基于 GIS 与 X3D 的井眼轨迹三维模拟应用

0 引言

在油田的勘探开发过程中，积累了大量井斜数据，它是对井身轨迹的数字表征，由一系列具有空间位置关系的离散点组成，每一个测点的主要参数包括斜深、井斜角、井斜方位角( 方位角) 以及垂深、位移偏移量。井斜图是井斜数据的客观描述及表达，是对位于地下的斜井空间形态的描述，它是一条井斜角和方位角都随井身变化、形状复杂的三维空间曲线，把它用三维图形描绘出来，对定向、水平钻井的井眼剖面设计具有重要意义。

将井斜数据转换为井斜图，通常采用曲线拟合的的方法对离散的井斜数据进行处理，目前常用的石油专业软件如 GeoMap、Petrel、Discovery 等，都能实现井眼轨迹的绘制，但是这些软件的成本昂贵，在仅使用少部分功能的情况下，购买这些软件代价较高，针对此问题，本文对井眼轨迹的绘制方法进行了详细研究，利用 SuperMap GIS宏观特性和 X3D 的微观特性，实现了井眼轨迹的三维模拟。

1 GIS，X3D 与井眼轨迹

地理信息系统( 简称 GIS) 是在计算机软件和硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供规划、管理、决策和研究所需信息的技术系统。它的基本功能包括: 数据采集、检验与编辑; 数据操作; 数据的存储与组织; 查询、检索、统计、计算功能; 空间分析功能; 显示等。

X3D( eXtensible 3D，可扩展三维) 是网络 3D 联盟( Web3D Consortium) 开发的图形动画描述语言，是一个用XML 描述的 3D 文件格式的开放标准，可以在所有应用程序之间进行 3D 数据通信。X3D 包括 4 个部分: 内核( 核心特征集) 、VRML 97 特征集、应用程序接口和扩展集。

由于油田直井、定向井、水平井数量众多，且在地理位置上的分布都是没有规律的，充分利用 GIS 的特点，将井位坐标投影到平面地图上，便于作业人员进行查找定位，还可以清晰地看到每口井的详细地理位置。而井眼轨迹的三维模拟是利用设计、实钻过程中的地下空间数据( x，y z) 进行曲线空间展示，具有空间性和隐蔽性。利用 X3D 技术和 VRML 的语法结构，通过浏览器执行程序来实现井眼轨迹的三维空间模拟展示。因此，井眼轨迹的模拟实现了从整体到局部的二三维应用相结合。

2 井眼轨迹三维模拟的设计思路

2.1 体系结构

井眼轨迹的绘制结构采用 B /S 结构( 如图 1 所示) ，结构分三层即客户端层、服务器层、后台数据层。数据库层主要由矢量数据、影像数据、井位坐标数据、井基本属性数据、X3D( * . x3d) 文件和 JavaScript 脚本组成。客户端用户通过浏览器向服务器( Web 服务器、应用服务器)发出请求，请求下载用户请求的地图数据和 X3D 三维场景文件，然后利用 FLEX 显示地图和井位，利用嵌入在 IE里的 PowerSpotLight 插件显示三维场景。JavaScript 通过X3D 提供的 SAI( 外部场景创作接口) 由用户控制直接参与交互。中间层由 Web 服务器组成，应用服务器接受客户端的请求从 X3D 文件中提取三维数据，经过加工处理，然后返回客户端。另外 Web 服务器通过监听用户对三维场景操作的事件，给用户提供事件操作所需要的文件或事件代码传送到客户端，绘制出井眼轨迹。