區(qū)塊鏈在石油勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享中的應(yīng)用

劉 合， 李艷春， 金 輝， 曹 剛， 王素玲， 高 揚(yáng)， 祖智慧

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083； 2.東北石油大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江大慶 163318； 3.大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠，黑龍江大慶 163318)

隨著油氣勘探開發(fā)進(jìn)程的不斷深入，油氣田勘探開發(fā)及生產(chǎn)管理部門產(chǎn)生并積累了海量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)詳細(xì)記錄了油氣田的開發(fā)歷程，匯集了油氣企業(yè)長期以來積累的科研和生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)，是油氣企業(yè)的重大核心資產(chǎn)，具有重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。充分挖掘石油勘探開發(fā)過程中的海量數(shù)據(jù)，可以助力企業(yè)提升油氣田生產(chǎn)管理水平和企業(yè)對(duì)于油氣勘探開發(fā)業(yè)務(wù)的宏觀決策能力。然而，由于實(shí)際生產(chǎn)中漸進(jìn)式的信息化建設(shè)和地域、部門自治的管理模式形成了“數(shù)據(jù)孤島”，導(dǎo)致油田勘探開發(fā)過程缺乏有效的共享和管理機(jī)制，難以深入開展油氣勘探開發(fā)數(shù)據(jù)資源建設(shè)和應(yīng)用，造成數(shù)據(jù)資源潛在價(jià)值的極大浪費(fèi)。因此需進(jìn)一步推進(jìn)油氣勘探開發(fā)資源共享的一體化基礎(chǔ)服務(wù)建設(shè)，消除石油勘探開發(fā)領(lǐng)域的“數(shù)據(jù)孤島”，實(shí)現(xiàn)勘探開發(fā)各專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的資源協(xié)同和數(shù)據(jù)共享，形成石油勘探開發(fā)領(lǐng)域數(shù)據(jù)共享生態(tài)系統(tǒng)。筆者分析石油勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享建設(shè)現(xiàn)狀，以及區(qū)塊鏈在數(shù)據(jù)共享中的應(yīng)用可行性，提出石油勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享的整體方案。

1 石油勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享建設(shè)現(xiàn)狀

隨著數(shù)字化時(shí)代的到來，油氣行業(yè)開始重視基礎(chǔ)資料的獲取及整合[1]。油田數(shù)據(jù)管理以企業(yè)價(jià)值為核心，形成了組織架構(gòu)、運(yùn)行體系和監(jiān)督體系，使油田勘探開發(fā)、生產(chǎn)經(jīng)營領(lǐng)域業(yè)務(wù)鏈基本實(shí)現(xiàn)數(shù)字化覆蓋。目前，針對(duì)分散獨(dú)立的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一完善的數(shù)據(jù)管理功能，提升數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)協(xié)同水平，已經(jīng)成為油氣行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)的共同選擇。

國外石油行業(yè)，雪佛龍、殼牌、BP、埃爾夫等石油公司，以及斯倫貝謝、貝克休斯等油服公司率先進(jìn)行勘探開發(fā)一體化的油田建設(shè)，推動(dòng)勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享進(jìn)程[2]。例如，Statoil(挪威國家石油公司)調(diào)整為“整合運(yùn)營”治理模式，建立了跨學(xué)科、公司組的數(shù)字化中心；Shell(殼牌公司)建立大數(shù)據(jù)分析研究團(tuán)隊(duì)，實(shí)現(xiàn)了上游智能應(yīng)用數(shù)字信息技術(shù)集成[3]；雪佛龍通過實(shí)時(shí)信息和可視化技術(shù)建立多學(xué)科多領(lǐng)域的集成平臺(tái)[4]；蘭德馬克公司推出的油田開發(fā)生產(chǎn)一體化數(shù)據(jù)決策管理平臺(tái)，并初步構(gòu)建數(shù)據(jù)銀行PetroBank[5]，提高油田生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理質(zhì)量。

國內(nèi)各油田陸續(xù)建立了以勘探、開發(fā)、鉆井?dāng)?shù)據(jù)庫為核心的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，管理油氣勘探生產(chǎn)過程中取得的原始數(shù)據(jù)和形成的成果資料[6]。油田勘探開發(fā)領(lǐng)域跨業(yè)務(wù)、跨部門的數(shù)據(jù)共享都取得了初步成果并持續(xù)推進(jìn)[7-10]，油田勘探開發(fā)和生產(chǎn)經(jīng)營領(lǐng)域業(yè)務(wù)鏈基本實(shí)現(xiàn)數(shù)字化覆蓋。石油勘探開發(fā)領(lǐng)域數(shù)據(jù)管理一直遵循“集團(tuán)統(tǒng)建+公司自建”的模式，其中集團(tuán)公司針對(duì)不同層級(jí)部門對(duì)油氣開發(fā)生產(chǎn)中油藏、采油采氣、地面、生產(chǎn)輔助等業(yè)務(wù)日常管理的需求建立統(tǒng)建項(xiàng)目；油氣田公司和基層采油廠為滿足自身業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，則根據(jù)自身需求在統(tǒng)建系統(tǒng)的基礎(chǔ)上漸進(jìn)式地補(bǔ)充和完善數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。以中國石油天然氣股份有限公司數(shù)據(jù)管理建設(shè)為例，經(jīng)過多年信息化體系建設(shè)發(fā)展，陸續(xù)建成第一代以單井維護(hù)為核心的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、第二代以業(yè)務(wù)運(yùn)行為核心的生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)，以及第三代以經(jīng)營管理為核心的應(yīng)用集成系統(tǒng)，形成如圖1所示上游勘探開發(fā)信息化建設(shè)成果。秉持建設(shè)“共享中國石油”的理念，在歷經(jīng)分散到集中、集中到集成應(yīng)用的發(fā)展階段，目前已經(jīng)逐步邁入共享智能新階段。

圖1 上游勘探開發(fā)信息化建設(shè)成果Fig.1 Achievements of upstream exploration and development information construction

綜上，中國油田公司的獨(dú)立性、專業(yè)性較強(qiáng)，數(shù)據(jù)的專業(yè)性要求也較高，但也導(dǎo)致數(shù)據(jù)相對(duì)獨(dú)立性也較高，數(shù)據(jù)共享的認(rèn)識(shí)和提出都比較晚，但是國外石油公司很注重油田數(shù)據(jù)的應(yīng)用，及時(shí)讓數(shù)據(jù)資產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閮r(jià)值，這一點(diǎn)較中國具有領(lǐng)先意識(shí)。中國數(shù)據(jù)共享概念較國外提出要早，具備比較完整的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，但由于數(shù)據(jù)管理和系統(tǒng)建設(shè)長期處于分散建設(shè)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)共享比國外任務(wù)艱巨得多，主要體現(xiàn)在過去都是就數(shù)據(jù)而論數(shù)據(jù)，沒有全面的從機(jī)制體制上開始，也沒有同業(yè)務(wù)、部門密切關(guān)聯(lián)，最后取得的效果不理想。

2 石油勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享存在的瓶頸

在分析石油勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享建設(shè)歷程和發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，聚焦石油勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享尚存的問題主要表現(xiàn)為數(shù)據(jù)協(xié)同管理流程不完善、數(shù)據(jù)價(jià)值開發(fā)利用不充分、數(shù)據(jù)共享存在安全隱患以及數(shù)據(jù)擁有者缺乏共享主動(dòng)性。

2.1 數(shù)據(jù)協(xié)同管理流程不完善

勘探開發(fā)數(shù)據(jù)主要分散在科研機(jī)構(gòu)(如科研院所等)、管理部門(如油田分公司等)以及相關(guān)企業(yè)(如石油開采企業(yè)等)中，但各單位、組織、機(jī)構(gòu)在管理層面相互間獨(dú)立，因?qū)I(yè)分工、部門分割造成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理分散的現(xiàn)象[11]。主要表現(xiàn)在：

(1)受部門管理的影響，專業(yè)數(shù)據(jù)庫多數(shù)僅對(duì)自己部門內(nèi)的用戶開放，其他部門的用戶需要經(jīng)過一系列復(fù)雜的權(quán)限申請(qǐng)流程，而且受地域的影響，數(shù)據(jù)使用者需要通過發(fā)郵件、拷貝文件等方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，組織機(jī)構(gòu)之間的業(yè)務(wù)協(xié)同和數(shù)據(jù)共享不夠充分，缺乏協(xié)同攻關(guān)支撐。

(2)受系統(tǒng)建設(shè)模式影響，統(tǒng)建項(xiàng)目系統(tǒng)建設(shè)數(shù)量和管理層級(jí)多且相互獨(dú)立，系統(tǒng)功能模塊不便捷和不清晰，且部分系統(tǒng)存在功能重疊交叉或關(guān)聯(lián)脫鉤的現(xiàn)象，這使得各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理的集成度不夠，系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)無法共享。油氣田公司和基層采油廠為滿足自身需求補(bǔ)充和完善數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，彼此獨(dú)立建設(shè)的架構(gòu)方式使得數(shù)據(jù)互聯(lián)互通更為困難。

2.2 數(shù)據(jù)價(jià)值開發(fā)利用不充分

現(xiàn)階段進(jìn)行勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享主要依賴于數(shù)據(jù)中心的支持，用戶通過系統(tǒng)對(duì)采集端數(shù)據(jù)和成果數(shù)據(jù)進(jìn)行采集整理，最終集成到數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一管理。但仍存在大量數(shù)據(jù)未達(dá)到按需調(diào)配能力，依然存儲(chǔ)于資料堆、檔案庫甚至流散于個(gè)人手中，進(jìn)而引發(fā)不必要的數(shù)據(jù)重復(fù)采集。用戶使用數(shù)據(jù)時(shí)無處獲取，或獲取數(shù)據(jù)耗時(shí)長，且常需要通過熟人索取和購買外協(xié)單位采集等方式，但限于此類方法溝通范圍有限，使得各統(tǒng)建系統(tǒng)、擁有數(shù)據(jù)的外協(xié)單位和個(gè)人逐漸形成新的“數(shù)據(jù)孤島”，制約石油勘探開發(fā)數(shù)據(jù)。

2.3 數(shù)據(jù)共享存在安全隱患

目前，勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享主要是分片、分區(qū)域共享，各系統(tǒng)之間并不能達(dá)到直接關(guān)聯(lián)，主要依靠單節(jié)點(diǎn)共享和備份，缺乏整體系統(tǒng)備份及災(zāi)難恢復(fù)流程與制度。一旦單節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)管理人員誤改，會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)造成恢復(fù)困難、不可估量的損失。并且由于數(shù)據(jù)具有可復(fù)制和易傳播的特性，數(shù)據(jù)在傳輸、訪問和實(shí)際使用過程中缺少完善的保密性保障，數(shù)據(jù)共享過程中容易產(chǎn)生未經(jīng)授權(quán)的二次流動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 數(shù)據(jù)擁有者缺乏共享主動(dòng)性

油田數(shù)據(jù)管理依然遵循傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理理念，導(dǎo)致數(shù)據(jù)共享工作面臨諸多障礙。主要表現(xiàn)為缺少基于數(shù)據(jù)質(zhì)量的價(jià)值評(píng)定和數(shù)據(jù)擁有者貢獻(xiàn)激勵(lì)，無法激發(fā)數(shù)據(jù)采集、校驗(yàn)、管理和維護(hù)各環(huán)節(jié)參與人員的積極性、審核數(shù)據(jù)質(zhì)量的主動(dòng)性，勞動(dòng)價(jià)值無法得到肯定和補(bǔ)償。如某些科研和生產(chǎn)單位因?yàn)閾?dān)心數(shù)據(jù)共享和交換后失去對(duì)數(shù)據(jù)控制權(quán)[12]；某些個(gè)人因?yàn)閾?dān)心將成果數(shù)據(jù)公開后會(huì)泄露隱私，從而將數(shù)據(jù)看做是私有資產(chǎn)，不愿對(duì)外進(jìn)行開放或拖延共享進(jìn)度。

突破石油勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享存在的瓶頸，才能提升業(yè)務(wù)和信息系統(tǒng)之間協(xié)同工作能力，實(shí)現(xiàn)石油勘探開發(fā)數(shù)據(jù)的集成與共享，促進(jìn)油氣田管理向信息共享、業(yè)務(wù)協(xié)同、全面感知和智能決策等方向快速發(fā)展。

3 區(qū)塊鏈在勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享中應(yīng)用可行性

3.1 區(qū)塊鏈技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用

區(qū)塊鏈因其具有去中心化的分布式核算和存儲(chǔ)、開放與自治性和信息不可篡改等重要特性，可以提供更安全有效的多節(jié)點(diǎn)協(xié)作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與共享。諸多企業(yè)，例如IBM、Oracle、SAP、華為等，均利用區(qū)塊鏈的特性結(jié)合自身需求完善應(yīng)用管理系統(tǒng)，避免節(jié)點(diǎn)存在惡意行為和崩潰性故障。隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的推廣以及對(duì)智能合約的支持，區(qū)塊鏈技術(shù)在包括物聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療健康、專利保護(hù)、政府監(jiān)管、資產(chǎn)管理等多領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注，如Berger等[13]介紹了區(qū)塊鏈在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域應(yīng)用的意義；Liu等[14]基于區(qū)塊鏈建立RFID大數(shù)據(jù)的全鏈條溯源路徑；Azaria等[15]基于區(qū)塊鏈提出了安全的患者醫(yī)療信息管理系統(tǒng)；Wu等[16]構(gòu)建基于區(qū)塊鏈的安全高效的電子病歷共享模型；肖翰等[17]提出將區(qū)塊鏈應(yīng)用于專利版權(quán)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)；廉藺等[18]分析了區(qū)塊鏈技術(shù)在情報(bào)工作績效激勵(lì)、武器裝備全壽命管理和軍用物流等軍事領(lǐng)域中的潛在價(jià)值；Kang等[19]分析了區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用在移動(dòng)邊緣計(jì)算中進(jìn)行數(shù)據(jù)管理的優(yōu)勢(shì)。

與此同時(shí)，國外油氣企業(yè)如阿布扎比國家石油公司與國際商業(yè)機(jī)器公司合作，推出基于區(qū)塊鏈的自動(dòng)化系統(tǒng)，旨在減少運(yùn)營公司之間執(zhí)行交易的耗時(shí)，提高運(yùn)營效率；康菲石油公司、?？松梨诠尽⒀┓瘕埞镜仁嗉沂秃吞烊粴夤竞献鹘⒘薕OC油氣區(qū)塊鏈聯(lián)盟；美國鉆石海洋石油推出了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的鉆井服務(wù)系統(tǒng)，用于從采購、施工、竣工到生產(chǎn)等階段優(yōu)化油井的相關(guān)施工業(yè)務(wù)[20-23]。相比于其他領(lǐng)域，區(qū)塊鏈技術(shù)在油氣行業(yè)的應(yīng)用依然局限于具體業(yè)務(wù)活動(dòng)的提升與優(yōu)化，缺乏系統(tǒng)性的區(qū)塊鏈應(yīng)用理論和具體的解決方案，尤其是在現(xiàn)行油田信息化架構(gòu)和經(jīng)營管理模式之下如何利用區(qū)塊鏈技術(shù)挖掘石油大數(shù)據(jù)的潛在價(jià)值。

3.2 區(qū)塊鏈在勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享中的適用性

隨著油氣田勘探開發(fā)難度加大，對(duì)勘探開發(fā)聯(lián)合作業(yè)、綜合解釋的要求越來越高，尤其是信息技術(shù)的發(fā)展和油公司對(duì)信息利用程度的不斷提高，各油氣田勘探開發(fā)專業(yè)逐漸互相滲透，相互聯(lián)系愈發(fā)緊密，需要油氣田勘探開發(fā)各專業(yè)間的一體化協(xié)作[24-25]。由于區(qū)塊鏈技術(shù)具有去中心化分布式信任存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)加密管理、數(shù)據(jù)資源透明共享等技術(shù)特性，在石油勘探開發(fā)領(lǐng)域數(shù)據(jù)共享中具有較高的技術(shù)適配性和應(yīng)用發(fā)展?jié)摿26-27]。區(qū)塊鏈技術(shù)在勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享中的適用性如圖2所示。

圖2 區(qū)塊鏈技術(shù)的適用性Fig.2 Applicability of blockchain technology

3.2.1 “去中心化”分布式存儲(chǔ)

石油勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享包括部門內(nèi)數(shù)據(jù)共享、跨部門數(shù)據(jù)共享以及跨地域跨部門數(shù)據(jù)共享，需要眾多參與主體的協(xié)調(diào)與支撐，包括集團(tuán)公司、研究總院、各油田分公司、各研究分院、作業(yè)區(qū)、采油廠及下屬礦、小隊(duì)等多方參與。雖然眾多參與主體現(xiàn)階段在管理層面具有多層級(jí)的特征，數(shù)據(jù)共享申請(qǐng)需要經(jīng)過各管理部門逐級(jí)審批，但在數(shù)據(jù)協(xié)同共享目標(biāo)的引導(dǎo)下，數(shù)據(jù)共享有別于現(xiàn)有基于數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)共享交換，需要在數(shù)據(jù)共享過程中建立共享主體之間的平等交換。

基于區(qū)塊鏈改進(jìn)共享主體分級(jí)授權(quán)模式，消除中心化特殊節(jié)點(diǎn)和層級(jí)結(jié)構(gòu)，使共享主體間形成一體化協(xié)作層。圖3對(duì)比傳統(tǒng)和基于區(qū)塊鏈的各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)共享模式，基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)共享模式提供跨專業(yè)、跨部門的協(xié)作環(huán)境，使數(shù)據(jù)共享參與方地位對(duì)等且互聯(lián)互通，輔助石油勘探領(lǐng)域的科學(xué)決策、優(yōu)化管理、自動(dòng)執(zhí)行和實(shí)時(shí)監(jiān)測。

3.2.2 “去信任”安全共享

石油勘探開發(fā)數(shù)據(jù)涵蓋勘探數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地質(zhì)信息以及開發(fā)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)及各類成果數(shù)據(jù)集，是工程技術(shù)人員研究地質(zhì)問題和編制油藏開發(fā)方案的重要依據(jù)，因此在石油勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享中保護(hù)數(shù)據(jù)資產(chǎn)存儲(chǔ)與流通安全尤為重要。

區(qū)塊鏈可以提供分布式信任和數(shù)據(jù)加密管理，還具有明確共享參與方責(zé)任義務(wù)及利益分配的智能合約。智能合約以一種完全去掉第三方的自動(dòng)化方式傳播、驗(yàn)證和執(zhí)行合同的智能協(xié)議[28]，相比于傳統(tǒng)合約最大的優(yōu)勢(shì)是無需擔(dān)心被違約而遭受損失，而且能減少與合約相關(guān)的其他交易成本(表1)?；谥悄芎霞s使油公司、采油廠、以及鉆測錄的外協(xié)單位在勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享過程有天然的監(jiān)督方，為勘探開發(fā)數(shù)據(jù)資產(chǎn)存儲(chǔ)與流通提供安全保障。

表1 傳統(tǒng)雙方、三方合約與智能合約優(yōu)劣比較Table 1 Comparison of advantages and disadvantages of traditional two-party, three-party contracts and smart contracts

3.2.3 “可溯源，不可篡改”特性

油田數(shù)據(jù)共享過程中常由于數(shù)據(jù)來源不清晰，導(dǎo)致數(shù)據(jù)使用過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題時(shí)互相推脫責(zé)任，阻礙數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)創(chuàng)造價(jià)值的進(jìn)度。因此數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和高質(zhì)量是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)增值的前提和基礎(chǔ)，區(qū)塊鏈依靠哈希函數(shù)、時(shí)間戳等達(dá)到可溯源和不可篡改等特性，可保障對(duì)整個(gè)業(yè)務(wù)流程可追溯[29]，如數(shù)據(jù)誤錄、錯(cuò)錄環(huán)節(jié)可查，數(shù)據(jù)修改和成果提交可追蹤。區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)溯源的另一大重要特性就是具有數(shù)據(jù)唯一性，可以有效阻止任何個(gè)人非法作惡，也可以有效阻止對(duì)數(shù)據(jù)來源進(jìn)行非法造假。

3.2.4 “數(shù)字代幣”激勵(lì)手段

石油勘探開發(fā)領(lǐng)域數(shù)據(jù)既包括測試所得基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，又包括通過數(shù)據(jù)處理后生成文檔或者繪制成圖件等研究成果，因此保證數(shù)據(jù)采集、管理和維護(hù)以及成果數(shù)據(jù)公開的及時(shí)性是數(shù)據(jù)共享的基本前提。區(qū)塊鏈的加密貨幣可以作為“數(shù)字代幣”成為一種促進(jìn)各節(jié)點(diǎn)信息共享的有效激勵(lì)手段[30]，設(shè)計(jì)與勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享功能需求相匹配的激勵(lì)機(jī)制，量化數(shù)據(jù)貢獻(xiàn)主體機(jī)構(gòu)的有效貢獻(xiàn)次數(shù)和數(shù)據(jù)量，促進(jìn)勘探開發(fā)領(lǐng)域數(shù)據(jù)共享機(jī)制的完善，以及共享主體共享意愿的提升。

4 基于區(qū)塊鏈的石油勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享與解決方案

4.1 基于區(qū)塊鏈的勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享典型場景探討

4.1.1 基于區(qū)塊鏈的勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享模型

石油勘探開發(fā)數(shù)據(jù)覆蓋油田上游產(chǎn)業(yè)鏈的各主體研究機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)組織機(jī)構(gòu)，詳細(xì)記錄了各油氣田的開發(fā)經(jīng)歷、長期積累的科研生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)及資料數(shù)據(jù)[31]。如油藏評(píng)價(jià)業(yè)務(wù)需要在預(yù)探階段提交控制儲(chǔ)量，或在重大發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，由油藏評(píng)價(jià)處組織研究院、采油廠以及技術(shù)服務(wù)公司利用各種手段對(duì)油藏進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)具有開發(fā)價(jià)值的油藏區(qū)塊提交探明儲(chǔ)量和初步開發(fā)方案，交開發(fā)處、開發(fā)公司組織鉆井、基建和生產(chǎn)，整體過程參與主體多、產(chǎn)業(yè)鏈條長并依靠多業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)成果支持。結(jié)合區(qū)塊鏈“去中心化”分布式存儲(chǔ)、“去信任”安全共享以及“可溯源，不可篡改”的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，建立如圖4所示基于區(qū)塊鏈的勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享模型，連接集團(tuán)公司、油田分公司、采油廠和服務(wù)公司等各方主體，形成多方可查、中立可信的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，打破數(shù)據(jù)流通壁壘，實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈的業(yè)務(wù)流、數(shù)據(jù)流、價(jià)值流貫通共享，使石油勘探開發(fā)各業(yè)務(wù)組織機(jī)構(gòu)及各油田分公司充分利用既有的數(shù)據(jù)資源，構(gòu)建一個(gè)可信、可靠且平等的業(yè)務(wù)協(xié)同和數(shù)據(jù)共享場景，從而實(shí)現(xiàn)勘探開發(fā)工作的無縫銜接。

基于區(qū)塊鏈的勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享模型的核心是共享信息的存儲(chǔ)與訪問，由于勘探開發(fā)數(shù)據(jù)本身存在分布廣、連接方式各異、體量大的特性，而區(qū)塊鏈本身存儲(chǔ)空間有限，過量冗余數(shù)據(jù)容易影響區(qū)塊鏈性能。因此在保持現(xiàn)有石油勘探開發(fā)領(lǐng)域信息化系統(tǒng)的使用能力的基礎(chǔ)上，引入分布式文件系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)描述以及數(shù)據(jù)訪問方式，結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)提出勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享聯(lián)盟鏈，如圖5所示與數(shù)據(jù)資源形成“區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)+分布式文件系統(tǒng)+數(shù)據(jù)源”的3層數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與訪問方式，保證數(shù)據(jù)源可訪問和高效、便捷連接。

基于數(shù)據(jù)共享聯(lián)盟鏈的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與訪問方式實(shí)際上是一種鏈上控制、鏈下交易相結(jié)合的協(xié)作共享模式，保證勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享流程在鏈上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)請(qǐng)求和權(quán)限管理，并在鏈下控制數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程訪問和數(shù)據(jù)獲取。

數(shù)據(jù)源：負(fù)責(zé)存儲(chǔ)管理勘探開發(fā)現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的原始數(shù)據(jù)。針對(duì)不同統(tǒng)建系統(tǒng)及自建系統(tǒng)數(shù)據(jù)提供可驗(yàn)證的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程訪問服務(wù)。

分布式文件系統(tǒng)：負(fù)責(zé)存儲(chǔ)管理數(shù)據(jù)具體描述、數(shù)據(jù)源訪問方式與共享協(xié)議。由于中心化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)難以滿足和適應(yīng)各類數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求，分布式文件系統(tǒng)作為具有擴(kuò)展性的中間層進(jìn)行信息鏈接，使用戶無需關(guān)心存儲(chǔ)位置，適應(yīng)分布式場景的數(shù)據(jù)共享。

區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)：負(fù)責(zé)存儲(chǔ)管理數(shù)據(jù)概要、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)歸屬關(guān)系以及分布式文件系統(tǒng)的文件信息訪問地址等數(shù)據(jù)共享業(yè)務(wù)邏輯交互過程的元數(shù)據(jù)信息。

圖4 基于區(qū)塊鏈的勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享模型Fig.4 Exploration and development data sharing model based on blockchain

圖5 基于數(shù)據(jù)共享聯(lián)盟鏈的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與訪問方式Fig.5 Data storage and access mode based on data sharing alliance chain

4.1.2 基于智能合約的數(shù)據(jù)共享流程管理

基于區(qū)塊鏈的勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享模型打破專業(yè)界限，如測井解釋環(huán)節(jié)中數(shù)據(jù)共享模型提供測井監(jiān)督崗、測井公司和測井解釋?shí)彽匚粚?duì)等的按需進(jìn)行數(shù)據(jù)共享的能力，但失去傳統(tǒng)的分級(jí)授權(quán)模式的管理，需要通過智能合約[32]明確數(shù)據(jù)共享主體的角色界限，將各業(yè)務(wù)部門劃分為數(shù)據(jù)共享流程中的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)方、數(shù)據(jù)管理方和數(shù)據(jù)使用方，明確在系統(tǒng)應(yīng)用、數(shù)據(jù)使用、以及數(shù)據(jù)維護(hù)上享有權(quán)利和承擔(dān)義務(wù)，角色之間可以相互依賴和轉(zhuǎn)換。

智能合約控制的數(shù)據(jù)請(qǐng)求處理流程如圖6所示，其中數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)方定位于宏觀監(jiān)控，如測井解釋中研究院監(jiān)督和協(xié)調(diào)油田公司和測井公司進(jìn)行數(shù)據(jù)共享；數(shù)據(jù)管理方是數(shù)據(jù)共享的源點(diǎn)，如測井解釋中測井公司進(jìn)行數(shù)據(jù)整合并上傳至數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，為測井?dāng)?shù)據(jù)檢索、查詢提供基礎(chǔ)；數(shù)據(jù)使用方是數(shù)據(jù)共享的終點(diǎn)，如測井解釋中油田公司的測井解釋?shí)彴葱杼峤恍畔㈥P(guān)聯(lián)、穿透查詢和相互調(diào)用等測井?dāng)?shù)據(jù)使用申請(qǐng)，在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)方(研究院)監(jiān)管下最終獲取數(shù)據(jù)使用權(quán)。基于智能合約的數(shù)據(jù)共享流程為共享主體間實(shí)現(xiàn)可信、透明、平等提供了保證，提升跨組織機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)共享的效率。依托共識(shí)機(jī)制[33-34]筑牢安全防護(hù)體系，選舉石油勘探開發(fā)領(lǐng)域權(quán)威機(jī)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)管，進(jìn)行數(shù)據(jù)共享全生命周期數(shù)據(jù)質(zhì)量校驗(yàn)，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量問題時(shí)互相推脫責(zé)任，有效提升數(shù)據(jù)的可信度。

圖6 智能合約控制的數(shù)據(jù)請(qǐng)求處理流程Fig.6 Data request processing process controlled by smart contracts

4.1.3 帶有激勵(lì)機(jī)制的勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享模式

在滿足數(shù)據(jù)共享可信、可靠開放使用的同時(shí)，借助區(qū)塊鏈的激勵(lì)機(jī)制[35]體系建立基于激勵(lì)機(jī)制的勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享模式，解決業(yè)務(wù)部門人、崗不一致的問題，實(shí)現(xiàn)任務(wù)、績效的有機(jī)統(tǒng)一，從激勵(lì)上消除用戶在數(shù)據(jù)和成果提交的消極性，維持?jǐn)?shù)據(jù)共享的正常運(yùn)行，保證數(shù)據(jù)共享的及時(shí)性和主動(dòng)性。利用區(qū)塊鏈技術(shù)記錄數(shù)據(jù)所有權(quán)信息和數(shù)據(jù)共享操作記錄，并量化數(shù)據(jù)貢獻(xiàn)主體機(jī)構(gòu)的有效貢獻(xiàn)次數(shù)、數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)價(jià)值，建立合理的激勵(lì)機(jī)制，整體方案如圖7所示。數(shù)據(jù)提供者上傳數(shù)據(jù)時(shí)獲得積分，積分?jǐn)?shù)量由上傳數(shù)據(jù)的質(zhì)量和價(jià)值變現(xiàn)能力決定，并依據(jù)數(shù)據(jù)使用程度建立共享數(shù)據(jù)后評(píng)價(jià)機(jī)制，根據(jù)數(shù)據(jù)質(zhì)量的高低以及價(jià)值變現(xiàn)的大小設(shè)置不同的積分原則。從而建立工作任務(wù)完成度，數(shù)據(jù)貢獻(xiàn)度和員工整體績效的有償關(guān)聯(lián)，從而激發(fā)數(shù)據(jù)采集、校驗(yàn)、管理和維護(hù)各環(huán)節(jié)參與人員的提交數(shù)據(jù)積極性。

圖7 基于激勵(lì)機(jī)制的數(shù)據(jù)共享模式Fig.7 Data sharing mode based on incentive mechanism

4.2 基于區(qū)塊鏈的勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享解決方案

根據(jù)前述勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享現(xiàn)狀、區(qū)塊鏈的適用性分析以及典型場景的討論，提出石油勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享解決方案，以區(qū)塊鏈作為核心形成“勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享聯(lián)盟鏈”，以各油田公司為單位建設(shè)區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)，收集生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)據(jù)、人力資源數(shù)據(jù)、地面工程數(shù)據(jù)、勘探開發(fā)數(shù)據(jù)等各類數(shù)據(jù)，形成勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享數(shù)據(jù)源，并根據(jù)數(shù)據(jù)源建立基于區(qū)塊鏈共享的數(shù)據(jù)目錄，達(dá)成數(shù)據(jù)資產(chǎn)化管理、數(shù)據(jù)安全共享和完善的激勵(lì)機(jī)制服務(wù)建設(shè)，提供數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理、人員/組織激勵(lì)、崗位/責(zé)任清晰等支撐能力，營造良好的石油勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享生態(tài)環(huán)境。

基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)共享模型總體架構(gòu)由勘探開發(fā)數(shù)據(jù)資源層、數(shù)據(jù)共享聯(lián)盟鏈核心技術(shù)層、數(shù)據(jù)共享應(yīng)用層和數(shù)據(jù)共享服務(wù)層4部分組成，如圖8所示。

圖8 勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享模型總體架構(gòu)Fig.8 Overall architecture of exploration and development data sharing model

(1)數(shù)據(jù)資源。為數(shù)據(jù)共享模型的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)為數(shù)據(jù)共享聯(lián)盟鏈提供數(shù)據(jù)支撐與鏈下交換所需的傳輸平臺(tái)。其中數(shù)據(jù)源來包含勘探開發(fā)的各種項(xiàng)目、知識(shí)、專業(yè)等數(shù)據(jù)，涵蓋企業(yè)統(tǒng)建系統(tǒng)或所屬部門自建的業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)以及文件服務(wù)器等存儲(chǔ)位置。

(2)勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享聯(lián)盟鏈。提供由各個(gè)企業(yè)與個(gè)人進(jìn)行分布式存儲(chǔ)、管控?cái)?shù)據(jù)的能力，使傳統(tǒng)依托科層等級(jí)制度的數(shù)據(jù)流通體系，轉(zhuǎn)變?yōu)榛趨^(qū)塊鏈的全域、全程、全員、全息數(shù)據(jù)共享體系:①分布式賬本是數(shù)據(jù)層區(qū)塊結(jié)構(gòu)的具體表形式，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)交換環(huán)節(jié)涉及的相關(guān)數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)需求；②網(wǎng)絡(luò)服務(wù)用于區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)的傳播與驗(yàn)證，各部門或機(jī)構(gòu)通過審核后加入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)；③共識(shí)策略針對(duì)實(shí)際情況和現(xiàn)有的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇；④智能合約負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)具體的業(yè)務(wù)邏輯，由參與區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的用戶共同參與制定。

(3)數(shù)據(jù)共享應(yīng)用。是數(shù)據(jù)共享模型的核心，包括激勵(lì)機(jī)制平臺(tái)、數(shù)據(jù)資產(chǎn)化管理平臺(tái)和數(shù)據(jù)安全共享平臺(tái)三大平臺(tái)，數(shù)據(jù)資產(chǎn)化管理平臺(tái)將分散化的大數(shù)據(jù)源連接到一起；數(shù)據(jù)安全共享平臺(tái)將共享相關(guān)信息以不可篡改、可追溯的方式記錄到塊狀鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享聯(lián)盟鏈的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上；激勵(lì)機(jī)制平臺(tái)量化數(shù)據(jù)貢獻(xiàn)程度，保證數(shù)據(jù)共享的及時(shí)性和主動(dòng)性，并建設(shè)相關(guān)的配套制度、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，將數(shù)據(jù)進(jìn)行可操作式的管理起來。

(4)數(shù)據(jù)共享服務(wù)?？碧介_發(fā)數(shù)據(jù)服務(wù)是基于數(shù)據(jù)共享平臺(tái)支撐能力，形成勘探開發(fā)數(shù)據(jù)跨部門共享服務(wù)，服務(wù)于地質(zhì)油藏、油氣開發(fā)、油藏動(dòng)態(tài)、采油工程、生產(chǎn)管理等領(lǐng)域的科研與生產(chǎn)管理。

在不影響現(xiàn)行石油勘探開發(fā)領(lǐng)域信息化架構(gòu)和經(jīng)營管理模式正常工作為前提，基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)共享模型實(shí)施過程如圖9所示。分為整合原有系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集能力，和新建區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享能力，將數(shù)據(jù)共享能力與現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行集成，補(bǔ)充現(xiàn)有系統(tǒng)缺失的數(shù)據(jù)共享交換能力。

圖9 勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享模型實(shí)施過程Fig.9 Implementation process of exploration and development data sharing model

首先，從集團(tuán)公司、油田公司、采油廠幾個(gè)層次進(jìn)行前置節(jié)點(diǎn)的部署，對(duì)現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)橋接、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸，并對(duì)數(shù)據(jù)源進(jìn)行元數(shù)據(jù)梳理，形成數(shù)據(jù)資源目錄。

其次，建設(shè)多中心服務(wù)節(jié)點(diǎn)勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享聯(lián)盟鏈，以區(qū)塊鏈技術(shù)為核心基礎(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨地域、跨部門、跨學(xué)科的工作協(xié)同和數(shù)據(jù)共享，突破專業(yè)條塊分割的瓶頸。

最終，輔助科研單位、生產(chǎn)單位和管理單位實(shí)現(xiàn)地質(zhì)工程一體化模型、勘探開發(fā)一體化模型、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)模型、開發(fā)生產(chǎn)精益化以及數(shù)字化培訓(xùn)等智能協(xié)同應(yīng)用建設(shè)。

5 結(jié)束語

石油勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享關(guān)鍵是建立數(shù)據(jù)資產(chǎn)共享體系，當(dāng)前石油勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享仍存在一些問題，如數(shù)據(jù)協(xié)同管理和價(jià)值外化能力不足、數(shù)據(jù)共享存在安全隱患以及數(shù)據(jù)擁有者缺乏共享主動(dòng)性等問題。利用區(qū)塊鏈無第三方可信中心權(quán)威以及不可篡改等性質(zhì)建立勘探開發(fā)數(shù)據(jù)共享聯(lián)盟鏈，能夠?yàn)槭涂碧介_發(fā)數(shù)據(jù)共享提供可靠中介。在現(xiàn)有實(shí)踐基礎(chǔ)上，繼續(xù)加強(qiáng)區(qū)塊鏈技術(shù)在油氣行業(yè)應(yīng)用的頂層設(shè)計(jì)、技術(shù)攻關(guān)和復(fù)合型人才培養(yǎng)，推進(jìn)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的石油勘探開發(fā)領(lǐng)域數(shù)據(jù)共享生態(tài)建設(shè)，擴(kuò)充石油勘探開發(fā)數(shù)據(jù)價(jià)值外化途徑，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享過程記錄進(jìn)行不可篡改性存儲(chǔ)，量化共享主體的數(shù)據(jù)貢獻(xiàn)程度，保證數(shù)據(jù)共享的及時(shí)性和主動(dòng)性。對(duì)智能油氣田生態(tài)中及時(shí)可信數(shù)據(jù)的需求提供有力支撐，助力油氣田企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化發(fā)展。