數(shù)字巖屑綜合管控云平臺設(shè)計實現(xiàn)與應(yīng)用

丘寬 程浩然 黃瑞 田榆杰 謝官興 陳飛飛

摘要：數(shù)字巖屑技術(shù)是通過對鉆井產(chǎn)生的巖屑樣品進(jìn)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(jié)構(gòu)信息、礦物分布信息，從而對巖屑樣品進(jìn)行數(shù)字化定量分析，獲得對應(yīng)儲層的物性。隨著大位移井、水平井鉆井的增多，數(shù)字巖屑技術(shù)的應(yīng)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(bǔ)充手段。隨著該技術(shù)的應(yīng)用，掃描獲得的大量巖屑數(shù)字化結(jié)果，需要通過線上平臺進(jìn)行綜合管理和實時共享，該文提供了一種基于網(wǎng)絡(luò)云平臺的巖屑數(shù)字化綜合管控平臺的實現(xiàn)方案，并實現(xiàn)了對海上鉆井巖屑的可視化、管控和共享功能。

關(guān)鍵詞：信息管理系統(tǒng);巖屑;數(shù)字化

中圖分類號：TP311 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)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(zhì)勘探中的必備工作，該過程通過對鉆進(jìn)過程中返出的巖屑進(jìn)行分析，對地層的巖性進(jìn)行定名，建立地質(zhì)剖面，并通過地層對比技術(shù)，實現(xiàn)鉆井過程中實時地層卡層及地質(zhì)指導(dǎo)[1]。錄井具有“多”（測 量參數(shù)多）“快”（分析速度快）“好”（低風(fēng) 險）“省”（低成本）的技術(shù)優(yōu)勢[2]。近年來，圍繞傳統(tǒng)巖屑描述的數(shù)字化問題，包括錄井儀器生產(chǎn)廠商在內(nèi)的業(yè)內(nèi)人士提出了多種解決方案[3]，但是巖屑數(shù)字化后的數(shù)據(jù)管理一直沒有得到很好的解決，存在管理復(fù)雜、流程執(zhí)行周期長、涉及部門崗位多等為問題[4-8]，嚴(yán)重制約了巖屑的后期應(yīng)用分析。

數(shù)字巖屑綜合管控云平臺可用于管理數(shù)字巖屑數(shù)據(jù)，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(fā)以及生產(chǎn)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(xié)同工作;并能輔助油藏工程師們更科學(xué)地預(yù)測儲量、產(chǎn)量，進(jìn)而精確選定井位，優(yōu)化編制生產(chǎn)方案，提高油田產(chǎn)量，降低成本，提高效率，在石油勘探和開發(fā)過程中有著廣泛的市場和應(yīng)用前景。

2 系統(tǒng)需求與目標(biāo)

數(shù)字巖屑技術(shù)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(shù)，獲得儲層物性[9-10]。數(shù)字化的巖屑三維數(shù)據(jù)可用于后續(xù)的分析和調(diào)取，極大地增加了后期應(yīng)用的便利。數(shù)字巖屑技術(shù)已在北美墨西哥灣、中東和南美等主要產(chǎn)油國及地區(qū)得到應(yīng)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(guī)?；瘧?yīng)用。隨著近年來CT掃描技術(shù)的成熟和算力的大幅提升，基于數(shù)字巖心技術(shù)的數(shù)字巖屑錄井方法正在迎來極大的發(fā)展機(jī)遇[11]。該方法能夠為油田提供井場快速物性分析方法，達(dá)到縮短開發(fā)周期，降本增效的目標(biāo)。建立巖屑數(shù)字化基因庫，能夠更有效地管理巖屑數(shù)據(jù)，并能結(jié)合測井、油氣開發(fā)數(shù)據(jù)等綜合分析，挖掘數(shù)據(jù)的價值。

經(jīng)過CT掃描獲得巖屑三維數(shù)據(jù)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(yè)個數(shù)，數(shù)字巖屑掃描將產(chǎn)生大量的三維數(shù)據(jù)體，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)體進(jìn)行信息化管理、展示，有助于提高結(jié)果的利用效率，為數(shù)據(jù)挖掘打下良好基礎(chǔ)。

3 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

數(shù)字巖屑綜合管控云平臺的系統(tǒng)總體劃分為三大層次，分別是Web代理層、服務(wù)層和數(shù)據(jù)接入層。Web代理層基于nginx實現(xiàn)，是外部接入系統(tǒng)的通道，通過Web提供訪問服務(wù);服務(wù)層實現(xiàn)系統(tǒng)各個功能模塊;數(shù)據(jù)接入層用于統(tǒng)一系統(tǒng)的全部數(shù)據(jù)訪問服務(wù)。

3.2 數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計

根據(jù)不同數(shù)據(jù)的特點，系統(tǒng)使用兩種數(shù)據(jù)持久化方法，以適應(yīng)不同數(shù)據(jù)的存儲需要。對于表格結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，例如用戶數(shù)據(jù)、巖屑資源數(shù)據(jù)和文件索引等，系統(tǒng)會將其保存到數(shù)據(jù)庫中，本系統(tǒng)內(nèi)部使用的數(shù)據(jù)庫是MySQL和MongoDB。對于巖屑數(shù)字模型和測錄井?dāng)?shù)據(jù)這類體量非常大的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會借助文件系統(tǒng)的功能保存這類數(shù)據(jù)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)引入redis用作數(shù)據(jù)緩存，加速數(shù)據(jù)訪問過程。

3.3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

數(shù)字巖屑綜合管控云平臺具備7大功能模塊，分別是巖屑數(shù)字資源與模型管控模塊、用戶資源與權(quán)限云端管控模塊、數(shù)字模型可視化與交互模塊、資源工作流監(jiān)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(shù)字資源與模型管控模塊能夠?qū)r屑掃描結(jié)果進(jìn)行管理和控制，包括按照地區(qū)、井組、井名的調(diào)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(jìn)行管控;用戶資源與權(quán)限云端管控模塊可以在后臺對不同用戶的用戶權(quán)限進(jìn)行管控，對于不同業(yè)務(wù)職能部門，開放適當(dāng)權(quán)限，有利于巖屑資料的保密性;數(shù)字模型可視化與交互模塊是數(shù)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(jié)構(gòu)圖進(jìn)行實時立體顯示，用戶可以不受地域限制，在電腦、手機(jī)上瀏覽掃描結(jié)果;資源工作流監(jiān)控與管理模塊在后臺對工作流進(jìn)行管理，調(diào)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(shù)據(jù)、計算巖心物性數(shù)據(jù)、巖心指紋庫數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等不同類型的數(shù)據(jù)及曲線進(jìn)行管控和錄入，包括測井?dāng)?shù)據(jù)都可以錄入并管控;資源上傳下載與管理模塊給予特定權(quán)限用戶上傳和下載功能，將其他渠道得到的掃描結(jié)果錄入系統(tǒng)，同時也可將計算結(jié)果、掃描結(jié)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(jìn)行分組顯示，根據(jù)使用的需要，可選擇同井段、同層位、同地區(qū)等巖屑數(shù)據(jù)綜合顯示，為不同地區(qū)的巖屑結(jié)果對比提供便利。

3.4 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.4.1 巖屑模型的三維可視化技術(shù)

一種基于Web架構(gòu)的巖屑三維可視化技術(shù)，使通過瀏覽器實現(xiàn)巖屑三維可視化功能變得可行。運用服務(wù)器計算資源對巖屑的三維數(shù)字模型進(jìn)行預(yù)先處理，并保留處理結(jié)果。用戶端需要進(jìn)行模型三維可視化顯示時，服務(wù)器將預(yù)處理結(jié)果發(fā)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(xiàn)對巖屑三維數(shù)字模型的可視化能力。

3.4.2 高性能數(shù)字化巖石力學(xué)計算技術(shù)

基于網(wǎng)格法計算巖屑模型數(shù)字巖石力學(xué)的高性能算法，應(yīng)用基于GPGPU或SIMD指令的大規(guī)模并行計算技術(shù)，提高計算機(jī)計算數(shù)字巖石力學(xué)屬性的性能表現(xiàn)，實現(xiàn)對巖屑數(shù)字巖石力學(xué)屬性的快速準(zhǔn)確的計算能力。

4 平臺應(yīng)用實例

數(shù)字巖屑綜合應(yīng)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(yīng)用。該平臺的研發(fā)為公司對巖屑資料管理提供了較為先進(jìn)的信息平臺。通過對巖屑數(shù)據(jù)的快速調(diào)取和分析，為管理部門直觀地提供勘探開發(fā)快速輔助決策提供依據(jù)，產(chǎn)生了良好而持久的社會服務(wù)和經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)束語

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

（1）巖屑數(shù)字化綜合分析方面，僅需少量樣品，分析速度快，綠色環(huán)保。

（2）巖心數(shù)字化測試服務(wù)方面，微觀可視化解釋機(jī)理。

（3）巖屑基因數(shù)據(jù)庫方面，海內(nèi)外用戶皆可使用，按照儲存空間及運算量收費。

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