稠油熱采一體化數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

孫偉峰，戴永壽，王 艷，李立剛，謝騰騰

（1.中國石油大學(xué)（華東）信息與控制工程學(xué)院，山東 青島 266580；2.青島濱海學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，山東 青島 266555）

濱南油區(qū)單家寺稠油油藏至今已有近30年的開發(fā)歷史，目前主要采用蒸汽吞吐的開采方式進(jìn)行生產(chǎn)[1]。在周期生產(chǎn)過程中積累了大量數(shù)據(jù)，主要包括周期注汽數(shù)據(jù)、周期生產(chǎn)數(shù)據(jù)、汽竄數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)對于生產(chǎn)運行分析、熱采效果評價、注汽參數(shù)優(yōu)化及生產(chǎn)決策等具有重要價值。目前，這些數(shù)據(jù)主要通過人工錄入Excel表格進(jìn)行保存和分析，生產(chǎn)運行監(jiān)測和優(yōu)化決策主要依賴經(jīng)驗、通過繁雜的人工計算完成，工作強(qiáng)度大、效率低且易出錯；生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)缺乏實時性和可靠性，優(yōu)化決策和油井熱采效果預(yù)測周期長、效率低且準(zhǔn)確性差，如何對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行有效組織與優(yōu)化管理成為亟待解決的問題。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，基于web的信息查詢與發(fā)布技術(shù)越來越多地應(yīng)用到各類系統(tǒng)的開發(fā)中[2]，而目前還沒有專門針對稠油生產(chǎn)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。為了實現(xiàn)稠油開發(fā)周期生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)的有效組織、管理與維護(hù)，設(shè)計開發(fā)了稠油熱采一體化數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用oracle數(shù)據(jù)庫技術(shù)有效集成多種數(shù)據(jù)源形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺，采用先進(jìn)的模型（Model）-視圖（View）-控制器（Controller）（即 MVC）三層結(jié)構(gòu)設(shè)計[3]，綜合利用 JSP動態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)[4]、Ajax動態(tài)關(guān)聯(lián)技術(shù)[5]、JFreeChart圖表繪制技術(shù)[6]、POI報表生成技術(shù)[7]、MapXtreme動態(tài)地圖技術(shù)[8]等，實現(xiàn)了周期數(shù)據(jù)管理、汽竄數(shù)據(jù)管理、井控管理及用戶管理4個主要功能。

系統(tǒng)在濱南采油廠服務(wù)器上安裝部署，半年多的現(xiàn)場運行表明，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)查詢動態(tài)靈活，統(tǒng)計分析直觀形象，井控管理便捷高效。與其他系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)可擴(kuò)展性強(qiáng)，易維護(hù)，具有靈活性、實用性、專業(yè)性及針對性等特點。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)在B/S架構(gòu)下基于MVC模型進(jìn)行設(shè)計。該模型將應(yīng)用邏輯、處理過程和顯示邏輯分成不同的組件來實現(xiàn)，這些組件相互獨立，可以進(jìn)行交互和重用，使得整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，易于維護(hù)和擴(kuò)展，且便于移植，系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of the data management system

其中，Model層建立稠油熱采數(shù)據(jù)庫，主要包括油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)子庫、單井周期數(shù)據(jù)子庫和汽竄數(shù)據(jù)子庫，為每個數(shù)據(jù)子庫建立對應(yīng)的模型并封裝對相應(yīng)數(shù)據(jù)的增、查、改、刪等操作，將對數(shù)據(jù)的操作轉(zhuǎn)換為對模型的操作；Controller層負(fù)責(zé)接收各功能模塊的用戶請求，實現(xiàn)系統(tǒng)的主要功能并調(diào)用相應(yīng)的視圖顯示處理結(jié)果，主要功能包括：數(shù)據(jù)查詢與報表生成、數(shù)據(jù)錄入、審核、修改、刪除、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、井控管理及用戶管理。View層實現(xiàn)與用戶的交互，獲取用戶提交的參數(shù)并傳遞給Controller層，并顯示Controller層返回的處理結(jié)果。具體實現(xiàn)時，采用JSP+JavaBean+Servlet的開發(fā)模式，Servlet控制器負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)，并將有關(guān)的結(jié)果存儲到JavaBean中，實現(xiàn)存儲與處理的分離；負(fù)責(zé)視圖功能的JSP頁面只要使用JavaBean標(biāo)記顯示其中的數(shù)據(jù)即可。這種組件式設(shè)計模型可降低開發(fā)工作量，提高系統(tǒng)運行速度。

1.2 功能模塊設(shè)計

根據(jù)實際功能需求，系統(tǒng)需要建立稠油熱采數(shù)據(jù)庫，并具備周期數(shù)據(jù)管理、汽竄數(shù)據(jù)管理、井控管理及用戶管理4個主要的功能，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能模塊框圖Fig.2 Block diagram of the system functional module

稠油熱采數(shù)據(jù)庫集成多種數(shù)據(jù)源形成統(tǒng)一的生產(chǎn)及管理數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效組織、管理與維護(hù)，為系統(tǒng)運行提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；周期數(shù)據(jù)管理及汽竄數(shù)據(jù)管理分別實現(xiàn)周期數(shù)據(jù)與汽竄數(shù)據(jù)的錄入、查詢、修改、刪除及統(tǒng)計分析等功能；井控管理實現(xiàn)不同類型油井間的井距計算、汽竄井控查詢、井位圖繪制及井控通知單生成功能；用戶管理負(fù)責(zé)系統(tǒng)用戶授權(quán)及操作權(quán)限管理分配。

根據(jù)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)的功能，系統(tǒng)設(shè)計分為稠油熱采數(shù)據(jù)庫設(shè)計與動態(tài)網(wǎng)頁模塊設(shè)計兩部分。

2 稠油熱采數(shù)據(jù)庫設(shè)計

2.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

稠油熱采數(shù)據(jù)庫是一體化數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)，其設(shè)計是否規(guī)范將直接影響到系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)的維護(hù)、查詢、分析等功能。數(shù)據(jù)庫設(shè)計依據(jù)第三范式設(shè)計規(guī)范[9]，同時考慮到數(shù)據(jù)庫的運行效率，適當(dāng)增加了冗余。設(shè)計時充分考慮到各類數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)性、數(shù)據(jù)的規(guī)范性與安全性、數(shù)據(jù)表的可擴(kuò)展性與易維護(hù)性。結(jié)合稠油開發(fā)生產(chǎn)運行管理的實際需求，建立了油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)子庫、單井周期數(shù)據(jù)子庫與汽竄數(shù)據(jù)子庫。其中，油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)子庫由油井歸屬信息及油井坐標(biāo)數(shù)據(jù)組成；單井周期數(shù)據(jù)子庫由周期注汽數(shù)據(jù)、周期生產(chǎn)數(shù)據(jù)及作業(yè)大事紀(jì)要等組成；汽竄數(shù)據(jù)子庫按照目前稠油開發(fā)井控安全需求及油井正常生產(chǎn)分析需要建立，由生產(chǎn)井?dāng)?shù)據(jù)、停產(chǎn)井?dāng)?shù)據(jù)及汽竄井?dāng)?shù)據(jù)組成，該子庫的建立將最終形成一個井控安全運行系統(tǒng)，為管理者和技術(shù)人員提供及時、可靠的油井汽竄井控安全預(yù)警平臺。

2.2 數(shù)據(jù)庫選擇

單家寺稠油油區(qū)有上千口油井，需要存儲的數(shù)據(jù)量大。為了保證多個用戶同時訪問時系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、高效運行，從數(shù)據(jù)庫性能、運行平臺、并行性與安全性等方面綜合考慮[10]，選用oracle 10g數(shù)據(jù)庫軟件進(jìn)行開發(fā)。該版本的數(shù)據(jù)庫管理開銷低，性能穩(wěn)定，簡化了數(shù)據(jù)庫配置與升級步驟，能夠進(jìn)行自動存儲管理，可以自動地完成基于磁盤的備份與恢復(fù)，為數(shù)據(jù)庫平臺的安全穩(wěn)定運行提供了技術(shù)保障。

2.3 數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊設(shè)計

平臺運行所需數(shù)據(jù)有3個來源：1）采油礦現(xiàn)有的以Excel表格形式保存的歷史數(shù)據(jù)；2）采油廠數(shù)據(jù)庫中的油井生產(chǎn)日度數(shù)據(jù)；3）需要技術(shù)人員人工錄入的數(shù)據(jù)。為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的正確轉(zhuǎn)換、提取及錄入，系統(tǒng)利用POI技術(shù)集成了Excel表格轉(zhuǎn)換功能，能夠?qū)xcel表格數(shù)據(jù)導(dǎo)入相應(yīng)的數(shù)據(jù)子庫；利用oracle軟件的遠(yuǎn)程訪問功能實現(xiàn)了采油廠數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的正確提取；對需要人工錄入的數(shù)據(jù)，提供了相應(yīng)的人工錄入界面。

2.4 數(shù)據(jù)庫連接

為了解決頻繁地建立與斷開連接帶來的系統(tǒng)性能降低問題，提高數(shù)據(jù)庫連接的使用效率，保證多個用戶同時訪問網(wǎng)站時的響應(yīng)速度，系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫連接池技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的連接[11]。系統(tǒng)中設(shè)計了DBConnectionManager類來管理數(shù)據(jù)庫連接池，數(shù)據(jù)庫的連接配置可以在db.properties文件中進(jìn)行配置，可靈活修改，使用方便。

稠油熱采數(shù)據(jù)庫的組成及連接如圖3所示。

圖3 稠油熱采數(shù)據(jù)庫組成與連接框圖Fig.3 Block diagram of the database parts and inter-connection

3 動態(tài)網(wǎng)頁模塊設(shè)計

3.1 功能設(shè)計與實現(xiàn)

以稠油熱采數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，動態(tài)網(wǎng)頁模塊實現(xiàn)對單井周期數(shù)據(jù)與汽竄數(shù)據(jù)的錄入、查詢、審核、修改、刪除、統(tǒng)計分析、報表生成以及井控管理、井位圖繪制、用戶管理等功能。

1）數(shù)據(jù)錄入。數(shù)據(jù)錄入模塊為單井周期數(shù)據(jù)及汽竄數(shù)據(jù)的錄入提供接口界面，錄入界面設(shè)計以保證錄入數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及方便錄入為準(zhǔn)則。為確保數(shù)據(jù)錄入的準(zhǔn)確性，對錄入字段作了合理性校驗，包括：①記錄唯一性校驗。對記錄進(jìn)行唯一性約束，違反唯一性約束條件的數(shù)據(jù)禁止寫入數(shù)據(jù)庫。比如，單井周期數(shù)據(jù)由井號與周期組成唯一性約束條件，對于同一井號同一周期的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫中僅允許一條記錄存在。②空值校驗。對必填字段進(jìn)行空值判斷，當(dāng)字段為空時禁止提交并給出相應(yīng)提示。③數(shù)據(jù)格式與取值范圍校驗。當(dāng)數(shù)值型數(shù)據(jù)字段錄入非數(shù)字字符或錄入數(shù)據(jù)超出正常取值范圍時，禁止提交并給出錯誤提示。④邏輯校驗。對相互關(guān)聯(lián)字段的邏輯關(guān)系正確性進(jìn)行了驗證，比如射孔頂界必須小于射孔底界等。同時，為方便錄入，對周期間不經(jīng)常變動的數(shù)據(jù)進(jìn)行了自動關(guān)聯(lián)提取；日期數(shù)據(jù)從日歷控件中選擇，方便錄入的同時也規(guī)范了日期格式；對可枚舉數(shù)據(jù)以下拉菜單的方式提供選擇。錄入界面中僅提供必填字段，提交合法數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)會對需要計算得到的字段（如周期油汽比、累計采油等）進(jìn)行自動計算，并為每條記錄自動添加錄入人及錄入時間信息。

2）數(shù)據(jù)動態(tài)查詢。該功能實現(xiàn)對單井周期數(shù)據(jù)及汽竄數(shù)據(jù)的動態(tài)查詢，查詢功能具有如下特點：①多條件組合查詢。可以按照采油隊、區(qū)塊、井組、井號及重要生產(chǎn)數(shù)據(jù)字段進(jìn)行組合查詢，其中，采油隊、區(qū)塊、井組、井號可多選，并采用Ajax技術(shù)實現(xiàn)了動態(tài)級聯(lián)；井組可作個性化定制；數(shù)值及日期字段可進(jìn)行范圍限定。②查詢字段可動態(tài)設(shè)定。可根據(jù)查詢需要動態(tài)設(shè)定查詢字段，方便靈活。③查詢結(jié)果顯示靈活。可以按照周期、區(qū)塊及采油隊對查詢結(jié)果進(jìn)行排序及累計、平均統(tǒng)計，對查詢結(jié)果可按照詳細(xì)信息及統(tǒng)計信息的方式進(jìn)行顯示；為了便于查看多條記錄或多個字段，標(biāo)題欄可浮動顯示。以單井周期數(shù)據(jù)查詢?yōu)槔涓呒壊樵兗安樵兘Y(jié)果顯示界面如圖4所示。

圖4 周期數(shù)據(jù)高級查詢與結(jié)果顯示示例Fig.4 An example of advanced query and results display

3）數(shù)據(jù)審核與修改、刪除。系統(tǒng)審核人可對錄入數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行審核，高級管理人員可對查詢得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改及刪除操作。審核人審核之后的數(shù)據(jù)，高級管理人員不能再對其進(jìn)行修改，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

4）曲線圖形繪制。基于JFreeChart技術(shù)實現(xiàn)了查詢數(shù)據(jù)的曲線圖形繪制，能夠以曲線圖、柱狀圖、餅圖及多軸曲線等形式對統(tǒng)計結(jié)果進(jìn)行直觀顯示。曲線顏色依照油田生產(chǎn)約定的風(fēng)格，如采油量用紅色顯示，注汽量用黃色表示等。

5）井控管理。實現(xiàn)了直井、斜井、水平井等不同類型油井之間的距離自動精確計算，點擊一口井，可查詢其周圍一線井、二線井及汽竄井的井號、井?dāng)?shù)、井距及目前井控情況，自動生成井控通知單，解決了人工計算井距時工作量大且計算不準(zhǔn)確的問題。

6）井位圖繪制。根據(jù)油井的實際經(jīng)緯度坐標(biāo)，基于MapXtreme技術(shù)實現(xiàn)了油井井位圖繪制；在井位圖上點擊一口井，能夠自動標(biāo)示其周圍的汽竄井、一線井、二線井以及油井目前的井口狀況、生產(chǎn)情況，使井控查詢更為直觀，如圖5所示。井位圖可靈活地進(jìn)行平移、放大、縮小，并具有測距、查找等功能。

7）報表生成。基于Apache POI接口實現(xiàn)了查詢報表自動生成，可將查詢結(jié)果以Excel表格的形式導(dǎo)出，便于打印分發(fā)。

8）用戶管理。為確保數(shù)據(jù)安全，平臺采用管理員、審核員、高級用戶與普通用戶四級用戶管理，為不同級別的用戶定制了不同的功能，防止數(shù)據(jù)丟失以及數(shù)據(jù)的越權(quán)訪問。管理員具有最高權(quán)限，負(fù)責(zé)平臺的管理維護(hù)，可以對平臺的數(shù)據(jù)信息及用戶信息進(jìn)行操作；審核員與高級用戶具有對平臺數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入、修改、刪除及查詢的操作權(quán)限；普通用戶只可對數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢及統(tǒng)計分析。

圖5 井位圖顯示示例Fig.5 An example of well location map display

3.2 系統(tǒng)的特點

1）靈活性。系統(tǒng)的一個顯著特點是“動態(tài)”、“靈活”，查詢與顯示字段可動態(tài)設(shè)定，多種查詢條件可靈活組合，查詢條件動態(tài)聯(lián)動，顯示方式、排序與統(tǒng)計方式可動態(tài)選擇，操作靈活方便。

2）實用性。系統(tǒng)功能設(shè)計結(jié)合現(xiàn)場用戶實際需求，可以進(jìn)行個性化井組查詢功能，不同的用戶可以根據(jù)需要靈活設(shè)置井組；查詢結(jié)果以浮動表頭的形式呈現(xiàn)，方便數(shù)據(jù)查看；能夠按井號、井組、采油隊、區(qū)塊等條件對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，并以圖表的形式直觀顯示；查詢結(jié)果能夠以Excel報表形式導(dǎo)出；可以計算各類油井間的井距并生成井控通知單；井位圖可直觀顯示油井位置及井控信息等，實用性強(qiáng)。

3）專業(yè)性。數(shù)據(jù)庫及網(wǎng)頁設(shè)計都嚴(yán)格遵守相關(guān)技術(shù)規(guī)范，提供了專業(yè)的曲線圖、柱狀圖、餅圖等統(tǒng)計圖線圖形、Excel報表、動態(tài)地圖等的快速生成工具。

4）針對性。系統(tǒng)專門針對稠油油藏蒸汽吞吐開采過程中數(shù)據(jù)的組織、管理、查詢與分析，區(qū)別于常規(guī)油藏的管理與查詢軟件。

4 結(jié)論

為了更好地利用稠油熱采過程中形成的歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)，讓這些資源產(chǎn)生更好的經(jīng)濟(jì)效益和管理效益，設(shè)計開發(fā)了稠油熱采一體化數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確導(dǎo)入、多條件查詢、多功能顯示、統(tǒng)計分析、井控管理、報表下載等多項功能。系統(tǒng)操作靈活，可擴(kuò)展性強(qiáng)。系統(tǒng)的應(yīng)用使人們能夠及時、準(zhǔn)確、全面地掌握生產(chǎn)數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行深層次的分析，優(yōu)化了生產(chǎn)過程，提高了生產(chǎn)效率，同時，為后續(xù)注采參數(shù)優(yōu)化、周期生產(chǎn)效果預(yù)測及生產(chǎn)優(yōu)化決策提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)保障，也為后續(xù)一體化運行管理系統(tǒng)的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

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