天然气动态仿真真实数据处理技术包括哪些部分_燃气流场仿真

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3.GIS技术在国内的研究现状及其发展趋势

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6.三维可视化技术在四川盆地油气勘探信息管理中的应用研究

陆敬安

（广州海洋地质调查局 广州 510760）

作者简介：陆敬安，男，（10—），博士，高级工程师，主要从事综合地球物理资料解释工作。

摘要 测井是水合物深入勘探阶段—钻探阶段的必要手段，已得到较好应用。文章综合介绍和分析了ODP204航次、加拿大西北马更些河三角洲地区Mallik 5L-38井、IODP311航次及日本南海海槽等较新的水合物钻探调查的测井方法与技术，重点分析了核磁测井、电磁波测井及偶极横波测井等测井新技术在水合物勘探与评价中的应用，对测井方法在水合物勘探中存在的问题进行了讨论。

关键词 天然气水合物 测井方法 测井解释

1 前言

测井方法在油气藏勘探和开发过程中得到了广泛的应用，由于水合物的发现与研究相对较晚，测井方法在天然气水合物中勘探中的应用也只是随着钻探工作的开展而有了应用的空间。由于天然气水合物存在于合适的温压条件环境中，一旦脱离该条件，水合物即分解。因此，能够在原位地层压力和温度条件下测量地层物理特性的测井方法对发现和研究天然气水合物来说是其它的勘探方法所不能替代的（高兴军等，2003）。到目前为止，已有的水合物钻孔勘探中几乎都使用了测井方法，如危地马拉的570号钻孔、ODP164航次（Paull，C.K.，Matsumoto，2000）、State Ellien-2及日本南海海槽天然气水合物钻探、ODP204航次、Mallik 5 L-38井及IODP311航次等。测井方法对含水合物沉积层的识别起到了良好的效果。在水合物钻探过程中，一个井场往往要钻几口井，分别用于随钻测井、钻探取芯及电缆测井等。随钻测井方法与电缆测井是在钻井的不同阶段进行的，同样的测井方法原理基本相同。根据以往的情况分析，不是所有的水合物钻探都使用了随钻测井。作为测井工作的一部分及为了全面了解水合物测井方法及其特点，本文将分别加以介绍。

2 测井方法概述

2.1 随钻测井

天然气水合物钻探中随钻测井（LWD）的主要目的之一是为了确定合适的取芯位置。通常随钻测井与随钻测量（MWD）同时进行。LWD和MWD仪器测量不同的参数，MWD仪器位于紧邻钻头之上的钻环中，用于测量井下钻探参数（如钻头重量、扭矩等）。LWD和MWD仪器的差别是LWD数据被记录到井下内存当中并在仪器到达海面之后取出数据，而MWD数据是通过钻杆内的流体以调制压力波（或泥浆脉冲）的形式传输并进行实时监控。在LWD和MWD两种仪器联合使用的情况下，MWD仪器可同时将两种数据向井上传输。在最新的水合物钻探中，日本南海海槽的天然气水合物钻探、ODP204航次及IODP311航次使用了LWD测井，所使用的仪器名称及其输出参数见表1。

表1 天然气水合物随钻测井和随钻测量方法　Table1 The LWD＆MWD tools description used for gas hydrate logging

204航次中使用的LWD和MWD仪器有钻头电阻率仪（RAB）、能量脉冲MWD仪、核磁共振仪（NMR-MRP）及可视中子密度仪（VND），如图1 所示，图中GVR6 为可视地层电阻率仪，包括深、中、浅电阻率及环带电阻率和自然伽玛五种测量。这是NMRMRP仪器首次用于ODP航次。不同的测井方法组合在不同的测井场合有不同的名称，如在日本的天然气水合物钻探中，密度与中子组合在一起称为CDN、伽马射线和电阻率组合称为CDR，尽管名称存在差异，但其测量的物理参数是一致的。

LWD测量被安排在钻孔之后及钻探或取芯作业所引起的负面效应之前进行。由于钻探和测量相距的时间较短，相对于电缆测井而言钻井液对井壁的侵入处于轻微阶段。

图1 ODP204航次使用的随钻测井及随钻测量仪器串

（图中数字单位为米，从钻头最底部算起）

Fig.1 LWD＆MWD Tools Used in ODP204

（The unit of the number is meter and starts from the bottom）

LWD设备由电池提供电源并使用可擦写/编程的只读存储器芯片来存储测井数据。LWD仪器以等时间间隔的方式开展测量并与钻井架上监控时间和钻探深度的系统同步。钻探之后，LWD仪器被收上来下载数据。井上和井下时钟的同步能够使得将时-深数据与井下时间测量数据合并成一个深度测量的数据文件。最终的深度测量数据被传送到船上的实验室进行整理和解释。

2.2 电缆测井

电缆测井对天然气水合物储层的精确定量评价起非常重要的作用。由于天然气水合物储层的电阻率及声波速度明显偏高，因此电阻率测井和声波测井是识别天然气水合物的有效方法。另外，精确的评价天然气水合物储层还需要结合其它测井方法进行综合评价。天然气水合物钻探中使用过的电缆测井方法见表2，这些测井方法的详细介绍可在有关书籍和文件中找到。一些较新的测井技术，如FMI、DSI、EPT、CMR等测井方法在ODP204航次（Tréhu，A.M.，Bohrmann，2003）、Mallik 5L-38及日本南海海槽天然气水合物的识别和评价过程中发挥了重要作用。

表2 天然气水合物电缆测井方法　Table2 The wireline logging methods for gas hydrate exploration

续表

表2中大部分测井仪为204航次使用的方法，EPT在Mallik 5L-38井中首次使用，日本南海海槽的天然气水合物钻井勘探中使用了CMR仪（Takashi UCHIDA，Hailong LU，2004）。

3 水合物测井评价

天然气水合物储层测井评价的关键问题之一是建立合适的储层评价模型（手冢和彦，2003）。根据岩心观察，天然气水合物在沉积物中的分布主要有以下几种情形（王祝文等，2003）：分散胶结物、节状、脉状及块状。永久冻土带及海洋天然气水合物的储层模型如图2所示。模型共分四类，其中永久冻土带两类：冻土层内及冻土层下，二者的区别为在冻土层之下，流体部分含自由水，而在冻土层内部流体部分含冰成分；海洋天然气水合物也分两类：一类为流体部分含自由水，另一类为流体部分含游离气。在ODP204航次及日本的南海海槽水合物钻探中使用模型C对测井资料进行解释，而在Mallik井中则使用的是模型A。模型A和C均是基于常规油气评价的双水模型提出的。

由于天然气水合物具有独特的化学成分及特殊的电阻率和声学特性，因此，通过了解天然气水合物储层的这些特征应有可能获得天然气水合物饱和度及沉积孔隙度（陈建文，2002；王祝文等，2003），这也是两个最难确定的储层参数。钻井是获取孔隙度及烃饱和度的重要数据来源。本质上，目前大部分的天然气水合物测井评价技术还是定性的，且借用的是未经证实的石油工业使用的测井评价方法。为了证明标准的石油测井评价技术在评价天然气水合物储层中的有效性，还需要进行大量的实验室和现场测量。由于天然气水合物以不同的方式影响每种孔隙度测量方法，因此可通过对比不同的孔隙度测量技术来估计天然气水合物的数量。

图2 永久冻土及海洋天然气水合物储层模型

Fig.2 The reservoir models for permafrost and marine gas hydrate

3.1 孔隙度评价

天然气水合物储层的孔隙度评价所利用的测井数据主要包括电阻率测井、密度测井、声波测井、中子测井、核磁共振测井等与地层孔隙密切相关的地层物理响应，同时还辅以自然电位、自然伽玛、岩心分析等数据来进行的。有关文献已经对部分常规测井方法的应用作了介绍，这里仅介绍较新的测井手段及其解释方法。

3.2 饱和度评价

（1）电磁波传播测井

电磁波传播测井仪只在 Mallik 5L-38井中使用过（S.R.Dallimore，T.S.Collett，2005），电磁波传播测井的垂向分辨率高于5cm，用来测量天然气水合物的原位介电特性，据此计算天然气水合物的饱和度。天然气水合物储集带的平均介电常数为9，在5到20之间变化；带内的平均电阻率超过5Ω·m，当仪器的工作频率为1.1GHz时，电阻率在2Ω·m到10Ω·m之间变化。电磁波传播测井仪同时输出传播时间及信号衰减两个参数。地层的介电常数及电导率可由下式计算（Y.-F.Sun，D.Goldberg，2005）：

南海地质研究.2006

南海地质研究.2006

式中：tpl为慢度或传播时间，单位ns/m；a为衰减量，单位为db/m；εr为相对介电常数，无量纲；σ为电导率，单位为西门子/s，c（=0.3m/ns）为真空中光的速度。

Y.F.Sun及D.Goldberg等用等效介质方法并定含天然气水合物地层的多相系统可近似为连续、均质及各向同性介质，认为含天然气水合物介质的等效磁导率为1，其介电常数及体积密度遵从下面的体积平均混合规则：

南海地质研究.2006

南海地质研究.2006

南海地质研究.2006

式中，φa为第a种成分的体积百分比，ρa和εa分别是第a种成分的密度和介电常数，ρ和εr分别为体密度及体介电常数。这里定孔隙性介质仅包含三种组分：固体颗粒、天然气水合物及水。从而上面的公式可以简化为：

ρ=（1-φ）ρs+φShρh+φ（1-Sh）ρw （6）

南海地质研究.2006

式中，φ为总孔隙度，Sh为天然气水合物的饱和度，ρs、ρh及ρw分别为固体颗粒、天然气水合物及水的密度，εrs、εrh及εrw分别为固体颗粒、天然气水合物及水的介电常数。在已知每种组分的密度和介电参数情况下，就可依据介电和密度测井由上面的方程计算出含天然气水合物地层的孔隙度和水合物饱和度。

图3所示为电磁波传播测井在Mallik 5 L-38井中含水合物层的传播时间与电阻率图。从图中可以看出，电磁波传播时间曲线与声波传播时间曲线具有相似的趋势，但其分辨率更高。右边的电阻率曲线道上，电磁波传播电阻率的分辨率也明显高于感应电阻率。

图4为根据电磁波传播测井求出的地层孔隙度及天然气水合物饱和度。图中中子孔隙度的数值偏高，这是由于中子孔隙度测量的含氢指数不仅与游离态的氢有关，还与束缚水中的氢有关。由于电磁波传播测井具有较高的垂向分辨率，因此其在揭示含天然气水合物层的细微结构方面拥有独特的能力。

（2）声波测井

与不含天然气水合物的沉积层相比，含有天然气水合物的沉积层呈现出相对较高的纵波和横波速度。目前已提出了许多不同的速度模型来预测天然气水合物对弹性波速度的影响，如时间平均方程、等效介质理论、孔隙填充模型、胶结理论、加权方程及改进的Biot-Gassmann理论（BGTL）等。以下介绍BGTL的基本理论及应用效果。

根据纵横波速度的如下关系式：

Vs=VpGα（1-φ）n （8）

式中，Vp为纵波速度，Vs为横波速度，α为骨架物质的Vs/Vp比值，n的值取决于不同的压力和固结程度，φ为孔隙度，G为取决于骨架物质的参数，Lee（2003）推导出了下面的剪切模量μ：

南海地质研究.2006

其中，

南海地质研究.2006

式中的kma、μma、kfl及β分别为骨架的体积模量、骨架的剪切模量、流体的体积模量及Biot系数。

Biot-Gassmann理论给出了沉积物体积模量的计算方法：

k=kma（1-β）+β2M （11）

饱和水的沉积物的弹性波速度可由下式依据弹性模量计算：

南海地质研究.2006

图3 电磁波传播测井曲线与声波及感应电阻率曲线的对比

（其中声波传播时间、电磁波传播时间较低段及电阻率显示高阻值段为水合物层）

Fig.3 The comparison of logging curves between EPT，acoustic and induction

（The depth interval between 906.5～925meters is the gas hydrate zone）

式中ρ为地层的密度。

对于松软岩石或未固结的沉积物，用如下的Biot系数

南海地质研究.2006

对于坚硬或固结的地层，用Biot系数为

β=1-（1-φ）3.8 （14）

Lee（2003）建议用下面的方程计算n值：

图4 电磁波传播测井计算出的地层孔隙度及天然气水合物饱和度

Fig.4 The porosity and gas hydrate saturation calculated from by EPT logging

南海地质研究.2006

式中，p为差分压力（MPa），m代表固结或压实对速度的影响。实际问题中，?φ/?p很少知道，上式中的m很难直接应用。测量数据分析表明固结沉积物的m值为4～6，未固结沉积物的m值为1～2。

参数G用于补偿当骨架为富含粘土的砂岩时实测值与预测值之间的差异。对于泥质砂岩，G值为：

南海地质研究.2006

其中，Cv为粘土含量百分比。对于含天然气水合物沉积有如下的求取G的方程：

南海地质研究.2006

式中Ch为孔隙空间中天然气水合物的浓度。Lee（2002）指出含天然气水合物沉积的n=1及G=1。由于这些参数是在没有考虑速度发散的情况下在超声频率范围由速度获得的，因此参数n和G可以认为是用来拟合测量数据的自由调节参数。图5为根据纵波速度及NMR孔隙度求出的天然气水合物浓度对比图。

图5 由纵波求出的天然气水合物浓度及由NMR求出的天然气水合物饱和度

Fig.5 The gas hydrate saturation calculated from P-we and NMR

根据分析结果可知，当用声波数据估计天然气水合物浓度时，P波速度优于S波速度，主要原因是当用P波速度时与BGTL中的n和G参数有关的误差较小；另外，在纯砂岩层段，NMR孔隙度测井估计的天然气水合物浓度值略高于由P波速度估计的数值。

（3）核磁共振测井

核磁共振测井在描述天然气水合物沉积方面起着重要作用。如果与密度孔隙度测量结合起来，可能是获取天然气水合物饱和度的最简单同时也是最可靠的手段。核磁共振测井仪仅对孔隙空间中的液态水有响应，对天然气水合物没有响应。计算储层孔隙度和天然气水合物饱和度的公式如下：

南海地质研究.2006

南海地质研究.2006

式中，水的氢指数HIw?1，甲烷水合物的NMR视氢指数HIh=0。水的密度ρw=1.0g/cm3，天然气水合物的密度ρh=0.91g/cm3，砂岩骨架的密度ρma=2.65g/cm3，Ph为天然气水合物的NMR极化校正值，仅与HIh伴生出现。λ=0.054，因此

南海地质研究.2006

声波和电阻率测井求出的饱和度在大部分层段是一致的，而在1003～1006m、1014～1020m之间，三种方法给出了三种不同的结果。而核磁共振方法与另两种确定的方法得到的结果不一致，造成这种不一致的原因目前尚不得而知，有待于进一步分析。

3.3 地层应力分析

图6 1088m深度处天然气水合物层段发散曲线

图6中a）图分别为快横波偶极挠曲波（红色）、慢横波偶极挠曲波（深蓝色）、低频单极斯通利波（淡蓝色）及高频单极斯通利波（绿色）；b）图为相应的平均谱特征。

Fig.6 The dispersion curves from the gas hydrate interval at a depth of 1088m

a）The dispersion curves for the fast shear dipole-flexural（red），the slow shear dipole-flexural（dark blue），the low frequency monopole stoneley（light blue）and high frequency monopole stoneley（green）；b）Average spectral characteristics

交叉偶极声波测井数据提供了描述地层横向各向异性的条件。传统的处理是在时间域进行的，得到的是地层各向同性或各向异性特征（Lee，M.W.，2002）。声波各向异性既可以是内在的，也可以是应力诱导的。最近的研究表明交叉偶极测井数据的频域处理可以将内在各向异性与应力诱导的各向异性区分开。交叉偶极测井数据的频域处理还使得对地层横波慢度的径向变化描述成为可能，对交叉偶极挠曲波的慢度频域分析还表明低频部分的探测深度达到六倍的井孔半径，可探测到原状岩石，而高频部分的偶极挠曲波则可以穿透一倍井孔半径的深度，探测到机械损坏区。高频测量数据偏离均质、各向同性模型则是机械破坏的指示。分析偶极发散曲线可以估计机械破坏区的深度。

声波数据的处理分两步进行：①慢度及各向异性分析，及②发散曲线分析。

图6及图7所示分别为含天然气水合物层及水填充的各向异性层段的发散曲线。曲线发散分析是了解声波波形数据的有效方法。在低频段，挠曲波穿透能力深至地层并可探测到远场应力；在高频段，挠曲波探测靠近井周的应力。图6a的纵波首波慢度大约为300us/m，它是非扩散型的且最大激发频率超过8 kHz。斯通利波慢度为850us/m，同时含有淡蓝色及绿色的点，表明低频和高频单极激发都能产生斯通利波。两条正交的偶极挠曲波发散曲线相互重叠。这是在垂直于井孔的平面内地层为各向同性的关键指示。

图7 1112.8m深度处水填充各向异性层段发散曲线

Fig.7 Dispersion curves from the water-filled anisotropic interval at a depth of 1112.8m

a）The dispersion curves for the fast shear dipole-flexural（red），the slow shear dipoleflexural（dark blue），the low frequency monopole stoneley（light blue）and high frequency monopole stoneley（green）；（b）Average spectral characteristics

图7a所示与图6a所示具有明显的不同，即它是各向异性层。偶极挠曲波清楚显示出在低频段的各向异性特征。地层的快横波慢度约为900us/m，而慢横波约为1100us/m。这指示出了22%的各向异性。与含天然气水合物层段相比，纵波数据高度发散。

4 结论

测井技术在天然气水合物勘探的高级阶段是必不可少的工具，其对天然气水合物储层参数的精确评价对计算天然气水合物的储量至关重要，并为天然气水合物的开提供准确的层位定位及基础数据。测井方法的发展日新月异，数据解释的精度也不断提高，在利用测井技术研究天然气水合物储层时仍限于移植油气评价方法，由于天然气水合物在地层中具有不同于油气的赋存状态，对于这样做的合理性还有待于深入的研究。根据以上研究成果得出以下结论：

1）电磁波传播测井由于具有较高的垂向分辨率，对于较薄的地层显示出较其它测井方法具有精细评价饱和度的优势；

2）核磁共振测井反映的是自由流体所占的孔隙空间，有利于详细评价自由水、束缚水及水合物所占的空间，但有关核磁测井的精细解释尚需建立在实验分析的基础上；

3）偶极声波测井对预测地层各向异性及应力分布有良好的效果；

4）另外，还应开展对天然气水合物样品的实验室研究，以便对测井解释结果进行刻度。

参考文献及参考资料

陈建文.2002.天然气水合物及其实测的地球物理测井特征，18（9）：28～29

高兴军，于兴河，李胜利，段鸿彦.2003.地球物理测井在天然气水合物勘探中的应用，地球科学进展，18（4）：305～311

手冢和彦，等.2003.天然气水合物的测井解析，海洋地质动态，19（6）：21～23

王祝文，李舟波，刘菁华.2003.天然气水合物的测井识别和评价，23（2）：～102

王祝文，李舟波，刘菁华.2003.天然气水合物评价的测井响应特征，物探与化探，27（1）：13～17

Lee M.W.2003.Velocity ratio and its lication to predicting velocities：United States Geological Survey，Bulletin 21，15p

Lee，M.W.2002.Biot-Gassmann theory for velocities of gas hydrate-bearing sediments，Geophysics，V.67，1711～1719

Paull C K，Matsumoto R，Wallace P J，and Dillon，W P（Eds.）.2000.Proceedings of the Ocean Drilling Program，Scientific Results，Vol.164

S.R.Dallimore and T.S.Collett（ed.）.2005.Geological Survey of Canada Bulletin 585，Scientific results from the Mallik 2002 Gas Hydrate Production Research Well Program，Mackenzie Delta，Northwest Territories，Canada

Takashi UCHIDA，Hailong LU*，Hitoshi TOMARU**and the MITI Nankai Trough Shipboard Scientists，Subsurface Occurrence of Natural Gas Hydrate in the Nankai Trough Area：Implication for Gas Hydrate Concentration RESOURCE GEOLOGY，Vol.54，No.1，35～44，2004

Tréhu A M，Bohrmann G，Rack F R，Torres M E，et al.2003.Proceedings of the Ocean Drilling Program，Initial Reports Volume 204

Y.-F.Sun，D.Goldberg，Analysis of electromagnetic propagation tool response in gas-hydrate-bearing formations，in Scientific Results from the Mallik 2002 Gas Hydrate Prodction Research Well Program，Mackenzie Delta，Northwest Territories，Canada，（ed.）S.R.Dallimore and T.S.Collett；Geological Survey of Canada，Bulletin 585，8p

The Application of Well Logging To Exploration And Evaluation of Gas Hydrates

Lu Jingan

（Guangzhou Marine Geological Survey，Guangzhou，510760）

Abstract：Well logging is the indispensable roach when the exploration of gas hydrates step into drilling and good results has been illustrated.The paper briefly introduces and construes the well logging technologies employed in the exploration of gas hydrates of Mallik 5 L-38，IODP311 and MITI Nankai-trough well.The emphasis lies in the analysis of the lication of NMR，EPT and DSI logging to exploration and evaluation of gas hydrates.Also some issues during the well log interpretation of gas hydrates are discussed.

Key Words：Gas hydrates Well logging methods Well logging interpretation

油田地质档案中非结构化数据管理模式探索

“3S”系统是GIS,RS,GPS的简称，即地理信息系统、遥感及全球定位系统的总称。作为空间信息处理的这三个技术系统，在空间信息管理中各具特色，均可独立完成自身的功能。同时，它们所能解决的问题之间又有很多关联性，在解决问题的功能上又各自存在着优点和不足。因此三者的结合和集成已成为空间信息系统的发展方向，也是空间科学发展的必然趋势。在“3S”系统中，GIS具有较强的空间查询、分析和综合处理能力，但获取数据困难；RS能高效地获取大面积的区域信息，但受光谱波段的限制，且数据定位及分类精度差；GPS能快速地给出目标的位置，对空间数据的确定具有特殊意义，但本身通常无法给出目标点的地理属性。因此，只有三者结合起来形成一个有机系统，实现各种技术的综合，才能发挥更大的作用。

一、全球定位系统（GPS）

GPS（Global Positioning System）是建立在无线电定位系统、导航系统和定时系统基础上的空间导航系统。它以距离为基本观测量，通过同时对多颗卫星进行伪距离测量来计算接收机的位置。由于测距是在极短时间内完成的，故可实现动态测量。GPS主要由空间导航卫星、地面监控站组和用户设备三部分组成。

1.GPS卫星

GPS卫星由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成。工作卫星分布在6个轨道面内，卫星轨道面相对地球赤道面的倾角为55°，每个轨道平面配置3颗卫星，每隔一条轨道平面配备一颗备用卫星，轨道的平均高度约为20200km，卫星运行周期为11小时58分钟。因此，在同一测站上，每天出现的卫星分布图相同，只是每天提前几分钟。每颗卫星对地球的可见面积为地球总面积的38%，每颗卫星每天约有5小时在地平线上。同时位于地平面上的卫星数目最少为4颗，最多为11颗。这样的空间配置，可保证在地球上任何时间、任何地点至少可同时观测到4颗卫星，加上卫星信号的传播和接收不受天气的影响，因此，GPS是一种全球、全天候的连续实时导航定位系统。

2.地面控制系统

GPS的地面监控部分由5个监控站、3个注入站和1个主控站组成。监控站是数据自动集中心，它包括双频GPS接收机、高精度原子钟、传感器及计算设备，它主要为主控站提供各种观察数据。主控站是系统管理和数据处理的中心，其主要任务是用监控站和本站提供的观测数据计算卫星的星历、卫星钟差和大气延迟修正参数，提供全球定位系统时间基准，并将这些数据传到注入站，调整卫星运行轨道，启动备用卫星等。注入站将主控站推算出的卫星星历、钟差、导航电文等控制指令注入到相应卫星的存储系统，并监测注入信息的正确性。

3.用户设备系统

用户设备系统包括GPS接收机、天线、计算设备和相关软件。用户设备的核心是GPS接收机，以利用定位卫星提供信号来得到位置、时间、运动方向、速度等信息。接收机按功能分为GPS导航接收机和GPS接收机两种，按接收信号方式分并行和串行接收机。并行接收机具有多个信道，每个信道追踪一颗卫星，并解调各信道信号；串行接收机只有一个信道，利用内部切换逐步处理各个卫星信号。

二、“3S”技术

1.GIS与RS的结合

遥感与地理信息系统是近年来迅速发展起来的空间信息获取和处理的新技术，已广泛应用于与环境管理各个领域。遥感信息具有周期性、动态性、信息丰富、获取效益高，可直接以数字方式记录传送等特点；GIS（地理信息系统）则是具有高效的空间数据管理和灵活的空间数据综合分析能力的计算机技术系统，二者相结合，既可保证GIS具有高效稳定的信息源，也可以对遥感信息进行实时处理、科学管理和综合分析，实现监测、预测和决策的目的，这是空间技术发展的必然趋势。二者的结合主要有以下方面：

（1）从地理信息系统本身的角度出发，随着其应用领域的开拓和深入，首先要求存储大量的数据，通过不断的积累和延伸，从而具备反映自然历史过程和人为影响的趋势的能力，揭示事物发展的内在规律。但是，地理信息系统数据库几乎只是通过地图数字化建立起来的，用户不能接触到原始资料及其有关信息。

（2）地理信息系统为了保持系统的动态性和现势性，它还要求及时地更新系统中的数据。这是因为一切事物都处在发展变化之中，而地理信息系统中存储的信息只是现实世界的一个静态模型，需要及时、定时地更新。遥感作为一种获取和更新空间数据的强有力手段，能及时地提供准确、综合和大范围内进行动态监测的各种与环境数据，因此遥感信息就成为地理信息系统十分重要的信息源，尤其是大范围的以统计为主的地理信息系统。当前遥感的应用也正经历着一场质的转变，它正逐渐从单一的遥感数据的分析应用向多波段、多时相的分析应用过渡，从静态分布向动态过程预测过渡，从定性调查到定量分析过渡。

2.RS与GPS的结合

从GIS的角度看，GPS与RS都可看作为数据源获取系统。然而GPS和RS既分别具有独立的功能，又可以互相补充完善对方，这就是GPS和RS结合的基础。

（1）GPS的精选定位功能克服了RS定位困难的问题。在没有GPS以前，地面同步光谱测量、遥感的几何校正和定位等都是通过地面控制点进行大地测量才能确定，这不但费时费力，而且当无地面控制点时便无法实现，从而严重影响数据实时进入系统。而GPS的快速定位为RS数据实时、快速进入GIS系统提供了可能。也就是说，借助GPS可使RS迅速进入GIS分析系统，保证了RS数据及地面同步监测数据获取的动态配准。

（2）利用RS数据实现GPS定位遥感信息查询。

（3）利用GPS形成的新技术，如GPS气象遥感技术，利用GPS卫星和接收机之间无线电信号在大气电离层和对流层中的延迟时间，可了解电离层中电子浓度和对流层中温度湿度等大气参数及其变化情况。因而目前建立和正在建立的全球许多GPS观测网将是提供大气参数的一个重要新数据源，对天气预报尤其是短期天气预报将发挥巨大作用。

3.GPS与GIS的结合

GPS和GIS的结合，不仅能取长补短使各自的功能得到充分的发挥，而且还能产生许多更高级的功能，从而使GPS和GIS的功能都迈上一个新台阶。

通过GIS系统，可使GPS的定位信息在电子地图上获得实时的、准确的、形象的反映及漫游查询。通常GPS接收机所接收的信号无法输入底图。若从GPS接收机上获取定位信息后，再回到地形图或专题图上查找，核实周围地理属性，该工作十分复杂，而且花费时间长，在技术手段上也是不合理的。如果把GPS的接收机同电子地图相配合，利用实时差分定位技术，加上相应的通信手段组成各种电子导航和监控系统，可广泛用于交通、车船驾驶及科学种田等方面。

GPS可为GIS及时集、更新或修正数据。例如在外业调查中通过GPS定位得到的数据，输入给电子地图或数据库，可对原有数据进行修正、核实，赋予专题图属性以生成专题图。

三、喀斯特与环境研究中的“3S”技术

喀斯特地区自然条件复杂，环境差异特殊，给开发、治理、保护的决策与实施造成极大困难。例如，喀斯特峰丛峡谷和峰丛洼地地区，由于地表破碎、切割幽深、可进入性差，使用遥感技术研究环境现状及其演化趋势甚为必要。高质量的信息能给我们提供优化开发、利用与环境保护的基础和依据。因此，提高决策科学化水平的关键在于掌握高质量的信息。利用遥感与地理信息系统这一高新技术建立环境信息系统，在知识经济与信息化时代的今天，不仅是在喀斯特地区通过建立人口、、环境、经济系统动态监测与评价运行模型，提出在具有喀斯特特色的多目标优化决策理论模式，其经验对全国同类喀斯特地区也有指导意义。

1.喀斯特与环境数据库建设

自从20世纪90年代以来，“3S”技术之间的密切结合，共同发展，在全球和区域与环境动态监测、趋势预报，重大自然灾害监测预报以及灾情评估与减灾对策，城市经济开发区的规划、开发与管理，全球环境变化等方面发挥了科技的先导作用。“3S”技术在喀斯特与环境数据库建设上主要体现在以下几方面：

（1）基本数据库建设，包含了行政区划、交通运输、地形地貌、碳酸盐岩、地势坡度、社会经济、区域人口、民族、交通、城镇以及区域外其他信息等基本数据库。

（2）与环境信息系统，首先涉及的内容是，在考虑喀斯特在自然界中的空间位置、的属性、用途、开发利用条件等，对喀斯特地区的不同类型建立相应的数据库，如土地信息数据库（土壤、水田、旱地、耕地、坡耕地等）、陆地水数据库（流域、水系、水量、水质等）、生物数据库（森林、灌丛、草地、陆生动物、水生动物等）、气候数据库（气温、降水、风力等）、旅游数据库（风景名胜区、自然保护区、客源市场等）、矿产信息数据库（煤炭、石油、天然气、黑色金属、有色金属、稀土元素及非金属等）。

（3）生态环境数据库建设，如环境条件数据库（地质构造、地貌类型、坡度、降水、气温等）、环境质量数据库（生态环境质量类型，如污染源等）、环境灾害数据库（水土流失、石漠化、滑坡、泥石流等）、环境污染数据库（污染源、污染监测、污染影响等）、环境保护与环境管理等数据库（环境规划、环境治理、生态恢复等）。

2.利用“3S”技术的分析与应用模型

（1）多年遥感数据分析：用多时相、多波段的遥感数据对喀斯特地区遥感在及环境方面的应用与解译方法和模式研究。

（2）地理信息系统的建立与分析：GIS的设计模型、系统的建立、数据库的研究与建立、数据库的发展、计算机制图研究及开放地理信息系统与互操作技术。

（3）“3S”技术的集成研究与应用：各种卫星、气象卫星与航空、地面观测、物探数据的复合和分析；解决RS数据、GPS数据与GIS的接口，增强遥感及GPS信息处理分析能力，并反馈用于地理信息系统的更新；向智能化方向发展，改进应用系统的数据管理，提高识别能力与解译水平。

（4）喀斯特环境评价预测规划模型：环境的控制系统模型、环境的数学规划模型、环境的开发与分配模型等。

（5）喀斯特环境空间决策支持系统：环境的空间分布模型、环境的持续利用策略、环境的总体态势与对策等。

3.“3S”技术在贵州典型喀斯特区域的研究及应用示范

（1）喀斯特地貌与洞穴信息系统研究。贵州喀斯特地貌与洞穴信息系统研究，以“3S”技术为基础的新型空间信息管理系统，将为喀斯特地貌与洞穴数据资料查询、发生分布规律、空间相关关系、潜在开发、部门决策和把贵州的洞穴信息走向“信息高速公路”等方面作出重要的贡献，具有重大的理论意义和社会经济价值。该研究是将全贵州的喀斯特地貌与洞穴（群）从整个面上进行计算机统计分析，以1:5万地形图为基础，从发育分布规律方面建立相关信息库，其中包含了洞穴的洞口海拔高程、洞穴长度、发育方向、岩性、水洞的流量以及经纬度坐标等参数。以GIS技术为平台进行数据处理，并用其相应的集成技术GPS和RS进行洞穴的地址纠正及匹配，提高信息的可靠性，建立一个动态的贵州喀斯特地貌与洞穴信息系统。此外，应用“3S”技术研究喀斯特地貌与洞穴，从统计的角度，从大量的信息资料上研究喀斯特地貌与洞穴的成因（洞穴的形成与水、岩石、地质构造运动有关），洞穴的形成蕴含有大量古气候、古水文地质及构造运动的信息，数理统计分析能更有效地揭示这些信息，为研究贵州地区地质构造运动、河流的下切、侵（溶）蚀喀斯特地貌与洞穴成因提供有力证据。在此基础上，得出洞穴的分布规律及要素间的相关关系，并为贵州喀斯特地貌与洞穴的开发、利用及保护等提出建议。

（2）喀斯特地区水土流失监测系统研究。土壤侵蚀是土地退化的根本原因，也是导致生态环境恶化的重要因素。中国是世界上水土流失最严重的国家之一。近几年来，水土流失状况仍呈加剧趋势，不断出现的洪涝灾害，对水土保持工作提出了更高的要求。在GIS支持下的遥感技术，同时结合GPS野外调查，是目前普遍用的国内外最先进的大面积水土流失调查、评价方法，可用来了解、掌握水土流失现状，并完善相关的技术方法，为水土流失的防治提供可靠的技术资料。贵州省水土流失监测系统研究是在“3S”技术的支持下完成的贵州省多年水土流失空间分布及分地（市）、县（市）数据库，利用多时相的遥感TM影像对水土流失情况进行解译，可以得出不同年分的水土流失空间分布并预测其发展趋势，特别是在喀斯特地区，地形地貌复杂，水土流失破坏性大，生态环境趋于恶劣，与其他地区相比，在解译和监测上有着较大的特殊性，利用“3S”技术成功地解决了这一难题，为贵州省的水土保持规划及生态环境建设提出了相应的治理对策及合理建议。

（3）喀斯特土地石漠化研究。以完成空间定位的TM卫星影像数据为基础，进行TM卫星影像数据的多光谱信息提取，获得喀斯特地区石漠化的空间分布状况，结合喀斯特地貌分布，对典型区域的石漠化解译结果进行验证，完成喀斯特地貌与土地石漠化的空间分布数据库。喀斯特石漠化状况的研究在贵州已有较长时间，但迄今为止，由于研究条件所限，技术手段不统一等原因，石漠化状况面积、分布等数据不够统一。项目首次用“3S”作为技术支持，利用多学科结合的优势进行综合性的相关分析，以统一的标准对贵州石漠化现象及成因、对策进行研究，技术方法严密、客观，避免了传统方法进行这类大面积研究中人力物力投入过大、标准难以控制等带来的弊病。对贵州喀斯特地区石漠化问题做专项研究，通过应用多时相（1959年、19年、1995年）、多波段、多平台的遥感数据，在大量野外GPS技术调查验证的基础上编制研究区域不同年代的喀斯特土地石漠化图；利用GIS对数据进行分析、处理，旨在查明贵州喀斯特石漠化的现状、分布及发展趋势，分析土地石漠化的主要原因、发生机制和演变过程。本项研究用目前最先进的监测、评价技术，以地理信息系统技术为支撑，以遥感资料为主要信息源，同时用野外GPS调查验证，结合由地形图派生的坡度图，由区域地质图派生出喀斯特与非喀斯特及石山半石山的石漠化背景图。用植被覆盖、土壤背景、地面坡度等决定石漠化的主要因素，参考降水量、降雨强度等有关因素建立石漠化定量分析模型，应用现代建模技术进行石漠化强度评价和调查制图；结合行政区划，得到全贵州省喀斯特地区各地（市）、县（市）石漠化空间分布图和数据。

（4）喀斯特地区国土综合调查与数据库建设：①喀斯特地区林业与生态信息数据库建设，以TM遥感影像数据、DEM数据、土地利用数据为基础，建立分布式与集中式相结合的林业与生态信息共享数据库，实现属性数据的空间化与网络化共享（数据内容包括：林业信息，森林数据，省级森林空间分布数据，森林灾害数据，森林生物多样性数据库，林产市场发展数据等；林业生态环境信息，省、县级生态环境背景数据，重点县生态环境现状数据，生态建设规划属性数据与空间数据，重点生态工程信息数据，与生态环境基础数据，常用树种、草种数据等）; ②喀斯特典型地区国土环境信息平台建设及其应用，喀斯特典型地区国土环境空间数据库建设，以TM卫星遥感影像为数据源，以地形图为空间定位基础，对TM图像进行空间定位，由人工对定位遥感影像进行解译，获取全省土地利用状况分布空间数据，建立分布式与集中式相结合的国土信息共享数据库群；③喀斯特典型地区人口、社会经济数据的空间化及数据库建设，以喀斯特典型地区人口及社会经济统计数据为基础，建立该地区人口、社会经济数据库，利用相关空间数据处理手段，处理这些统计数据，使其能够与其他空间数据，如国土调查空间数据，在同一平台上实现有机集成。在此基础上，建立该地区的人口、社会经济数据库。

另外，还可进行自然保护区和风景名胜区信息系统及生物信息系统等工作。

西安石油大学石油与天然气工程学科研究生培养方案

李燕

(中国石油化工股份有限公司西南油气分公司信息中心档案馆)

摘要 本文针对非结构化数据管理中存在的问题，分析了西南油气田地质档案非结构化数据管理特点，提出了数据集、数据存储、数据管理与数据利用的技术架构，并对非结构化数据的管理、应用进行了深刻剖析，总结出了以技术解决方案、行政管理模式和数据服务三位一体的管理模式，为油田地质档案中非结构化数据的管理与应用探索出了一个有效的模式。

关键词 非结构化 数据存储 地质档案 应用 管理

0 引言

随着我国经济建设的不断发展，信息越来越成为企业或者组织的核心和命脉。对于信息密集型的石油行业来说尤其如此。在多年的生产实践中，国内的石油行业已经发展出了针对大部分信息的数据综合管理、数据应用、企业标准和行业标准等技术和成果，极大地支撑了石油勘探开发的各个过程。然而，和国外的石油公司相比，在信息的协同、分析、挖掘、共享、决策支持、集群计算上还存在一定的差距，这其中的核心要点就是如何对非结构化数据进行有效的存储和利用。

对于典型的石油工业企业来说，信息存在于各种载体中，例如纸质的书籍或者论文、PDF文档、图形图像文件、扫描件、电子书、光盘等，这些信息最终都可以转化为非结构化数据。而对非结构化信息的管理需要面对如下问题：

高容量：非结构化数据通常是一个或多个文档、图件、多媒体等，容量在百兆、千兆级的比比皆是。

异构化：非结构化数据的来源、格式、载体都各不相同，难以进行统一的管理和检索。

复杂性：非结构化数据因其高容量、异构的特点，在存储、检索、过滤、提取、分析和挖掘方面非常复杂。

再处理：非结构化数据在定制、交换、加密方面存在大量的个性化需求，格式的差异和多样性也导致了对这些数据的再处理非常困难。

本文即是对这些问题进行详细的讨论和研究，结合油气田地质档案非构化数据的存储与利用，探讨一种可行的方法和合理的解决方案。

1 非结构化数据管理的技术架构

非结构化数据与结构化数据相对，系指不方便用数据库二维逻辑表来表现的数据即称为非结构化数据，包括所有格式的办公文档、文本、、XML、HTML、各类报表、图像和音/信息等。

西南油气田通过配置和集成软硬件产品，设计并实施了适合非结构化数据存储与利用的技术架构，由低到高分别是数据集(预处理)、数据存储、数据管理、数据使用(图1)。

图1 非结构化数据存储与利用的技术架构图

数据集是非结构化数据管理最基础的过程，是把原始的或者第一手的资料转化成可供处理的数字化信息的关键步骤。

非结构化数据存储是把勘探科研、生产、管理中产生的文档、图件、专著存放在数据库或者文件服务器上。一般用两种方式：一是把非结构化数据转换成二进制流，存放在关系型数据库中，同时一并记录相关的信息(可自定义)；二是把非结构化数据保存到目录服务器上，在关系数据库中只记录目录服务器上的索引信息和信息(可自定义)。图2示意了这两种方式。

图2 非结构化数据存储示意图

数据管理是对已经存储成功并且经过了结构化的信息进行再处理，包括数据的分类、检索、元数据化、标准化、统计和归并。

数据使用是非结构化数据管理的最终目的，信息如果不能交流、共享，那么一个组织产生的信息再多，也不免成为信息孤岛。用基于.net和Web Service体系架构，为信息的共享和协同提供了技术上的保障。

2 非结构化数据管理应用解析

西南油气田按非结构化数据管理的技术架构开发并组建了西南油气田地质资料管理平台体系，对非结构化数据的管理实现了6大功能：非结构化数据的整理、元数据、基于索引服务器的全文检索、索引编制、任务管理、知识管理(表1)。

表1 中石化西南油气田非结构化数据管理功能统计表

2.1 非结构化数据管理的功能架构

西南油气田地质资料管理平台是一个完全的B/S模式资料管理系统和信息发布系统，其中，地质资料管理系统包括用户管理、机构管理、权限管理、日志管理、数据管理、资料上传、资料整理、资料审核、元数据、资料检索。信息发布系统包括资料借阅、资料上传、在线浏览、资料检索、下载。

除了能够完成资料管理和信息发布的功能外，还依据自身的工作方式，在平台中加入了本企业元素，如：资料属性的自定义、用户功能选择、借阅流程与归档著录一体化流程的植入、上传和下载的压缩与加密、用户与安全方案的自动绑定，新到资料的查询、个性化报表的查询和打印、催还信息的发布等。主要功能架构如图3。

图3 功能架构图

2.2 西南油气田地质资料非结构化数据管理的主要特点

2.2.1 地质资料及文档的包装和结构化

在数据存储方面，用了基于Web Service数据访问层组件，通过修改设置可以分别连接Oracle 9 i数据库、SQL Server 2000数据库等多种数据库，用户可以根据需要选择。地质资料及文档的包装和结构化是指在数据集和存储方面用了“资料体-文件体”的二元封包方式。对所有类型的文件或者文件集合都可以定义为资料体，同时用元数据对资料体进行描述；从逻辑上来说，资料体是一个或者多个文件实体的集合，通过这种方式，就统一了各类非结构化数据的表现形式、外观和行为，有利于将来的数据交换和协同。图4描述了这种二元关系。

图4 非结构化数据的二元封包方式

2.2.2 任务管理

文档资料被集并提交，资料体和元数据信息就会被写入关系数据库中(目前支持Oracle)，而文件体会通过任务自动上传到专门的文件服务器中，同时由索引服务自动为这个文件体创建索引。入库文档资料的默认存储方式是通过磁盘文件来存放的，如果需要把入库文档资料以二进制流的形式保存到关系数据库中，则需要部署和配置数据持久化服务。图5对文档资料集和存储的过程进行了直观的描述。

图5 文档资料集和存储的任务管理流程

任务管理是对上传下载过程的任务化。为了应对文档资料的集要求，使用上传任务来管理上传过程，整个过程可以通过服务在后台依次自动完成，对用户的操作不造成任何影响，避免了传统的文件集过程中用户需要耗费大量的时间来等待上传；为了确保数据的完整性，上传过程支持断点续传。直观的上传任务管理器把需要上传的文档存放在任务队列中，用户可以随时停止或者启动上传任务，最大程度的减少因为网络状况或者容量问题带来的不便。

2.2.3 元数据的定义和描述

在数据集的过程中可以对文件定义元数据，文件的元数据继承自所属的案卷属性，这样一旦将文件归入某一个资料类别，那么就可以设置这个文件的扩展信息；另一方面，分类的元数据格式能够成为这一类文件的元数据模板，同类文件的元数据格式都是相同的，便于进行同类资料的数据交换。图6说明了案卷(资料类型)、文件和元数据的关系。

元数据作为非结构化数据的标签，其意义是非常重要的，系统的检索功能的查全和查准率主要是基于元数据的定义是否合理和准确，因此系统必须要提供元数据信息的修改和动态扩展功能，只有提供了上述功能，系统的信息描述才可能准确和丰富，这也是很多类似的信息系统所缺乏的。

图6 案卷、文件和元数据的关系

依据中石化企业标准《Q/SH0167—2008石油天然气勘探与开发地质资料立卷归档规则》，根据地质资料管理的特点，结合西南油气田的实际情况，需求分析，明确各种(系统管理、资料加载和在线浏览、资料查询、资料借阅和下载、资料销毁、资料压缩加密、资料审核、资料接收和分发)功能，对地质资料的文件元数据、档案元数据、企业扩展元数据进行了充分研究与定义，实现了不同类别的地质资料定义不同属性，方便查询与借阅。例如表2。

表2 地质资料元数据属性表

2.2.4 基于文件索引服务器的全文检索

对非结构化数据的检索用了两种方式：基于属性、关键字的精确检索和基于内容的全文检索。全文检索过程取了提交—建索引—查找—组织结果—返回的过程来完成。非结构化数据被提交到了文件服务器，索引服务程序就创建或者更新索引文件(自动过程)，当用户发出检索请求时，通过搜索引擎，获取包含请求内容的结果并返回给请求者。索引服务程序能够从入库的文档资料中自动抽取文本内容(图7)。

索引服务程序的工作包括：侦测文件目录的变化，文件被上传、移动、修改或者删除，就更新对应的索引；定期对文件目录的整个范围进行索引优化，保障索引在全局上的有效性和效率，这个工作可以自动完成，也可以由用户手动完成。

西南油气田基于此提供多种逻辑查询，如模糊查询、全文查询、精确查询，以及目录浏览和全文浏览。如图8。

图7 全文检索工作过程

图8 查询检索截图

2.3 西南油气田非结构化管理应用效果

西南油气田从2005年开始全面启动地质资料非结构化数据建设，经过多年的共同努力，全面完成了地质资料的非结构化目录数据库建设，共计入库地质资料条目125万条，完成了不同类别地质资料的元素据设计并进行了全面属性提取，提取的内容包括了文件元数据、档案元数据以及企业扩展元数据三大类，为地质资料网络化管理与利用提供了强有力的搜索引擎包。

同时，按照非结构化数据建设理论，西南油气田积极开展了成果地质资料全文数据库与地质图形库的建设，通过历史文档与图形的扫描整理，共计入库电子文档24万个，总容量2.9 T。与油田气地质资料目录数据库相结合，通过地质资料管理系统，实现了地质资料非结构化数据网络完整发布与全面应用。

经统计分析，在实现非结构化数据的网络化管理与应用以后，西南油气田近5年地质资料年平均利用率高达11万件次/年，是建成前的4.5 倍，有效提高了地质档案资料的管理、使用水平，节约了成本，取得了良好的经济效益。

3 非结构化数据的管理模式探索

作为企业信息的表现形式，非结构化数据的管理不单单是一个技术体系或者一个系统，而应该是一个庞大的系统工程。笔者根据西南油气田地质档案多年的信息化建设经验和非结构化数据管理经验，认为“技术解决方案、行政管理模式和数据服务”三位一体的管理模式是油气田非结构化数据管理的有效模式(如图9 所示)。

图9 非结构化数据管理模式图

首先，行政管理模式是整个非结构化数据管理的组织保障，由稳定的管理团队、完备的可行性研究、明确的管理需求、充分的风险评估以及务实的组织实施组成。良好的行政管理模式能够确保一个组织上下一心，共同推进信息体系建设，可以说它决定整个体系建设的成败。

数据服务是非结构化数据信息管理的基础。是指对非结构化数据进行集、创建、加工、传递、组织、整理与规范的过程。同时也是用户和开发者之间的润滑剂，首先它能够按照用户的需求为用户处理大量枯燥的数据整理和规范工作，其次从用户的角度，指出软件的缺陷，并敦促开发者进行修改。通过数据服务，可以有效地保障用户业务的高效运转、技术体系的不断完善，发挥信息体系建设的最大效能。

技术解决方案从产品层面为非结构化数据的管理提供了软硬件平台，是从数据集到应用的完整的技术体系。包括：基于多种大型关系数据库的信息存储体系、基于内容的非结构化数据的文件服务器、提供全文检索、关联检索的索引服务器、基于元数据的灵活的文件交换格式和个性化定制、灵活的权限策略和强大的安全策略；技术解决方案是非结构化数据存储与利用的核心。

4 结束语

非结构化数据存储和应用是各油田分公司勘探决策支持系统的重要组成部分，这一部分研发成功后，能够为决策支持所需要的信息提供基础的平台。同时，基于这个平台之上的非结构化数据的应用能够直接为决策支持系统服务，通过信息协同、文件检索、数据挖掘和知识管理等技术和概念的应用，能够使油气田信息化建设上缩短甚至达到国际先进水平，向着勘探数字化、数据资产化、工作协同化和决策科学化方向迈进一大步，从而带来巨大的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]张志刚，姚玮.海量非结构化数据存储问题初探[J].中国档案，2009(8).

[2]吴广君，王树鹏，陈明，李超.海量构化数据存储检索系统[J].计算机研究与发展，2011(7).

GIS技术在国内的研究现状及其发展趋势

西安石油大学石油与天然气工程学科是西安石油大学下属的一个在职研究生学科，西安石油大学大学设有石油工程学院、地球科学与工程学院、电子工程学院、机械工程学院、材料科学与工程学院、计算机学院、化学化工学院、理学院、经济管理学院、人文学院、外国语学院、继续教育学院 ( 职业技术学院)、国际教育学院、思想政治理论教学科研部、音乐系、体育系16个院系部。西安石油大学石油与天然气工程学科研究生培养方案如下：

一、石油与天然气工程学科概况

“油气田开发工程”、“油气井工程”、“油气储运工程” 等学科分别于1990年、1994年和2001年获得硕士学位授权，2006年获得“石油与天然气工程”一级学科的硕士学位授权。2002年与2003年分别获得工程硕士与联合培养博士学位授权。在石油钻化学与环境保护、油气田开发与渗流理论及应用、油气井工程测量控制与信息应用技术、油气储输及安全技术等方面形成了鲜明特色。

本学科现有教授21人，副教授23人，博士学位教师38人。其中省“三秦学者”、“百人”和“教学名师”等6人，2007年被评为省级教学团队。本学科为陕西省重点学科，拥有国家、省部级重点实验室和工程中心等9个。“十一五”期间承担国家和省部级科研项目292项，科研经费共计1.1亿元。

二、石油与天然气工程培养目标

培养学生品行优良，具有良好的科学道德、敬业精神和合作精神;应掌握本学科坚实的基础理论和系统的专业知识，了解本学科发展趋势及技术研究前沿;能够运用专业知识、数学物理/化学方法、计算机技术等多种综合手段，分析和解决石油与天然气工程实践中存在的问题。具有从事科学研究工作或从事专门技术工作的能力。熟练掌握一门外语，具有实践能力、创新精神、国际视野与严谨求实的科学态度和作风。

三、石油与天然气工程培养年限

学习年限一般为3年，最长不超过4年。

四、二级学科及特色研究方向

本学科的二级学科包括：油气井工程、油气田开发工程、油气储运工程、海洋油气工程、非常规油气开发工程。

本学科形成了4个稳定的研究方向。

1. 石油钻化学与环境保护

本方向通过油气田开发工程、油气田应用化学与工程、环境化学与工程理论与技术交叉融合，进行化学作用机理研究及化学添加剂体系的开发与应用，为提高油气收率、保护储层与保护环境提供技术支撑。

2. 油气田开发与渗流理论及应用

本方向主要研究复杂油气藏油气渗流特征和物理/化学法油技术方法;建立油气田开发综合智能信息决策系统理论;将爆炸与燃烧、大功率电磁波等军工和高新技术应用于油气工程;研究物理(电磁、振动、高能气体)—化学耦合油增产新理论、新方法和新技术。

3. 油气井工程测量控制与信息应用技术

本方向主要研究油气井工程测量控制技术(特别是随钻测量和导向钻井控制技术);对油气井信息进行实时集、传输和处理，并与油气井测控技术相结合，实现油气井工程的动态监测、优化、控制以及提高决策与管理水平。

4. 油气储输及安全技术

本方向主要研究油气集输、储运工艺技术和完整性分析技术等。

五、课程设置、学时及学分规定

硕士研究生课程学习实行学分制，规定总学分(含实践环节)为32学分。课程结构设置为学位课、非学位课和必修环节。课程学习每18学时记1学分，学生必须修满32个学分。

六、培养方式与方法

1.研究生培养要德、智、体、美全面发展。政治理论学习应与思想政治教育相结合，积极参加公益劳动和体育活动。

2.研究生培养要理论联系实际，要深入掌握本学科专业的基础理论和专业知识，又要掌握教学、科研的方法，具备从事科学研究和独立担负专门技术工作的能力，要注意拓宽专业面。

3.在教学上，注重培养学生独立工作的能力，科学思维方法和创造性。教学的形式可以多样，应创造条件让研究生参加学术交流活动，了解本专业科技发展动向。

4.硕士研究生培养实行导师负责制。导师根据学位条例和培养方案，对每一位研究生制定出切实可行的培养。导师应教书育人，对研究生的政治思想、业务学习、工作科研等方面要定期检查，认真指导研究课题的进行。要注意培养研究生独立工作能力、创造能力和进取精神。

七、学位论文

论文工作是使研究生在科研方面受到较全面的基本训练，培养独立担负专门技术工作的能力。论文工作包括阅读文献、开题报告及撰写论文等。

1. 文献阅读和综述报告

在进入课题前，学生应查阅有关本研究方向和领域发展状况的国内外学术论文和技术报告，阅读数量不少于50篇(国外至少20篇)，并完成一份综述报告(3000-5000字)。

2. 学位论文选题和开题报告

学位论文选题来源于应用课题或现实问题，有明确的职业背景和应用价值，并有一定的工作量。要能体现学生综合应用理论、方法和技术研究并解决工程技术问题或社会实践问题的能力。

开题报告选题应属于本学科范围。开题报告应该包括论文开题依据、研究内容、技术路径、创新点，以及论文完成拟提交的最终成果，由包括指导教师在内的论证小组给出评定意见。第五学期进行论文中期检查。

3. 学位论文质量要求

学位论文工作达到在开题中规定的目标，由学生独立完成。学位论文要求文句简练、通顺、图表清晰、数据可靠、撰写规范、严格准确地表达研究成果，实事求是地表述结论。

4. 学位论文评阅和答辩

需按照《西安石油大学硕士学位授予工作细则》执行。

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0 引言

随着计算机技术的飞速发展、空间技术的日新月异及计算机图形学理论的日渐完善，GIS（Geographic Information System）技术也日趋成熟，并且逐渐被人们所认识和接受。近年来，GIS被世界各国普遍重视，尤其是“数字地球”概念的提出，使其核心技术GIS更为各国所关注。目前，以管理空间数据见长的GIS已经在全球变化与监测、军事、管理、城市规划、土地管理、环境研究、农作物估产、灾害预测、交通管理、矿产评价、文物保护、湿地制图以及部门等许多领域发挥着越来越重要的作用。当前GIS正处于急剧发展和变化之中，研究和总结GIS技术发展，对进一步开展GIS研究工作具有重要的指导意义。因此，本文就目前GIS技术的研究现状及未来发展趋势进行总结和分析。

1 GIS研究现状及其分析

1.1 GIS研究现状

世纪90年代以来，由于计算机技术的不断突破以及其它相关理论和技术的完善，GIS在全球得到了迅速的发展。在海量数据存储、处理、表达、显示及数据共享技术等方面都取得了显著的成效，其概括起来有以下几个方面[1]：①硬件系统用服务器/客户机结构，初步形成了网络化、分布式、多媒体GIS；②在GIS的设计中，提出了用“开放的CIS环境”的概念，最终以实现共享、数据共享为目标；③高度重视数据标准化与数据质量的问题，并已形成一些较为可行的数据标准；④面向对象的数据库管理系统已经问世，正在发展称之为“对象——关系DBMS（数据库管理系统）”；⑤以CIS为核心的“3S”技术的逐渐成熟，为与环境工作提供了空间数据新的工具和方法；⑥新的数学理论和工具用CIS，使其信息识别功能、空间分析功能得以增强等等。

在GIS技术不断发展下，目前GIS的应用已从基础信息管理与规划转向更复杂的区域开发、预测预报，与卫星遥感技术相结合用于全球监测，成为重要的决策工具。据有关部门估计，目前世界上常用的GIS软件己达400多种[2].国外较著名的GIS软件产品有[3]：Auotodesk系列产品、Arc/Info、MapInfo及其构件产品、Intergraph、Microstation等，还有Web环境下矢量地图发布的标准和规范，如XML、GML、SVG等等。我国GIS软件研制起步较晚，比较成熟的测绘软件主要有南方CASS，MapGIS，GeoStar，SuperMap等。尽管现存的GIS软件很多，但对于它的研究应用，归纳概括起来有二种情况：一是利用GIS系统处理用户的数据；二是在GIS的基础上，利用它的开发函数库二次开发用户专用的GIS软件。目前已成功应用包括管理、自动制图、设施管理、城市和区域规划、人口和商业管理、交通运输、石油和天然气、教育、军事等九大类别的一百多个领域。在美国及发达国家，GIS的应用遍及环境保护、灾害预测、城市规划建设、管理等众多领域。近年来，随着我国经济建设的迅速发展，加速了GIS应用的进程，在城市规划管理、交通运输、测绘、环保、农业等领域发挥r重要的作用，取得了良好的经济效益和社会效益。

1.2 当前GIS发展存在的主要问题

基于以上GIS技术现状研究，本文分析认为GIS技术在模型、数据结构等方面存在着不足，一定程度上制约了GIS技术的发展。

（1）数据结构方面存在的问题

目前通用的GIS主要有矢量、栅格或两者相加的混合系统，即使是混合系统实际上也是将两类数据分开存储，当需要执行不同的任务时用不同的数据形式。在矢量结构方面，其缺点是处理位置关系（包括相交、通过、包含等）相当费时，且缺乏与DEM和RS直接结合的能力。在栅格结构方面，存在着栅格数据分辨率低，精度差；难以建立地物间的拓扑关系；难以操作单个目标及栅格数据存贮量大等问题[4].

（2）GIS模型存在的问题

传统GIS模型是按照计算机的方法对客观世界地理空间不自然的分割和抽象，使得人们认知地理空间的认知模型与计算机中的数据模型不能形成良好的对应关系，难以表达复杂的地理实体，更难满足客观世界的整体特征要求。在GIS软件开发中，如果语义分割不合理，将难以有效表达地理空间实体间的关系，这就导致较深层次的分析、处理操作难以实现。随着GIS应用需求领域的不断开拓及计算机技术的迅速发展，对空间数据模型和空间数据结构提出了更高的要求，使得传统的地理空间数据模型力不从心，逐渐暴露其弊端。

目前，面向对象的数据模型一定程度上解决了传统GIS数据模型的某些不足，但是OODB（面向对象数据库）目前仍未在市场以及关键任务应用方面被广泛接受，因为OODB作为一个DBS还不太成熟，如缺少完全非过程性的查询语言以及视图、授权、动态模式更新和参数化性能协调等；且OODB与RDB之间缺少应有的兼容性，因而使得大量的已建立起来的庞大的RDB客户不敢轻易地去选择OODB.

（3）其他方面亟待解决的问题

当前，GIS正处在一个大变革时期，GIS的进一步发展还面临不少问题，主要表现在以下几个方面[5]：①GIS设计与实现的方法学问题。在GIS设计与实现过程中缺乏面向对象的认知方法学和面向对象的程序设计方法学的指导，导致GIS软件系统的可靠性和可维护性差；②GIS的功能问题。当前以数据集、存储、管理和查询检索功能为主的GIS，不能满足社会和区域可持续发展在空间分析、预测预报、决策支持等方面的要求，直接影响到GIS的应用效益和生命力；③三维GIS模型及可视化问题。目前大多数GIS软件的图形显示是基于二维平面的，即使是三维效果显示也是用DEM的方法来处理表达地形的起伏，涉及到地底下真三维的自然和人工现象显得无能为力。

2 GIS未来发展趋势

2.1数据管理方面

（1）多比例尺、多尺度和多维空间数据的表达[6]

对于多比例尺数据的显示，将运用影像金字塔技术、细节分层技术和地图综合等技术；而为了实现GIS的动态、实时和三维可视化，出现存储真三维坐标数据的3D GIS和真四维时空GIS，这其中涉及了空间数据的海量存储、时空数据处理与分析以及快速广域三维计算与显示等多项理论与技术[7].

（2）三库一体化的数据结构方向

空间数据库向着真正面向对象的数据模型和图形矢量库、影像栅格库和DEM格网库三库一体化数据结构的方向发展[8].这种三库一体化的数据结构改变了以图层为处理基础的组织方式，实现了直接面向空间实体的数据组织，使多源空间数据的录入与融合成为了可能，从而为GIS与遥感技术的集成创造了条件。

（3）基于空间数据仓库（Spatial Data warehouse）的海量空间数据管理的研究

空间数据量非常大，而且数据大都分散在、私人机构、公司的各个部门，数据的管理与使用就变得非常复杂，但这些空间数据又具有极大的科学价值和经济价值，因此大多数发达国家都比较重视空间数据仓库的建立工作，许多研究机构和部门都参与到空间数据仓库建立的研究工作。

（4）利用数据挖掘技术进行知识发现

空间数据挖掘是从空间数据库中抽取隐含的知识、空间关系以及其他非显式的包含在空间数据库中但以别的模式存在的信息供用户使用，这是GIS应用的较高层次。由于目前空间数据的组织与管理仍局限于二维、静态、单时相，且仍以图层为处理基础，因此，当前的GIS软件和空间数据库还不能有效地支持数据挖掘。

2.2技术集成方面

（1）“3S”集成

“3S”是GPS（全球定位系统）、RS（遥感）和GIS的简称，“3S”集成是指将遥感、空间定位系统和地理信息系统这三种对地观测技术有机地集成在一起。地理信息是一种信息流，RS、GPS和GIS中任何一个系统都只侧重于信息流特征中的一个方面，而不能满足准确、全面地描述地理信息流的要求。因此，无论从物质运动形式、地学信息的本质特征还是“3S”各自的技术特征来说，“3S”集成都是科技发展的必然结果。

目前，“3S”集成还仅限于两两结合方式，这是“3S”集成的初级和基础起步阶段，其核心是GIS与RS的结合。这种两两结合虽然优于单一系统，但是仍然存在以下缺陷。将“3S”进行集成从而形成一体化的信息技术体系是非常迫切的。这种集成包括空基“3S”集成和地基“3S”集成，即在硬件方面建立具有同步获取涉谱数据和空间数据的高重复观测能力的平台，而在软件方面使GIS支持数据封装，同时解决图形和图像数据的统一处理问题。

（2）GIS与虚拟现实技术的结合

虚拟现实（Virtual Reality）是一种最有效地模拟人在自然环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术，是当代信息技术高速发展和集成的产物。从本质上说，虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口，通过计算机建立一种仿真数字环境，将数据转换成图形、声音和接触感受，利用多种传感设备使用户“投入”到该环境中，用户可以如同在真实世界那样“处理”计算机系统所产生的虚拟物体。将虚拟和重建逼真的、可操作的地理三维实体，GIS用户在客观世界的虚拟环境中能更有效的管理、分析空间实体数据。因此，开发虚拟GIS已成为GIS发展的一大趋势。

（3）分布式技术、万维网与GIS的结合[9]

目前，随着Internet技术的迅猛发展，其应用已经深人到各行各业，作为与我们日常生活息息相关的GIS也不例外，它们的结合产生了web GIS.当前Web GIS系统已经得到迅速的发展，到1999年1月，仅在美国出现的这类系统就有23种之多。又由于客户端可能会用新的应用协议，因此也被认为是Internet GIS.

计算机网络技术的飞速发展，分布式计算的优势日益凸显，GIS与分布式技术结合也就成为必然，它们的结合即构成了分布式CIS.它就是指利用最先进的分布式计算技术来处理分布在网络上的异构多源的地理信息，集成网络上不同平台上的空间服务，构建一个物理上分布，逻辑上统一的GIS.它与传统GIS最大的区别在于它不是按照系统的应用类别、运行环境划分的，而是按照系统中的数据分布特征和针对其中数据处理的计算特征而分类的。

（4）移动通信技术与CIS的结合发展[10]

WAP/WML技术作为无线互联网领域的一个热点，已经显示了其巨大的应用前景和市场价值。WAP柳ML技术与GIS技术的结合产生了移动GIS（Mobile GIS）应用和无线定位服务LBS（Location一basedServices）。通过WAR/WML技术，移动用户几乎可以在任何地方、时间获得网络提供的各种服务。无线定位服务将提供一个机会使GIS突破其传统行业的角色而进人到主流的IT技术领域里。大多数的分析家都认为，到2010年，无线网络将成为全球数据传送的主要途径。GIS的未来将会由其机动性所决定。

当前用于地理信息交互的语言还不足以完成真正的“设备无关接口”的互操作。各种移动设备对于从地理信息服务器所获得的信息，其表现方式是各不相同的，用户输人方式也不相同。因此，对于不同的移动设备需要一种统一的标记语言。无线定位服务将提供一个机会使GIS突破其传统行业的角色而进人到主流的IT技术领域里：大多数的分析家都认为，到2010年，无线网络将成为全球数据传送的主要途径。GIS的未来将会由其机动性所决定。

（5）GIS与决策支持系统（DSS）的集成[11]

决策支持系统（Decision Support System，简称DSS）是以管理学、运筹学、控制论、行为科学和人下智能为基础，运用信息仿真和计算手段为基础，综合利用现有的各种数据库、信息和模型来决策者或决策分析人员解决结构化和半结构化问题，甚至非结构化问题的人机交互系统。

目前，绝大多数的GIS还仅限于图形的分析处理，缺乏对复杂空间问题的决策支持，而目前绝大多数的DSS则无法向决策者提供一个友好的可视化的决策环境。因此，将GIS与DSS相集成，最终形成空间决策支持系统（SDSS），借助GIS强大的空间数据处理分析功能，并在DSS中嵌入空间分析模块，从而决策者求解复杂的空间问题，这是GIS应用向较高层次的发展。其中SDSS中知识的表达、获取和知识推理以及模型库、知识库、数据库三库接口的设计是哑待解决的关键问题。

2.3 发展历程方面

自20世纪60年代世界上第一个GIS——加拿大地理信息系统（CGIS）问世以来，经过40年的发展，GIS经历了三个阶段的发展。目前，随着第三代互联网的提出与实施，以及计算机技术、数据库技术的飞速发展，GIS即将步入第四代GIS发展阶段。

第四代GIS软件将在数据组织、存储、检索和运算等方面发生革命性的变革。数据组织应该是面向空间实体的，空间位置只是实体众多属性中的一类，它应和其它属性有机地组织在一起并统一存放：“关系”概念和“关系运算”应该加以扩充，应该包括空间关系及其运算；传统的结构化查询语言应该扩充，把空间关系及其查询包括在里面；以倒排表为基础的数据库索引机制应该扩展，建立至少包括拓扑关系在内的新的索引机制；数据存储机制应该适应空间数据提取和计算的要求等。只有实现数据真正的一体化存储和处理，才能自由地、方便地、快速地实现人们所期望的处理功能。在功能上，第四代GIS软件应该具备支持数字地球（区域、城市）的能力，成为OS、DBMS之上的主要应用集成平台，它具有统一的海量存储、查询和分析处理能力、一定的三维和时序处理能力、强大的应用集成能力和灵活的操纵能力，且具有一定的虚拟现实表达。

3 结束语

通过以上对GIS现状及发展趋势的分析，可以看出，GIS作为信息产业的重要组成部分，正以前所未有的速度向前发展。把握当前GIS的技术发展现状及不足，有利于人们预见GIS的发展趋势，站在更高更远的角度去扬长避短，较好地促进GIS技术的快速发展。随着地理信息系统产业的建立和数字化住处产品在全世界的普及，GIS将深人到各行各业以至千家万户，成为人们生产、工作、学习和生活中不可缺少的工具和助手。

油气储运计算机技术应用是什么？

天然气也同原油一样埋藏在地下封闭的地质构造之中，有些和原油储藏在同一层位，有些单独存在。对于和原油储藏在同一层位的天然气，会伴随原油一起开出来。对于只有单相气存在的，我们称之为气藏，其开方法既与原油的开方法十分相似，又有其特殊的地方。

基本介绍 中文名 ：天然气开 由于 ：天然气密度小 密度 ：为0.75～0.8千克/立方米 埋藏在 ：地下封闭的地质构造之中 概要,中国发展,相关政策,勘测方法, 概要 由于天然气密度小，为0.75～0.8千克/立方米，井筒气柱对井底的压力小；天然气粘度小，在地层和管道中的流动阻力也小；又由于膨胀系数大，其弹性能量也大。因此天然气开时一般用自喷方式。这和自喷油方式基本一样。不过因为气井压力一般较高加上天然气属于易燃易爆气体，对气井口装置的承压能力和密封性能比对油井口装置的要求要高的多。 天然气开也有其自身特点。首先天然气和原油一样与底水或边水常常是一个储藏体系。伴随天然气的开进程，水体的弹性能量会驱使水沿高渗透带窜入气藏。在这种情况下，由于岩石本身的亲水性和毛细管压力的作用，水的侵入不是有效地驱替气体，而是封闭缝缝洞洞或空隙中未排出的气体，形成死气区。这部分被圈闭在水侵带的高压气，数量可以高达岩石孔隙体积的30%～50%，从而大大地降低了气藏的最终收率。其次气井产水后，气流入井底的渗流阻力会增加，气液两相沿油井向上的管流总能量消耗将显著增大。随着水侵影响的日益加剧，气藏的气速度下降，气井的自喷能力减弱，单井产量迅速递减，直至井底严重积水而停产。目前治理气藏水患主要从两方面入手，一是排水，一是堵水。堵水就是用机械卡堵、化学封堵等方法将产气层和产水层分隔开或是在油藏内建立阻水屏障。目前排水办法较多，主要原理是排除井筒积水，专业术语叫排水气法。 中国发展 自从1998年以来，在塔里木盆地、鄂尔多斯盆地、四川盆地相继发现的特大型气田非但出人意料地开启了中国全国性的天然气时代，亦戏剧性地增加了这个国家在国际天然气市场交易中的谈判筹码。中国陆上气田已探明地质储量超过陆海气田总储量的90%以上。对陆上气田产能的判断将使天然气业者对诸如进口天然气、境内市场的决策产生重要影响。在另一方面，近10年以来，针对中国海洋天然气产能前景的乐观情绪相当高涨。但如果摘下民族主义者的眼镜，中国天然气业者将发现期望和现实开发套用之间存在相当大的鸿沟：东海和南中国海的气田存在地区争议，以当前局势而言在十二五、十三五甚至十四五期间亦难有较大转圜；除了近期新开发的珠江口盆地荔湾3-1气田外，其他开利用中的海上气田都是中小型气田，全部产能累加仅接近于1.5个沿海接收站的最大供气能力。 塔里木盆地的天然气开和集输局部 近年来中国的石油和天然气开业发展迅速。2006年1-12月，中国石油天然气开行业累计实现工业总产值759,073,351千元，比2005年同期增长了24.74%；累计实现产品销售收入773,655,604千元，比2005年同期增长了27.24%；累计实现利润总额363,568,825千元，比2005年同期增长了24.22%。2007年1-11月，中国石油天然气开行业累计实现工业总产值726,174,178千元，比2006年同期增长了4.82%；累计实现产品销售收入767,905,515千元，比2006年同期增长了6.98%，累计实现利润总额334,817,296千元，比2006年同期下降了7.72%。2008年1-10月，中国石油和天然气开行业累计实现工业总产值155,299,892千元，比2007年同期增长了46.85%；累计实现产品销售收入154,189,131千元，比2007年同期增长了42.07%；累计实现利润总额78,834,704千元，比2007年同期增长了61.23%。 春晓和平湖油气田群的开和集输 中国近海海域发育了一系列沉积盆地，总面积达近百万平方公里，具有丰富的含油气远景。这些沉积盆地自北向南包括：渤海盆地、北黄海盆地、南黄海盆地、东海盆地、冲绳海槽盆地、台西盆地、台西南盆地、台东盆地、珠江口盆地、北部湾盆地、莺歌海-琼东南盆地、南海南部诸盆地等。中国海上油气勘探主要集中于渤海、黄海、东海及南海北部大陆架。 根据院2003年5月9日颁布的《全国海洋经济发展规划纲要》，中国近海石油量约240亿吨，海洋可再生能源理论蕴藏量6.3亿千瓦。到2010年海洋产业增加值将占GDP5%以上，海洋经济将成为国民经济新的增长点。 2005-2020年期间，中国石油天然气产量远远不能满足需求，且供需缺口将越来越大。中国对天然气的需求将以每年15%左右的速度增长，2010年将超过1,000亿立方米，2020年将达到2,000亿立方米，占整个能源构成的10%。 根据分析：预计到2020年，海洋石油占全球石油开量的35%。而我国目前海洋石油占石油开总量不足1/5，提升潜力巨大。 相关政策 第一章 总则 第一条 为了规范石油天然气(以下简称油气)开活动的会计处理和相关信息的披露,根据《企业会计准则--基本准则》,制定本准则. 第二条 油气开活动包括矿区权益的取得以及油气的勘探、开发和生产等阶段. 第三条 油气开活动以外的油气储存、集输、加工和销售等业务的会计处理,适用其他相关会计准则. 第二章 矿区权益的会计处理 第四条 矿区权益,是指企业取得的在矿区内勘探、开发和生产油气的权利. 矿区权益分为探明矿区权益和未探明矿区权益.探明矿区,是指已发现探明经济可储量的矿区;未探明矿区,是指未发现探明经济可储量的矿区. 探明经济可储量,是指在现有技术和经济条件下,根据地质和工程分析,可合理确定的能够从已知油气藏中开的油气数量. 第五条 为取得矿区权益而发生的成本应当在发生时予以资本化.企业取得的矿区权益,应当按照取得时的成本进行初始计量: (一)申请取得矿区权益的成本包括探矿权使用费、矿权使用费、土地或海域使用权支出、中介费以及可直接归属于矿区权益的其他申请取得支出. (二)购买取得矿区权益的成本包括购买价款、中介费以及可直接归属于矿区权益的其他购买取得支出. 矿区权益取得后发生的探矿权使用费、矿权使用费和租金等维持矿区权益的支出,应当计入当期损益. 第六条 企业应当用产量法或年限平均法对探明矿区权益计提折耗.用产量法计提折耗的,折耗额可按照单个矿区计算,也可按照若干具有相同或类似地质构造特征或储层条件的相邻矿区所组成的矿区组计算.计算公式如下: 探明矿区权益折耗额=探明矿区权益账面价值t探明矿区权益折耗率探明矿区权益折耗率=探明矿区当期产量/(探明矿区期末探明经济可储量+探明矿区当期产量) 第七条 企业对于矿区权益的减值,应当分别不同情况确认减值损失: (一)探明矿区权益的减值,按照《企业会计准则第8号--资产减值》处理. (二)对于未探明矿区权益,应当至少每年进行一次减值测试. 单个矿区取得成本较大的,应当以单个矿区为基础进行减值测试,并确定未探明矿区权益减值金额.单个矿区取得成本较小且与其他相邻矿区具有相同或类似地质构造特征或储层条件的,可按照若干具有相同或类似地质构造特征或储层条件的相邻矿区所组成的矿区组进行减值测试. 未探明矿区权益公允价值低于账面价值的差额,应当确认为减值损失,计入当期损益.未探明矿区权益减值损失一经确认,不得转回. 第八条 企业转让矿区权益的,应当按照下列规定进行处理: (一)转让全部探明矿区权益的,将转让所得与矿区权益账面价值的差额计入当期损益. 转让部分探明矿区权益的,按照转让权益和保留权益的公允价值比例,计算确定已转让部分矿区权益账面价值,转让所得与已转让矿区权益账面价值的差额计入当期损益. (二)转让单独计提减值准备的全部未探明矿区权益的,转让所得与未探明矿区权益账面价值的差额,计入当期损益. 转让单独计提减值准备的部分未探明矿区权益的,如果转让所得大于矿区权益账面价值,将其差额计入当期损益;如果转让所得小于矿区权益账面价值,以转让所得冲减矿区权益账面价值,不确认损益. (三)转让以矿区组为基础计提减值准备的未探明矿区权益的,如果转让所得大于矿区权益账面原值,将其差额计入当期损益;如果转让所得小于矿区权益账面原值,以转让所得冲减矿区权益账面原值,不确认损益. 转让该矿区组最后一个未探明矿区的剩余矿区权益时,转让所得与未探明矿区权益账面价值的差额,计入当期损益. 第九条 未探明矿区(组)内发现探明经济可储量而将未探明矿区(组)转为探明矿区(组)的,应当按照其账面价值转为探明矿区权益. 第十条 未探明矿区因最终未能发现探明经济可储量而放弃的,应当按照放弃时的账面价值转销未探明矿区权益并计入当期损益.因未完成义务工作量等因素导致发生的放弃成本,计入当期损益. 第三章油气勘探的会计处理 第十一条 油气勘探,是指为了识别勘探区域或探明油气储量而进行的地质调查、地球物理勘探、钻探活动以及其他相关活动. 第十二条 油气勘探支出包括钻井勘探支出和非钻井勘探支出. 钻井勘探支出主要包括钻探区域探井、勘探型详探井、评价井和资料井等活动发生的支出;非钻井勘探支出主要包括进行地质调查、地球物理勘探等活动发生的支出. 第十三条 钻井勘探支出在完井后,确定该井发现了探明经济可储量的,应当将钻探该井的支出结转为井及相关设施成本. 确定该井未发现探明经济可储量的,应当将钻探该井的支出扣除净残值后计入当期损益. 确定部分井段发现了探明经济可储量的,应当将发现探明经济可储量的有效井段的钻井勘探支出结转为井及相关设施成本,无效井段钻井勘探累计支出转入当期损益. 未能确定该探井是否发现探明经济可储量的,应当在完井后一年内将钻探该井的支出予以暂时资本化. 第十四条 在完井一年时仍未能确定该探井是否发现探明经济可储量,同时满足下列条件的,应当将钻探该井的资本化支出继续暂时资本化,否则应当计入当期损益: (一)该井已发现足够数量的储量,但要确定其是否属于探明经济可储量,还需要实施进一步的勘探活动; (二)进一步的勘探活动已在实施中或已有明确计画并即将实施. 钻井勘探支出已费用化的探井又发现了探明经济可储量的,已费用化的钻井勘探支出不作调整,重新钻探和完井发生的支出应当予以资本化. 第十五条 非钻井勘探支出于发生时计入当期损益. 第四章 油气开发的会计处理 第十六条油气开发,是指为了取得探明矿区中的油气而建造或更新井及相关设施的活动. 第十七条油气开发活动所发生的支出,应当根据其用途分别予以资本化,作为油气开发形成的井及相关设施的成本. 油气开发形成的井及相关设施的成本主要包括: (一)钻前准备支出,包括前期研究、工程地质调查、工程设计、确定井位、清理井场、修建道路等活动发生的支出; (二)井的设备购置和建造支出,井的设备包括套管、油管、抽油设备和井口装置等,井的建造包括钻井和完井; (三)购建提高收率系统发生的支出; (四)购建矿区内集输设施、分离处理设施、计量设备、储存设施、各种海上平台、海底及陆上电缆等发生的支出. 第十八条 在探明矿区内,钻井至现有已探明层位的支出,作为油气开发支出;为获取新增探明经济可储量而继续钻至未探明层位的支出,作为钻井勘探支出,按照本准则第十三条和第十四条处理. 第五章 油气生产的会计处理 第十九条 油气生产,是指将油气从油气藏提取到地表以及在矿区内收集、拉运、处理、现场储存和矿区管理等活动. 第二十条 油气的生产成本包括相关矿区权益折耗、井及相关设施折耗、设备及设施折旧以及操作费用等.操作费用包括油气生产和矿区管理过程中发生的直接和间接费用. 第二十一条 企业应当用产量法或年限平均法对井及相关设施计提折耗.井及相关设施包括确定发现了探明经济可储量的探井和开活动中形成的井,以及与开活动直接相关的各种设施.用产量法计提折耗的,折耗额可按照单个矿区计算,也可按照若干具有相同或类似地质构造特征或储层条件的相邻矿区所组成的矿区组计算.计算公式如下: 矿区井及相关设施折耗额=期末矿区井及相关设施账面价值t矿区井及相关设施折耗率矿区井及相关设施折耗率=矿区当期产量/(矿区期末探明已开发经济可储量+矿区当期产量) 探明已开发经济可储量,包括矿区的开发井网钻探和配套设施建设完成后已全面投入开的探明经济可储量,以及在提高收率技术所需的设施已建成并已投产后相应增加的可储量. 第二十二条 地震设备、建造设备、车辆、修理车间、仓库、供应站、通讯设备、办公设施等设备及设施,应当按照《企业会计准则第4号--固定资产》处理. 第二十三条 企业承担的矿区废弃处置义务,满足《企业会计准则第13号--或有事项》中预计负债确认条件的,应当将该义务确认为预计负债,并相应增加井及相关设施的账面价值. 不符合预计负债确认条件的,在废弃时发生的拆卸、搬移、场地清理等支出,应当计入当期损益. 矿区废弃,是指矿区内的最后一口井停产. 第二十四条 井及相关设施、设备及设施的减值,应当按照《企业会计准则第8号--资产减值》处理. 第六章 披露 第二十五条 企业应当在附注中披露与石油天然气开活动有关的下列信息: (一)拥有国内和国外的油气储量年初、年末数据. (二)当期在国内和国外发生的矿区权益的取得、油气勘探和油气开发各项支出的总额. (三)探明矿区权益、井及相关设施的账面原值,累计折耗和减值准备累计金额及其计提方法;与油气开活动相关的设备及设施的账面原价,累计折旧和减值准备累计金额及其计提方法. 勘测方法 1、地震仪的观测，测出由爆炸的电荷产生的震波，因而得知地表下岩石的结构。 2、地质勘探，找寻特别的岩层(含油或天然气)的位置。 3、地球重力的检查，以测量地心引力的改变，而测出石油或天然气的存在。

三维可视化技术在四川盆地油气勘探信息管理中的应用研究

油气储运过程中的安全问题，可以借助当前物联网、人工智能、可视化等前沿技术，管理。

将大数据，云计算，物联网等先进技术与油气管道业务相融合，实现异常数据智能化预警、设备 GIS 信息动态展示等功能。从而达到降低运营成本，提高生产效率，减少安全隐患的目的，进而促进管道管理的标准化，规范化和智能化进程。

助力低碳生产：低碳目标下，能源领域的数字化、智能化转型作用更加凸显。能源数字化的意义，不仅在于把人从繁重体力劳动中解放出来，对企业还有诸多好处。通过油气管道数字孪生系统，对运维数据进行实时展示，可以提升管理效率和生产效率，促进绿色低碳转型。

站场智能管控：西气东输站场运维具有多气源、多用户、用户需求种类多的特点，供气保障难度高，站场管控压力大。为了降低站场运行风险，提高管网运营效率，基于运行数据，利用强大的渲染能力，搭建的可视化解决方案，形成了集中监视的高效管控模式，实现站场分输远程自动控制，推动输气管道站场管理智能化转型，使站场运营管控效率显著提升。

设备风险智能管控：通过对压缩机组运行数据进行关联性分析，建立智能健康感知模型，生成健康状态量化评估指标。

在数据可视化领域耕耘多年，面向油气储运用户，成功研发出智慧油气管道可视化管理系统。综合了物联网、人工智能、大数据、通信技术、GIS、可视化等多种技术，对油气管道运维全生命周期数据进行统一管理与维护，系统涵盖产量分析、能耗分析、设备运维、安全防护以及厂区监控等板块。

通过可视化技术实现对日常运维的决策、智能状态感知、智能数据分析、智能信息发布、智能设备管理、智能业务管理六大功能。2D 面板用曲线图、趋势图、统计图等多种图表，实现分输量数据、进出站压力、压缩机运行状态、设备完整性、电能波形、综合流程分析等数据的实时可视化展示。

分输量可视化

随着天然气用气规模逐年增大，对天然气分输精度提出了更高要求。通过对接数据接口，将省分输量、指定分输量以及昆仑分输量进行可视化表达，管理人员可根据 2D 面板直观查看输送量具体数据以及占比情况，实现了分输监测由人工主导向智能控制的转变，在提高站场运行可靠性、稳定性的同时，大大减少了操作人员的工作量。

管道压力可视化

管道工作压力是油气管道设计中的一个重要部分。通过对接测试系统，将管道的进站压力、站内压力、出站压力进行数据集，并通过丰富完善的图表库支持，将一年内的压力变化通过折线图动态展示。点击折线图上方对应的图标即可快速查看。有利于工作人员合理调配泵站和压气站的数量、站内机组的功率以及管道的耗钢量。

设备完整性可视化

设备完整性在管理过程中，贯穿设备自安装使用开始直至报废的生命周期。引擎支持根据设备情况自由设置监控设备，将抽象复杂的数据通过可视化图表进行清晰反应，提高油气站场设备可靠性，降低生产运行风险。

电能波形可视化

拥有一个海量的数据表库，可自适应当前绝大部分浏览器尺寸及分辨率。依托物联网、大数据等新型技术对西气东输压气站 110kv ?变电站与 10kv ?变电站进行实时监测、数据分析，并根据其波动规律搭配图形组件，实现能源的高效、绿色、智慧应用与监管。

流程演示

充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，并依托其可视化技术，将西气东输二线广南支干线管道演示，包括地下管线、管线阀门、卧式分离器、旋风过滤器、空冷器等。化繁为简，便于信息的传达与沟通。

提高管道运维管理的智能化水平，将整个工艺流程透明化、可视化，从优化过程端入手达到控碳、减碳的目的。

产量分析

针对油气管道站不易实时监测、准确定位等问题，建立了基于传感器、通信、计算机等物联网技术设计的油气管道产量分析监测系统方案。

将 Web 可视化引擎与油气站管道输送产量分析系统相结合，接入产量数据至可视化平台，实时更新正输、省正输以及昆仑利用正输各支路瞬时产量、平均产量，点击设备编号可查看设备气体组成成分以及高危发热值，提高了管理的自动化、信息化水平。

总产量与产量比例信息可视化

支持通过 2D 面板对输送产量进行实时监测、通过数据统计图进行呈现。以便于运维人员对正输/反输、昆仑正输、特量进行监测掌握。

瞬时与平均产量信息可视化

选择搭载智能传感器，可对、省网以及昆仑各支路输送信息进行实时统计与监测。包括瞬时产量与平均产量，并以折线图形式展示输送量的计量数据以及波动形式，保证极差的准确性和权威性，帮助企业把握油气集输量的真实情况，提高经济效益与权威效应。

气体组分信息可视化

支持对不同设备的气体组分进行监测，包括甲烷、氮气、CO2 等气体所占比例，点击对应设备即可切换查看，实时掌控设备的运行健康状态。

耗能分析

对油气管道站而言，提高运营管理水平，降低运行能耗，是降低企业输油成本、提高经济效益的重要手段。降低输油管道运行成本的措施之一就是对每条管道、每个设备实行严格的能耗目标监测。利用丰富的图表、图形设计元素将总耗电以及压缩机耗电进行可视化表达，并根据输送方案，对油气管道未来一周的能耗进行预测，可有效查看机组能耗，提高能源利用效率。

总耗电监测

用电成本的控制与监测对油气管道输送具有重要意义。通过可视化的 2D 面板和图表的数据绑定，可对油气管道总耗电进行实时的数据展现。并用折线图统计近十天内耗电总量，为节能减排提供可靠依据。

压缩机耗电监测

压缩机作为耗电大户，在运行中会产生大量的电力消耗。能够通过压缩机能耗数据进行统一化的集，按时间排布分析，接入传感器数据实现可视化表达，实现压缩机的耗电监测的规范化、标准化，提升设备运行的经济性。

能耗预测

通过利用大数据技术，对未来一周的耗电相关指数进行全方位剖析，聚合关键指数，以专业视角进行切入，实现预警和趋势预测。对应生成动态的可视化图表，提高用户决策水平，引导油气管道管理健康发展。

能耗与省管网反输监控

通过集压缩机与其它设备能源介质数据，运用可视化组件，构建能源监控可视化看板。帮助用户结合历史数据趋势和警报进行分析，帮助诊断和隔离故障，提高管理效率，及时发现并且处理问题。

机柜间管理

3D 空间内展现了机柜间三维模型以及机柜分布。与底层数据集系统进行集成，能实时查看温湿度、漏水监测等动环数据，能更新配电监测实时数据。2D 面板显示台账信息和配电监测。实时的管理与监控低压设备以及台区综合评价状态，对设备进行状态查询、参数监测、预警告警等智能监测功能。

车辆与人员监控管理

通过 HT 系统，可以使虚拟环境中的空间环境与现实中的监控管理融合。利用三维仿真可视化灵活优势，对厂区人员进行实时信息抓取、并通过结合企业人员打卡系统对工作人员进行信息的提取对比与监测管理。支持对进出车辆与人员进行统计汇总，为数据驱动的智能化管理奠定坚实的基础。

厂区监控管理

2D 面板信息集合了厂区内各项监控信息。将厂区内分散、孤立、视角不完整的监控统一整理。点击摄像头位置图标即可切换至对应摄像头，再次点击摄像头图标可切换至摄像头实时画面，实现场景还原。

电子围栏选择固定区域为防护区域，产生越界行为进行报警，抓取越界图像。用户点击按钮即可查看区域位置以及人工产生报警行为，满足企业厂区全局导览、告警联动、电子巡检、人车定位轨迹跟踪等管理需求，为数据驱动的智能化管理奠定坚实的基础。

工艺工法

工艺工法重点模拟工法流程，运行管道走向，同时经过设备时进行相关数据信息展示，运行中整体场景变暗，流经部分设备及管线亮度提升。

随着西气东输的不断推进，我国油气管道里程数不断增加，传统管道运维过程中数据集人工化、异常报警不及时、设备智能化水平等不断凸显。未来Hightopo将继续坚定不移推进智慧管道的智能化运营体系构建，努力为天然气与管道行业的高质量发展提供更多有益探索。

唐先明1，2　曲寿利1　雷新华2

（1.中国石化石油勘探开发研究院，北京100083；2.中国地质大学（北京），北京100083）

摘要 在分析目前石油领域三维可视化技术应用局限性的基础上，给出了全球三维可视化系统构建流程和数据组织管理模式。以ArcSDE作为空间数据引擎，利用Oracle 10g建立四川盆地油气勘探海量空间数据库，基于三维可视化软件平台Skyline TerraSuite，利用功能强大的三维可视化开发平台TerraDeveloper，设计、开发基于全球三维模型的油气勘探信息集成管理平台。通过集成基础地理数据库、区域地质数据库、地面工程数据库、遥感影像库、地层数据库、断层数据和测井数据，该系统不仅提供了强大的油气勘探基础数据管理、三维地形建模以及模型的可视化功能，还为专业技术人员提供了一个可视化的分析、设计平台。

关键词 四川盆地 三维可视化 三维地理信息系统 油气勘探 全球导航

Application and Research of 3D Visualization Technique to Petroleum Exploration Information Management in Sichuan Basin

TANG Xian-ming1，2，QU Shou-li1，LEI Xin-hua2

（1.Exploration ＆ Production Research lnstitute，SlNOPEC，Beijing100083；2.China University of Geosciences，Beijing100083）

Abstract Based on the analysis of the current shortcomings of 3D visualization lication in the fields of petroleum，the paper introduces the construction process and data structure of global 3D visualization system.By using ArcSDE as engine of spatial data and Oracle 10g，“Petroleum exploration geodatabase of Sichuan Basin”is established.Based on Skyline Terra Developer，the software system“3D petroleum exploration data management and integration platform based on 3D global model”is designed and established.By integrating geographical database，areal geology database，surface engineering database，remote sensing image database，stratigraphical database，fault data，logging database with 3D terrain modeling，the system realize such functions as data management for petroleum exploration，3D terrain modeling and the visualization of 3D geological model.It is a visualization platform that assists the design and analysis for the geologists and the technologists.

Key words Sichuan basin 3D visualization 3D geographic information system petroleum explorationglobal nigation

随着计算机图形图像软硬件技术的迅猛发展，三维地形可视化技术在越来越多的领域得到了广泛的应用，构建一个为多种专业人员提供共同工作、研究与交流的三维实时交互的虚拟全球地理环境逐渐由梦想成为现实。三维可视化技术在石油工业中已得到高度重视和普及应用，它充分利用了三维地震信息和地震属性，以人们易于感知的三维图形对各种复杂数据场和数据关系进行描述。

油气勘探是通过用不同的技术手段集各种野外原始地质资料，并经处理、解释形成成果资料，进而用各种科学方法进行盆地评价、圈闭评价和油气储藏评价，开展勘探规划部署、井位设计和地质综合研究工作，完成勘探科研和生产任务。在油气勘探过程中，各油田企业积累了海量的、异构的、多源的地理数据、勘探基础数据和成果数据，这些信息的综合应用对指导油田生产具有很重要的意义。利用三维GIS技术，基于“数字地球”将地表地理信息与地下地质信息一体化管理，构建一个分析、决策、规划及实施油气勘探开发研究的三维实时交互共享工作平台，能够有效地评估潜在的石油，及时、准确、直观地定位油气的空间分布及其特征，正确有效地开展部署勘探开发工作。

1 三维可视化技术的应用现状

迄今为止，三维地形的可视化技术分为两种，一种是面绘制技术，另一种是体绘制技术。在地质研究工作中，主要是用体绘制技术。三维地学模拟主要包括两大部分内容，即三维地质建模和可视化，其中前者是后者的基础，后者是前者的表现［1］。目前，在三维地震数据的可视化方面，已有多种成熟的商业软件系统推出，国外的有 EarthCube，Geoviz，gOcad，VoleGeo等，国内的有石油物探局的3DV和双狐公司的三维地震微机解释系统等。这些软件涉及地质建模、地震勘探、开评估、矿床模拟、规划设计和生产管理等领域，在功能上各有千秋，很难说哪一个更先进［2，3］。但是，它们主要是面向地质领域的专用系统，基于局部区域而非全球区域，对海量基础地理数据与遥感影像数据等的支持也较弱。基于这种情况，本文用面向对象的程序开发语言Visual C＃，基于优秀的国外三维可视化软件平台Skyline，设计并开发基于全球三维模型的空间数据管理平台，集成管理四川盆地区域内海量的、异构的、多源、多尺度的基础地理数据、油气勘探基础数据和成果数据、遥感影像，实现流畅的油气勘探的三维地形展示和地质分析。

2 系统开发技术背景与基本流程

随着地学应用的深入，人们越来越多地要求基于全球角度和真三维空间来认知世界和处理问题。但三维空间是复杂的，包含的信息是海量的，需要集成三维可视化与三维空间对象管理功能，同时由于三维应用的巨大差异，必须用开放体系结构，实现用户定制功能。基于这种认识，Skyline TerraSuite在提供一般三维空间数据模型及其管理功能的基础上，允许针对特定应用领域动态扩展建模及分析功能插件，以适应特定的三维应用。整个TerraSuite软件体系如图1所示。

系统的实现分为4部分：地球三维场景构建、中心数据库建立、定制三维可视化环境和场景驱动与应用定制。

图1 Skyline TerraSuite软件体系

2.1 地球三维场景构建

场景构建是将要模拟的场景和对象通过数学方法表达成存储在计算机内的三维图形对象的集合。场景构建分为以下步骤：

（1）DEM数据集：收集工作区的各级比例尺等高线数据或各种分辨率的航空航天遥感影像立体像对，建立地域的数字高程模型（DEM）。

（2）DOM数据生成：利用地面控制点和DEM数据，对工作区的低、中、高分辨率遥感影像进行严密的精纠正后生成数字正射影像图（DOM）。

（3）DLG数据集：收集工作区的各级比例尺地形图、野外数据集，建立工作区的各级比例尺线划图（DLG）。

（4）GIS数据转换：将数据集阶段获得的DLG数据通过GIS工具转换为TerraBuilder能够接受的数据格式。

（5）数据建模：对一些油田地面建筑物、地标、油井或其他油田设备在3D MAX或MultiGen或TerraBuilder中进行建模。

（6）地球三维场景构建：将以上各种数据，导入到TerraBuilder中，创建一个现实影像的、地理的、精确的地球三维模型（MPT文件）。

2.2 中心数据库建立

基于全球三维模型的油气勘探信息集成管理平台是一个高度集成的应用系统，系统建设过程中必须充分考虑系统涉及的多专业图形、属性、影像、文字资料数据的一体化集成、系统数据库与系统软件功能的集成以及系统与网络环境的集成等关键问题。为实现功能的集成与扩展，考虑石油勘探开发数据的区域性、多维性、时序性、海量和异构的特点，拟用大型商用关系数据库Oracle10g和空间数据引擎ArcSDE集中管理这些海量数据，建立数据中心，易于解决数据共享、网络化集成、并发控制、跨平台运行及数据安全恢复机制等方面的难题。

2.3 定制三维可视化环境

在全球三维场景的基础上，可以叠加自己关心的专题信息，通过与数据库的接口，还能集成中心数据库存放的地表、地下多维、动态空间信息，从而创建一个令人激动的交互式三维可视化环境，来突出一个地区的特征，显示其功能、相互关系以及从一个独特的视点展示该地区。

2.4 场景驱动与应用定制

（1）三维可视化程序：通过API接口直接调用所建立的三维可视化环境，也可以根据三维场景的参数生成实时场景，动态加载图层，有助于对空间数据相互关系的直观理解。

（2）三维空间查询与交互：直接在三维可视化环境下，对存放在中心数据库的各种数据和场景实体提供交互式查询等操作，以提供一个动态的环境，为进一步空间决策服务。

（3）应用定制：利用TerraDeveloper软件开发包提供的各种ActiveX控件，可以构建自己的面向三维的应用程序，实现与其他系统的应用集成［4］。

3 系统总体设计

3.1 系统体系结构

根据系统的功能需求，系统在技术上要求具有业务变化的适应性、高度的安全性和大容量数据存储处理等特点，因而在系统的技术框架中用了3 层B（C）/AS/DS结构。与此同时，考虑到系统与其他专业系统之间的集成，拟用基于SOA（面向服务架构）和Web Services（Web服务）技术的应用集成技术，构建基于“数字地球”的地表地理信息与地下地质信息一体化管理服务平台。整个系统的体系结构如图2所示。

3.2 系统数据的组织形式

系统数据的组织形式是可视化系统的关键，其优劣将直接影响到场景绘制的效率。在基于全球三维模型的空间数据管理平台中，主要包括3部分数据：①场景数据，即场景环境包含的地形信息，通过影像处理而成，包含在.mpt文件中；②对象图形数据，即油气勘探对象图形信息，是由3D MAX等三维图像处理软件处理而成的三维模型；③对象属性数据，即油气勘探属息。所有关于对象的信息包含在.fly文件中，用基于层（Layer）的面向对象的场景数据组织形式。目前，系统集成的四川盆地区域的数据层主要有：

（1）DLG——数字线划图：全区不同比例尺土地覆盖状况、植被、道路、水系、居民地等图层。

图2 基于全球三维模型的油气勘探数据管理平台系统结构

（2）DEM——数字高程模型：全区不同比例尺数字高程模型数据。

（3）DOM——数字正射影像：全区不同比例尺、不同分辨率的彩色正射影像。

（4）DRG——数字栅格图：全区不同比例尺地形图栅格数据。

（5）全国地名数据。

（6）1：200000地质图。

（7）勘探基础数据：测网、矿井、三维探区。

（8）勘探成果数据：地震异常、一类进积、二类进积、礁体、生物礁、滩和相带等。

（9）构造数据：断层、等值线等（宣汉、通南巴）。

（10）井位数据。

（11）地面工程数据：天然气管道、道路。

3.3 系统功能模块

基于全球三维模型的油气勘探信息管理与集成系统分为石油勘探数据管理、三维基本操作、三维GIS导航查询、三维分析等模块。系统主界面如图3所示。

各个模块的具体功能如下：

（1）石油勘探数据管理：系统利用GIS技术、XML技术、空间数据库等技术对多尺度基础地理信息、勘探基础数据和成果数据、多分辨率遥感影像、各种图表和文字报告等地表地下信息进行一体化的存储和管理。实现了对地理底图、油气地质勘查所获取的资料和成果的录（导）入、转换、编辑及查询等功能。另外，系统还提供了目标实体超链接及关联服务，如与钻孔相关的试验表类属性数据与图形数据的关联存储管理功能，提供与钻孔相关的各种基本信息及试验结果等属息的查询等功能。

图3 基于全球三维模型的油气勘探数据管理平台系统界面

（2）三维基本操作功能：在全球三维场景中，实现以下功能：

放大、缩小、平移、旋转等三维基本功能；

选择对象、使物体居中、环绕浏览对象；

飞行或者跳转到指定对象；

获得场景中任何一点的经纬度坐标和高程值；

场景的点对象、线对象，可以实现不依赖试图比例缩放；

提供场景的快照和打印输出功能。

（3）三维GIS导航查询：在全球坐标系统上实现基础地理信息、地质数据及勘探数据的立体定位导航分析。

全球任意点定位和导航；

二维三维联动功能；

测距、求积、高程和剖面生成；

地表实体三维建模及多种属性管理；

可定制飞行路径和视角的三维浏览功能。可自己制定飞行的路线或选择预定义飞行路线进行三维飞行（图4）。

（4）三维分析功能：

图4 基于全球三维模型的油气勘探数据管理平台设置飞行路径

测量功能：测量距离（水平、垂直和随地形起伏3种方式）、面积；

区域对象选择：可以进行多边形框选进行对象选择，并可获得选中区域内的对象集，可统计区域内的实体数并形成分类列表；

剖面观察：对所选地区场景进行剖面观察，可分析出地表起伏状况；

等高线绘制：用矩形框选出指定范围，可以显示出该范围等高线示意图，并可随意设定等高线显示方式；

最佳路径分析：根据给定的参数，如放样间隔、上升的最大坡度、下降的最大坡度、允许的放样宽度等信息，依据地形的走势，自动解算出最佳的放样线路；

视线分析：根据地面拾取两点系统可以自动计算两点间的通视情况；

视域分析：在场景中任选一点和视角范围可以进行视域可见分析；

空间分析：突发的地点，选择一定半径，利用分析工具可以作出整个目标点的空间范围，以提供决策。

4 系统应用扩展

基于全球三维模型的油气勘探信息管理与集成系统由于用了组件技术、基于SOA（面向服务架构）和Web Services（Web服务）等技术，不仅提供了强大的地表与地下油气勘探信息数据管理、三维建模与模型的可视化、全球定位导航等功能，还可以进行系统扩展和专业系统集成，实现油气勘探开发的深度应用，如野外地质踏勘路径优选和工作安排、地震资料集观测系统设计和优化、探井地面井场位置优选及工程测算、开发井位部署规划及钻前工程分析、油气集输地面工程设计及方案优化、目标区块水电路讯规划设计及优化、全球定位系统集成和油田现场服务等。

5 结论

三维可视化技术在国内、外已经趋于成熟，但基于全球三维模型的三维地理信息系统（GIS）刚刚起步，尤其是缺少针对地表与地下油气勘探信息三维一体化管理的经典模式和成熟经验。本文基于Skyline TerraDeveloper所设计、开发的全球三维油气勘探信息管理与集成系统，就是一个成功的实践，重点研究了虚拟现实环境下交互式地表地下油气勘探信息管理系统，给出了一种交互式虚拟现实全球导航平台的系统构成方案和原型系统。整个系统可靠性好、易于移植、便于维护，并具有很强的空间分析功能。结合三维地质建模及可视化系统的研究现状、相关技术的发展走向以及实际工程实践的应用需求，笔者认为，需要进一步探索、研究并解决以下问题：

（1）研究并实现现有的基于全球三维模型的空间数据集成管理平台的地上和地下三维一体化无缝集成与可视化功能。

（2）不断丰富与其他地震三维分析软件的接口。

（3）研究并开发基于VRML/X3D技术的网络三维可视化系统，能够为社会大众、专业技术人员和地质科学家提供更加普遍的支持和服务奠定基础。

参考文献

［1］Simon W Houlding.3D Geoscience Modeling：Computer Techniques for Geological Characterization［M］.Berlin：Springer-Verlag，1994.

［2］朱良峰，潘信，吴信才.三维地质建模及可视化系统的设计与开发［J］.岩土力学，2006，27（5）：828～832.

［3］姜素华，庄博，刘玉琴等.三维可视化技术在地震资料解释中的应用［J］.中国海洋大学学报（自然科学版），2004，34（1）：147～152.

［4］Skyline Software System Inc.TerraDeveloper paper［EB/OL］.［2007-6-1］://.skylinesoft/.