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    安全管理网

    GIS在油气勘探中的应用

      来源:安全管理网 
    评论: 更新日期:2020年07月24日

    摘要 GIS 是以空间数据为基础,在计算机软硬件的支持下,对地理空间数据进行采集、管理、处理、分析及可视化的科学与技术。早期GIS主要用于数据管理、查询及图形数据的显示,随着GIS理论与技术的不断发展与完善,对空间数据的处理与分析得到了越来越广泛的关注,其应用也将逐渐扩张到社会生活的方方面面。与其他资源与环境科学一样,油气勘探作为一项复杂的系统工程,所处理的对象具有其固有的空间特性,同时处理这些对象在地下精确的空间位置信息及属性信息是一个相当复杂的信息处理过程。本文将重点介绍GIS在油气勘探过程中的应用,探讨有关GIS在油气勘探中应用的问题。

    关键词 GIS 油气勘探

    石油行业GIS 发展概况

    1.1国外石油行业GIS发展概况

    石油行业是一个空间数据和图件密集型行业,然而GIS在国土资源管理、地理科学、环境科学等领域的广泛应用相比,GIS 在石油行业应用起步较晚。1990年以前,有关GIS 在油气勘探中应用方面的参考文献较少,根据Georef统计,不超过10篇,最早涉及GIS 在油气勘探中应用的文献见于1982年美国NASA的会议记录《NASA Conference Publication》。 1990年以后,有关GIS 在油气勘探中应用的文献逐渐增多,一些相关的学会如美国地质协会(AAPG)开始安排GIS应用专题和召开GIS 应用专题年会。同时一些GIS公司也成立了油气行业应用小组,讨论GIS在油气行业中应用的可能。如GITA(Geospatial Information & Technology Association空间信息与技术协会)从上世纪90年代初期开始召开每年一次“GIS for the Oil & Gas Industry Conference and Exhibition”年会,ESRI公司从1991年起成立了ESRI石油用户组(ESRI Petroleum User Group-PUG),每年召开一次用户大会,就GIS在油气田勘探开发中的应用进行研讨。2000年,AAPG就计算机在地质学中的应用专刊中编辑出版了《Geographic Information Systems in Petroleum Exploration and Development》一书,专门介绍GIS在油气勘探领域应用的最新成果,极大地推动了GIS 在油气田勘探领域的应用和推广。

    九十年代以来,GIS在油气行业的应用逐渐增多。1990 年代初,一些跨国公司,如Shell公司、Chevron公司已经开始尝试采用GIS管理油气勘探数据。运行实践表明,运用GIS平台管理分析油气勘探开发数据,可以有效的提高空间数据管理能力,协同作业能力和生产决策效率,从而提高数据价值,并支持勘探和生产的全球化运作,减少由于地图错误导致的钻井失误,减少因施工导致的管道和通信设施的破坏,避免错误的理解边界的定义等。

    1998年,“数字地球”的概念提出以后,“数字油田”的概念也提出来。实际上,之前类似的概念早已提出,如Smart field ,i-field ,e-field等,但是这些概念并没有像数字油田一样一经提出便得到油气行业的认可。其中一个重要原因就是GIS近年来在油气行业的广泛应用使数字油田的概念变得更实际和可操作。

    1.2我国石油行业GIS发展概况

    相对于其它行业来说,我国石油行业计算机应用、特别是数据库建设起步早,专业化程度较其他行业高。如大庆油田从1985年开始建设勘探数据库,胜利油田从1985年正式建设勘探数据库。数据库的建设为GIS的应用打下了良好的基础。但是由于石油行业的特点,GIS的应用并不比其他行业早。1990年代中后期,部分油田开始尝试引入GIS软件管理油气勘探数据。同时,一些公司也开发了一些以油气专业图形编辑与分析为主的软件,经过进20年的发展,GIS已经在各油田得到广泛应用,目前发展状况主要有以下特点:

    石油行业对GIS的认同感不断增强

    基于GIS的油气勘探集成系统初现端倪,数字油田建设纳入规划

    基于GIS的应用越来越广

    GIS 油气勘探中的应用

    2.1 GIS与石油行业专题制图

    石油赋存于地表以下,看不见,摸不着,长期以来,人们对石油的勘探主要通过物探、测井等间接方法结合钻孔取心获得的“一孔之见”和地表地质调查获得的感性认识,制作各种专题图,在地质和油气成藏理论的指导下,分析和圈定油气在地下的赋存规律和聚集场所。因此,石油行业的各种专题图(如构造图、等厚图、各种地质剖面图、沉积相图、储层分布与评价图、生油岩分布图,油气资源评价与预测图等) 的制作一直是石油地质工作的有机组成部分,在开展多学科、多途径的石油地质科研下作中,自始至终都运用制图方法表现它的研究成果,然而,传统的石油地质制图过程尚存在以下不足:

    (1)劳动强度大、效率低、重复劳动多。传统的石油地质制图工作一般由手工完成,其基本工艺流程是: 人工读取各种专题数据、将数据按地理位置坐标标定于各种纸制底图上,勾绘各种专题图草图,绘图员清绘或手扶跟踪数字化后计算机辅助图件清绘。显然,这种工艺流程劳动强度大,效率底,且同一区块随着勘探程度的不断提高, 每年有大量相同的图件需要更新,尽管只有少量的数据的增加或修改,图件的手工更新也只能是全图重新编制,从而带来大量重复性劳动。此外,尽管月前有许多专业分析软件提供了机助资料解释和成图功能,但这些软件往往各自为阵,最终提供给用户的为各种图形产品,不能将生成这些图形的数据以统一的数据库格式形式提供给用户纳人统一的数据库管理中,以便数据的共享和数据的再利用,从而避免诸多重复劳动。

    (2)图件的管理繁杂,利用率低各油田单位每年生产的大量纸制图件需要人工编目管理存档,图件的存储、管理、借阅手续繁杂,且存在资料易破损、无法实现异地查阅和使用等弊端。

    (3)制图综合能力差。由于油田生产和研究的需要,同一地区基于不同的目的往往需要编制同类型的不同比例尺的图件,不同比例尺图幅之间的缩放拼接和制图综合均需要手工完成,不仅工作量大、繁琐,而且精度低。

    (4)多图幅的综合分析研究主要停留在“目视判读”阶段,受人为因素影响大。石油勘探开发的许多研究工作需要多图幅的综合分析,如在储层等综合评价中,石油地质家通常的工作方法是分别编制孔隙度、渗透率和沉积相平面图,建立储层评价标准,通过这些图件的判读与分析,编制储层综合评价图,进而对研究区储层进行综合评价。显然,这一工作方法主要是受人的知识结构制约的“目视解译”,特别是所划分的不同类型储层的界线存在不确定性。如果能实现各种图件的数字化管理,上述工作过程通过GIS 的叠加分析实现将快捷方便,且大大减少了分析结果的“二义”性。

    (5)无法实现各种专题图的三维可视化显示。石油赋存于地下一定的地理空间中,是一个三维的地质体,长期以来,由于难于实现地质体的二维立体表达,石油地质家们通常是用一维(剖面图和单井柱状图)和三维(各种平面图)图形相结合的方法表达三维地质体。实现地质体的二维多视角的可视化表达一直是石油地质家的梦想,GIS 的出现无疑使这种梦想的实现成为可能。显然,以上诸多不足表明传统的石油地质制图方法在某种程度上已不能适应迅速发展的油气田勘探、开发、研究的需要,迫切要求尽可能提高制图过程自动化,GIS 的出现为石油地质专题制图提供了现代化的技术手段。GIS应用于石油地质专题制图,可实现各种专题图的数字化,建立图形和属性两类地学数据相结合的数据库,各种专题信息全部存贮于计算机中,实现对地图数据分层信息成片存贮,易于管理和查询,可灵活地分幅检索、添加图幅、删除图幅,图件的更新、多图幅的拼接、制图综合和综合分析方便快捷。此外,借助INTERNET还可实现资源的远程共享;利用GIS 的数字高程模型(DEM)使各种专题制图立体显示成为现实,为石油地质家从多视角、多侧面观察、分析石油的赋存规律提供了新途径。

    2.2 GIS与盆地模拟

    盆地模拟是以盆地演化、油气成藏等方面的基本理论为指导,利用平衡剖面的正反演技术、盆地沉降和充填的回剥分析技术、油气形成、运移和聚集成藏的动态模拟技术等技术手段对含油气盆地形成演化史、构造发育史、油气运聚史进行定量、半定量模拟研究的一项综合性石油地质研究方法。近年来,随着计算机技术的迅速发展,盆地模拟在盆地分析中得到了广泛应用。然而,由于盆地的发育存在不可逆性,盆地模拟是以盆地内现今保留的地质记录为基础,对过去未知世界的一种科学推断,其中存在诸多不确定性,因此,其结论的可靠性在很大程度上取决于所利用的技术手段的先进性和利用数学方法表达的精确性。GIS 的许多空间分析功能可直接运用于盆地模拟中,作为盆地模拟技术方法的数学表达的有益补充,有时甚至可以使一些通常难于实现或无法实现的技术变得轻而易举,例如,利用GIS的地图代数功能,可以方便地将盆地沉积厚度图、古海平面变化图、古水深图等直接作为参数代人沉降量计算公式中,直接显示输出不同时期盆地的古构造形态,以此为依据定量分析盆地的时空演化和古构造发育史,且随着盆地勘探研究程度的提高,数据的修改、更新和图形化显示将非常方便。另一方面,盆地作为地下三维空间的一个非均质体,从地质时间的尺度考察,组成盆地的诸要素在时空上均经历了长期演化,并还在不断变化着,在盆地模拟中,考虑时问因索的三维地质空间的研究更为重要,对于复杂地质对象的模拟,不仅仅只是模拟它的剖面、平面特征,更重要的足其内部结构构造、空间特征和时空变化规律的模拟研究,以揭示地质体不同角度、不同方向、不同深度的特征。在盆地三维可视化模拟方面,以往的各种方法遇到了无法克服的困难。随着GIS 的三维数据模型的建立和不断完善,将GIS 的二维空间分析和可视化技术应用于盆地模拟,将实现盆地的真三维模拟,断层封闭性的三维可视化、生油层、储集层和盖层空间展布的可视化,以及盆地三维成藏动力学模型的建立将变得简便易行。使从任意方向、任意视点和任意深度观察地质体的内部结构,探讨其空间变化规律成为可能而发展中的时态GIS 应用于盆地模拟将使建立时空一体化的盆地演化和成藏动力学模型成为可能,具有十分广阔的发展前景。

    2.3 GIS与油气资源勘探开发管理

    石油作为国家能源的支柱产业,由石油勘探、石油开采、石油化土等多个部门组成,其中油气勘探开发是石油工业的基础,在国民经济中占有很重要地位。近年来,为提高办公效率,石油行业软件开发人员在微机上研制了大量的办公自动化软件,如地质绘图软件包、油藏工程软件包、地质数据库软件包及其它相关应用软件包等,这些软件对提高石油行业的办公自动化水平、提高办公效率发挥了重要作用,但由于微机上软件开发环境的限制,以及各种管理信息系统在图形数据管理及空间分析方面的固有不足,目前在石油行业应用最多的是量化信息统计、计算及描述性信息的保存与一些简单处理软件。对广泛应用于油气田勘探开发的图形、图像信息,尤其是成果图的管理与应用方面的实用软件相对较少。随着油田开发时间的增长,我国东部的油气田大部分己经进人了中后期开发阶段,在整个勘探开发过程中,积累大量的包括各种地质图件在内的地质信息,这些信息的综合应用对指导油田生产具有重要意义。因此,迫切需要对这些图形、图像信息进行有效的保存管理。另一方面,各种地面公共设施(包括油、气运输管网、通讯线路、供电线路及泵站、公路、铁路等)和自然条件(河流、湖泊、城镇等) 与油气田的勘探开发有着密切关系,它们都将直接影响着勘探的进程、质量等。将地面地理信息与地下地质信息在同一应用平台上有机地结合起来,是石油行业中软件开发人员近年来共同关心的问题. GIS 应用于油气田勘探开发管理为图形、图像信息的有效管理和地面地理信息与地下地质信息的一体化管理开辟了有效途径,国内已有一些专家学者开始这方面的研究和开发工作。如陈伟等(2001) 对GIS 在油田开发管理方面的应用作了较详细探讨,认为油田开发涉及到多种信息来源,按照信息的组成和结构特点,可划分为三大类: 属性类信息、空间类信息、空间属性类信息。属性类信息包括油井的生产数据、设备监控数据、井深剖面数据等??占淅嘈畔⒅饕嵌赝祭嘈畔?,包括油田地理分布、地面管网与站场分布、电力供应网络与设备分布等??占涫粜岳嘈畔⒅饕橇问植祭嘈畔?,包括储层的井间剖面结构、层位分布、油藏体的三维结构和参数分布等。为实现地面生产设施和地下油藏的描述,需要在三维空间中描述油藏, 1种有效的处理办法是: 利用现有的二维GIS 开发工具集成属性类信息和空间类信息,对于空间属性类信息的三维空间问题应用特殊的图形工具,输出等值线图、剖面图、三维构造图,并且构造专门的三维空间算子。此外,油藏是一种不可直接观测的复杂时空系统,只能通过生产井进行监测,获得井筒附近的储层物性参数和近井地带的流体分布,需要利用井筒观测数据进行空间推断,刻画油藏的内部状态分布及其变化。要达到此目的,一方面需要应用油藏工程方法分析油井生产动态数据,另一方面需要应用地质统计学方法进行空间插值,获得油藏整体描述。总之,适合油田开发生产管理的GIS 应用系统框架应该包括基于地质统计学方法的地质建模、三维图形可视化表达、多层次GIS 工具的集成,扩展GIS 的三维空间描述与分析功能。

    2.4 GIS与油气资源评价

    油气资源评价是通过对多源地学信息的综合分析。对某一地区的油气资源潜力进行综合评估,优选出有利区带,为进一步勘探开发部署提供决策支持的一种系统工程,在油气田的勘探开发中具有重要作用。随着油气勘探上作的深人和发展,已取得了大量的多源地学信息,如地质、地球物理、地球化学、遥感等资料。怎样从这些众多的资料中提取有用信息进行综合分析,达到油气资源评价的目的,一直是石油勘探部门和石油工作者探索的课题。过去,用人工的方法进行此项工 作,不但费力、费时、投资大,而且难以达到预期的效果,方法技术也不利于推广。随着计算机技术的飞速发展,并广泛应用于各行各业的科学研究中,利用计算机技术高效、快速地处理大量地质资料已成为可能,尤其是近年来发展起来的地理信息系统(GIS ) 在油气田勘探开发领域的应用,为综合处理地学资料和进行油气资源评价开拓了广阔的前景。进行油气资源评价必须考虑大量的石油地质因素,包括基础地层研究和目的层段的生、储、盖及它们的组合关系,圈闭、油气的运移、保存等诸多条件及资源量和经济评价等。这些因素均与一定的地理空间位置相联系,具有空间信息的特点,石油地质家通过基于石油地质理论的分析和研究,将诸多因素以图形方式表达,最终通过对各种图件的综合分析达到油气资源综合评价的目的。显然,GIS 的强大的空间数据录人、处理、分析和表达功能使上述工作的实现更加快速、高效,且能提供常规方法难以实现的分析和研究手段,提高油气资源评价的可信度。利用GIS辅助油气资源评价的方法和步骤主要包括:

    (1)数据的输人与管理: 将油气资源评价需要的各种地理或非地理因素输人计算机,形成一体化的数据库,不仅节省大量重复的毛作,并使各类不同的信息相配合应用,便于综合分析。GIS 对数据的管理采用分层方式,称之为图层,地质中的每一类特征数据都可以单独组成一个图层,也可以合并若干类特征数据组成一个新的图层、因此用GIS 对数据进行管理,数据的提取和修改十分灵活和方便

    (2)数据的处理: 油气资源评价数据库中的各种输人资料需要经过各种处理(如数据的去噪、数据的变换等) 才能为油气资源评价所利用,GIS 能为石油地质资料的处理提供方便、快捷的手段和方法,将石油地质资料的收集整理和应用提高到一个新的层次,从而大大提高综合因素的数量及评价结果的可信度。此外GIS 的数据处理分析??榫哂型夹纹唇?、地图比例尺变换,布尔分析等功能,可方便地将不同凹陷的地质数据或图件汇总拼接,进行各凹陷对比分析和评价。

    (3)分析计算与各种专题图的编制: GIS能对存贮的信息进行综合的统计计算、建模分析,如面积计算、插值与形成等值线、绘制各种平面图和剖面图、建立空间分析模型、时间序列分析等尤其是GIS特有的地图代数功能可将各种图形作为变量进行代数运算,将计算结果以表格和图形的形式直观表达,为油气资源评价决策提供更可靠依据。如果用各种地质统计方法对GIS 的空间分析与量算功能进行扩展,将使GIS 在地质统计分析及专题制图方面的功能更为强大

    (4)辅助决策支持: 油气资源评价的最终目的是综合评估一个地区的油气资源潜力,优选出有利区带,为进一步勘探开发部署提供决策支持。决策支持是GIS 的重要功能之一,GIS 的辅助决策支持功能应用于油气资源评价,将使油气资源评价建立在更可靠的基础之上,降低勘探风险。一方面,由于计算机是以数字化的方法储存资料信息,使得这些被贮存的资料具有较高的精确性,在此基础上编制的各种统计表格和图件也具有较高的精度,从而使研究精度大大提高。另一方面,GIS 功能齐全的数据输人、输出功能. 可以用表格、任一方向的切面图、各种类的平面图和任一视角的三维立体图直观表达中间或最终结果,输出于各种介质上,并可随时根据新的资料进行修改补充,以形象化的表达来启发思维,此外,一些GIS 辅助决策支持??橛τ糜谟推试醋酆掀兰劭墒挂恍┏9娣椒ㄖ荒芏ㄐ员泶锏钠兰壑副甓炕椭惫刍?。如通过GIS 的各向异性耗费表面分析,可直接显示油气运移路径,为圈定油气聚集场所提高可靠的决策支持。

    参考文献:

    [1]. 周子勇、李芳玉. 石油地理信息系统导论.

    [2]. 刘学锋、孟令奎、赵春宇, 地理信息系统(GIS)在油气勘探开发中的应用. 2009.

    [3]. 吴信才. 地理信息系统原理与方法(第二版)[J]. 电子工业出版社,2009.

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