分析技术方面还有很多工作要做，主要还存在三维可视化建模过程中的插值问题、格网问题及其一些具体的算法问题。在GIS对古地理、古构造的复原及分析技术与算法上，我们还要做大量的研究工作，以便使GIS在三维可视化地层研究、储层研究、油藏精细研究中发挥更大的作用。
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