化學(xué)驅(qū)數(shù)值模擬后處理技術(shù)研究

趙建民， 唐茂斌(東北石油大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院， 大慶 163318)

化學(xué)驅(qū)數(shù)值模擬后處理技術(shù)研究

趙建民， 唐茂斌
(東北石油大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院， 大慶 163318)

為了更有效的實(shí)現(xiàn)油藏體的三維可視化，對(duì)化學(xué)驅(qū)數(shù)值模擬后處理存在的問(wèn)題進(jìn)行研究。對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的Eclipse、VIP等數(shù)值模擬軟件進(jìn)行分析，針對(duì)各自模擬器模擬得出的數(shù)據(jù)格式種類(lèi)繁多、不一致的問(wèn)題，提出應(yīng)用面向?qū)ο蟮乃枷?，設(shè)計(jì)相互兼容的可擴(kuò)展的接口。利用以八叉樹(shù)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的大數(shù)據(jù)組織管理(LDM)對(duì)油藏體網(wǎng)格劃分，使用轉(zhuǎn)換關(guān)鍵字的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)不同數(shù)值模擬結(jié)果文件加載，實(shí)現(xiàn)對(duì)油藏體的精細(xì)描述。

數(shù)值模擬； 八叉樹(shù)； LDM

Abstract： In order to effectively realize the three-dimensional visualization of the reservoir, the problems of the post-processing of chemical drive numerical simulation are studied. The paper analyzes the existing numerical simulation software at home and abroad, such as Eclipse, VIP, etc. There are a wide variety of data formats and inconsistent problems for each simulator simulation; the article proposes to apply the object-oriented idea, and designs mutually compatible extensible interfaces. A large data organization management (LDM) based on octree structure is used to divide the reservoir grid, the method implementation of the transformation keyword is used to load the different numerical simulation result files. It implements the detailed description of the reservoir.

Keywords： Numerical simulation; Octree; LDM

0 引言

油藏?cái)?shù)值模擬是尋找剩余油的重要手段，為高含水開(kāi)發(fā)后期油藏的調(diào)整挖潛提供重要依據(jù)，也是數(shù)字化油田的重要體現(xiàn)[1]。油藏模擬已成為各油田在研究油藏資料間相互關(guān)系、預(yù)測(cè)油藏的開(kāi)采過(guò)程、調(diào)整開(kāi)采方案必不可少的輔助手段[2]。應(yīng)用計(jì)算機(jī)三維可視化技術(shù)，把油氣勘探開(kāi)發(fā)中的大量地質(zhì)對(duì)象及數(shù)據(jù)和油藏?cái)?shù)值模擬結(jié)果數(shù)據(jù)以三維的方式進(jìn)行集成展示，使地質(zhì)工程師能更直觀地了解目標(biāo)區(qū)塊的各種地質(zhì)狀況和儲(chǔ)量信息，從而為石油勘探開(kāi)發(fā)提供更好的決策支持[2]。后處理系統(tǒng)是油藏?cái)?shù)值模擬不可缺少的部分，它的意義不僅僅體現(xiàn)在提高模擬工作的效率，而且直接影響著油藏?cái)?shù)值模擬研究的效果和質(zhì)量[3]。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外主流的數(shù)值模擬軟件有很多，例如：Eclipse、VIP、CMG等，它們都能實(shí)現(xiàn)油藏體的三維可視化。但是每一個(gè)數(shù)值模擬軟件的后處理系統(tǒng)都是不同的，例如：CMG后處理模型RESULTS、VIP的后處理模塊(PlotView、3DVIEW)等[4]。數(shù)值模擬軟件有唯一的“ID”標(biāo)識(shí)，即當(dāng)一個(gè)用戶(hù)使用時(shí)，其他的用戶(hù)不能去訪(fǎng)問(wèn)所需的油藏?cái)?shù)據(jù)，并且不同的數(shù)值模擬軟件輸出的數(shù)據(jù)格式不同，不能加載異構(gòu)的文件數(shù)據(jù)，不能動(dòng)態(tài)的展示異構(gòu)的油藏體數(shù)據(jù)。因此在深入研究油藏體數(shù)據(jù)的同時(shí)，要設(shè)計(jì)兼容異構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的接口，對(duì)油藏體進(jìn)行展示。目前使用最廣泛的三維可視化開(kāi)發(fā)軟件有OpenGL和Open Inventor等，一般在選用的是Open Inventor。Open Inventor操作簡(jiǎn)單，利用Open Inventor中現(xiàn)有的圖像接口，可以快速地設(shè)計(jì)場(chǎng)景，進(jìn)行三維模型的建立，為開(kāi)發(fā)人員提供了便利[5]。

1 對(duì)國(guó)內(nèi)外主流軟件文件格式分析

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外主流的油藏?cái)?shù)模軟件主要有Eclipse、VIP、CMG等，其輸出的網(wǎng)格數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)主要是一種柱狀模型，每個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)，有個(gè)前提條件即是所有的坐標(biāo)點(diǎn)都在這條頂?shù)c(diǎn)構(gòu)成的線(xiàn)段上。

油藏?cái)?shù)值模擬模型數(shù)據(jù)可分為兩種，一種是文本格式；另一種是二進(jìn)制格式。這兩種數(shù)據(jù)格式各有優(yōu)缺點(diǎn)。其中文本格式的文件，利于閱讀和理解；而二進(jìn)制格式的文件是一種塊文件，讀寫(xiě)速度快，但是不利于理解。因此在讀入數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)將二進(jìn)制文件將其轉(zhuǎn)換成文本文件。流程如圖1所示。

圖1 處理流程圖

對(duì)兩種文件進(jìn)行分析后，設(shè)計(jì)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，即將二進(jìn)制的文件或者文本格式的文件通過(guò)可擴(kuò)展的接口轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，按照所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完成對(duì)不同參數(shù)的結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，從而完成異構(gòu)結(jié)果數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)。

1.1 文本文件格式分析

1.1.1 Eclipse文本文件格式分析

油藏?cái)?shù)值模擬軟件Eclipse建立的靜態(tài)模型，其地層模型文件是保存在*.grdecl的三維場(chǎng)數(shù)據(jù)，主要包括文件的一些基本信息以及數(shù)據(jù)文件等，包含網(wǎng)格的定義和每個(gè)網(wǎng)格的屬性值。

文件的基本信息包括了網(wǎng)格的個(gè)數(shù)、坐標(biāo)系以及是否使用坐標(biāo)系標(biāo)識(shí)。

數(shù)據(jù)文件分為兩部分一部分是以關(guān)鍵字COORD頂頭為開(kāi)始行，然后另起一行開(kāi)始具體的角點(diǎn)數(shù)據(jù)，主要是底頂點(diǎn)的坐標(biāo)變化，每一行有六個(gè)數(shù)據(jù)，一共有(nx+1)*(ny+1)*6，先進(jìn)行X方向的變化然后是Y方向的變化。其中數(shù)據(jù)中間可以穿插注釋行，另一部分是以ZCORD關(guān)鍵字為開(kāi)始行，后面另起一行跟隨數(shù)據(jù)體。這主要是Z坐標(biāo)數(shù)據(jù)的變化，但是由于單元格有8個(gè)頂點(diǎn)，因此在存儲(chǔ)的時(shí)候，需要進(jìn)行8次，出現(xiàn)重復(fù)的Z坐標(biāo)數(shù)據(jù)，因此在存儲(chǔ)的時(shí)候會(huì)進(jìn)行重復(fù)存儲(chǔ)，浪費(fèi)存儲(chǔ)空間。還有以ACTNUM關(guān)鍵字為開(kāi)始行，后面另起一行跟隨單元格有效信息，當(dāng)所在的單元格有效時(shí)代表值是1，無(wú)效的單元格使用0表示。格式如下：

COORD

21637758.351519 -5011731.630286 191.644577 21637758.351519 -5011731.630286 391.644379

………………………………………

ZCORN

191.644577 191.590652 191.590652 191.482605 191.482605 191.322113

………………………………………

ACTNUM

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

………………………………………

1.1.2 VIP文本文件格式分析

頂頭以CORP關(guān)鍵字為開(kāi)始行，然后另起一行開(kāi)始具體的角點(diǎn)數(shù)據(jù)。其中數(shù)據(jù)中間可以穿插注釋行，幾何模型角點(diǎn)數(shù)據(jù)后面為凈厚比數(shù)據(jù)，同樣以NETGRS關(guān)鍵字為開(kāi)始行，后面另起一行數(shù)據(jù)為凈厚比數(shù)據(jù)。這里需要注意的是角點(diǎn)數(shù)據(jù)和凈厚比數(shù)據(jù)不能交替出現(xiàn)。格式如下：

CORP VALUE

C GRID BLOCK:I=1，J=1，K=1注釋行

1010.2625 954.2182 1895.6265 1048.1987 955.0655 1895.7871

………………………………………

NETGRS

………………………………………

1.2 二進(jìn)制文件格式解析

在二進(jìn)制文件中，一般使用關(guān)鍵字進(jìn)行輸出，而不同的數(shù)值模擬軟件輸出的文件不同，使用的關(guān)鍵字也不同。

VIP包括初始化模型結(jié)果文件和模擬模型結(jié)果文件等[6]。

Eclipse的二進(jìn)制文件通過(guò)塊進(jìn)行存儲(chǔ)，而存儲(chǔ)的方式是根據(jù)巴恩斯范式[7]，其二進(jìn)制文件格式一般包括三部分：

.GRID文件(*.EGRID文件)：存儲(chǔ)網(wǎng)格信息，包括網(wǎng)格的個(gè)數(shù)等，其中*.EGRID要小很多；

．INIT文件(*.FINIT文件)：屬性文件，存儲(chǔ)著靜態(tài)數(shù)據(jù)，包含了各個(gè)方向的滲透率以及厚度凈毛比等靜態(tài)屬性；

.UNRST文件：包含動(dòng)態(tài)屬性，例如：含油飽和度、壓力等。

CMG二進(jìn)制文件格式一般包括以下部分：

.OUT文件:輸出結(jié)果文件，從文件中可以看到每一個(gè)事件點(diǎn)的結(jié)算結(jié)果，錯(cuò)誤結(jié)果也可以從中得到，使用文本文件打開(kāi)；

SR2二進(jìn)制索引文件*.IRF：用于數(shù)據(jù)的后處理，調(diào)入二維和三維文件的處理結(jié)果；

SR2二進(jìn)制結(jié)果文件*.MRF：用于存放二進(jìn)制的計(jì)算結(jié)果，主要的結(jié)果文件都放在其中；

.FHF文件；存放歷史擬合文件，對(duì)油田生產(chǎn)動(dòng)態(tài)進(jìn)行擬合。

從以上的文件格式分析中可以看出，不同的數(shù)值模擬軟件，中不同，不同的參數(shù)屬性放在不同的文件中，并且在網(wǎng)格信息的表達(dá)，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的所使用得關(guān)鍵字也不同的。

2 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

對(duì)油藏體進(jìn)行數(shù)據(jù)格式的分析之后，根據(jù)各種數(shù)值模擬軟件結(jié)果文件的數(shù)據(jù)特點(diǎn)，使用大數(shù)據(jù)體組織方式來(lái)設(shè)計(jì)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，提取文件中的關(guān)鍵字，從而設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換接口來(lái)讀取不同數(shù)值模擬軟件的結(jié)果文件。

2.1 大數(shù)據(jù)體組織方式

在油藏體進(jìn)行數(shù)值模擬的過(guò)程中，產(chǎn)生大量的二進(jìn)制結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)或文本格式數(shù)據(jù)文件。大量文件以不同的方式進(jìn)行存儲(chǔ)，在進(jìn)行讀入的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生沖突，占用大量的內(nèi)存，為了解決出現(xiàn)的問(wèn)題使用大數(shù)據(jù)體組織方式(LDM)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，LDM是一種多級(jí)分組、多分辨率的大數(shù)據(jù)體組織方式[8]。它與八叉樹(shù)結(jié)構(gòu)的原理相似，在使用LDM對(duì)油藏體進(jìn)行管理時(shí)，對(duì)油藏體建立八叉樹(shù)結(jié)構(gòu)。具體步驟如下：(油藏體使用八叉樹(shù)存儲(chǔ)，將油藏體進(jìn)行八等分，直到此油藏體劃分到最小，不能進(jìn)行等分；(劃分出的油藏體網(wǎng)格之間相鄰，利用油藏體的頂點(diǎn)坐標(biāo)，能快速的尋找出與此油藏體相鄰的油藏體的坐標(biāo)。八叉樹(shù)結(jié)構(gòu)表達(dá)了油藏體各個(gè)部分之間的聯(lián)系。下面以Eclipse軟件的數(shù)據(jù)為例，利用LDM大數(shù)據(jù)管理模式將Eclipse的數(shù)據(jù)文件形成的油藏體重新劃分，然后利用八叉樹(shù)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在XYZ 3個(gè)方向上劃分，能很快的查找到相鄰的油藏體。

使用LDM進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，讓油藏體數(shù)據(jù)模型按照特定的數(shù)據(jù)組織形式進(jìn)行輸出，每個(gè)單元格都存在8個(gè)3維坐標(biāo)。具體的LDM組織形式如如圖2所示。

圖2 LDM數(shù)據(jù)組織形式

2.2 關(guān)鍵字抽取

通過(guò)對(duì)不同數(shù)值模擬軟件的結(jié)果文件格式的分析得出，各數(shù)值模擬軟件的關(guān)鍵字有差異，不僅在各個(gè)參數(shù)的表達(dá)上，還有在3個(gè)方向維度上都有不同，例如：Eclipse的角點(diǎn)數(shù)據(jù)是以關(guān)鍵字COORD為開(kāi)頭進(jìn)行存儲(chǔ)，而VIP的角點(diǎn)數(shù)據(jù)是以CORP關(guān)鍵字開(kāi)始的。利用LDM大數(shù)據(jù)管理模式將油藏體進(jìn)行統(tǒng)一管理，因此在本文中將各個(gè)數(shù)值模擬軟件的關(guān)鍵字進(jìn)行提取，對(duì)相同參數(shù)的進(jìn)行關(guān)鍵字的統(tǒng)一，不同參數(shù)的將其關(guān)鍵字存儲(chǔ)到可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)接口中。具體方法如下：

(1) 對(duì)各個(gè)主流的數(shù)值模擬軟件的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行分析，確定各個(gè)關(guān)鍵字所代表的參數(shù)屬性，確定完成后進(jìn)行下一步；

(2) 區(qū)分各個(gè)關(guān)鍵字，對(duì)相同的參數(shù)屬性抽取其相同點(diǎn)進(jìn)行關(guān)鍵字的統(tǒng)一化，設(shè)置相同的關(guān)鍵字，通過(guò)擴(kuò)展接口讀入模塊中，然后將不能抽取相同點(diǎn)的關(guān)鍵字進(jìn)行存儲(chǔ)，然后進(jìn)行下一步處理；

(3) 對(duì)讀入的文件，通過(guò)與存儲(chǔ)的關(guān)鍵字進(jìn)行比較進(jìn)行判斷，看是否進(jìn)行存儲(chǔ)，存在即可完成文件的讀入，否則返回第二步；

(4) 完成結(jié)果文件的調(diào)入，進(jìn)行人機(jī)交互。

具體的流程圖，如圖3所示。

關(guān)鍵代碼如下：

while (!feof(fp)) {

p = getLine();

m_LineNumber++;

if (CompareKeyword("SPECGRID")) {

res = ReadSpecGrid();//讀取坐標(biāo)參數(shù)

}

if (CompareKeyword("COORDSYS")) {;

} else {

if (CompareKeyword("COORD")) {

圖3 關(guān)鍵字流程圖

res = ReadCoord();//讀取頂?shù)鬃鴺?biāo)對(duì)數(shù)據(jù) }}

if (CompareKeyword("ZCORN")) {

res = ReadZCorn();//讀取Z軸坐標(biāo)數(shù)據(jù)}

if (CompareKeyword("ACTNUM")) {

res = ReadActnum();//讀取有效網(wǎng)格標(biāo)志數(shù)據(jù)

}

}

2.3 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換以及三維可視化

對(duì)于油藏體數(shù)據(jù)模型來(lái)說(shuō)，模型中的網(wǎng)格數(shù)量影響著油藏?cái)?shù)值模擬模型的數(shù)據(jù)量。一個(gè)有著千萬(wàn)網(wǎng)格單元的模型、加上靜態(tài)屬性數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)量可以到1GB 以上[9]。不同數(shù)值模擬軟件所輸出的數(shù)據(jù)格式也不盡相同，為了實(shí)現(xiàn)不同模擬軟件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一化，所以本文對(duì)前述的 LDM 格式組織以及關(guān)鍵字的抽取方案進(jìn)行了編程實(shí)現(xiàn)，數(shù)模結(jié)果數(shù)據(jù)重新組織以后，文件中的基本數(shù)據(jù)都能進(jìn)行轉(zhuǎn)換。該功能的界面,如圖4所示。

圖4 格式轉(zhuǎn)換功能界面圖

在界面中可以看到，可以選擇靜態(tài)屬性以及動(dòng)態(tài)屬性，還有時(shí)間步，選擇完成后對(duì)選中的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換。本文在編程實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換后，將轉(zhuǎn)換后的油藏體進(jìn)行展示最終顯示效果，如圖5所示。

3 總結(jié)

本文解析了國(guó)內(nèi)外主流的數(shù)值模擬軟件，例如Eclipse、VIP等，對(duì)它們的兩種文件格式進(jìn)行解析，利用以八叉樹(shù)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的大數(shù)據(jù)體組織管理方式對(duì)油藏體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同數(shù)值模擬軟件的文件讀入，實(shí)現(xiàn)對(duì)油藏體的展示。

圖5 油藏體三維顯示圖

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ResearchonNumericalSimulationofChemicalFloodingPost-processingTechnology

Zhao Jianmin, Tang Maobin
(School of Computer&Information Technology , Northeast Petroleum University, Daqing 163318, China)

TP311

A

2017.05.20)

趙建民(1991-),男,碩士研究生,研究方向:軟件工程與集成技術(shù)。 唐茂斌(1991-),男,碩士研究生,研究方向:軟件工程與集成技術(shù)。

1007-757X(2017)09-0050-04