数字化油田

数字化油田一、数字化油田与实时信息技术数字油田展示了油气田开发将进入智能化、自动化、可视化、实时化的闭环新阶段。

数字油田的基本概念和发展方向就是将涉及油气经营的各种资产(油气藏等实物资产、数据资产、各种模型和计划与决策等)，通过各种行动(数据采集、数据解释与模拟、提出并评价各种选项、执行等)，有机的统一在一个价值链中，形成虚拟现实表征的数字油田系统。

人们可以实时观察到油田的自然和人文信息，并与之互动。

图表数字油田的基本概念及趋势资料来源：中国产业竞争情报网1.数字油田的基础与核心建立数字油田是一个系统工程，而建立数据银行和信息平台是建立数字油田的基础。

数字油田的核心是将油气发现与开发工作从历史性分类资料的顺序处理改变成实时资料的并行处理，利用实时数据流结合创新型软件的应用和高速计算机系统，建立快速反馈的动态油藏模型，并将这些模型配合遥测传感器、智能井和自动控制功能，让经营者更直接地观察到地下生产动态和更准确地预测未来动态变化，以便提高产量和进行有效的油田管理，实现各种层次的闭环优化管理，最终实现令油田范围的实时闭环资产经营管理。

实际卜，数字油田并不是遥不可及，也是一步步发展与完善的。

目前国外数字油田也仅发展到第三级，逐步向第四、第五级发展。

图表数字油田发展分级资料来源：中国产业竞争情报网2.数字油田的关键技术促进数字油田发展的关键技术主要包括：①遥测技术，主要包括四维地震监测、重力测量、电磁监测、永久型地面检波器网络和永久型光纤井下检波器等；②可视化技术，包括综合勘探与生产数据的三维可视技术、虚拟现实技术等；③智能钻井与完井技术；④自动化技术；⑤数据集成、管理与挖掘技术；⑥集成管理体系等。

3.数字油田的发展前景2003年世界著名的剑桥能源研究所}（CERA)公布的一项最新研究成果指出，由多项新型数字化技术构成的数字油田，将在未来5一10年内使令球原油储量增加1250 x 108 bbl，这将超过伊拉克现有原油储量或拉丁美洲的原油总储量，同时能够提高油气采收率2%一7%，降低举升成本10%一25 % ，提高产量2%一4%。

数字油田技术将大大扩展石油工业的发展空间，为石油行业展示出了一个更广阔、更美好的发展前景。

二、快速发展的实时信息技术数字油田技术实现了对工作流的提升：信息存储和展现形式由纸质(Paper)向数字(Digita1)转变；信息处理加工形式由手工(Manua1) 向自动(Automatic)转变；地质构造描述由两维(2D)向三维和四维(3D and 4D)转变；数据计算处理由串行(Seria1)向并行(Paralle1)转变；管理协作由功能单元(Functional silos)向一体化团队(Integrated teams)转变；知识管理和决策过程由本地分析(Localanalysts)向调用全球专家(Global expertise)转变；数据规模由兆字节数据(Megabytes of data)向千兆字节(Terabytes of data)转变；关注焦点由宏观(1argegeographies)向微观(Individual assets)转变。

图表数字化油田的实时性资料来源：中国产业竞争情报网三、三维可视化在石油钻井中的应用三维立体显影在石油以外的行业，如电影、电子游戏等已经给人们带来了无穷无尽的欢乐。

在石油行业，地质师、地球物理学家利用三维视图技术，将极其复杂的、枯燥的地层数据用简单的图形表达出来，使得不同领域的工作人员之间的沟通变得更加容易和便捷。

在钻井领域，利用可视化技术，可以避免使用一些仅能被有限的专家才能明白的、经常引起混乱的专业词汇。

在钻井过程中，所有的参与者对油井的状况及油井在油藏中所处的位置一目了然。

当一个油田的三维模型建立之后，油井的分布状况也会一并建立，这样钻井工作者即可利用建立的模型指导钻井生产，提高钻井的质量和效率。

可视化在钻井过程中应用的较突出的例子是定向井钻井，定向井钻井工作者更多地被看作是艺术家，而不被认为是工程技术人员。

因为，他们对油井在地下所处的位置及走向了如指掌。

但是，目前油藏开发对油井井眼质量和油井轨迹的要求越来越高，精确度也越来越高。

如在定向井钻井过程中，利用三维显示技术，实时地显示油井的弯曲状况，随时监测井筒是否符合其它设计要求，在油藏中所处的位置，为决策者提供及时准确的信息，并在适当的时候采取必要的措施。

在海上油气田的开发过程中，需要在同一位置钻多口不同方位的定向井，三维立体的油藏模型不仅给设计人员提供了方便，更可以保障井与井之间不会相交。

不仅如此，我们还可以利用立体显示的油藏模型来预警，如井漏、井涌。

因为地质师和地球物理学家的工作是寻找目标层，这些目标层可能是裂缝带或是盐层，为了钻井生产的安全起见，将这些层位明显地标出，提醒钻井工程师在钻遇这些区域时提高警惕，或者采取必要的措施。

在钻井过程中，以往的做法是，钻井工程技术人员在现场按设计的方案施工，随时将钻井进度汇报给设在油公司总部“控制室”，并根据“控制室”的新的指令进行新的施工，在这样的流程中，由于没有可视的参照物，仅有数字或文字，而不同部门的工作人员又有不同工作术语，不免会出现误解或脱节的现象。

利用可视化技术，建立一个让所有参与者都很容易看懂的模型，在井场与“控制室”之间可实现同步准确的交流。

由于有了现代通讯技术，“控制室”不仅可以与一个井场之间，还可实现同时和多个井场之间，以及井场与井场之间的同步交流，这样做的益处是在人力资源上的充分利用。

不难看出，可视化在钻井领域缩短了所有参与者之间的距离。

目前，BP、道达尔、斯伦贝谢、哈里伯顿等大的油公司和服务公司还创建了世界上最快、最大、最先进的钻井三维可视化计算系统。

他们把这称其为虚拟现实，在打井之前或在打井的过程中，应用三维可视化仿真技术可以看到井下发生的真实情况：钻头到达什么位置了，是否在储层，离气、水界面的距离等。

这样，现场工作人员就能同中心的专家及时沟通，快速做出决策，使钻头自如地追踪并钻达有效的油藏目标，以提高油田开发效率，降低勘探和开发成本。

四、井下信息实时测量与评价技术的新进展斯伦贝谢公司于90年代中期研制成功近钻头传感器，并将其应用在导向钻井作业中，形成了一种新的导向钻井技术即地质导向钻井技术，并将这项钻井技术向全世界推广。

另外，为发展地质导向钻井技术，斯伦贝谢公司还研制成功测传马达(instrumented steerable motor)，为地质导向钻井又增加了新的工具。

地质导向钻井的特点是，由于传感器离钻头较近，因此能实时地把钻头附近的测量数据传送到地面，钻井工程师可根据实时测量数据及时地调整井眼方位和井斜角以确保井眼沿设计轨道钻进。

五、井下数据传输系统的新突破随着石油工业的不断发展，测井技术越来越显示出其重要作用。

超声波测井作为测井的一种重要方法得到了广泛的应用。

由于测井仪器，特别是井下仪器工作环境的特殊性，使得对其研究和开发也具有特殊的要求。

油井下的直径很小，因此对井下仪器的尺寸要求十分严格，一般来说印刷电路板的宽度不能超过4.5cm。

体积达不到要求再好的仪器也无法在实际中应用。

超声波测井的井下数据传输系统采用双CPU和双端口RAM，尤其是采用先进的PLD器件及1553总线技术很好地解决了井下高速数据采集与传输系统的可靠性、低功耗和小尺寸等问题。

1、系统结构简介系统采用两片AT89C52单片机分别作为主、从CPU；采用AD公司的高速A/D 芯片AD7821进行井下温度、压力和幅值等参数的实时数据采集；选用两片美国Lattice公司的CPLD芯片isPLS1016实现数字信号采集处理接口电路和数据传输中的串并行转换接口电路；然后通过双口RAM（IDT7232）来传输数据。

图表系统结构图资料来源：中国产业竞争情报网主CPU及其相关模块主要完成超声波发生器的控制、工作模式切换和数据采集等功能；从CPU主要完成主CPU所采集信号的上传和地面命令字的下传及命令解释，还包括一些监控功能。

CPU对超声波发射装置进行控制，采集回波信号。

由于回波信号的尖峰时刻非常窄，一般不超过1.0μs，所以对A/D的采样时间要求在ns级。

本系统采用AD公司高速A/D芯片AD7821进行采集。

数字信号部分，在启动超声波发生装置的同时产生时延控制信号，以便对回波信号的时间间隔进行计数，进一步测出井下的剩余壁厚等距离参数。

所有采集的信号按一定格式存在双口RAM（IDT7132）内，以备从CPU调用和上传。

2、数据采集的实现数字信号的采集系统所需采集的数字信号的频率相差非常大。

其中γ信号的频率在几赫兹到百赫兹之间。

此信号直接进入单片机，用单片机的计数器进行计数，计算后得到频率。

而超声波回的时间间隔只有几微秒，而且是定时产生，每次只出现一个。

这样只能测量其周期。

系统直接采用12MHz晶振信号的四分频作为测量周期的计数脉冲。

除γ信号外的所有数字信号的采集模块完全集成在一片Lattice公司的isPLSI1016内。

这样不仅大大提高了系统的集成度，满足了系统尺寸的特殊要求，而且增强了系统的可靠性和灵活性，方便系统的升级和调整。

图表I S PLSI1016的内部设计框图资料来源：中国产业竞争情报网模拟信号的采集对于回波的尖峰值，每次启动超声波发射器后采集一次；而对温度、压力等监控信号，每当7.14Hz的信号对单片机中断后才进行采集。

7.14Hz的信号由外部提供。

由于对精度要求不高，这里采用8位的转换精度。

数据的存储与传输井下的数据采集频率接近2kHz，数据量非常大，不可能被完全存储下来。

而且井下所需要的也不是全部数据，当发出数据上传命令后的前一个周期的数据为所要求的数据。

这个周期信号即为上面提到的由外部提供的频率为7.14Hz的控制信号。

因此在数据存储时，把RAM分成两种，0000～0fff为第一块，1000～1fff为第二块。

主CPU对两块存储区进行交替存储。

7.14Hz信号接到中断上，并采用边沿触发方式。

每次中断后，主CPU将改变各种相关参数。

例如改变存储数据的RAM初始地址，即上一次是第一块则这一次为第二块，反之亦然。

同时对P1.3口取非，即通知从CPU，主CPU正在写那一块RAM，以避免以CPU读取数据时发生读写冲突。

系统采用双口RAM作为CPU之间传递数据的中介，其结构图如图3所示。

由于双口RAM的高速存取，使大量数据能够及时地传输。

命令下达与数据上传当从CPU接收到地面下传的命令之后，进行解释并通知主CPU。

考虑到信号传输的可靠性，井下与地面之间的通信使用1553总线协议。

1553总线的传输速率能达到1MHz以上。

曼切斯特编码作为信道编码，提高信号传输的抗干扰能力。

为方便实现曼切斯特编码以及总线接口，系统采用了专用曼切斯特编码/解码芯片HD-6408。