（地球探测与信息技术专业论文）随钻测井资料可视化解释软件设计与开发.pdf

摘要 随着油气勘探开发复杂程度的加大，大斜度井、分支井和水平井等钻井技术越来越 多地被用来开发规模更小、油层更薄、物性更差、非均质性强的油藏。随钻测井( m ) 由于不受井眼几何条件限制、能更为测得地层真实测井响应等优点，被更多地用于这些 油藏的地质导向钻井和储层评价中。 本文主要研究了先导地质背景下井眼轨迹、地层模型和测井曲线的可视化成图以及 地质导向钻井l w d 实时监控技术。首先在认真分析钻井地质模型和钻井工程等资料的元 数据，设计出了合理的l w d 数据存储文件格式，定义了先导地层模型数据文件和设计井 眼轨迹文件格式。借助于井场数据远程传输技术，实时获取井筒资料，利用井斜和井斜 方位数据，实时计算出井轴上每一点的井眼轨迹三维空间坐标，实时显示并绘制井眼轨 迹三维立体图和二维平面投影图，同时与设计井眼轨迹进行实时对比监控。为研究井眼 轨迹方向上的地层测井响应变化，实现了沿井眼轨迹的测井曲线回放，利用补心高度、 井斜、方位、钻进深度实现了沿不同方位的井眼轨迹二维投影，根据井眼轨迹水平和垂 直位移实现了基于可视化井眼轨迹下的l w d 曲线的水平和垂直分解实时绘制、填充和测 井资料的实时直观解释。在可视化显示同时，对随钻测井的所有数据信息实时屏幕打印 显示和存储，包括曲线头信息、曲线数据和井眼轨迹坐标数据等参数。通过上述技术手 段完成随钻测井资料的可视化实时解释，可及时了解井眼轨迹实际钻进与钻前设计轨迹 的差别以及沿井眼轨迹方向上的地层性质变化，及时指导钻井，起到最大限度开发储层 的目的。 论文基于m s - - w i n d o w s 环境，利用v c + + 编程语言和o p e n g l 三维图形处理技 术，设计和开发了随钻测井资料可视化解释软件系统并实现了以上功能。实际应用表明 可较好地指导复杂地质条件下的油气藏评价工作和水平井钻进作业，取得较好的效果。 关键词：随钻测井，井眼轨迹，可视化解释，实时监控 l w dr e a l - t i m ev i s u a li n t e r p r e t a t i o ns o f t w a r ep l a t f o r md e v e l o p m e n t t a n gh a i q u a n ( g e o d e t e c t i o na n di n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db ya s s o c i a t ep r o f s h a oc a i r u i a b s t r a c t a st h ec o m p l e x i t yi n c r e a s i n go ft h ep e t r o l e u me x p l o r a t i o na n dd e v e l o p m e n t ，d e v i a t e d w e l l ，b r a n c h e dw e l la n dh o r i z o n t a lw e l l sa r eu s e di no i lf i l e d l o g g i n gw h i l ed r i l l i n g ( l w d ) i s w i d e l yu s e dt og e o s t e e rd r i l li n t ot h ec o m p l e x i t yo i lr e s e r v o i ra n dt oe v a l u a t et h er e s e r v o i ri n t i m e ，w h i c hn o tr e s t r i c t i o n so nt h eb o r e h o l eg e o m e t r i cc o n d i t i o n sa n dc a nm e a s u r et h er e a l z o n el o gr e s p o n s eb e t t e rt h a nw i r e l i n el o g t h i sp a p e rm a i n l ys t u d i e st h et e c h n o l o g yo ft r a j e c t o r y , s t r a t i g r a p h i cm o d e la n dl o g g i n g c u r v e sv i s u a lp l o t t i n ga tp r e d e f i n e dg e o l o g i c a lb a c k g r o u n da n dl w dr e a l - t i m em o n i t o r i n gf o r g e o s t e e r i n gd r i l l i n g a n a l y s e i n g t h em e t a d a t ao fd r i l l i n g g e o l o g i c a lm o d e la n dd r i l l i n g e n g i n e e r i n gd e s i g ni n f o r m a t i o n ，t h ef o r m a t so fr e a s o n a b l el w d d a t aa n dp r e d e f i n e dg e o l o g i c m o d e la n dw e l lt r a j e c t o r yf i l ei sd e s i g n e d b a s e do nt h ew e l l s i t ed a t ar e m o t et r a n s m i s s i o n t e c h n o l o g y ，t h ew e l l b o r ed a t ac a nb ea c q u i r e di nr e a l t i m e s ot h ew e l lt r a j e c t o r ys p a c e c o o r d i n a t e so fb o r e h o l ec a nc a l c u l a t e di nr e a lt i m ea n dt h et h r e e - d i m e n s i o n a lw e l lt r a j e c t o r y a n dt w o d i m e n s i o n a lp r o j e c t i o na r ea l s oc a nb ed i s p l a y e d s i m u l t a n e o u s l y ，c a nc o m p a r et h e r e a lw e l lt r a j e c t o r yw i t ht h ed e s i g n e do n ei nr e a l - t i m e i no r d e rt o s t u d yt h el o gr e s p o n s e a l o n gt h ew e l lt r a j e c t o r y ，t h el w dc u r v e si sd i s p l a y e di nr e a lt i m ea l o n gt h ew e l lt r a j e c t o r y a l s o u s i n go fb u s h i n ge l e v a t i o n ，b o r e h o l ed e v i a t i o n ，a z i m u t ha n dd r i l l i n gd e p t ht h ew e l l t w o - d i m e n s i o n a lt r a j e c t o r yp r o j e c t i o nc a nb eg i v e ni nd i f f e r e n td i r e c t i o n a c c o r d i n gt ow e l l t r a j e c t o r yh o r i z o n t a la n dv e r t i c a ld i s p l a c e m e n tt h el w dc u r v eh o r i z o n t a la n dv e r t i c a l d e c o m p o s i t i o ni sp l o t t e db a s e do nt h ev i s u a l i z a t i o no fw e l lt r a j e c t o r yf o rr e a l t i m ev i s u a l i n t e r p r e t a t i o n w h i l ev i s u a l l yd i s p l a y i n g ，a l lo ft h el w dd a t ai n f o r m a t i o n ，i n c l u d i n gt h e c u r v eh e a d ，c u r v ed a t aa n dt h ew e l lt r a j e c t o r yc o o r d i n a t e sp a r a m e t e r s ，e t c a r es a v e di nr e a l t i m e t h r o u g ht h ea b o v e - m e n t i o n e dt e c h n i c s ，c o m p l e t e st h er e a l - t i m ev i s u a li n t e r p r e t a t i o no f t h el w dd a t a , t i m e l yu n d e r s t a n d st h ed i f f e r e n c eb e t w e e na c t u a ld r i l l i n ga n dp r e d e f i n e d t r a j e c t o r y ，k n o w st h ec h a n g e si nt h ep r o p e r t i e so ft h ef o r m a t i o na l o n gt h ed i r e c t i o no fw e l l t r a j e c t o r y ，g i v e sa d v i c et ot h ed r i l l i n ge n g i n e e r ，p l a y sa ni m p o r t a n tr o l ef o ri m p r o v i n gt h e b e n e f i t so fo i lr e s e r v o i rd e v e l o p m e n t b a s e do nt h em i c r o s o f tw i n d o w se n v i r o n m e n t ，u s i n gv i s u a lc + + p r o g r a m m i n g l a n g u a g ea n do p e n g lt e c h n o l o g y ，t h i sp a p e rd e s i g n sa n dd e v e l o p st h el w dr e a l t i m ev i s u a l i n t e r p r e t a t i o ns o f t w a r es y s t e m p r a c t i c a la p p l i c a t i o ns h o w st h a ti tc a nb e t t e rg u i d e sd r i l l i n gi n ac o m p l e xg e o l o g yo rh o r i z o n t a lw e l la n dg e t sp r e f e r a b l ee f f e c t k e yw o r d s ：l w d ，w e l lt r a j e c t o r y ，v i s u a li n t e r p r e t a t i o n ，r e a l t i m em o n i t o r i n g 1 1 1 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名： 日期矽口辟月2 日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印 刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门 ( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被 查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用 影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名：在远仝 指导教师签名： f、 侈月沙日 月2日 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 1 1 题目来源和意义 第一章前言 随钻测井( l o g g i n gw h i l ed r i l l i n g ，l w d ) 一般是指在钻井的过程中测量地层岩石 物理参数，并用数据遥测系统将测量结果实时送到地面进行处理1 1 1 。随钴测井数据通常 是在泥浆滤液侵入地层之前或侵入很浅时进行测量的，由于地层在钻井液中暴露时间较 小，从而最大限度的降低地层被侵蚀的可能性，有利于获得准确的地层测量结果。相比 之下，电缆测井技术对复杂地质状况的储层往往不能成功。由于地质上的不确定性，几 何导向钻井技术尚不足以确保井眼的精确定位，有4 0 以上的水平井方案都由于地质构 造的变化导致井眼侧钻【2 1 。由于l w d 测量可以为井眼的地质导向提供必要的资料与解 释，由此确立了“随钻测井资料可视化解释软件设计与开发”论文题目。 随钻测并技术主要用于钻井过程中大斜度井及水平井的地质导向【3 】。传统钻井过程 中，为了调整钻头方向及井眼轨迹，达到预定的靶区，需先取出钻杆和钻头，再进行测 井，根据测并数据人工计算并画出二维井间的相互关系图及井眼轨迹图，作出预测以及 调整后再开钻，费时费力，工作周期长。随钻测井资料可视化解释软件根据近钻头上的 传感器实时测得数据，显示实钻轨迹，使技术人员可以随时直观地观察轨迹走向，了解 钻井深度，以及穿越地层的情况等，并及时调整钻井方案，节省人力，缩短钻井周期。 对随钻测井的研究和使用在国内还处于初级阶段，国内各大油田对随钻测井技术的 使用还处在引进、消化、吸收，随钻测井地质导向工具和解释软件及地质导向钻井技术 多为国外引进，价格昂贵。所以，开发专门用于随钻测井资料解释和水平井钻井地质导 向的应用程序，绘制和打印出各种类型的实时地质参数测井曲线，监控地层的变化情况， 为工程和地质人员提供准确的依据，提供以描述井眼轨迹与储层的空间关系为核心的实 时测井解释评价技术，对提高复杂地质条件下的油气储层现场钻井实时导向决策能力和 油气层解释评价能力至关重要。 随着在我国石油天然气勘探开发中日益广泛采用定向井、水平井、大位移井和分支 井等复杂结构井，开发具有自主知识产权的导向钻井技术已经成为当前重要的研究课 题。在地质条件复杂多变的情况下，井身穿越地层的地质和油气藏参数等存在着不精确 性、模糊性、不确定性等【4 i 。开展随钻测井资料的可视化解释可以在很大程度上提高测 井解释识别地质目标的精度和钻井过程的可控制性，能够更好地服务于石油工业，具有 第一章前言 较高的经济效益，开展此项工作很有必要。 1 2 国内外研究现状和发展趋势 可视化( v i s u a l i z a t i o n ) 技术是利用计算机图形学和图像处理技术，将数据转换成 图形或图像在屏幕上显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术【5 1 。可视化技术最 早运用于计算科学中，并形成了可视化技术的一个重要分支科学计算可视化 ( v i s u a l i z a t i o ni ns c i e n t i f i cc o m p u t i n g ) 。科学计算可视化能够把科学数据，包括测量获 得的数值、图像或是计算中涉及、产生的数字信息变为直观的、以图形图像信息表示的、 随时间和空间变化的物理现象或物理量呈现在研究者面前，使他们能够观察、模拟和计 算，在各工程和计算领域得到了广泛的应用和发展。 国际上随钻测井资料可视化解释软件主要基于各自公司的随钻测井仪器而开发【6 1 。 1 9 9 3 年a n a d r i l l 公司首次提出地质导向概念并研制出了第一套地质导向工具i d e a l 的综合钻井评价和测井系统( i n t e g r a t e dd r i l l i n ge v a l u a t i o na n dl o g g i n g ) 。此后， h a l l i b u r t o n ，b a k e rh u g h e si n t e q 和挪威国家石油公司( s t a t o i l ) 等公司也相继研制出 了他们各自的随钻测井工具1 7 1 。目前，s c h l u m b e r g e r 、h a j l i b u r t o n 和b a k e rh u g h e s 三大 石油技术服务公司紧盯随钻测井这一发展方向，投入大量资金，研制随钻测井仪器及相 应的解释软件。s c h l u m b e r g e r 的v i s i o n 系列、s c o p e 系统、h a l l i b u r t o n 的g e o p i l o t 系 统和b a k e rh u g h e si n t e q 公司的o n t r a c k 系统等均能提供中子孔隙度、岩性密度、多 个探测深度的电阻率、自然伽马，以及钻井方位、井斜和工具面等参数，基本能满足地 层评价、地质导向和钻井工程应用的需要。加之现在使用的成像测井仪器都包括各自公 司的随钻测井系列，相应的配套软件g e o f r a m e 、e x p r e s s 、d p p 也用于对随钻测井资料 进行处理解释，进行地层评价。 随钻测井资料可视化解释软件已经成为钻井软件重要的组成部分。s c h l u m b e r g e r 公 司的d r i l l i n go f f i c e 系统，能够在三维空间中显示地层面、体积、井轨迹、钻井目标， 以及测井曲线和沿着井轨迹的三维数据图像等。i n t e r a c t 软件，安装在石油公司的内部 互联网上，用来储存数据和图像；i n t e r a c t 井场监测与数据传输系统能够将可靠、实时 的数据直接从井场传送到基地办公室的电脑上【8 1 。用l w d 技术钻井时，自然伽马、机 械钻速、电阻率、密度、孔隙度等数据与图像能够连续传送。l a n d m a r k 公司的d r i l l v i e w 软件，将井眼轨迹安置在地质模型的背景中，满足了地质学家和钻井工程师之间协同作 业的要求，同时还集成了l w d 数据及钻井事故的可视化，提高了井场与基地之间的实 2 中国石油大学( 华东) 硕上学位论文 时决策能力。新一代旋转导向系统( r o t a r ys t e e r a b l es y s t e m ) 以及配套的地质导向软件 g e o s t e e r i n gs c r e e n ，在钻井的同时将邻井资料与实测的各种参数曲线沿井眼轨迹绘制并 对比分析，提供井眼在地层中的二维图像，修正并优化井眼轨迹跟踪最佳目标储集层。 随钻测井尤其水平井钻井在国内的发展非常迅速，但与国外相比差距仍然较大。国 内绝大多数油田以手工绘制或计算机绘制二维图形为主，既效率不高、准确性差，又不 生动直观，而且很少将井眼轨迹和三维地质模型进行结合描述，给井眼轨迹的控制、开 发方案的制定带来了不便。 胜利测井公司推出了水平井咨询系统，其它有关石油院校也推出了水平井可视化显 示软件，但都没有摆脱二维显示的不足【9 ，1 0 , j 。中国石油大学于2 0 0 5 年利用o p e n g l 技 术实现了三维地质背景下的井眼轨迹可视化及地质导向技术，使得解释人员可以在三维 地质背景下从全方位考察井眼轨迹与地层的三维空间接触关系，但在l w d 资料的实时 解释和井眼轨迹实时导向监控方面仍需要优化和开发设计。 由于电缆测井技术在满足对实时信息需要方面存在不足，随钻测井技术的应用市场 会越来越大，技术发展空间也很大。未来的勘探地质目标将日益复杂，以地质导向为核 心的随钻测井解释软件在钻井作业中的应用会越来越多。发展适应中国测井技术特点的 先进适用的现场应用测井软件系统势在必行，前景十分广阔。 1 3 主要研究内容 1 l w d 数据结构设计和管理 在认真分析先导地质模型、钻井设计轨迹和随钻地质导向测井等数据的基础上， 设计合理的l w d 数据存储文件格式，以便能够方便地对这些数据进行处理解释和管理； 对钻井工程设计的井眼轨迹数据进行定义和管理：对目的层地质数据进行定义和管 理；根据随钻地质导向测井地面系统采集的测井数据和测井曲线信息，实时进行数据 管理，同时可以对井斜方位数据进行磁偏角校正，确保数据的安全和正确使用。 2 l w d 井眼轨迹可视化实时显示 根据随钻地质导向测井所采集的井斜和井斜方位数据，实时计算井轴上每一点的垂 直深度( z d ) 、东西位移( x e ) 、南北位移( y n ) 、水平位移( h o f f ) 、闭合方位( h o a z ) 等空间坐标数据，然后通过一系列的坐标变换和计算绘制并打印井眼轨迹三维立体图和 二维平面图，包括水平投影图、垂直投影图和井身轨迹剖面示意图等图件，同时与地质 部门的设计井眼轨迹和地层模型进行实时对比显示，了解当前实际钻进与钻前设计轨迹 3 第一章前言 的差别，实现不同地质背景下钻井实时监控。 3 基于可视化井眼轨迹下的l w d 资料实时显示与解释 基于m f c 多文档多视图丌发框架，实现三维井眼轨迹上测井曲线的加载，随钻测 井曲线沿实钻井眼轨迹垂直深度和水平位移方向同步实时绘制和回放。利用面向对象测 井绘图模块，实现道对象和曲线对象的任意排列组合，道内曲线对象按文档的深度、深 度比例和不同刻度类型的显示和打印，利用曲线填充，实现对随钻测井资料的实时解释 直观表示。及时了解井眼轨迹的钻进情况，准确评价所穿越储层的性质，确保中靶。 4 软件编写及对实际资料进行处理 利用v i s u a lc 抖语言和o p e n g l 三维图形库编写了随钻测井资料可视化解释软件， 程序中大量使用了所见即所得、面向对象操作、可视化编辑等技术，与以往的处理软件 相比，更为快速、直观和有效。 根据以上方法和原理，利用所编写的软件系统对胜利油田不同地质背景的多口水平 井资料进行了二维、三维可视化显示和软件完善工作，取得了较好的显示结果。 1 4 关键技术 1 井眼轨迹空间坐标计算方法研究； 2 井眼轨迹剖面投影显示技术； 3 钻井工程实时监控技术研究； 4 v c + + 与o p e n g l 三维图形库混合编程技术。 4 中国石油大学( 华东) 硕上学位论文 第二章l w d 可视化解释软件的需求分析 软件需求分析是软件设计和丌发的基础【1 2 l 。l w d 可视化解释软件需求分析具有决 策性、方向性、策略性的作用，在软件丌发的过程中具有举足轻重的地位，有益于提高 软件开发过程中的能见度，便于采用工程方法丌发软件，便于对软件开发过程进行控制 与管理，便于开发人员、维护人员、管理人员之间的交流、协作，并作为工作成果的原 始依据，从而提高软件的开发质量。 2 1数据需求 1 井眼轨迹数据。利用钻井工程轨道设计参数和钻井现场实时采集的实钻轨迹测 斜数据进行二维、三维井眼轨迹的显示对比。 2 测井曲线数据。沿井眼轨迹延伸方向同步实时面向对象测井绘制，监控井眼轨 迹所穿越地质层的物理性质变化情况。 3 地层模型数据。用来建立井眼轨迹与不同地质模型地层的接触关系，主要来源 于钻井地质设计。 4 曲线信息数据。l w d 数据传输的曲线条数和每条曲线的一些采集和显示参数， 确保数据的安全和正确使用。 2 2 功能需求 随钻测井资料可视化解释软件 数据处理il井眼轨迹li测井曲线ii 钻井实时监控 井 斜 数 据 转 换 图2 1l w d 可视化解释软件功能需求分析 5 第二章l w d 可视化解释软件的需求分析 随钻测井资料可视化解释软件的功能主要分为数据处理功能、面向对象的m 测井 曲线绘图功能、二维三维井眼轨迹显示功能、井眼轨迹实时监控功能和编辑功能等( 图 2 1 ) 。 2 2 1 数据处理功能 ( 1 ) 井斜数据转换。可以把原始井斜数据( 井斜、方位角、井斜角) 转换为二维、 三维图形显示所需要的格式，得到某一点测斜所对应的三维空间( zlz ) 坐标，形 成连续的井眼轨迹曲线。 ( 2 ) 位移转换。利用三维几何变换，完成不同观察方位下井眼轨迹和地层模型的 多角度投影，以及随钻测井曲线沿井眼轨迹的水平位移刻度和垂深位移刻度的显示。 ( 3 ) 补心高、磁偏角校正。软件综合成图之前，完成以地面为“0m ”的垂直深度 校正，完成磁北方向线与正北方向线之间的夹角校正。 ( 4 ) 无效数据的筛选。钻井数据复杂多样，软件在接收到数据存储之前，完成无 效数据的剔除工作，确保数据的安全和正确使用。 2 2 2l w d 曲线显示功能 ( 1 ) 可以绘制测井曲线，并能动态改变曲线对象的曲线头区、线型、深度范围、 刻度类型和第二比例等显示特性。 ( 2 ) 道对象中可嵌入曲线对象实现曲线的排列，并能动态改变道对象抬头区、刻 度头区、深度区、道格线特性和刻度类型等属性。 ( 3 ) 曲线对象嵌入道内时，可以设置曲线对象和道内其他曲线对象及自身的填充 关系，设计出需要的成果道。 ( 4 ) 所见即所得的图形输出，支持各种打印机和绘图仪，按绘图深度和绘图比例 尺自动分页、自动拼接。 2 2 3 井眼轨迹显示功能 ( 1 ) 基于m f c 多文档，实现井眼轨迹的三维立体显示。 ( 2 ) 可以从俯视观察方向上描述井眼轨迹在二维平面的水平投影关系，并能实现 水平投影图的所见即所得打印输出。 ( 3 ) 可以从侧视观察方向上沿任一观察角描述井眼轨迹在二维平面的垂直投影关 系，并能实现垂直投影图和井身轨迹剖面示意图的所见即所得打印输出。 ( 4 ) 可以绘制钻井地质设计井身轨迹剖面示意图，可修改位移刻度、添加图例和 6 中国石油大学( 华东) 硕上学位论文 文字注释等结论，并能实现示意图的所见即所得打印输出。 ( 5 ) 支持绘图模板，调用绘图模板的工程文件可快速生成图件。 2 2 4 钻井实时监控功能 ( 1 ) 能够及时保存数据传输过程发送的测井曲线头信息，记录井斜、方位和深度 等衔接点数据，同步完成井轴上每一点的井眼轨迹空间坐标实时计算。 ( 2 ) 以设计井眼轨迹和地层模型为背景，实时对比显示实钻井眼轨迹的变化情况， 并能随时改变井段的起点坐标和井身等显示参数。 ( 3 ) 可以按实钻井眼轨迹的水平位移方向和垂直深度方向同步实时显示随钻测井 曲线，可以动态改变道及道内曲线的绘图属性。 ( 4 ) 可以拖动窗口的静态切分条改变各个监控子视窗的显示区大小。 ( 5 ) 可以对l w d 传输数据实时屏幕显示和存储，包括曲线数据、钻头位置、钻井 进尺和传输时间等参数。 2 2 5 编辑功能 本软件的编辑功能包括井眼轨迹属性的编辑、井身轨迹剖面示意图的编辑、l w d 曲线绘图设置等功能。 2 3 性能需求 性能需求分析是软件开发的技术性指标，包括存储容量限制、执行速度、相应时间 和吞吐量等。l w d 可视化解释软件以实时地质导向、优化井眼轨迹的精确钻井以及最大 限度的提高利润为最终目标。该软件应具有以下基本性能： 1 软件的功能齐全。本软件采用m f c 多文档开发框架，用户界面采用下拉菜单和 独立窗口形式，在实现井眼轨迹、地层模型和随钻测井资料可视化的基础上，实现内存 绘图技术、非模态对话框显示和文本标注对象等的交互式操作，界面友好，能满足解释 人员的诸多需要。 2 软件的可靠性要强。本软件要求具有较强的容错能力，当加载的数据文件格式 错误以及内存数据溢出时都会给予正确提示f 1 3 l ；当软件意外崩溃而重新启动时仍可接收 数据同步实时绘图。本软件经过多次查错、测试，无结构错误、逻辑错误，无死锁，能 够可靠地长期运行。 3 软件易扩充。由于软件设计采用了面向对象模块化方法，系统任务和功能扩充 7 第二章l w d 可视化解释软件的需求分析 比较容易1 1 4 】。只要按照模块函数接口的规定，新添加模块就可调用底层模块函数完成新 的任务和功能，在软件开发中改善软件重用的效率，缩短开发时间，增强软件灵活性和 可扩展性，提高软件质量。 8 中国石油人学( 华东) 硕士学位论文 第三章l w d 可视化解释软件的总体设计与开发方案 3 1 l w d 可视化解释软件总体设计 3 1 1l w d 可视化解释软件问题定义 l w d 可视化解释软件是在认真分析储层地质、钻井地质和钻井工程等设计资料的基 础上，设计出合理的数据存储文件格式，形成目标储层的地层剖面模型数据文件和钻井 设计井眼轨迹数据文件。利用随钻地质导向测井地面系统采集的井斜和井斜方位数据， 实时计算出井轴上每一点的井眼轨迹空间坐标数据，显示并绘制并眼轨迹三维立体图和 二维平面投影图，同时与设计井眼轨迹进行实时对比显示。对测井曲线数据，同步完成 基于可视化井眼轨迹下的l w d 曲线的绘制、填充和测并资料的实时直观解释。在可视化 显示的同时，对随钻测井数据( 包括曲线信息、曲线数据和井轨迹坐标数据等参数) 实 时屏幕列表显示和存储。通过上述技术手段完成随钻测井资料的可视化实时解释，掌握 当前实钻与钻前设计轨迹的差别，及时指导钻井，达到最大限度开发储层的目的。 简单地讲就是以钻井设计和随钻测井数据为基础，利用v c + + 语言和o p e n g l 三维 图形处理技术，实现不同方位井眼轨迹的二维投影显示和三维立体显示以及钻井现场的 实时监控和解释，是具有地质导向功能的井筒资料可视化实时解释软件。随钻测井资料 可视化解释软件的总体结构如图3 1 所示。 先导元数据文件部分li 井场数据传输接口部分 f 二1 3 1 2 软件的设计目标 ( 1 ) 采用三维图形处理技术，对三维空间数据体进行地层剖面模型和井眼轨迹三维 图形的可视化动态显示，使目标区域形象的展现在用户面前，用户可以方便的 使用鼠标将研究目标进行任意比例放大、缩小，全方位旋转观察，为地质导向 提供决策基础。 ( 2 ) 采用对话框窗口绘图技术，实现井眼轨迹二维平面投影图的动态显示和打印输 9 第三章l w d 可视化解释软件的总体设计_ i j 开发方案 出，包括井底位移水平投影示意图、不同视方位下的垂直投影示意图以及钻井 井身轨迹剖面示意图的编辑等功能。钻井地质和工程设计人员输入轨道参数后 通过使用简单的菜单操作就能绘制出施工目标区所需井段的详细示意图件，方 便现场地质导向工作人员使用。 ( 3 ) 采用多文档多视图窗口分割技术，对实钻井眼轨迹和沿井眼实测随钻测井曲线 的同步实时显示、填充和测井资料的实时直观解释，同时与地质部门的设计井 眼轨迹进行实时对比显示。对钻进过程中实时监测、显示实钻井眼轨迹及钻头 钻遇地层性质，并据此对井眼轨迹做出精确的导向，及时调整井眼轨迹、完成 基于目标层位置的对比分析和三维钻井轨迹的动态可视化控制。 3 1 3 面向对象的可视化解释软件模块设计 面向对象( o b j e c t o r i e n t e d ，简称o o ) 方法是采用模块方法以来对系统开发过程的 最重要的变革，基于这种开发策略，系统可以由一系列称作对象的可重用组件来构建。 对象是面向对象系统的基本思维单位，它的实质是从系统组成的角度对系统进行分析， 利用类及对象作为基本构造单元，使设计出的软件模块化、可复用性、易于维护，降低 开发维护费用，提高软件质量【1 5 】。 模块化软件是模块化概念在软件设计中的应用，是软件开发的一种重要技巧，在计 算技术中称之为“模块化程序设计”( m o d u l a rp r o g r a m m i n g ) ，它是指“把系统或程序 作为一组模块集合来开发的一种技术 1 1 6 1 。其目的是把一个复杂的任务断开成几个较小 与较简单的子任务，它至少方便了正确的程序的编写，尤其在软件的系统设计和为解决 特定问题的大型应用软件的编制中，模块化设计运用的水平，更将影响到软件开发的效 率、质量和可维护性。 使用支持对象技术的统一建模语言( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ，u m l ) 可以很好 的解决可视化解释软件设计中的问题，u m l 语言描述真实世界中的对象和它们之间的 关系，支持应用的开发。u m l 目前已经成为面向对象技术中的标准建模语言，包括了3 大类共9 种不同的、相互联系的图：静态图( 用例图、类图、对象图) 、动态图( 活动 图、协作图、顺序图、状态图) 以及结构图( 组件图、配置图) ，分别描述一个软件系 统的外部功能结构、内部静态与动态结构以及程序代码的物理结构【1 7 1 。与结构方法相比， 在面向对象方法中虽然难以掌握深层的抽象分析，但是由于它在需求分析和系统设计阶 段采用一致的方法能更有效地进行系统模块设计并使软件变得可以重用，因此成为了软 1 0 中国石油人学( 华东) 硕上学位论文 件工程中流行的技术。在软件设计阶段，设计人员必须处理以下任务： ( 1 ) 针对分析模型中的用例，设计实现方案； ( 2 ) 设计技术支撑设施； ( 3 ) 设计用户界面： ( 4 ) 针对分析模型中的领域概念模型以及( 2 ) 、( 3 ) 两个步骤引进的新类，完整、 精确地确定每个类的属性和操作，并完整地标示类之间的关系。 3 1 3 1 用例图 用例( u s ec a s e ) 是在不展现一个系统或系统内部结构的情况下，对系统或系统的 连贯的功能单元的定义和描述。用例图用简单的图形符号表示出系统的活动者、用例以 及它们之间的联系，准确的表达了活动者与系统的交互情况和系统所能提供的服务。用 例图面向使用软件的人或外部系统本身，是一种在系统完成后，能使管理机构、用户和 其他非开发人员了解其功能的极好方法【1 8 1 。在实际问题中提取出用例是系统的一个基本 任务，把系统的功能需求用用例图清楚、准确的表达出来，在此基础上进行对象模型的 分析与设计。在开发过程中要不断的修改和完善用例模型，推动系统的分析与设计不断 精化，努力达到系统预定目标。根据系统的要求可以得出系统如下用例图( 图3 2 ) 。 、迹垂多 图3 - 2 随钻测井资料n - i 视化软件的用例图 3 1 3 2 顺序图 顺序图是一种交互图形，主要强调的是消息的时间顺序，以及系统的动态视图，因 此该图形是以时间为主，来描述对象间的交互关系；其主要目的是规划模型流程以及描 述活动的发展过程。用户进入系统后，通过鼠标和键盘输入对井眼轨迹不同井段、不同 方位可视化；在相应监控参数初始化完毕，数据通讯系统建立握手信号以后方能传输数 第三章l w d 可视化解释软件的总体设计与开发方案 据处理实时信息，进而完成井眼轨迹图像的动态显示、l w d 实时数据的动态显示以及曲 线成果图的绘制和打印等( 图3 3 ) 。 水平位移曲线对象 垂深位移曲线对象 井眼轨迹控制对象 i 数筹芸控 图3 - 3随钻测井资料可视化解释软件顺序图 3 1 3 3 类图 类图主要用于描述系统中各种类及其对象之间的静态结构，也就是描述各个实体的 内部属性。类图所能表达的典型信息包括：类、关联和属性、接口及其操作和常量、方 法、属性类型信息、导航还有类或接口之间的依赖关系【1 9 i 。使用类图有助于开发人员在 编码之前显示和设计系统结构，保证系统设计的合理性。 本软件中主要类有窗口类、图形显示类和通讯类。窗口是操作的载体，图形显示是 与用户进行交互的媒介，通讯类是数据载入应用程序的接口。窗口类是整个系统的载体， 操作显示等都在其上完成；图形显示类提供了l w d 资料成图、井眼轨迹显示的具体实 现过程，并告知用户钻井参数当前状态。具体的可视化是由操作的对象被执行具体的动 作完成的，窗口接收用户的控制消息，执行动作，同时刷新图形。框架主要部分u m l 类如图3 4 所示。 利用上述方法，展现了面向对象u m l 技术的强大功能，从总体上对目标软件的设 计框架有了较为清楚的了解，弄清了用户与系统之间的关系，软件响应用户操作的顺序， 系统内部各模块执行的先后顺序，各模块的逻辑关系，各个类对象之间的关系，对面向 对象的分析与设计有很大的指导意义。 1 2 中国石油大学( 华东) 硕一卜学位论文 t w o d i m e n s i o n a l 争p r o j e c t i o n x 簟+ p r o j e c t i o n y 9 p r o j e c t i o n z 9p r o j e c t a n g l e d r a w h o r i w e l l p a t h ( 1 d r a w v e r t w e l l p a t h ( 1 d r a w s t r a t i p r o j e c t ( 1 t h r e e d i m e n s i o n a l 争w e l l n a m e 移宰p a t h 4 】 参p a t h w i d t h 审p a t h c o l o r d r a w w e l l 0 d r a w a t o m o t r a c k 始m _ s d e p 蠲m _ e d e p 劫m _ p r o p o r t i o n s e t t r a c k 0 d i s p l a y ( ) h dc u r v ev i e w 9m _ s d e p m _ e d e p 争c r v p o i n t e r s 10 0 】 簟p r o j e c t a n g l e h o r i c u r v e d i s p l a y ( ) h o r i t r a c k d i s p l a y ( ) h o r i d e p t r a c k d i s p l d i s p l a yw i n d o w l w dd a t aa c q u i s i t i o n l o g g i n gc u r v e 幽m _ c r v n a m e 5 】 幽m c r v n u m 龄m _ c r v p o i n t e r 静m d e p p o i n t e r s e t w e l l l o g ( ) d i s p l a y ( 1 v 二dc u r v ev i e w 争m _ s d e p 争m _ e d e p 争奎c r v p o i n t e r s 10 0 】 v e r t c u w e d i s p l a y 0 v e r t t r a c k d i s p l a y ( 1 v e r t d e p t r a c k d i s p l a y ( 1 l w d d a t a 矽mr u n t i m e 争ms t r c r v n a m 争1 1 1s t r d a t a o n p a i n t 0 t r a j e c t o r yv i e w 孝m t r a j s i z e t o t a l 爹木d r i l l p a t h 4 】 争s t a r t h 参e n d h 争s t a r t d 砻e n d d d r a w v e r t p r o j e c t i o n 0 d r a w s t r a t i p r o j e c t i o n ( ) 图3 - 4 随钻测井资料可视化解释软件类图 3 2l w d 可视化解释软件的开发方案 3 2 1开发环境 良好的软件开发环境是保证软件开发效率和质量的关键，开发环境往往也决定运行 环境，因此也是保证软件高效运行的基础。 3 2 1 1软件 操作系统：w i n d o w s9 x 、w i n d o w s2 0 0 0 及w i n d o w sx p 操作系统上运行。 语言介质：采用v i s u a lc + + 丌发语言，以三维图形标准库o p e n g l ) b 图形开发库 2 0 , 2 1 1 。 3 2 1 2 硬件 第三章l w d 可视化解释软件的总体设计与开发方案 软件运行平台：利用v c + + 6 0 开发w i n d o w ss o c k e t s 网络通信接口以及图形用户界面 w i n d o w s 平台( 良好的p c 机的人机界面) 。 主机性能指标：为保证高效运行，内存大于2 5 6 m b ，硬盘大于1 6 g b ，c p u 主频大 于1 0 g h z ，3 d 力1 1 速卡，1 7 。彩显。 3 2 2开发方法 软件的开发方法是保证软件生产过程的一套规范。随着计算机技术的飞速发展，相 继出现了越来越多的开发方法，这些方法各有特点，大致可分为以下三类：非自动形 式的开发方法；半自动形式的开发方法；自动形式的系统开发方法。其中