王荣德 王英 王红峰 姜敏 巩永顺

[摘 要] 通过应用四维可视化软件并结合已建立的气藏地质模型，首次实现了阿姆河萨曼杰佩气田的四维可视化研究。研究结果表明：四维可视化技术与系统的集成，可以很好地实现数据的双向通讯。通过结合地质模型成果及各专业数据，能够制作井位论证、生产预警等应用场景，并将场景动态保存，智能编辑排序，实时汇报，为勘探开发研究提供决策依据。

[关键词] 四维可视化；数字气田；阿姆河盆地；萨曼杰佩气田

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

[中图分类号] TP311 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2019）07- 0078- 07

1 引 言

可视化技术可以实现油田静态地质数据和动态生产数据的有机组合[1]，并且通过图像描述技术，将油田地质储层的各种参数分布直观地展示出来，从而实现油田勘探生产有形化、可视化的目的[2-3]。经过几十年的发展，可视化技术在油田勘探和生成领域的应用已经十分成熟。国外可视化地质建模技术研究起步较早，目前处于领先地位[4]。如以色列PARADIGM公司开发的VoxelGeo三维可视化軟件，该软件对各种数据体振幅具有强敏感性，因此对碳酸盐储层具有较好的应用效果，目前已成功应用于塔河油田碳酸盐储层的预测[5]。法国Schlumberger 公司推出的Petrel 软件，它集地震解释、构造建模、岩相建模、油藏属性建模和油藏数值模拟显示及虚拟现实于一体，具备强大的构造建模技术、高精度的三维网格化技术、确定性和随机性沉积相模型建立技术、科学的岩石物理建模技术、先进的三维计算机可视化和虚拟现实技术，已较好的应用于大庆PN 油田七断块开发中[6]。美国Dynamic Graphics 公司研制开发的Earth Vision 空间地质建模软件，可用于识别地质目的层的各种属性[7]。

我国在此领域研究始于20 世纪80 年代，起步较晚，处于追赶阶段[8]。比较有代表性的为中国石油大学开发的RDMS三维石油勘探可视化软件和南京大学开发的SL-GRAPH三维石油勘探可视化软件[9]。

三维可视化技术虽然可以真实的再现地质体在三维空间中的构造、地层及振幅属性，可以为油田勘探提供翔实、充足的地质信息[10]。但是，限制于时间因素，三维可视化技术只能再现油气藏勘探某一阶段、某一时间点的地质信息，不能够反应出油气藏在特定时间段内连续变化的地质属性。而且，随着油气田勘探程度的不断增加，尤其封存油气田再次开启以及开采后期的增产阶段，时间就成为一个不得不考虑的重要因素。由此，催发出石油地质勘探的四维可视化技术，即三维可视化加上时间的因素，以动画的形式反映三维数据体随时间的变化过程。经过近几年的发展，四维可视化技术已由单纯计算结果的显示发展到应用于油气勘探开发研究的各个环节。阿姆河天然气公司从2008年起，对阿姆河萨曼杰佩气田进行再次开采，在对气田老井复产潜力排查和测井、岩芯、气藏结构、压力、流体性质等参数研究的基础上，通过结合已建立的气藏地质模型，期望将四维可视化技术应用于阿姆河萨曼杰佩气田的复产调整中，对萨曼杰佩气田的勘探开发研究提供支持，并且推进阿姆河数字气田的建设。

2 研究现状

阿姆河萨曼杰佩气田区域构造位于阿姆河盆地查尔朱断阶上（见图1），是阿姆河右岸合同区块（巴格德雷地区）内已发现的、最大的整装碳酸盐岩气田，该气田在1986-1993之间投入开发，1993年底气田封存，采出程度16.4%，剩余地质储量847.55×108 m3，具有一定潜力的再开采条件。阿姆河天然气公司于2008年5月开钻，对已封存的萨曼杰佩气田进行再次开采。

由于气田已封存15年，气藏压力及气藏底水的活跃程度不清楚，地质勘探程度低，需要在已有研究的基础上进行一定程度的数值模拟研究，以期查明萨曼杰佩气田的油气藏特征，为后期开采打下基础。但是，该气田沉积相分布较单一，储层的非均质性较强，井位少并且分布不均，缺乏地质资料，动态资料也不足，因此不适合采用传统的相控模型建立本区的地质模型。为此，国内众多学者展开了针对性的研究：王长胜（2009）综合应用地质、测井、试井、岩芯分析化验以及开发动态等多种资料对阿姆河盆地大型整装生物礁气田的地质特征进行了深入的研究，在此基础上充分结合本区储层“四性”特征，应用Petrel建立了适合本区生物礁气藏地质特征的定量化三维地质模型，从而为后期气藏数值模拟打下了坚实的基础[11]。黄海平（2012）针对萨曼杰佩气田井点主要集中在气田的主体部位，边部井点较少，井间距高达6 000 m以上，地质资料与动态资料都相乏等情况，提出了薄差储层与优质储层一体化、中心区域和边缘区域一体化和勘探与开发一体化的建模思路，建立了以测井数据、井筒数据、地震解释成果数据、地质综合研究成果和动态资料五大类数据为基础的三维气藏地质模型，并且通过多种方法对模型的可靠性进行了验证[12]。

可见，通过上述学者们的努力，本区三维可视化研究已经取得了一定的效果，虽然三维地质建模虽能高效地反映气藏的三维地质特征，但是受限于时间因素，不能够很好地反应出气藏随地质时间和勘探开发时间的连续变化规律。而且，萨曼杰佩气田产能重建，除了要在短期内解决老井修复工作量大、井筒情况不清、单井提产不确定因素多、地面建设工作量大、可用资源匮乏等众多不利因素外，进一步清晰了解气藏地质特征、明确气藏类型与规模、掌握气藏动态规律，更是制定合理开发规模与开发政策、短期内解决勘探开发中遗留的问题的关键。所以，单纯依靠三维地质模型已经不能满足研究需求，不能有效地解决上述问题，只有将时间这一重要因素考虑进来，充分结合已有的三维地质模型，才能够建立起适合本区勘探开发的气藏模型，并一定程度的解决上述勘探开发难题。

3 研究思路

为了应对阿姆河勘探开发遇到的难题，需要采取一定的措施和方法，如通过四维可视化模型来促进勘探开发研究工作，加快勘探开发进程，提高开发效率。地质建模是在对研究区块进行细致地质研究的基础上，结合各种资料综合分析，建立研究区块地质构造背景上的储层参数分布模型，作为数值模拟的基础，用以研究整个气田的开发技术政策和开发调整方案指标的预测。

本次研究首次将美国DGI公司开发的四维可视化软件（COVIZ 4D）应用于阿姆河数字气田的模型建设中，通过四维可视化软件与阿姆河动静态数据库的集成应用，促进阿姆河萨曼杰佩气田的数字化建设，提高业务数据的共享度，有效减少业务与系统之间的信息孤岛，提供一个集二维、三维、四维可视化于一体的数据展示平台和决策支持平台，实现快速便捷的数据调用和数据成果归档的双向通讯。

四维可视化是“时间感知”的四维可视化勘探开发辅助决策平台，其数据输入路径具有极强的灵活性和适应性，能高效容纳油气勘探开发过程中所有阶段的数据信息。具体研究思路如图2所示。

首先，收集研究区不同种类不同阶段（时间）的勘探、开发数据，包括地震及解释成果数据、构造模型、属性模型、地表数据、钻井数据、录井数据、测井数据、试油数据、生产数据以及图片报告等，并将上述基础数据保存在阿姆河基礎数据库（阿姆河勘探开发动静态数据库）；其次，将上述收集数据和地质模型转化为相应的数据格式并导入到四维可视化软件的文件管理系统（数据注册管理器）；接着依据实际勘探和开发要求进行计算机在线模拟，可以切割地震剖面或属性剖面、也可以进行各种模型的切割或融合；最后，根据业务需要，将数据加载到软件，可搭建各种业务场景，场景以四维可视化的方式进行显示，为气田勘探开发过程中的协同研究及决策支持提供技术支持。

4 应用及效果

与传统的三维建模技术相比，四维可视化软件具有强大的数据集成和融合能力、独特的时间轴动态技术和实现勘探开发高度融合等特点，同时还具有辅助决策功能：勘探部署、井位论证、井轨迹设计、随钻分析、生产预警等。本次研究通过四维可视化软件在阿姆河数字气田的应用，在以下几个方面达到一些预期效果，为阿姆河气田的勘探开发研究业务和决策支持提供了帮助。

4.1 数据集成和融合能力提升

油气藏研究成果的质量离不开大量的地质、构造、属性、生产等专业数据与研究成果资料的支持，专业数据和基础资料的丰富程度决定了研究成果是否准确、是否能有效指导勘探开发工作。因此，数据是研究的基础，高效的数据集成和融合能力对研究成果的准确性起到关键作用，只有实现对气田数据的高度管理，才能实现四维可视化的高度应用和展示。本次研究基于阿姆河数字气田项目（阿姆河勘探开发动静态数据库系统）而完成，动静态数据库为四维可视化的展示提供有力的数据支撑。

面对在短期内解决老井修复工作量大、井筒情况不清、单井提产不确定因素多、地面建设工作量大、可用资源匮乏等众多不利因素，除了全面管理勘探开发产生的数据，建立动静态数据库，实现数字化气田之外，还需要兼容多种数据格式的软件，全方位展示区域研究现状，为研究人员和决策者提供辅助支撑。

本次应用的四维可视化软件支持的数据类型多样，如地震数据、建模数据、数模数据、测井数据、录井数据、钻井数据、设计数据、生产数据、研究成果图、研究报告等（见表1），兼容的数据格式包括：.segy、.grid、.pet、.las、.path等多达100多种。它还可以将多专业的数据按照不同的尺度、不同的级别展示出来，比如按照点、线、面、体；毫米、米、千米等。

四维可视化软件（COVIZ 4D），通过其数据注册管理器功能可实现对气田数据的一体化管理。数据注册管理器是一个文件管理系统，通过与动静态数据库的集成应用后，通过网络即可轻松加载处于不同位置的不同软件来源的数据，其功能包括数据文件存储位置导向，格式转换过程和分类登记信息等。对于加载的数据，可以通过多种方式来进行管理，如：根据专业类型来管理、基于数据格式来管理、根据项目范围来区分数据等，可根据项目快速显示需要的数据，大大减少了寻找不同类型文件的时间。

数据注册管理器支持多种专业数据类型，并实现数据的规范化管理，数据加载和关联可以一键式操作。支持的数据类型包括：三维地震数据、二维地震数据、井轨迹数据、测井数据、地质体数据、生产数据等，具体如图3所示。

萨曼杰佩气田收集的42口井资料的井轨迹数据，包括井名、井坐标、海拔高度、井斜数据等，通过数据格式转换（如.exe，.txt格式转换为.path）后，可通过数据注册管理器加载到四维可视化软件中，进行四维可视化展示。同时，可以在井轨迹数据上，增加显示井别信息，如图4所示，不同的颜色分别代表不同的井别。

4.2 生产动态监控与预警

油气生产管理面临的难点主要体现在：如何快速发现单井生产问题，及时诊断和处理；如何准确预测单井生产趋势，主动优化单井生产状态；如何有效管理和优化注采关系。目前，单井生产状态的监测大都以人工巡检方式为主，时间间隔较长，缺少辅助分析工具，难以做到精确的生产运行分析；单井生产优化也以人工优化为主，没有系统的优化软件，没有形成统一标准，只能进行简单的单一参数优化，无法持续地对生产中各参数进行跟踪和优化。

四维可视化软件具有动态预警功能，通过其独有的时间轴技术，可以动态展示油田的开发历程，实现了对单井和油藏生产过程的实时监控、生产统计分析和部分预警，提高了工作效率和安全生产水平。

随着生产的进行，指示单井的产量变化情况，黄色和蓝色柱子分别代表气水的产量变化情况。在开发现状的基础上，可以对单井产能通过设置一定的参数来进行预警。比如设置产气量或者含水率的波动百分比，对相应的参数进行预警。四维可视化窗口是通过弹出窗口提示、声音报警、在井口指示预警灯泡或者旗帜等方式进行预警。如图5所示，最下方的是时间刻度，随着时间的播放，可以动态进行预警。对预警结果，还可以动态生成预警报告，方便查看异常井的详细数据。

实现动态监测单井生产过程中的井口数据、评价生产状态；及时分析生产异常状态、发现和处理异常情况；预测单井生产趋势、及时调整优化生产方案，从而实现对生产过程的智能监控、评价和优化生产。

根据气藏的生产实时数据建立快速反馈的气藏动态模型，并将其与遥测传感器、智能井和自动控制设施等匹配，更直观地了解地下生产动态和更准确地预测气藏未来变化，以便及时采取措施提高产量和进行有效的气藏管理，提高气藏产量和采收率。

4.3 实现勘探开发协同研究

海外项目一个最重要的特点就是具有很强的时效性，合同方必须在规定的时间内完成勘探评价工作量，完成勘探及退地等相应的研究工作。为此，必须统一部署，根据研究区域气藏特征，组织地震、地质、钻井、气藏、采气、经济分析等多学科、多专业的勘探开发联合研究，联合攻关勘探开发中的瓶颈问题，避免重复研究，最大限度地缩短研究周期。

程序虽不能逾越，但进程可以加快，只有缩短勘探链条，开发提前介入，强调勘探与开发兼顾，详探与评价的融合，才能最大限度地缩短产建时间。勘探与开发始终深度交叉进行，生产作业同时考虑勘探、开发的需求，才能快速实现气田储量升级和气井产能建设的双目标。

通过四维可视化技术，可以实现勘探研究与开发研究结合，建立公司、企业级数据管理中心，构建资源共享的地质模型，大大提高勘探开发研究水平，缩短项目周期，降低成本。四维可视化软件搭建的地质模型是一个通用的数据载体，具有在各个勘探-生产阶段的普适性。即在勘探阶段构建的地质模型，不仅能够对油气藏的地质属性，如岩性、物性、构造、圈闭进行精确的描绘和再现，还能够适用于开发阶段的需求（见图6）。即可以满足开发阶段石油管理者对于油气藏中压力、孔渗、残余油、气饱和度、产出气水比的参数动态变化的监测等。

4.4 实现地质模型的四维可视化

为了进一步清晰了解气藏地质特征、明确气藏类型与规模、掌握气藏动态规律，解决阿姆河气田开发中遇到的难题，及早实现增储增产，就需要更多创新技术的支持。四维可视化为这一问题的解决，提供了强有力的支撑。

四维可视化是在空间三维（x，y，z）的概念上，加上时间（t）概念，使数据具有时间轴，可随时定义时间范围，随时查看不同数据随时间的变化情况。四维可视化技术通过其独特的时间轴功能，检测数据在空间和时间上的隐形关系，支持各类动态数据的动态展示及分析。可以按秒、小时、年等不同的时间类型进行展示。在实际生产中，油气公司的决策机构一般得到的都是即时数据，而对于勘探开发研究学者来说，搞清楚油藏随着时间的动态响应情况是非常关键的。四维可视化使得用户同时显示和审查不同时间的动态数据成为可能。同时，该软件还可以对即时数据评价快照，或形成时间序列动画，方便了研究人员后期调用数据，从而使4D数据展示平台成为现实。图7即为应用四维可视化技术对萨曼杰佩气田试产阶段气产量随时间变化的一组连续动态变化图。结果表明，四维可视化技术可以很好地展现出萨曼杰佩气田随着勘探开发时间的推移，其产量在持续动态变化的过程。

5 结 论

（1）阿姆河数字气田通过四维可视化技术实现了对不同来源的数据的综合管理，并且随着气田研究开发资料的不断增加，可随时更新数据库数据，为研究人员和决策层提供最新数据支持。

（2）通过四维可视化技术，可以将构造模型、地质模型、属性模型、数值模型集于一体，最大限度的实现勘探开发协同研究，缩短勘探周期，提高生产效益。

（3）四维可视化技术的场景搭建功能能够輔助决策支持，可指导勘探部署、井位论证、井轨迹设计、生产预警等业务。尤其是生产动态监控与预警功能，动态展示了油田的开发历程，实现了对单井和气藏生产过程的实时监控、生产统计分析和部分预警，提高了工作效率和安全生产水平。

（4）实现了气藏静态地质工作与动态开发管理的真正结合，显著提高了气藏的管理水平。

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