井場多專業(yè)數(shù)據(jù)發(fā)布平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

汪湖濱(長城鉆探工程有限公司錄井公司，遼寧 盤錦 124010)

0 引言

隨著石油工程技術(shù)服務(wù)專業(yè)化程度逐步加深，國內(nèi)形成了鉆井、錄井、測井、鉆井液、固井、壓裂測試等獨(dú)立的專業(yè)化公司，各公司作業(yè)區(qū)域點(diǎn)多面廣，服務(wù)區(qū)域向邊緣地區(qū)延伸，長期以來井場多專業(yè)數(shù)據(jù)孤立分散，現(xiàn)場多套軟件系統(tǒng)共存、信息分散，無法在同一平臺為不同油區(qū)多數(shù)據(jù)源提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù)，不能滿足用戶集中監(jiān)控井?dāng)?shù)據(jù)的需求。同時由于國內(nèi)外油氣資源劣質(zhì)化明顯、開發(fā)對象復(fù)雜化，隨鉆定向難度大，地質(zhì)導(dǎo)向效果差，井下復(fù)雜事故多，迫切需要一個能夠承擔(dān)井場數(shù)據(jù)采集傳輸、綜合分析、工程應(yīng)用、輔助決策等任務(wù)的分綜合應(yīng)用平臺，實(shí)現(xiàn)對井場各專業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，為基地各級用戶提供技術(shù)支持，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)集錄井應(yīng)用、鉆井應(yīng)用及遠(yuǎn)程輔助決策應(yīng)用為一體的多專業(yè)協(xié)同工作平臺。

1 井場信息平臺的國內(nèi)外現(xiàn)狀

國外各大油服公司非常重視井場多專業(yè)一體化系統(tǒng)的應(yīng)用，于90 年代初期就建立了實(shí)時鉆井?dāng)?shù)據(jù)中心，即通過衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)將井場各項(xiàng)數(shù)據(jù)實(shí)時傳送到后方基地[1]，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場與基地數(shù)據(jù)共享，專家通過對數(shù)據(jù)的對比分析，為現(xiàn)場提供技術(shù)服務(wù)。目前，國外先進(jìn)的公司都已實(shí)現(xiàn)了多專業(yè)的數(shù)據(jù)管理和決策支持系統(tǒng)平臺的大規(guī)模應(yīng)用，將分布在世界各地的施工井場、后方基地及甲方單位連接起來[2]，多專業(yè)共享信息，使用戶可以無障礙交流，實(shí)現(xiàn)對鉆井現(xiàn)場的實(shí)時監(jiān)控和輔助決策。這些一體化的信息支持系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集存儲、分析、多專業(yè)協(xié)同工作、信息共享、決策支持等方面提高了生產(chǎn)效率，在快速、安全鉆井方面發(fā)揮了巨大作用。

而國內(nèi)的井場多專業(yè)信息共享系統(tǒng)受各種因素的限制則起步較晚，近年來面對信息技術(shù)的高速發(fā)展，國內(nèi)的石油企業(yè)也在積極建設(shè)多專業(yè)一體化平臺，國內(nèi)各大油田分別開發(fā)了井場數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上，建立了各自的井場數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)。目前國內(nèi)的此類平臺在網(wǎng)絡(luò)化信息傳輸，實(shí)時在線監(jiān)控指揮等方面取得了一定的進(jìn)展，滿足了數(shù)據(jù)采集、傳輸、發(fā)布、報表圖件的自動生成等基本需求[4]，但目前國內(nèi)的系統(tǒng)平臺管理不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)信息、數(shù)據(jù)應(yīng)用的相互獨(dú)立性依然存在，還沒有實(shí)現(xiàn)真正意義上的數(shù)據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)跨專業(yè)共享、分布式部署和數(shù)據(jù)多維度分析。

2 井場數(shù)據(jù)發(fā)布平臺建設(shè)

2.1 平臺總體設(shè)計(jì)

鉆井作業(yè)是一個多方集體協(xié)作的過程，平臺集成了現(xiàn)場的多專業(yè)數(shù)據(jù)，建立了不同專業(yè)的錄入端口，將鉆井?dāng)?shù)據(jù)、錄井?dāng)?shù)據(jù)、定向數(shù)據(jù)、鉆井工程數(shù)據(jù)、鉆井液性能等數(shù)據(jù)分專業(yè)錄入，自主研發(fā)的多專業(yè)靜態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)了一站式部署、一體化錄入、分專業(yè)輸出功能，動態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊，實(shí)現(xiàn)21 種綜合錄井儀、8 種隨鉆儀的數(shù)據(jù)以毫秒級的速率匯集到公共數(shù)據(jù)區(qū)(CDA)中，并進(jìn)行數(shù)據(jù)項(xiàng)及數(shù)據(jù)單位的歸一化處理。通過引入ACE 網(wǎng)絡(luò)傳輸架構(gòu)、FreeTDS 和OCI 數(shù)據(jù)訪問工具自主研發(fā)井場數(shù)據(jù)傳輸中間件，實(shí)現(xiàn)動態(tài)靜態(tài)數(shù)據(jù)傳輸；動態(tài)數(shù)據(jù)傳輸模塊以毫秒級頻率傳輸工程實(shí)時數(shù)據(jù)(錄井、隨鉆)到多個實(shí)時監(jiān)控終端，井場與基地間的數(shù)據(jù)實(shí)時同步；靜態(tài)數(shù)據(jù)傳輸模塊實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)、定時、分段、增量、全井特性分專業(yè)數(shù)據(jù)傳輸和關(guān)鍵數(shù)據(jù)日志記錄，解決了多專業(yè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎唾|(zhì)量。參考WITS/WITSML 核心數(shù)據(jù)模型、中石油EDPM 數(shù)據(jù)模型，形成了適合國際市場和國內(nèi)各油田公司要求的數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了井場數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲。平臺展示模式實(shí)現(xiàn)綜合遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)查詢、實(shí)時曲線顯示、歷史曲線回放、輔助決策等，不同用戶可通過電腦客戶端、手機(jī)APP、網(wǎng)頁瀏覽多種方式獲取現(xiàn)場的數(shù)據(jù)信息，改變以往單項(xiàng)專業(yè)技術(shù)各自服務(wù)的模式，同時提高后方技術(shù)人員對現(xiàn)場的支持力度。

2.2 分布式部署

全新的基于微內(nèi)核的分布式井場信息平臺，為用戶提供了可以實(shí)現(xiàn)“一次開發(fā)、多端部署”的高效開發(fā)工具，通過創(chuàng)建中心庫和主服務(wù)，將各個油區(qū)的權(quán)限數(shù)據(jù)和井信息(概要)存放到中心庫中，在各個油區(qū)部署數(shù)據(jù)同步客戶端，客戶端通過修改設(shè)置只連接主服務(wù)，定期通過調(diào)用主服務(wù)的數(shù)據(jù)同步接口將井信息同步到中心庫，中心庫中追加油區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(包含油區(qū)基本信息，油區(qū)服務(wù)器地址和端口號等)，信息平臺中各個具體功能連接數(shù)據(jù)的方式修改為動態(tài)連接方式，當(dāng)前井所在油區(qū)通過服務(wù)獲得油區(qū)服務(wù)器地址和端口號后動態(tài)連接，實(shí)現(xiàn)分布式部署平臺，滿足長慶、遼河、冀東、威遠(yuǎn)等多油區(qū)井監(jiān)控的需求，有效地解決不同區(qū)域數(shù)據(jù)源分別配置一套數(shù)據(jù)服務(wù)，造成各數(shù)據(jù)服務(wù)間割裂，無法使用同一平臺接收不同油區(qū)數(shù)據(jù)服務(wù)。用戶無需面對硬件的多樣化與復(fù)雜性，一次開發(fā)，即可讓應(yīng)用夸設(shè)備運(yùn)行，改善各級任務(wù)對資源的無序爭奪帶來的系統(tǒng)卡頓，確保穩(wěn)定流暢的交互體驗(yàn)。

2.3 數(shù)據(jù)庫重構(gòu)與優(yōu)化

系統(tǒng)平臺在保證原有系統(tǒng)持續(xù)可用的情況下，創(chuàng)建滿足多專業(yè)應(yīng)用、適應(yīng)國際化標(biāo)準(zhǔn)和便于軟件集成的中心數(shù)據(jù)庫，并將各個油區(qū)的權(quán)限數(shù)據(jù)和井信息存放到中心數(shù)據(jù)庫中，解決各專業(yè)數(shù)據(jù)庫異構(gòu)問題，并且動態(tài)鏈接各個油區(qū)服務(wù)器，達(dá)到井場信息一體化，滿足多油區(qū)井監(jiān)控的需求；同時根據(jù)平臺設(shè)計(jì)要求進(jìn)行用戶角色、系統(tǒng)權(quán)限等邏輯模型設(shè)計(jì)，提高平臺數(shù)據(jù)應(yīng)用安全性。數(shù)據(jù)庫模型由基于WITS/WITSML 的核心數(shù)據(jù)模型、專業(yè)應(yīng)用集成數(shù)據(jù)模型和系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型三部分構(gòu)成。

2.4 多專業(yè)數(shù)據(jù)采集、傳輸及發(fā)布管理

鉆井作業(yè)是一個多方集體協(xié)作的過程，單獨(dú)采集錄井?dāng)?shù)據(jù)不能很好的反映現(xiàn)場施工的詳細(xì)情況，平臺集成了現(xiàn)場的多專業(yè)數(shù)據(jù)，建立了不同專業(yè)的錄入端口，將地質(zhì)錄井?dāng)?shù)據(jù)、綜合錄井?dāng)?shù)據(jù)、隨鉆測量數(shù)據(jù)、測井?dāng)?shù)據(jù)、鉆井工程數(shù)據(jù)、鉆井液性能等數(shù)據(jù)分專業(yè)錄入，并進(jìn)行數(shù)據(jù)項(xiàng)及數(shù)據(jù)單位的歸一化處理，為下一步的應(yīng)用和存儲做好數(shù)據(jù)預(yù)處理。同時在現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)庫平臺的建設(shè)和標(biāo)準(zhǔn)接口的開發(fā)，通過無線遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)時數(shù)據(jù)的WITS/WITSML 格式的數(shù)據(jù)傳輸，不同用戶可通過電腦客戶端、手機(jī)APP、網(wǎng)頁瀏覽多種方式獲取現(xiàn)場的數(shù)據(jù)信息。

2.5 遠(yuǎn)程輔助決策指揮

井場信息分布式共享平臺中的遠(yuǎn)程輔助決策指揮模塊，包括客戶端郵件、視頻會議、視頻監(jiān)控等主要功能。通過建立不同區(qū)域、多層次、多群組協(xié)同工作的環(huán)境，將作業(yè)過程中地域分散的多部門管理決策者、多領(lǐng)域?qū)＜液同F(xiàn)場技術(shù)服務(wù)人員融為一體，不同專業(yè)的多個專家共同對現(xiàn)場問題進(jìn)行研究判斷分析，由單隊(duì)服務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)閷＜摇凹袝\”，實(shí)時進(jìn)行參數(shù)校驗(yàn)、資料處理、故障診修等遠(yuǎn)程控制、指揮、決策的創(chuàng)新錄井模式。

(1)客戶端郵件。信息服務(wù)共享平臺客戶端郵件使用IMAP/APOP/POP3/SMTP/ESMTP/協(xié)議收發(fā)電子郵件，系統(tǒng)帳號與現(xiàn)有的郵件帳號關(guān)聯(lián)，做到使用錄井現(xiàn)場信息服務(wù)共享系統(tǒng)帳號登陸的同時，可以接收相應(yīng)的郵件，同時也可以使用郵件帳號登陸地系統(tǒng)。

(2)視頻會議。系統(tǒng)使用內(nèi)部賬號就可以使用視頻會議功能，方便基地與現(xiàn)場溝通交流，將公司文件及時傳達(dá)給現(xiàn)場，提高基地管理效率。

(3)視頻監(jiān)控。視頻監(jiān)控可以將作業(yè)現(xiàn)場施工畫面實(shí)時傳送回基地。通過視頻監(jiān)控可以結(jié)合曲線了解現(xiàn)場情況，避免不安全行為，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，能夠使基地及時了解現(xiàn)場情況，為基地指揮決策提供依據(jù)。

3 平臺推廣應(yīng)用

平臺在國內(nèi)外油區(qū)廣泛應(yīng)用，利用此系統(tǒng)改變了以往單項(xiàng)專業(yè)技術(shù)各自服務(wù)的模式，深入優(yōu)化施工方案，提高了儲層鉆遇率。

鉆井開工前，甲方通過系統(tǒng)平臺的移動單兵和遠(yuǎn)程視頻會議功能對現(xiàn)場技術(shù)交底和遠(yuǎn)程開工驗(yàn)收，解決了監(jiān)督人員短缺及受天氣、天氣影響不能及時到現(xiàn)場管理的難題，縮短了井隊(duì)等停時間。

鉆前地質(zhì)導(dǎo)向人員利用地質(zhì)資料，落實(shí)箱體甜點(diǎn)位置以及上下地層曲線特征，并完成優(yōu)質(zhì)頁巖段內(nèi)部的小層劃分，確定導(dǎo)向跟蹤過程中的主要標(biāo)志層，建立地質(zhì)導(dǎo)向模型，依據(jù)導(dǎo)向模型優(yōu)化施工方案、預(yù)判鉆井風(fēng)險，降低施工難度與風(fēng)險。

實(shí)鉆過程中，鉆井、錄井、鉆井液各專業(yè)及現(xiàn)場工作人員與基地支持無縫對接，現(xiàn)場技術(shù)人員分專業(yè)錄入數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的實(shí)時性和唯一性，地質(zhì)人員通過逐層逼近，分析目標(biāo)層位置，與工程人員隨時溝通確保以最佳角度安全著陸目的層。水平段鉆進(jìn)過程中，利用系統(tǒng)平臺中氣測、鉆時、地化、元素、伽瑪?shù)葦?shù)據(jù)對地質(zhì)甜點(diǎn)有效識別，判斷軌跡上切與下切儲層狀態(tài)指導(dǎo)軌跡優(yōu)化調(diào)整，鉆井液人員通過工程等數(shù)據(jù)隨時調(diào)整鉆井液各項(xiàng)數(shù)據(jù)，基于工程安全情況下給出最為合理的調(diào)整方案，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)與工程的統(tǒng)一，達(dá)到鉆遇箱體甜點(diǎn)并保障安全高效鉆井，實(shí)現(xiàn)了工程甜點(diǎn)與地質(zhì)甜點(diǎn)有效結(jié)合。后方專家通過視頻會議、視頻監(jiān)控、即時通訊功能分析現(xiàn)場反饋的實(shí)時數(shù)據(jù)，對現(xiàn)場鉆進(jìn)參數(shù)優(yōu)化，推薦最優(yōu)鉆井參數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場井身軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時跟蹤、中靶預(yù)測，實(shí)時分析井壁穩(wěn)定性、井筒壓力以及管柱安全等方面的潛在風(fēng)險，針對性提出優(yōu)化方案，進(jìn)行遠(yuǎn)程輔助決策。

鉆后本井實(shí)現(xiàn)了多專業(yè)專家共享數(shù)據(jù)、多專業(yè)協(xié)同作業(yè)指導(dǎo)，完鉆后將各類成果更新到系統(tǒng)中的區(qū)域模型，形成知識庫，方案與實(shí)際對比分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為今后鉆井施工提供技術(shù)支持。

4 結(jié)語

平臺是專業(yè)應(yīng)用軟件管理系統(tǒng)集成化、一體化的最終載體。平臺統(tǒng)一存儲各專業(yè)數(shù)據(jù)，在不同區(qū)塊分布式部署安裝，實(shí)現(xiàn)多專業(yè)協(xié)同作業(yè)及多源數(shù)據(jù)共享，高效數(shù)據(jù)傳輸為遠(yuǎn)程監(jiān)控提供必要手段，軟件集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)軟件快速集成；隨鉆數(shù)據(jù)應(yīng)用模塊，實(shí)現(xiàn)對井下復(fù)雜情況分析預(yù)警；地質(zhì)導(dǎo)向模塊實(shí)現(xiàn)快速油氣層發(fā)現(xiàn)和提高儲層鉆遇率；輔助決策模塊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時技術(shù)支持和監(jiān)測。