新版WITSML井場數據交換標準特征及應用分析

楊傳書 趙金海 張克堅

中國石化石油工程技術研究院 （北京 100101）

新版WITSML井場數據交換標準特征及應用分析

楊傳書 趙金海 張克堅

中國石化石油工程技術研究院 （北京 100101）

WITSML的廣泛應用增加了企業對實時數據的依賴性，一旦數據傳輸出現故障，將可能影響正常施工，因此,WITSML服務系統的穩定性尤為重要，可采取措施對該項服務進行考核，提高服務質量。國內石油企業絕大多數尚未應用該標準，應盡快加入該行列，以便在企業范圍內實現井場信息的共享，消除信息孤島，減少重復開發，提高信息應用效率。

井場 數據交換 WITSML實時模型

1 Energistics組織及其標準體系

Energistics（前身是POSC）是一個全球性的、非盈利、會員制的中立組織[1]，其職責是開發、管理和推廣石油和天然氣上游業務數據交換標準。Energistics針對不同的技術領域建立SIGs（特別興趣團體），團結全球的領域專家和標準愛好者來促進本領域技術標準的開發。Energistics的會員包括石油公司、服務公司、軟件提供商和監管機構的代表，目前已有100多個，包括Shell、BP、Chevron、Total、ExxonMobil、Halliburton、Schlumberger、Weatherford、Microsoft、Baker Hughes、Paradigm、PPDM、CMG等國際著名公司。

1.1 E&P業務標準模型

Energistics在某大型能源公司現行的業務流程基礎上，抽象制定了E&P業務標準模型[2]，它不依賴于任何特定的組織架構或技術工具。制定該模型的目的是幫助分析業務領域內的通用業務流程、概念、詞匯等，進而開發和應用一致的行業標準。該模型具有通用性和穩定性，其優點是：①不用再為每項標準的研究來定義業務流程，從而節省標準研究的時間；②這種關于業務流程、概念、詞匯等的明確的、通用的定義，有助于促進標準的開發、理解和實際應用；③可作為定義新業務流程 （如基于internet新技術產生的新業務）的基礎；④可作為應用軟件需求分析的基礎；⑤可促進行業以及跨行業業務標準的形成。

該模型將石油的勘探開發業務過程分為5個階段： 勘探 （Explore）→評估 （Appraisal）→開發（Develop）→生產（Produce）→廢棄（Abandon）。每個階段又包含若干業務過程，每個業務過程可在不同的階段中重復存在。這些業務過程的定義是相對獨立的，可根據實際需要將它們靈活“組裝”起來形成每個業務階段的完整業務流程。這些業務過程主要包括：①井設計與管理（E）；②測量（F）-井位測量、地球物理測量、測錄井等；③開發規劃（G）-處理解釋評價；④油田基礎設施設計與管理（H）；⑤物資供應（I）；⑥后勤服務（J）；⑦金融服務（K）；⑧取得或出讓資產（L）；⑨石油與天然氣銷售（M）；⑩人力資源（N）；11○IT服務（O）；12○實驗室（P）；13○生產（Q）；14○維護（R）。

1.2 Energistics標準體系

根據業務模型所識別的業務領域，Energistics目前已經制定了WITSML、PRODML、RESQML、Asset& Data Management、 Industry Services、Geophysics、eRegulatory等SIG[3]，并相應建立了 7大標準的路線，各標準發展狀況如表1所示。

近幾年在鉆完井、油田生產和油藏3個領域形成了基于XML的標準，其它標準尚無最新成果。其中WITSML是與鉆井、完井以及修井相關的標準，PRODM是以WITSML為基礎延伸的與油井生產相關的標準，RESQML是與油藏相關的標準。以WITSML為例剖析其內部結構、應用情況以及前景。

2 WITSML標準剖析

WITSML（井場信息傳遞標準標記語言）是一種數據傳輸標準，旨在促進井場和基地之間鉆井數據的有效傳輸。WITSML標準由WITS（井場信息傳輸標準）開發而來，其目的是創建一種統一的XML格式標準實現井數據的傳輸，以便能夠集成不同服務商的信息。標準數據傳輸機制可以整合新的工具和流程，這使得地質學家和工程師可以在他們熟悉的桌面應用程序中使用實時數據。

2.1 WITSML標準的內部結構

WITSML標準包括2個可獨立版本化的組成部分：數據模型和應用程序接口(API)。最新的v1.4.1版本（2011年發布）數據模型定義了27個對象[4]，如表2所示。

這些數據對象中，wellbore是 well的子對象，而其它絕大多數對象又是 wellbore的子對象，changeLog對象可作為其他對象的子對象（記錄該對象的變化情況），CRS是一個獨立對象（坐標系），對象之間的關系如圖1所示。

表1 Energistics標準體系及研究團體

表2 WITSML數據對象

WITSML基于XML文件格式，一個數據對象定義了一組數據，可以用一個單一的XML文檔傳送，代表了一個領域（domain）邏輯模型內的一組緊密相關的數據子集。比如，“井”這個邏輯模型包括井、井筒、鉆機等數據子集。數據對象包括屬性、元素和子組件 （component sub-schemas）。子組件是XML結構，但不能代表完整的數據對象，而且可以屬于多個數據對象。一個子組件通常只定義一類數據，并且在這個類型名前面加上“cs_”作為這個子組件的文件名。比如，cs_drillingParams.xsd里面僅僅包含鉆井參數，而且它同屬于bhaRun和opsReport這兩個數據對象。WITSML還定義了大量常量數據類型和單位制符號。

2.2 WITSML標準的典型應用架構

利用WITSML標準實現井場數據交換的典型架構如圖2所示，其中WITSML服務器是核心部分，它將傳入的其它各類格式數據進行轉換之后，可向網絡上任何地方提供WITSML標準格式的數據服務。比如油公司、工程服務公司等相關各方可實時獲取這些數據，進而開展數據展現、分析等應用。

圖1 WITSML v1.4.1數據對象關系

圖2 WITSML數據交換典型應用架構

3 WITSML標準在國內外的應用

3.1 國外應用情況及效果

多年來，很多地方的不同作業者都見證了FEWD數據在遠程鉆井地點和中央基地之間實時傳輸的價值。在過去，這類傳輸的問題之一就是在眾多的數據傳輸方法中，有一部分是具有專利的，這使得終端應用程序的數據傳輸很不標準而且非常耗時。有了WITSML之后，可通過WITSML服務器直接將數據發送到客戶端應用程序上，這意味著作業者不再依賴于應用供應商或服務商就能得到現場傳回的數據，進而針對這些數據開展工作。 因此，在世界各地，使用這項流程的作業者正變得越來越多。數據傳遞和傳輸方式的標準化使得作業者可以從眾多供應商中獲得最佳服務和軟件解決方案的時候，還能保持數據的有效流動。

目前，大多數世界知名的外國石油公司、油田服務公司、儀器供應商和軟件開服商均已應用WITSML標準。以 Statoil、Schlumberger為例介紹WITSML的應用情況及效果[5]。

（1）實時作業支持與協同決策。Statoil公司基于WITSML建立了實時支持中心（RTS）小組。 該小組負責世界各地所有Statoil作業鉆機和平臺的實時數據傳遞。該小組通過內部工程數據庫，集中管理來自現場工具和傳感器的地面和井下隨鉆地層評價（FEWD）數據，使得每個工作組都可訪問任意時間的數據，及時作出鉆井施工決策。同時，WITSML的應用大大強化了地質和地球物理（G&G）與工程團隊之間的交叉學科協作能力。例如，可利用WITSML標準中的風險（Risk）數據對象將鉆井風險同地質模型有效融合，可以將一個學科中已知的問題更好地與井設計和執行情況相結合，從而對風險和不確定性進行更有效地管理。

（2）從實時監測到實時控制。雖然WITSML并不一定能夠直接實現實時控制，要實現實時控制更多的還得依靠遠程控制和監測工具的開發，但實時控制還是和WITSML關鍵工作流程的發展結合到了一起。過去的幾年，Statoil各資產小組與其他作業者中的MWD和LWD工程師以及泥漿錄井工程師已經可以在遠離現場的地方進行工作了。這不僅具有明顯的質量健康安全環保（QHSE）管理體系優勢，而且也可以讓個人與提供服務的資產小組進行直接互動。

（3）服務效率和質量提升。WITSML支持更廣泛的數據類型，使得服務公司快速推廣應用新型的工具和測量方法。

統一的數據源類型可以縮短為了獲取和傳輸數據而進行軟件升級的時間。 比如Schlumberger已經采用了統一的WITSML客戶端軟件，只需要在軟件中更新WITSML發布的新標準代碼，即可立即實現對所有客戶的應答升級，大大降低了軟件開發成本和時間，還有助于處理“方言問題”。現場多專業、多來源數據的合并傳輸，使得服務公司可以通過內部作業支持中心監測這些數據，同時還可以使遠程工作人員獲得集中的支持，提高了服務質量。

3.2 國內應用情況

與國際發展現狀相比，國內石油企業對于WITSML標準的研究和應用明顯滯后，且主要限于少數軟件或儀器開發商[6]。盡管WITSML是個開放的標準，但要真正應用它需要做很多細致的研究工作。比如，分析每個數據對象里面包含的所有數據項，從而與現有數據存儲模型進行對應，是一件非常麻煩的事情。解決這個問題的最好途徑就是加入Energistics組織，參與該標準的研究，使用他們的研究成果，包括數據轉換服務平臺。而目前，國內僅有北京怡恒陽光科技發展有限公司一家單位加入了該組織，并在其軟件中部分應用了WITSML標準。中石油、中石化、中海油等三大石油公司均未正式參與該標準的合作，但在接受國外公司（如Schlumberger）的技術服務時，間接使用了基于WITSML標準的數據服務。

3.3 應用WITSML的風險與對策

實時數據可以使員工在基地就能完成原來需要在現場才能完成的工作，從而減少了現場總人數。但是，這種工作模式增加了對實時數據的依賴性。一旦鉆井數據傳輸中斷，現場作業很可能必須終止，從而造成非工作時間的損失。因此，數據傳輸的可靠性是WITSML推廣應用的最大風險。

為了規避或降低這個風險，Schlumberger公司的Deeks和StatoilHydro公司的Halland提出了一種“WITSML服務關鍵績效指標(KPI)”的量化考核做法[5]，見表3。KPI是否有效的一個重要標準就是KPI不僅應能度量WITSML服務器的可用性，還應能度量服務器上高質量實時數據的可用性。

表3 WITSML服務關鍵績效指標（KPI）

4 結論與建議

（1）以WITSML為代表的系列數據交換標準，重點關注于不同合作方、不同應用系統間的數據交換，成功回避了數據存儲模型難以統一的問題，使得該標準具備推廣的可行性，已被業界廣泛認可和采用，越來越多的石油公司、服務公司、軟硬件供應商和相關研究機構加入到Energistics組織。

（2）石油公司可實現從平臺到數據庫到公司總部的實時數據共享，強化運營商支持與決策；服務公司能夠更大程度地簡化不同源數據的整合過程，提升數據處理效率；軟硬件開發商在開發新軟件時，可簡化數據結構分析環節，從而顯著減少從設計到交付的時間。

（3）國內石油行業的信息化已經到了整合集成階段，迫切需要WITSML這種應該盡快加入到國際信息標準的合作中來，制定企業內部甚至整個行業的井場信息交換標準，進而消除信息孤島，消除目前存在的“現場采集數據標準不一，只能利用錄井儀服務商的特定軟件才能傳輸展示該井實時數據”等頑癥，實現大范圍的信息共享，減少重復開發，簡化應用流程。

[1]Energistics.About Energistics[EB/OL].http://www.energistics.org/ about-energistics,2011-8-13.

[2]Energistics.E&P Business Process Reference Model[EB/OL].http://eand-p-business-process-reference-model,2011-8-13.

[3]Energistics.Special Interest Groups[EB/OL].http://www.energistics. org/special-interest-groups-sigs,2011-8-13.

[4]Energistics.WITSML Standards[EB/OL].http://www.energistics.org/ witsml-standard,2011-8-13.

[5]N.R.Deeks,Schlumberger,and T.Halland,StatoilHydro.WITSML Changing the Face of Real-Time[C].Paper SPE 112016 presented at the 2008 SPE/DOE.

[6]廖茂林,韋遠發.綜合錄井數據如何實現符合WITS要求的傳輸[J].錄井技術,2001,12(4):59-62.

The wide use of WITSML increases the dependence of enterprises on the real-time data.Once the data transmission gets into trouble,it is possible to affect the normal construction.Therefore,the stability of WITSML service system is so important that it is necessary to adopt some measures to examine this service and improve its quality.Now,most of domestic petroleum enterprises have hot used this standard yet,so they should step into this line as quickly as possible so as to realize the sharing of well-site data in the range of enterprise,eliminate the information isolated island,reduce the repetitive exploration,and thus improve information application efficiency.

well-site;data exchange;WITSML;real-time model

楊傳書(1972-),男,現主要從事石油工程信息技術研究工作。

路萍

2011-09-19