Web-GIS与数据可视化在油田开发中的应用研究

摘要：将油田开发地质数据地理信息化，使静态数据与动态数据能同时在一个框架中展现，以实现在对油井进行提产增能，油井转注等油井管理决策中提供可视化图层，突出井与井之间，井与区块之间，区块与区块之间的数据特征。通过Web-GIS技术创建地理三维信息基础，建立地面动态数据图表展示，地下静态数据为主、动态数据为辅的切片图层展示形式，使油井开发模式精细化，共享化。同时可以对比分析油井的运作周期，各项措施的效果评价、随着使用的频次增多，系统自建油井状态分析“专家库”，提供了辅助性决策向导和自动化分析基础性数据，为今后“智能化油田”建设做了准备性工作。

关键词：地理信息系统；数据可视化；油井数据辅助分析；智能化建设

中图分类号：TP311        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）30-0063-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1 绪论

1.1 系统研究的背景及意义

随着油田开发逐步深入，油井开发生产中会产生许多数据，其中包括地层的静态数据，又有每天生产的动态数据或是由于各种因素引起的生产数据变化的数据。这些数据量大且杂，无法清晰地分析出数据间的关系，对于油田开发生产来说具有一定的滞后性。

在采油厂油井数不断增加的情况下，急需一种能快速识别油井数据关系的可视化工具，提高对油井的全面认识，以便对油井给出合理高效的措施方案，实现油田高效益稳产、高质量发展目标。

1.2 研究的目标及内容

通过服务器获取的数据，在后台经过一系列处理后，在前台实现数据的图表化、图层化以及模型化，整体框架如图1所示。

2 Web-GIS与油井数据的可视化集成

2.1 Web-GIS技术的实现

GIS系统（Geographic Information System）是一种存储、兼容、分析、管理、显示与应用地理信息的计算机系统。它是基于C/S结构的体系，一般有两种实现方式：一是将数据存放在服务器上，系统以可执行文件形式安装在用户终端上；二是整个系统存放在Web服务器上，用户利用Web浏览器登录服务器主页进行操作[1]。

随着互联网快速发展，基于Web服务器的GIS正逐步成为主流，因为它具有平台独立性，不需要在客户端安装，只要用户能够进行Web浏览，就可以运行系统，极大方便用户使用体验。所以，Web-GIS是Internet和www技术应用于GIS开发的产物，是创新应用GIS的一项新技术，它是全球化的客户/服务器网络系统，具有交互式、分布式、动态、跨平台等特点，是图形化的超媒体信息系统，Web-GIS让GIS名副其实成为一种适合用户使用的大众化工具。

2.2 Web-GIS与数据可视化的关联实现

在arcgis桌面软件中，根据现有地质信息创建点、线、面要素，与地理信息一同存储至postgreSQL数据库中，通过geoServer发布地图数据，用户在操作地图时，利用arcgis-javascript的api调用图层的信息，即可显示在桌面。

2.3 油水井静态数据可视化

2.3.1 各小层平面图展示

通过上传各个小层影像资料图，Web-GIS中对应GPS位置重组图层次序，达到地下图层可视化。对应每口井的含水、波及范围通过ArcGIS GeoAnalytics Server在后台处理数据同步发布在geoserver中。

2.3.2 相带图分层展示

当用户通过网页地图选择到某口井时，自动从后台获取相关数据资源，并高亮周围井位置，也可以通过Python在后台识别各个层位连通情况，以数据形式返回前台进行显示。

2.3.3 测井解释成果展示

测井在油气勘探开发中具有十分重要的作用，测井资料是测井完成后形成的多种数据信息，是开展地层评价、研究油水变化规律、储量计算等工作中的重要参考依据。

按常规测井来讲：一般涉及的九条曲线分别是指三条岩性曲线（CAL，SP，GR）；三条孔隙度曲线（CNL，DEN，AC）；三条电阻率曲线（RT，RI，RXO），可以解决储层划分、孔隙度大小计算和油气层识别等基本问题[2]。

根据曲线的波峰、波谷以及其他判断标准来确定在地层多少米到多少米之间的地质信息，判断其是储层还是非储层，划分油气水层。比如在确定岩层孔隙度，识别岩性，对比地层、判断气层时，由于声波在水中传播的速度大于在石油中传播的速度，而在石油中传播的速度又大于在天然气中的传播速度，故岩石孔隙度中含有不同流体时，可以从声波时差曲线上反映出，尤其在展示界面上更为明显。利用python自动化分析储层思路如图2所示。

2.4 油水井动态数据可视化

油田油水井生产动态数据是油水井分析最重要的基础，通过数据的整理可视化后，能使油水井状态一目了然，提高分析人员的工作效率，提升管理水平。其数据的流向如图3所示。

2.4.1 数据的可视化

油水井的生产数据可视化主要有产液量、沉没度、含水率，而影响他们的因素主要有抽油机的工况、地层压力、油套压、电流等，如图4所示。

同时也可以标注该井的其他状态，比如某时段施工、油井转注、井史等信息[3]。

在动态分析中，经常进行单井的分析，包括产能分析、含水分析、动液面或者流压分析，查询的数据量多且繁杂。利用B/S的特性可以使操作人员在进行查询时更加方便容易。比如进行产能原因的分析时，需要借助周围水井的信息、相带图、井史、功图等，数据自动化获取及用户操作流程如图5所示。

3 系统框架体系设计

3.1 开发环境搭建

主要包括后端搭建、数据库搭建、前端搭建三大部分，如图6所示。

3.2 地理信息系统搭建

ArcMap构建点、线、面等矢量或栅格要素，存储至PostgreSQL数据库，通过GeoServer发布服务，最主要的是架设在tomcat上的GeoServer发布三维图层要素、创建存储空间、调取数据库中的文件内容[4]。

3.3 微服务架构的实现

要理解微服务，先要理解不是微服务的那些内容，通常是指单体应用，是将应用程序的所有功能都打包成一个独立的单元，以一个WAR包或JAR包存在。从单体应用到微服务并不是一蹴而就的，这是一个逐渐演变的过程。

3.3.1 单体应用

它的需求简单，将所有功能模块放在一个单一进程中，并且通过在不同的服务器上面复制这个单体进行扩展。如果需要改动功能，那么则需要重新部署整个单体应用。

3.3.2 微服务架构

微服务是一种分布式系统解决方案，它把一个完整的系统拆分为多个高内聚、低耦合的小的子系统，每个子系统可以独立运行和升级，并且这些子系统还可以协同工作，它的特点就是小而独立。

微服务架构的核心目标就是把复杂的问题简单化。如果需要改动功能，只需要重新部署修改的功能模块那个微服务。每一个功能模块都是可独立替换和独立维护的软件单元，完全体现了高可复用性、高可维护性、高可扩展性。

微服务架构还有一个技术之外的好处就是它使整个系统的分工更加明确，责任更加清晰，每个人专心负责为其他人提供更好的服务。在单体应用的时代，公共的业务功能经常没有明确的归属。

4 系统功能设计与实现

4.1 Python自动化识别连通井

通过基本的图像处理、存储和处理大型矩阵、数据绘图包，对相带图进行统一灰度处理，python获取图片的二维矩阵值，根据井连通的要求对矩阵进行灰度变换处理，输出符合条件的周围井，建立连通关系。

4.2 Hadoop大数据分析

Hadoop是为了大数据的发展应运而生的，是一个分布式系统基础架构，主要用于海量数据的存储与分析，它最重要的两部分就是HDFS和MapReduce。HDFS是hadoop特有的分布式文件存储系统，HDFS具有高度的容错能力，可以部署在低成本硬件上，同时支持巨量数据的读写，基本单位为GB，它是Hadoop的核心。MapReduce是面向大数据并行处理的计算模型、框架和平台，它在油田生产数据处理方面具有独特优势[5]。比如：如果想统计一个采油厂十年来每口井的产液数据、产油数据，传统思路就是遍历每口井，累加数值，这样不但计算量极大，所需时间长，难以实现用户快速获取信息的需求；或者是多线程并行统计，需要自己同步线程之间的信息，防止多次统计，实现较为困难。通过MapReduce便可以解决上述问题，实现Map和Reduce函数，类似于es6语法中的map和reduce方法。

4.3 人工智能专家系统练习库

通过用户的不断使用，针对每次对井的不同情况的处理以及处理后井的变化情况、其他变量，将其数据存储至HDFS中，以实现今后对油水井诊断-分析-决策的算法研究。

5 结论

5.1 核心设计与应用

一是油水井地理信息与网页的结合。使用LocaSpaceViewer获取地貌信息，Arcgis系列软件建立三维影像，geoServer发布服务，Arcgis-javascript-api调用，使得用户的事件得到响应。

二是油水井生产数据的可视化。数据的来源主要有纸质文档和数据库的数据，通过python的手段提取数据，利用丰富的charts表现形式将数据清晰地展现出相应的走势及规律。

三是数据的储存与分析。油水井每一次的措施原因分析都是非常难得的数据宝藏，将每一次的分析都记录下来，与措施井的前后效果或是地层的分析类型的准确度相结合起来，通过先进的方式进行存储，那么以后再次遇到相类似的情况时，可以快速地查询到推荐的解决方案或是参数设定，提供参考价值。

5.2 作用与预期效果

油田开发中有关油水井的各项数据，对于油水井的治理决策有着至关重要的作用。通过信息整合，当查询一口井时，其相应的全部信息都自动地展现在用户面前，可以极大地减少查询信息的时间，更加专注于油水井本身的状况分析。同时，油水井的分析治理等决策数据也是一种宝贵的资源，通过分布式的存储技术，将其安全长久地保存，通过使用数据分析手段将其特征值建立起对应关系，对类似井可以提供参考方案，为油田高质量高效益发展提供数据支撑。

参考文献：

[1] 张冬明.GIS在办公服务系统中应用模式初探[J]. 四川测绘，2001（3）： 102-104.

[2] 徐守余.SQ油田低阻油气层测井综合解释及评价[J].石油勘探与开发，2000，27（6）：74-76.

[3] 李奇石.基于WebGIS的油田开发数据查询平台的设计与实现[D].大庆：大庆石油学院，2007.

[4] 吴信荣.基于GIS的油田管理信息系统的研制[J].江汉石油学院学报，2004，26（2）：151-152，181.

[5] 姜彬.油气藏综合信息集成与展示系统的研制和开发[D].大庆：大庆石油学院，2008.

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