基于三维可视协同工作环境的油气勘探多源数据一体化应用研究

余焕鹏

摘 要：本文应用多源异构融合技术，构建全面、统一的勘探开发一体化数据服务，实现数据的规范化高度共享;通过分解勘探工作流程，以功能组件化、数据服务化、接口标准化、图形规范化作为基本要求，以地上、地下一体化三维场景作为载体，图形化作为数据表现手段，以勘探一体化全流程管理作为目标，实现对勘探核心业务流和数据流的全生命周期高度智慧化管理的油气勘探多源数据一体化应用，具有面向勘探业务、符合地质研究决策工作思维、可根据勘探工作流程定制业务应用等优点。

关键词：油气勘探;三维;多源异构;图形化;工作流

中图分类号：TE19;TE319文献标识码：A文章编号：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 多源数据应用现状与服务统一化

油气勘探核心业务涉及的数据来源于静态数据、空间数据、生产数据、勘探成果等，业务范围包括地震处理解释、探井钻探、地质综合研究、探井部署决策、油藏开发、油田生产等。除了常见的结构化数据之外，还包括图像、图形、文档、地震大数据体、三维网格等不同格式、不同软件来源的成果数据及GIS空间数据。这类油气勘探工作采集和加工后的数据的最大特点就是“多源异构性”，其多源性体现在多来源、多语义、多尺度，异构性体现在数据结构、存储格式、空间特征多样化及非结构数据多[1]。同时，诸如地层名称等非定量数据，在源头录入时缺乏规范管理，造成同层不同名、文字与代码混合等问题，导致数据批量应用出现困难。

目前，应对多源异构数据普遍采用数据治理的思路，即将不规范、无组织、质量差的数据变为符合企业规范的数据，是一项应对问题数据即脏数据的措施。不论是应对型数据治理还是主动型数据治理，即数据规范化采集，都是为了构建全面、统一的勘探开发一体化数据服务，实现数据的规范化高度共享，提高协同应用效率，保证数据资源综合一体化深化应用的有效性和可行性。考虑到油气田当前的数据分类管理方式及勘探业务数据的保密性，通过确定标准、质量扫描、问题溯源、同步治理等工作形成多源数据的标准化管理流程;选择数据服务作为异构数据集成中间件，不用改变原始数据的存储和管理方式，建立相互关联的分布式异构多源数据的动态集成框架，形成数据服务管理模块，包括数据库的链接配置、SQL语句的配置、缓存配置和定时任务等。

2 油气勘探数据一体化应用方案架构设计

經过国家“两化”融合（信息化和工业化融合）的建设，各油气田已经建设了自己的数据集成平台，或油田云、勘探云等，并在其基础之上开展了数据应用的开发实践，甚至建设了数据集成应用（云）平台。当下既要保证原有建设投资成果，又要满足管理和研究中涌现的功能上的新需求和工作形式的更新，如移动端、指挥大屏，这些都对数据应用的开发提出了新要求。同时，各油田在管理和研究工作过程中已经采购了多种专业软件，涉及多个供应商，但数据格式的通用性差。

油气勘探数据一体化应用方案的逻辑架构由运行环境、数据服务、功能组件层和业务应用层构成，架构设计如图1所示。

运行环境：采用通用的数据库标准和Web图形化技术，制订能对接标准化组件和规范的油气勘探数据的一体化应用方案。兼容已有的用户统一认证和权限管理体系，符合油田的政策、法规、标准、规范、安全和管理制度，与现有数据集成应用平台的功能进行关联穿透。

数据服务：数据服务是勘探数据一体化应用的核心，是支撑业务应用落地的基础，也是实现数字油田的根本。将多源异构数据的整合工作打包成统一服务作为服务化的数据层，不同来源和多种形式结构的数据整合为统一标准下的服务，具体包括数据标准化梳理、数据共享服务、数据权限控制[2]。

功能组件：建设具有扩展性的组件服务和云端局部部署特征的功能层。通过分解勘探任务工作流规划功能组件，各功能组件通过统一协议下的通信接口访问框架的各种要素，框架通过注册组件管理器进行组件的加载管理，应用组件实现单一、具体的业务应用功能，支持独立部署维护。

应用层：将若干功能组件按照工作流重构组合，形成具体的勘探业务流程。在应用层的设计中，以用户思维为导向，将符合用户需求的流程的功能应用贯穿于三维可视协同工作环境中，即一个全仿真地下三维场景导航工作环境，既能满足多业务的综合研究和管理需求，又能提升用户使用体验和数据转化效率。

3 三维可视协同工作环境关键技术

3.1 三维空间多图层信息高效渲染技术

为了让地质、油藏和物探等专业部门在同一个有机平台上高效协同工作，实现三维空间的可视化展示、分析、信息提取，需要开展基于三维空间的多尺度、多层次信息可视化技术研究，为研究人员和管理人员搭建勘探一体化协作工作环境，实现地上信息与地下油藏、地表条件与地质条件的结合，以及生产动态管理和地质研究的交叉进行。选择WebGL（Web Graphics Library）绘图标准下的Three.js技术，通过把JavaScript和OpenGL结合在一起，WebGL可以为HTML5的Canvas提供硬件3D加速渲染，这样就可以借助系统显卡在浏览器里更流畅地展示3D场景和模型，还能创建复杂的导航和数据视觉化，而且无须安装网页专用渲染插件。采用多细节层次（LOD）优化模型，根据用户视图范围确定细节展示的程度，优化利用存储和计算资源，提升显示效率及优化用户体验，实现了基于场景特点的优化、程序层面的优化、用户感官的优化、加载的优化。此外，打造一个面向油气勘探业务的三维图形库，丰富地下三维空间中业务图元的显示细节，包含VTK模型、SCG图元、Canvas图样等文件格式。所以，通过Three.js技术的三维场景搭建，采用多细节层次（LOD）优化模型及构建三维图形库等手段，实现对地下三维空间勘探数据的分级展示，为依据实际工作流程构建勘探业务应用提供技术基础。

3.2 地下三维智能导航及业务应用构建技术研究

基于WebGL标准下的Three.js等技术，借鉴Web二、三维图形导航的应用经验，充分融合地下三维空间展示集成技术，在仿真地下三维场景中集成展示以探井、油藏和工区为主体的勘探业务对象，其中探井数据主要以钻井轨迹为依托，集成展示地质分层、钻探成果、岩性分布等数据;储量数據则以储量计算单元为基本对象，用空间不规则曲面及其形成的块体表征实际的油藏单元;地震数据体用数据体轮廓及其内部的相交地震剖面进行展示。这些展示对象都是通过读取数据库，在地下三维场景中按照业务规范动态建模的，其具有的业务属性支持实现数据查询，也就支持智能导航，实现了工作节点的自动推送以及用户视角引导等视图操作。在地下三维场景的顶层叠加二维GIS影像和地图、图件之后，就能实现地上地质和部署信息与地下勘探成果数据的融合展示，探索多空间维度的勘探信息集成导航。由于每项勘探业务都是独一无二的，借助油气勘探数据一体化应用方案中的功能组件和智能导航等工具，支持技术人员快速开发独特的勘探业务，以满足油田用户的特定需求。

4 应用效果与展望

无论是数字油田还是智慧油田，其建设目标都是深度挖掘数据价值，提高经济效益和社会效益。在油气勘探数据一体化应用方案架构下，以多源异构数据服务统一化为基础实现的三维可视协同工作环境应用系统是具有数字化和轻智慧化的新一代工作场景，以微组件架构思路进行应用框架的构建，实现了功能组件、数据、权限的灵活配置和扩展，能满足不同工作流应用对功能组件和数据的个性化需求。该成果可以对勘探信息进行有效的汇集、整合和展示，为勘探信息的智能化服务奠定基础。

数字油田的建设是不断实践和总结提高的过程。结合勘探业务人员的需求，未来要持续加强在地上、地下三维一体化模式下对勘探数据的空间分析能力，通过采集实时随钻数据、多类勘探信息联合计算、实时动态建模和空间分析，实现如钻井质量监控、层面（岩性分布）等模型的动态更新等;开发具有深度学习功能的相关应用，如工作场景自动感知、根据使用主题进行的数据快速组织等;借助外设实现知识分享、智能推送、成果共享等多人交互研讨模式。通过对数据的多维度深化融合应用的不断探索，提升勘探信息智能化水平。

参考文献：

[1]唐先明，李媛媛，曲寿利.四川盆地油气勘探三维地理信息系统与应用[J].地球信息科学学报，2009（2）：209-215.

[2]宋跃滨，孙晓生.石油行业GIS技术应用现状与展望[J].测绘与空间地理信息，2007（1）：54-56.