虚拟现实技术及其在石油勘探开发中的应用

1、虚拟现实技术及其在石油勘探开发中的应用虚拟现实技术是一种新型三维可视化技术。目前,它主要应用于建筑业、航空业、汽车制造业、娱乐业、石油工业以及军事和矿业等方面。在石油工业中,虚拟现实技术已经成为石油工作者解决大型地震数据解释、油藏描述和复杂井眼设计等问题的重要工具。以虚拟现实技术为核心的可视化系统,改变了石油工作者传统的工作方式和流程,使他们能够充分发挥个人的想象力和观察力,从而提高工作的准确性和快捷性。虚拟现实(VirtualReality,简称“VR”)是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境。具体地说,就是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境,用

2、户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响,从而产生亲临等同真实环境的感受和体验1,2。总的来说,实物虚化、虚物实化和高性能的计算处理技术是VR技术的3个主要方面。一、虚拟现实技术概述沉浸性。除了一般计算机技术所具有的视觉、听觉感知外,还有力觉、触觉,甚至包括味觉、嗅觉感知等。由于传感器技术的限制,目前VR技术具有的感知功能无论从感知范围还是从感知精度都无法与人相比。想象性。在虚拟世界中,用户可以通过获取的各种信息以及自身在系统中的行为,通过想象、判断以及推理等思维来获取更多的知识、信息等二、 虚拟现实的主要特征交互性。指参与者与虚拟环境中各种对象的相互作用的能力。如

3、参与者可以抓取虚拟物体,有手握实物的感觉,可以感觉到物体的硬度和重量,被抓的物体随着手的移动而移动。自主性。指虚拟环境中物体依据物理定律动作的程度。如当受到力的推动时,物体会向力的方向运动。1 钻井工程在1997年,Texaco公司在美国休斯敦建成了世界上第一个油气工业专用的虚拟现实中心,现在国外各大石油公司已经广泛采用这种高端技术来优化成本、降低风险9,10。利用该系统可以实时进行钻井勘探分析、钻井设计、钻井轨迹跟踪,极大地提高了石油勘探的准确性和钻井速度,进而产生巨大的经济效益。一般来说,虚拟现实技术为钻井人员提供了一个可以简单、直观地浏览和查询资料的工具,使他们可以快速地识别钻井问题,及

4、时地做出更好的决策。主要表现为:优化井眼轨道设计、实时数据分析和决策,以及有效地预防和处理井下复杂的事故三、虚拟现实技术在石油勘探开发中的应用2 地震解释地震资料解释是一种繁琐、复杂的工作。它要求解释人员不但要有丰富的地质、地球物理、岩石物理、油藏模型等方面的知识,还要有丰富的想象力。在虚拟现实技术引入后,解释人员不再需要面对那些枯燥的单维数据,而是戴上头盔和数据手套,面对着一个个地下构造或圈闭的三维透视图像,用数据手套操纵虚拟对象,选择不同的方向和路线进入到构造或圈闭内部做深入的“游览”。如果发现地层序列、不整合关系、断层组合、岩性参数、流体分布等不合理的地方,可以随时修改,重新进行组合和拼

5、接,以求得与地下油藏更接近。除此之外,虚拟现实技术的应用还可以大大缩短地震的解释周期、提高解释和建模的精度及质量、从数据中挖掘出更多的可用信息3 海洋石油工程美国加州ROV公司深水工程部的研究表明,在人工作业困难、危险的深水海底,可采用一种称为TROV的可遥控远程作业车代替潜水员工作。操作者头戴头盔式立体映像双目镜,配备电子数据手套操作TROV抵达恶劣条件下的深水海洋底去采集数据,同时根据TROV的采集和接受到的数据,通过VR系统生成一个实时的“海底作业环境”,让用户沉浸其中,研究并指挥各种检查、维修作业。在海洋钻井时,钻井平台的建设需要投入巨额资金。如果采用虚拟现实技术进行海上钻井平台的设计

6、,可以观察并分析石油钻井平台建设过程中的每个细节,提高平台建设的科学性和成功率。同时检测并解决设计中存在的问题,降低工程风险4 油藏开发虚拟现实系统还可以用于油藏模拟输出数据的后处理工作,使模拟运算结果比现有的二维或三维工作站更直观、更逼真;它还支持交互式的模拟演示,可以任意旋转、移动、放大等,模拟出任意时刻的剖面或切面图以及油藏特征参数分布随时间变化的演示图。由此可以清晰地了解油气藏的分布情况以及在整个油田开发过程中的动态变化状况,石油行业中的各类专家和项目合作人员可以方便地在一个直观的数据模型中进行交流和讨论,从而可以有效地制定油藏开发方案,提高采收率,以此来延长油藏寿命5 其它在特殊作业

7、中的培训。为使操作人员真实感受到周围环境的实际变化,可采用虚拟现实技术,建立高度逼真的模拟环境,这种培训可以收到更为理想的效果,如对油井平台的消防培训等。2004年,中石化勘探研究院研制开发了我国石油行业第一套虚拟现实系统“多学科协同研究决策虚拟现实系统”。该系统能够通过高端三维投影系统,对油气勘探开发所涉及的多种数据进行充分、实时的展示,为科研和决策人员营造一种身临其境的环境,让使用者能对研究对象进行全方位、多层面、多维、多尺度的立体感知,并以交互的方式对其进行综合分析、协同工作,以达到对勘探开发目标进行综合、高效、科学地研究和认知的目的。虚拟现实技术是近年来发展起来的高新技术,在军事、航天航空、医疗等领域已取得了令人注目的成就。在地学中也有了广泛的应用,其中在石油领域,对虚拟现实技术的应用研究也已经开始,在钻井