数字化油井技术及其经济价值探究

吴文希

（大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，大庆，163712）

数字化油井技术及其经济价值探究

吴文希

（大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，大庆，163712）

文章以数字化油井工程中的油井系统为例，以仿真模拟、虚拟现实、和人工智能为科学支撑，构建了数字化、智能化的油井系统，并结合经济学的原理，对数字化油井的经济价值做简单的分析。

数字油井；OpenGL技术；3D显示技术

随着我国数字化技术的不断发展，以虚拟现实技术、仿真技术、人工智能为一体的新型技术成为当前石油行业应用的重点。同时随着我国石油工业开始的二次创业，对采油效率的要求也越来越高。而低效率、高成本成为阻碍我国当前油田开采的关键。因此，如何结合现形势下的计算机技术，实现对油井开发的可视化、智能化，是当前石油开采中研究的重点话题。本文首先对数字化油井系统进行概述，并以其中的抽油杆作为研究的实例，运用上述的技术，对其进行可视化的三维仿真，并对数据库进行设计，实现对该模块的功能实现。

1 数字化油井系统概述

数字化油井系统主要被用于现行的油气开发、油田管理，并利用虚拟技术、仿真技术、人工智能技术等多门理论和技术为一体的交叉性学科系统（如图1），以此实现从原油的勘探、开发，再到对其进行的物流运输、加工等的实时、可视化的软件系统。

2 数字化油井系统开发的步骤

对数字化油井系统的开发，主要分为以下四个步骤：

第一步是首先建立数字化工程的的数据库管理系统；

第二步是利用数据库管理系统当中的资料，建立三维可视的静态油井模型，从而形成可视化油井；

第三步则是建立不同的数学模型，并与上述的可视化油井进行集成，以此形成具有实际功能的油井系统；

第四则是在第三步的基础上，集合人工智能技术，从而形成具有功能和决策分析能力的数字化油井系统。

图2 数字化油井系统实现的技术路线

3 数据库的设计

由于该系统包含各种不同的技术，并且涉及到的技术非常复杂，因此，我们结合工程中的相关数据，并编制相关的接口编程，从而实现现场数据和工程数据的无缝对接。通过对系统数据资料的分析，我们将工程的数据库分为系统基本参数、完井、套管、油

管、测井、生产参数、流体、抽油泵、抽油杆、抽油机、示功图等数据库。其具体的数据库设计如图3所示。

4 系统实现的关键技术

4.1 三维可视化技术

4.1.1 3D显示技术

所谓的3D显示技术，其实质则利用3D图形的API编程将原来的二维坐标转换成三维坐标的技术，以此将原本的二维视图转变成三维视图的过程。

4.1.2 模型绘制

对模型的绘制，通常采用两种方式，一种是对存在模型的描述函数，通过参数的变化，将其进行绘制；其次是针对一些不规则的图元素模型，则先绘制，再由图元素模型构成其所需的模型。在该系统的设计当中，油井的轨迹是不规则的，其是由不同的点和图组成，因此，我们采用第二种方法实现对模型的绘制。

4.1.3 投影变换

在投影变换之前，智能看到油井的举升模型，而不能看到其具体的视图。因此，必须将3D中的模型变换到2D中去。而在该系统中，我们采用透视投影的方式，来实现对其的转换。在透视投影中，模型则采用收敛的收敛的方式，将其投影到需要显示的平面上。在经过投影之后，则呈现出近大远小的呈现方式，从而使的我们的眼睛与相机形成一种图像的方式，显得比较真实。而将其转换的过程则是经过几何变换的方式实现。

所谓的几何变换就是将模型当中其所有的控制点进行以此重新的计算，以此可对模型进行重新绘制。其具体变换步骤和计算过程如下：

T表示为该模型的三维矩阵，其中的横线将三维矩阵划分为四个不同的小矩阵，以此通过对四个不同的小矩阵进行平移、转换。从而得出以下的结果。

从而使得点(x, y,z)在沿着x,y，z轴的方向以相同的比例1/t44扩张或缩小。

4.2 真实感图形技术

在对上述的油井进行的模型描述后，还没有具体的层次感和色彩感，因此必须运用技术对模型处理，而在对该图形进行处理的过程中则主要包括色隐、颜色和光照。

4.3 OpenGL技术

OpenGL是专门用于二维或者三维图像制作的软件，其主要通过开放的图形程序接口，而这些接口有三百多个不同的函数构成，从而可简单的绘制比较复杂的三维场景。该软件可搭载在不同的系统上，如Windows Xp、Windows NT、Linux、Unix、MacOS，并且可在这些系统之间进行移植，而不需要对程序进行重新的开发，而被现在软件爱好者广泛的使用。而起没有基本的实体的图元，因此，通常采用一些转换程序将其进行转换。

5 数字化油井系统的实现

以井眼轨迹实现为例，在该系统设计中，采用纵向的1：800的比例对其进行压缩，并以10米的间隔对其进行取点。以斜井为例，将井眼的实际的半径作为半径，通过OpenGL绘图中的光照效应，从而实现对井眼轨迹的三维可视化。再在这个基础上，进行交互处理，从而实现对井眼的放大、缩小、切片等功能，而这个功能则是通过鼠标即可完成。

6 对数字化油井技术的经济化价值思考

6.1 提高当前石油企业的效率

随着计算机技术和软件开发技术的不断发展，同时我国原有的石油开采随着设备和技术的落后，导致我国的原有开采量急剧减少。因此，在石油行业中提出了进行二次创业的口号，以此从管理上和技术上对石油行业进行革新。而正是随着这些技术的出现，给石油行业带来了二次的技术革命，使得原本通过经验和简单的设备进行的勘探、采油等可通过可视化、智能化的软件进行直接的分析，以此大大的提高了我国石油开采的成功率，并提高石油企业整体效益。

6.2 新技术的革新，将加速石油企业的决策和管理水平

数字化油井技术的使用，通过人工智能化，使得对油井的相关数据的分析变得异常的方便和快捷，同时其可视化的技术，使得在勘探中更能够查找其中的勘探的问题，从而通过这些数据和技术 ，提升了石油企业对相关问题的决策时间，并且可有效的提高公司信息化的技术水平，加强企业内部之间的信息沟通。

[1] 张晨旭.基于OpenGL的机器人仿真技术研究[J].机械管理开发.2009(3)：19-21.

[2] 张淼，刘坤芳，曹里民.多井底井眼轨迹设计与控制理论[M].北京：石油工出版社.2000.

吴文希， 女， 1986， 辽宁省，大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，助理工程师， 研究方向油田经济评价效益评价

Value of digital technology and its economic well

Wu Wenxi
(Daqing Oilfield Exploration and Development Institute LLC，DAQING，163712)

The project to digitize oil wells system as an example,simulation,virtual reality,and artificial intelligence for scientific support,to build a digital,intelligent well systems,combined with the principles of economics,economic digitized wells value do simple analysis.

Digital wells;OpenGL technology;3D display technology