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摘要：油藏深埋地下，油藏中流体的渗流特性和地下油藏参数的变化都是依靠油藏数值模拟得到，《油藏工程》课程的特点需要借助油藏三维可视化软件对对地下油藏实现具体形象的展现。本文對油藏数模文件的格式、存储组织形式进行分析，然后利用利用OpenGL三维图形库实现了地下油气藏的三维可视化。
关键词：油藏 三维图
基金项目：重庆科技学院高等教育研究项目（GJ201408，GJ201409）。
【分类号】TE-4
油藏工程课程作为石油院校石油工程专业的主干专业课，是专门讲授油气田开采机理和方法的一门课程[1]。由于油气藏深埋地下、隐蔽抽象，油藏中流体的渗流特性和油气藏参数变化都是依靠油藏数值模拟得到，学生理解困难。随着计算机虚拟现实技术的发展，利用三维可视化技术辅助教学可以克服这些困难，成为一种行之有效的手段[2]。因此，根据油藏工程课程教学特点，利用OpenGL技术，实现地下气藏数值模拟的三维可视化。
石油行业中常用的地质建模软件有Petrel、RMS、Direct等，油藏数值模拟软件有Eclipse、CMG、VIP等。Petrel建模软件界面友好、过程管理使模型更新便捷快速，RMS的模块相对对，复杂断层处理能力较强；Direct软件可以进行多维互动的储层表征；Eclipse支持多种网格类型并能进行局部网格加密。下面我们以油田常用的Petrel地质建模软件和Eclipse油藏数值模拟软件，研究数模结果的三维可视化[3]。
1. 基于八叉树的数模文件存取技术
数模结果文件很大，有的达到100G，现有的计算机内存容量、计算和绘制性能有限，难以将海量的空间数据一次性从磁盘调入内存，而必须分块调度，因此需要研究大数据体在计算机中的存储组织技术。
存储组织与三维展示均采用八叉树数据组织结构，是一种用于描述三维空间的树状层次结构，八叉树的每个节点可以看作为一个正方体，每个节点有八个子节点，刚好利用八叉树结构描述。
我们将数模结果的大数据体分成若干小块，采用八叉树技术，即每次将数据体分为8个小块，每个小块再分为8个小块，直到每小块可以很方便地调入计算机内存并展示为止。
存储过程实际上是构造八叉树的过程，上面划分得到的可以在计算机展示的最小块构成八叉树的叶子节点，是分辨率最高、展示的体积最小的节点。如果用户要查看三维数据体的整体，需要将高分辨率的所有节点均调入内存，由于受计算机内存、绘制能力限制，这是无法做到的。人眼在观察事物时，对较远处的场景能够获得的信息相对较少，而随着距离的拉近，对细节的观察越来越详细，因此对远近不同的场景可以采用不同的分辨率（也称粒度）描述，这就是多层次细节（LOD）方法的基本原理[4]。
加载数据的初始时刻采用分辨率最低的数据，可以尽快描述物体大概的轮廓，在绘制数模大数据量的体数据时，效率仍然很高，因为它在最初加载进内存的是分辨率最小的数据，数据量小，可以在很短时间内绘制出来，随着用户放大数据体，分辨率更高的数据块需要进行绘制，直到分辨率最高的数据绘制完成。
因此在存储时，不仅需要存储分辨率最高的数据块，还要存储低分辨率的数据块。我们将分辨率最高的节点称为叶子节点，将8个子节点所表示的体积元素加在一起构成父节点的体积，父节点的分辨率比子节点低，每个父节点的数据量等于每个子节点数据量。8个父节点所表示的体积元素加在一起构成祖节点，祖节点的分辨率更低......，这样最后构成根节点，根节点表示数模大数据体的全体，其分辨率最低，在三维可视化开始加载时首先快速加载根节点，看到整个数据体的全部。
2. 油藏数值模拟模型解析与效果展示
油藏数值模拟模型数据分为文本格式和二进制格式2大类，这两种格式的文件有不同的应用场景。文本格式的文件，其格式易于解析，便于软件开发和调试；二进制格式文件读写速度快很多倍，占用更少的存储空间，我们对2种格式的文件都进行了解析，在软件开发阶段使用文本文件格式，在获取实验数据时采用二进制格式，以提高运行性能。
Petrel建立的静态模型包括很多文件，其中最重要的文本格式文件是.GRDECL。
油藏数值模拟模型二进制格式文件也可以在Eclipse软件中使用关键字进行定制输出的，在三维展示时使用的文件一般包括三个文件：
（1）*.GRID文件（*.EGRID文件）：存储了网格的相关信息；
（2）*.INIT文件：属性文件，存储了孔隙度、不同方向的渗透率等静态属性；
（3）*.UNRST文件：重启文件，记录了各种动态属性结果，如：含有饱和度、压力等数据。
我们通过编写Java程序，对读到的每一个关键字进行分析，再与实际Eclipse的显示效果进行对比，解析了这些二进制文件的存储方式。
地下油藏三维可视化可以实现多层（多分辨率）的效果展示，图1为最低分辨率（第0层）的展示效果。
3. 结束语
结合OpenGL三维图形库和Java技术编制的油藏三维可视化软件，既可以加深学生的理解和记忆，有提高了教学效率，对激发学生的学习积极性有极大的促进作用。同时如果学生感兴趣，也可以自己编制该软件，培养了学生编程能力。
参考文献
[1] 李传亮？， 油藏工程原理（第2版）[M].北京：石油工业出版社，2011
[2] 张力，应用虚拟现实技术提高网络教学质量的研究[J]，电化教育研究，2003，8（6）：56-60
[3] 吴永彬等，基于PETREL的油藏三维可视化地质建模技术[J]，钻采工艺，2007，30（5）：65-66
[4] 申龙斌，油田勘探开发地质对象三维可视化关键技术研究[D]，博士论文：中国海洋大学，2010
作者简介：李继强（1973-），男，硕士，重庆科技学院石油与天然气工程学院，高级工程师，主讲石油工程本科和研究生专业课。
关键词：油藏 三维图
基金项目：重庆科技学院高等教育研究项目（GJ201408，GJ201409）。
【分类号】TE-4
油藏工程课程作为石油院校石油工程专业的主干专业课，是专门讲授油气田开采机理和方法的一门课程[1]。由于油气藏深埋地下、隐蔽抽象，油藏中流体的渗流特性和油气藏参数变化都是依靠油藏数值模拟得到，学生理解困难。随着计算机虚拟现实技术的发展，利用三维可视化技术辅助教学可以克服这些困难，成为一种行之有效的手段[2]。因此，根据油藏工程课程教学特点，利用OpenGL技术，实现地下气藏数值模拟的三维可视化。
石油行业中常用的地质建模软件有Petrel、RMS、Direct等，油藏数值模拟软件有Eclipse、CMG、VIP等。Petrel建模软件界面友好、过程管理使模型更新便捷快速，RMS的模块相对对，复杂断层处理能力较强；Direct软件可以进行多维互动的储层表征；Eclipse支持多种网格类型并能进行局部网格加密。下面我们以油田常用的Petrel地质建模软件和Eclipse油藏数值模拟软件，研究数模结果的三维可视化[3]。
1. 基于八叉树的数模文件存取技术
数模结果文件很大，有的达到100G，现有的计算机内存容量、计算和绘制性能有限，难以将海量的空间数据一次性从磁盘调入内存，而必须分块调度，因此需要研究大数据体在计算机中的存储组织技术。
存储组织与三维展示均采用八叉树数据组织结构，是一种用于描述三维空间的树状层次结构，八叉树的每个节点可以看作为一个正方体，每个节点有八个子节点，刚好利用八叉树结构描述。
我们将数模结果的大数据体分成若干小块，采用八叉树技术，即每次将数据体分为8个小块，每个小块再分为8个小块，直到每小块可以很方便地调入计算机内存并展示为止。
存储过程实际上是构造八叉树的过程，上面划分得到的可以在计算机展示的最小块构成八叉树的叶子节点，是分辨率最高、展示的体积最小的节点。如果用户要查看三维数据体的整体，需要将高分辨率的所有节点均调入内存，由于受计算机内存、绘制能力限制，这是无法做到的。人眼在观察事物时，对较远处的场景能够获得的信息相对较少，而随着距离的拉近，对细节的观察越来越详细，因此对远近不同的场景可以采用不同的分辨率（也称粒度）描述，这就是多层次细节（LOD）方法的基本原理[4]。
加载数据的初始时刻采用分辨率最低的数据，可以尽快描述物体大概的轮廓，在绘制数模大数据量的体数据时，效率仍然很高，因为它在最初加载进内存的是分辨率最小的数据，数据量小，可以在很短时间内绘制出来，随着用户放大数据体，分辨率更高的数据块需要进行绘制，直到分辨率最高的数据绘制完成。
因此在存储时，不仅需要存储分辨率最高的数据块，还要存储低分辨率的数据块。我们将分辨率最高的节点称为叶子节点，将8个子节点所表示的体积元素加在一起构成父节点的体积，父节点的分辨率比子节点低，每个父节点的数据量等于每个子节点数据量。8个父节点所表示的体积元素加在一起构成祖节点，祖节点的分辨率更低......，这样最后构成根节点，根节点表示数模大数据体的全体，其分辨率最低，在三维可视化开始加载时首先快速加载根节点，看到整个数据体的全部。
2. 油藏数值模拟模型解析与效果展示
油藏数值模拟模型数据分为文本格式和二进制格式2大类，这两种格式的文件有不同的应用场景。文本格式的文件，其格式易于解析，便于软件开发和调试；二进制格式文件读写速度快很多倍，占用更少的存储空间，我们对2种格式的文件都进行了解析，在软件开发阶段使用文本文件格式，在获取实验数据时采用二进制格式，以提高运行性能。
Petrel建立的静态模型包括很多文件，其中最重要的文本格式文件是.GRDECL。
油藏数值模拟模型二进制格式文件也可以在Eclipse软件中使用关键字进行定制输出的，在三维展示时使用的文件一般包括三个文件：
（1）*.GRID文件（*.EGRID文件）：存储了网格的相关信息；
（2）*.INIT文件：属性文件，存储了孔隙度、不同方向的渗透率等静态属性；
（3）*.UNRST文件：重启文件，记录了各种动态属性结果，如：含有饱和度、压力等数据。
我们通过编写Java程序，对读到的每一个关键字进行分析，再与实际Eclipse的显示效果进行对比，解析了这些二进制文件的存储方式。
地下油藏三维可视化可以实现多层（多分辨率）的效果展示，图1为最低分辨率（第0层）的展示效果。
3. 结束语
结合OpenGL三维图形库和Java技术编制的油藏三维可视化软件，既可以加深学生的理解和记忆，有提高了教学效率，对激发学生的学习积极性有极大的促进作用。同时如果学生感兴趣，也可以自己编制该软件，培养了学生编程能力。
参考文献
[1] 李传亮？， 油藏工程原理（第2版）[M].北京：石油工业出版社，2011
[2] 张力，应用虚拟现实技术提高网络教学质量的研究[J]，电化教育研究，2003，8（6）：56-60
[3] 吴永彬等，基于PETREL的油藏三维可视化地质建模技术[J]，钻采工艺，2007，30（5）：65-66
[4] 申龙斌，油田勘探开发地质对象三维可视化关键技术研究[D]，博士论文：中国海洋大学，2010
作者简介：李继强（1973-），男，硕士，重庆科技学院石油与天然气工程学院，高级工程师，主讲石油工程本科和研究生专业课。