关键词：
开放图形库
井眼轨迹
微软用户界面框架
三维软件
三维建模
摘要：
随着油气勘探开发技术的发展,油藏工程和采油工程逐渐要求钻井工程能够根据地下的实际情况设计并钻成井斜和方位可控的复杂三维井眼剖面。钻井工程若要达到这样的要求,则必须在钻前和钻进过程中充分全面地了解钻井的地质环境,这包括：所钻地层的构造形态及空间层位面的起伏变化,岩石的物性特征,储层的部位、厚度及延伸方向等数据。在石油勘探领域涉及井眼轨迹的数据是最直观,最重要的工程资料,因此针对井眼轨迹可视化的软件系统及相关设备的开发无论在国内还是国外都受到了极大的重视,也获得了相应的成果,但目前国内与国外在此项技术上尚存在差距。国内使用较为成熟的通过二维图件解释或模拟井眼轨迹的技术随着三维井型的不断增多已不能满足现场需要,而国外的同类软件通过将测井中得到的测斜数据在三维空间中显示出来可以让工程技术人员在繁琐的数据中更加直观地观察和分析井眼轨迹的各项参数指标。
三维可视化技术是用于描述和辅助理解地下及地面诸多工程要素的重要工具,是描绘和理解模型的必要手段,是数据的表现形式。采用最新的三维可视化技术并综合三维地质建模和测井解释的技术理论,可建立起随实测数据不断修正的客观形象的三维钻井数字地质体空间,在此空间中以三维轨道设计、控制、预测理论和实测数据为依据进行井眼轨迹的计算、预测、监测和动态修正,并辅以必要的三维真实感图形技术、三维变换技术和图表数据的人机交互功能,使决策者和现场技术人员能够及时了解所钻井眼的井眼轨迹及其空间走向、所在地层岩性和环空流体的物性等,并据此设计、控制井眼轨迹,及时调整和修改轨迹走向。
论文以国内钻井现场的实际调研资料为基础,参考并借鉴了国外同类领先软件的优点,研究了使用OpenGL技术,3ds Max建模技术及WPF框架开发三维井眼轨迹系统的方法。论文主要内容可分为以下几个方面：
(1)在总结了国内外三维技术在钻井工程中的应用现状之后,提出了论文的研究目标,研究的主要内容和研究的方法路线。从整体上讨论了三维可视化中所涉及的Microsoft Visual Studio开发环境,OpenGL开放图形库,3ds Max三维建模软件,WPF用户界面框架等关键技术以及各项技术的特点和信息交互的方式。
(2)采用三维动画建模方法建立钻井工程三维实体模型库,并以API标准石油钻杆为例详细介绍了使用3ds Max制作仿真三维模型的方法与要点。
(3)基于石油工程和地质领域的相关知识,结合目前在钻井工程中所遇到的井眼轨迹基本工况,在详细讨论了当前各种常见的油气井剖面类型及其油藏适用性之后,总结出井眼轨道设计的方法和原则,从而为井眼轨道建模提供了一套切实可行的方法,并在现有的井眼轨道设计水平上,对目前井眼轨道设计中存在的一些问题进行了更深入的研究。着重分析了井眼轨迹模型和井眼轨迹在三维地层中的显示问题,重点研究了井眼轨迹与地层之间的依附关系。在具体实现上应用C#语言结合OpenGL开放图形库来实现井眼轨迹的三维可视化,其中包括：地层的二维和三维可视化,井眼轨迹在地层中的二维和三维可视化以及三维井眼轨迹的旋转、缩放和视角变换等功能。
(4)从理论入手分析了井眼轨道的设计方案,井眼轨道的参数与描述方式以及实钻井眼轨迹的计算,然后以此为依据结合软件工程方法逐步讨论了开发三维井眼轨迹系统所涉及的可行性研究与计划、需求分析、概要设计、详细设计、代码编写、数据管理方案设计、系统集成平台及界面设计等各项技术要点。
(5)使用MM断块内的M1井的井眼测斜数据及地质数据对系统进行测试,依据测试效果分析系统特性,并提出后续版本的改进方案。
论文拟解决的主要问题及运用的方法：地层与油井管柱的动态结合与显示问题。如何将OpenGL绘制的油井管柱和3ds Max中制作的地层模型转换成统一的数据格式、用Visual Studio开发环境读取数据并进行显示,从而使两者有机地结合起来。加强对空间数据和属性数据的分析。由于对地层的分析己经有了专业软件,该系统应重点加强对地层空间数据和属性数据的分析。以对象为单位组织空间数据,实现空间数据的内部分析。为解决上述问题,本论文主要采取Visual Studio与OpenGL相结合的开发方法,三维地质数据在专业图形软件3ds Max中制作后转换为Visual Studio可识别的格式,最后在C#中通过调用OpenGL函数将地层的显示列表按一定的数据结构重新组织,使地层与油气井管柱有机地结合在一起并显示出来。对地层属性信息通过堆栈操作与几何实体相连接,以便对地层进行属性信息的查询。
取得的创新点：提供了一种基于计算机仿真技术的全三维实时钻井模拟方案,该方案参照钻井作业现场的实际场景,采用高仿真的图形顶部驱动方式,对钻井工艺过程进行逼真模拟,生成高质量动态图形,实现实时的可控动画,图
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