cad三维建模解析

2022-07-31

第一篇：cad三维建模解析

三维地质建模

dynamics of fiuids in porous media properties of gas @oil reservoirs

这是我的一个工作总结，主要针对国内的地质建模工作的一些看法。因为不适合在专业杂志上发表，放到这里供大家互相交流。

虽然近些年三维地质建模工作在国内越来越受到重视，经常把三维地质建模技术称为油藏描述的核心，但在实际工作中却与真正的核心作用相差较远。一项技术若要称为核心，必须要对其它相关的工作起到指导和引领的作用，但目前国内对三维地质建模的认识与应用还经常停留在其它研究成果的集成与显示，或者只是为油藏数值模拟提供一个计算平台。甚至被许多人称为“好看，但不好用，不能解决实际生产中的问题”。

另一方面，众所周知，在任何一个研究领域，若要获得大的进步和突破，新技术、新方法的应用是必不可少的。而在目前的油藏开发阶段地质研究中采用的主要方法依然是编制地层对比图、沉积微相图、砂体等厚图，油层连通图等传统的技术。但随着油藏开发难度的逐渐增高，这些传统的研究方法已经难以满足更为细致、深入的认识油藏地质特征的要求。而三维地质建模技术是在油藏开发地质研究中可以称为新技术、新方法的极少数技术之一。因此若要在油藏开发阶段获得地质认识上的新发现和突破，三维地质建模技术能够，也必须得到足够的重视。

1、三维地质建模技术在油藏描述中的主要作用

多年的实践表明，若要充分发挥出三维地质建模的作用使其真正成为“核心”，关键是要拓宽其应用范围，从简单的“模型计算”拓展为油藏地质研究的一种工具和手段，并将三维地质模型视为数据平台，以其为基础开展更为精细的地质研究工作。

(1) 建立精细的三维地质模型，对基础地质数据有更高的要求，这种高要求会反过来推动基础地质研究的进一步深化。建立精细的三维地质模型，往往在构造解释、地层对比、测井解释等方面较常规油藏地质研究有更高的要求。在三维地质建模过程中通过与这些基础工作相交互，可以有效的提高这些基础工作的细化程度和准确程度。

(2) 三维地质模型是对地质体的三维描述，它本身也是开展进一步地质研究工作的三维数据平台，完全可以起到相当于三维地震数据体在勘探阶段所起到的作用。在精细三维地质模型的基础上同样可以进行含油地质体的提取、隔夹层分布的分析等研究工作，从三维空间的角度研究储层的分布特征。 (3) 三维地质建模可以大幅提高地质研究的工作效率。三维地质模型建立后，可以从中快捷的提取大量的地质图件，例如构造图、砂体等厚图、油层物性图、剖面图等，极大的提高地质编图的效率，使一些由于工作量巨大而难以完成的工作成为可能。

2、应用实例分析

三维地质建模工作不仅仅是模型的计算，也是地质研究的一种工具。如果能将三维地质建模技术从单纯的模型计算出脱离出来，可以在许多研究领域发挥特有的作用。

(1) 提高基础地质研究工作的准确性

将三维地质建模技术与基础地质研究工作相结合，可以丰富研究工作的手段，解决许多常规方法无法解决的技术难点。

例如，在渤海湾地区某断块油藏，利用钻井分层数据计算构造模型时发现，由于该区块沉积河道横向变化快，又缺少明显的标志层，小层对比难度很大，对比方案存在一定的误差，计算出的构造面存在不合理的起伏，如图中所示。面对这样的问题，从事地质建模工作的人员可以有二种选择。一种是直接将异常区平滑掉，然后继续属性建模工作;另一种是针对这些有异常构造起伏的钻井分层进行有针对性对比和调整，并根据调整后的方案重新建立更为合理的构造模型。

第一种选择建立的地质模型由于缺少坚实的地质基础，确实是只能好看，不能好用，并且与“核心”作用无关，而第二种选择却体现出了“核心”的作用。第二种选择所采用的方式虽然在技术上并不复杂，也不高深，但却代表了一种不同的地质建模工作思路，即三维地质建模与基础地质研究工作的充分交互与结合。这种方法可以直接看到那些井存在问题，误差的大概范围是多少，从而有针对性的改进地层对比方案，不仅具有较强的实用性，还十分的快捷，高效，解决了常规地层对比工作方法难以解决的技术难点。

2)开展储层精细研究

三维地质模型是对地下地质体的三维描述，模型内包括了大量的地质信息，是开展储层精细研究的良好的数据平台。在三维地质模型的基础上可以提取出各种地质成果图件。例如利用沉积相模型可以提取出各种相单元的等厚图，利用孔隙度模型提取出储层平均孔隙度图等。还可以通过模型的计算得到一些特殊参数的图件，例如通过渗透率模型可以得到渗透率变异系数图。而且各种地质参数的提取与编图十分方便、快捷，纵向层系单元可以任意定义。编制地质剖面图也是地质研究中的一项工作量比较大的任务，尤其是编制正过水平井的剖面图往往有一定的难度。一旦地质模型完成后，可以任意的在地质模型内切出各种剖面图，所耗费的时间可以以秒为单元计算。

在东部某油藏，开发目的层为一套扇三角洲辫状河沉积，共划分了6个小层，为了在地质模型中准确的反映出河道的特征，6个小层被进一步划分为16期河道沉积。在完成各种属性地质模型的计算后，以地质模型为基础提取、编制了16期辫状河分流河道砂体等厚图，砂地比图，储层等厚图、油层等厚图、储层的平均孔隙度图、平均渗透率图、平均含油饱和度图等多种图件，还利用过滤功能提取了孔隙度>20%的储层等厚图、孔隙度>25%的储层等厚图等共100多张各类成果图件。从数据提取到图件显示、输出，所用时间仅为二天。而采用常规传统的编图的方法，所用时间至少要二周以上，工作效率难以相比。

图2为其中某期辫状河道砂体的等厚图，是在Petrel地质建模软件中从沉积相模型中提取，并在建模软件中直接显示的结果。该图清晰、合理的反映出了辫状河砂体的分布特征，与沉积相特征完全一致。而且由于三维地质模型的计算是三维插值，并有地质统计学控制数据的整体空间分布，提取的图件较一般的二维插值编图更为合理，图件质量也完全可以满足地质研究的编图要求。

3)油层内部非均质性研究

三维地质模型是地质单元的一个三维数据体，一个通过合理的方法建立的地质模型可以比较细致、合理的描述出储层内部的各种储层参数分布特征。例如在模型上基础上可以提取出泥质夹层，高渗条带等特殊地质单元，再结合生产动态数据，可以对油层内部的储层物性变化、非均质性特征及其对油藏开发的影响进行细致的研究。

在中国西部油藏气驱试验区，测井解释发现在油层内部发育有一些高渗薄层(图3)，这些薄层有可能引起注入空气的突进和气窜。为了对可能的风险进行评估并在开发方案中编制相应的调整预案，对高渗层的分布进行了研究。首先通过地层单元细分、地质统计学分析等手段建立了精细的三维地质模型，然后以渗透率>1000um2×10-3为门限值，在地质模型中提取了高渗层(图4)，再以提取的结果为基础，编制了高渗层的地质图件(图5)，包括各高渗砂体的顶面构造图、等厚图、平均渗透率图等。从高渗层的提取到编制完所有成果图件，仅用半天时间。而类似的工作很难通过常规的研究方法来实现。

(4)特殊地质体的描述

三维地质建模工作中，可以通过体控建模、震控建模、模型解释等方法对河道砂体、生物礁体、火成岩体等一些特殊的地质体的储层特征进行三维描述，达到精细描述储层特征的目标。

例如曲流河点砂坝是一种重要的油藏储集单元。从曲流河的沉积特征看(图6)，曲流河通常发育在一个横向较宽，走向近顺直的河床内。在河床内部，高弯曲度的河道在长期横向迁移的过程中形成多个点砂坝，并互相叠置成为一个片状分布的砂体发育区。点砂坝的空间形态，尤其是相互之间的叠置关系往往难以准确的描述。

在渤海湾盆地某油层为曲流河点砂坝砂体。示踪剂研究表明油藏范围内存在数个互不相通的砂体，三维地震资料和测井曲线的综合研究解释出7个点砂坝，并用体控建模的方法建立了研究区内点砂坝砂体的模型(图7)。

在地质模型的基础上从三维的角度对点砂坝的三维空间形态和储层特征进行描述和分析，这种描述只有通过三维地质建模技术来完成。

版主

690 主题数：

发表于 01-26-2014 - 10:48

结论

在上述实例中，所采用的并不是高深的技术，都是一些在建模工作中常用的技术方法，而且正因为技术方法和过程并不复杂，使其具有较强的实用性，可以应用到日常工作中，并解决一些常规方法难以解决的技术难题，可以使三维地质建模技术在油藏地质研究和生产中发挥更为广泛的作用。

三维地质建模工作不仅仅是简单的模型计算或其它研究成果的集成与显示，它本身也是一种很强大的地质研究工具和手段。将三维建模技术与基础地质研究相结合，可以有效提高基础地质研究的水平。将三维地质模型做为数据平台，在三维地质模型基础上开展进一步的储层精细研究。可以有效提高油藏开发阶段地质研究的深度和精细程度。

第二篇：三维建模技术

计算机三维建模及其应用作者：刘胜平指导老师：

南昌航空大学航空制造工程学院

摘要：为了更好的应用计算机三维建模技术，本文讲述了计算机三维建模的含义，描述了三维建模的发展历史，说明了三维曲面建模和三维实体建模的主要方法与应用、数据交换接口、三维建模技术的发展趋势。关键字：三维建模技术 1 引言

为了能够在计算机环境下更逼真地模拟现实世界的人和物及其运动形态, 必须在三维空间系统中利用已有的三维建模技术 ,精确地描绘这些事物以实现三维物体的真实再现 ,进而为用户创造一个身临其境、形象逼真的环境。对现实世界的事物进行建模和模拟,就是根据研究的目标和重点, 在三维空间中对其形状、色彩、材质、光照、运动等属性进行研究 ,以达到 3D 再现的过程。因而, 对三维实体的图形图像处理及其模型建模研究显得尤为必要。 2三维建模技术的定义、发展历史

三维建模技术是研究在计算机上进行空间形体的表达、存储和处理的技术，在CAD技术发展初期，CAD仅限于计算机辅助绘图，随着三维建模技术的发展，CAD技术才从二维平面绘图发展到三维产品建模，随之产生了三维线框模型、曲面模型和实体造型技术等。线框模型：20世纪60年代末开始研究线框和多边形构造三维实体，这样的模型被人称为线框模型。三维物体是由他的全部顶点以及边的集合来描述。曲面模型：曲面模型是在线框模型的数据结构基础上，增加可形成立体面的各相关数据后构成的。

实体造型技术：实体模型在表面看来往往类似于经过消除隐藏线的线框模型在线框模型或经过消除隐藏面的曲面模型;但实体模型上如果挖一个孔，就会自动生产一个新的表面，同时自动识别内部和外部;实体模型可以使物体的实体特性在计算机中得到定义。

特征参数化技术：参数化造型的主体思想是用几何约束、工程方程与关系来说明产品模型的形状特征，从而达到设计一系列在形状或功能上具有相似性的设计方案。

变量化技术：我们在进行机械设计和工艺设计时，总是希望零部件能够让我们随心所欲地构建，可以随意拆卸，能够让我们在平面的显示器上，构造出三维立体的设计作品，而且希望保留每一个中间结果，以备反复设计和优化设计时使用。

3 三维曲面建模和三维实体建模的主要方法与应用

第三篇：三维建模思路教学浅析

AutoCAD(中级)培训中三维建模思路教学浅析

谢珍真

内容摘要：复杂的形体大多都是由简单的基本形体进行布尔运算或面截切得到的。在教学中从简单零件的画法开始，就注重引导学生进行形体分析，养成良好的建模思维习惯，同时，让学生理解UCS变换的目的是至关重要的一步。重视建模思路的分析引导，让学生自主探求模型的构建方法，使不同层次的学生得到不同程度的发展。

关键词：三维建模思路，形体分析，UCS变换

AutoCAD是目前应用最广的计算机辅助设计(CAD)通用软件，从AutoCAD2000以后，其三维建模与功能随着软件版本的不断升级而日显强大。AutoCAD(中级)培训其主要任务是完成三维建模的学习。这个过程既是AutoCAD 三维建模技能的教学过程，更是为学生构建三维设计理念，拓展三维设计视野，为今后触类旁通地学习其他更专业的3D参数化设计软件做铺垫的过程，因此在教学中不仅要重视通过建模实例熟悉命令，更应注重通过三维建模思路的分析，让学习者能举一反三，熟悉三维建模的思维过程，达到真正理解与掌握三维建模过程的目的。本文拟通过多年的AutoCAD实践对三维建模思路的教学加以总结分析。

一、形体分析是三维建模的思维基础

正如我们在《工程制图》教学中，形体分析法是读懂图纸的基本分析方法一样，在3D设计中，无论是象AutoCAD这种基于二维发展起来的三维设计模块，还是参数化3D 设计软件：如3dmax、 Pro/E、ug，其建模的基本思路都是首先对模型进行形体分析，因为复杂的形体大多都是由简单的基本形体进行布尔运算或面截切得到的。在教学中从简单零件的画法开始，就注重引导学生进行形体分析，养成良好的建模思维习惯，只有这样才能使学生真正掌握三维建模的技能。

三维建模时的形体分析(本文主要讨论实体造型)，主要从以下几方面进行考虑：1)是否为3d工具条中已有基本体(长方体、圆柱体、球体、圆锥体、楔体、圆环体, AutoCAD2007又新增了螺旋体、棱锥体等)的布尔运算(并、差、交集)，2)是否为二维几何面拉伸、旋转、放样(2007新增)后与基本体的布尔运算3)是否为基本体的面截切。一些形体，尽管看起来复杂，但基本形体的判断与分解并不困难，这是由于组合形体主要是布尔并、差运算，运算后基本形体的特征仍然明显。例如(图1)所示泵体，建模时可将其分解为图2所示的二维几何面拉伸体与圆柱体的布尔并、差运算,复杂的形体也就变得简单了。而有些形体，

看似简单，但初学者却感觉无从下手，例图3，六角螺母的倒角，不少初学者常常在倒角与倒圆命令上兜圈子，而其形体的形成应是六棱柱与圆锥的布尔交运算所得，采用布尔交运算后的得到的形体，其基本形体的特征已不明显，往往不易判断，因此，在形体分析时，应熟悉布尔交运算结果的特点：两形体的共有部分。形体分析的目的是在弄清形体结构的基础上，确定建模方法。一个形体，其构建的方法往往并不是唯一的，因此，在教学中，通过形

图3 体分析启发学生探讨建模方法，并对各种方法加以分析比较，选择最简方法，可以使学生在学习中不拘于教材或老师的建模步骤而独立完成三维建模，真正掌握三维造型的技能，达到授之以渔的目的。

二、 UCS变换是三维建模的关键

形体分析为三维建模奠定了建模方法的思维基础，但能不能完成建模，关键还在于对UCS的理解与灵活运用。

UCS为user coordinate system的缩写，即用户坐标系。在AutoCAD中有两个坐标系，一是WCS(世界坐标系)，另一个就是UCS。在二维绘图中，我们采用的是WCS，其原点位置和坐标轴的方向是固定不变的。而UCS是一个原点位置和坐标轴方向可根据用户需要变换的坐标系。由于是在2D平面绘制3D图形，因此，所有的3D软件都要解决同一问题，即2D绘图平面的变换，只是各自的术语不一样而已，如：pro/E将二维绘图平面称为草绘平面，masterCAM中将其称为构图面，Solidworks将其称为基准面。AutoCAD中没有明确给出二维绘图面的名称，而是用可变换的UCS确定二维绘图面XY平面，理解了这一点，UCS变换也就容易掌握了，同时对于其他3D软件的入门也起到触类旁通的作用。

初学者对UCS变换目的不理解，在建模时最感困难的就是UCS 的应用。因此，在教学中，让学生理解UCS变换的目的是至关重要的一步。UCS变换的一个重要目的，就是建立新的XY平面，由于许多2D绘图及编辑命令( 如PLINE、ARC、CIRCLE、ELLIPSE)只能在xy平面内绘制，而三维实体命令(圆柱、圆锥、长方体、楔体及拉伸、旋转、扫描，放样)都是基于2D图形形成的，因此在三维建模时必须通过UCS变换将XY平面建立在所需的空间任意平面内，使各个方向基本形体得以完成。如图4示的机件，是由

1、

2、3块板组合而成，而创建

1、

2、3板的2D几何平面图形只能在xy平面内绘制，通过UCS的变换，就可以使 xy平面位于图示所需的三种位置，达到构建各个方位基本形体的目的。

(图4)

明白了UCS变换的目的，再让学生来理解和应用UCS变换的各个命令就容易的多了。UCS变换命令的灵活应用则在于让学生熟悉UCS工具条中各命令的特点，为了让学生能熟练掌握各命令，可以根据各UCS变换命令特点分类介绍：

1)绕坐标轴旋转( )，其特点是原点不变，只改变坐标轴的方向，例图5，1

3 绘水平方向圆柱绕Y轴旋转90° (图5)

绕X轴旋转45°绘斜圆柱

配合原点平移命令，可以将XY平面变换到任何位置与角度。 2)原点、坐标轴方向变换(

) ，这三个命令原点都可改变。为原点平移，理解与应用不会有困难，灵活应用可以在确定基本形体位置时简化坐标输入。图6示确定键槽位置时，UCS变换后，轴向坐标(X)输入1.5 即可。

为定原点及Z轴正向，

为三点定新XY平面，应用的前提是已知Z方向

或已知平面的三点，这两个命令应用得当，可以使UCS变换快捷简单。(图7)

3) 变换到指定平面() )，这三个命令的特点是指定某面(对象、实体表面、视图)为新的XY平面。对于指定对象确定新的坐标系，学生一般感觉较困难，但在实际中应用并不多，因此可以简略介绍即可。(图8)

指定实体平面

(图8)

图7 Z轴正向

教学中注意给出UCS 变换的典型实例，注意分解难点。如(图8)的建模，形体分析简单，但须经多次UCS变换才能完成。(图9)

(图9)

无论是已有模型的绘制，还是三维创意的表达，形体分析是三维建模思维的基础，只有清楚了各部分的基本形体，才能确定建模的方式。而UCS变换则是解决各基本形体在各个不同空间方位的绘制。三维模型的构建，重要的是建模思路的构建。在教学中，宜采用引导——探究教学方法，探究学习理论认为，传统的理科学教学热衷于灌输和记取结论性知识，不利于学生思维能力的发展，而该理论强调学生自主地通过探究过程式学生的思维得到开发并获取知识。教学中不是照本宣科地讲授命令或绘图步骤，而是重视建模思路的分析引导，让学生自主探求模型的构建方法。采用引导-探究式教学可以让学生成为学习的主体，从而使不同层次的学生得到不同程度的发展。参考文献

李启炎计算机绘图(中级) 上海同济大学出版社 2002年1月夏毓灼机械制图与计算机绘图北京机械工业出版社 2002年9月夏毓灼机械制图与计算机绘图习题集北京机械工业出版社 2002年9月戴向国 Pro/ENGINEER 2000i入门与提高北京人民邮电出版社 2001年7月刘敬发教学创新探索与实践哈尔滨黑龙江教育出版社 2001年8月