基于WebService的固井數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的設計與開發(fā)

李躍田+馬振

摘 要：針對油田固井行業(yè)數(shù)據(jù)信息化缺失的問題，對固井工程施工中所收集的各類信息整理設計，使用C#語言開發(fā)了C/S模式的固井數(shù)據(jù)錄入端軟件，采用WebService技術實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時傳輸，利用“MVC”三層架構，使用Java語言開發(fā)了基于B/S模式的數(shù)據(jù)查詢與統(tǒng)計端軟件，進而建立了較為完善的固井數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。通過本系統(tǒng)，使固井設計人員獲得準確的現(xiàn)場固井數(shù)據(jù)及整個油田固井作業(yè)的時效數(shù)據(jù)，同時油田各級領導及各建設單位能及時掌握固井動態(tài)，科研技術人員通過對比固井工程設計及區(qū)塊已施工的固井重點數(shù)據(jù)，指導設計井的固井作業(yè)，從而積累本區(qū)塊井的設計經(jīng)驗，大大提高了固井設計的水平。

關鍵詞：WebService；固井數(shù)據(jù)庫；C/S模式；B/S模式；管理系

中圖分類號：TP393.1 文獻標識碼：A

1 引言（Introduction）

隨著各大油田油氣勘探開發(fā)新戰(zhàn)略的實施，對固井質(zhì)量的要求越來越高，固井質(zhì)量對油田勘探開發(fā)的影響程度越來越顯著。但是長期以來，各油田單位由于缺少對固井數(shù)據(jù)的有效管理和分析[1-4]，對影響固井質(zhì)量的因素未能進行綜合系統(tǒng)分析，成功的經(jīng)驗不能及時有效地推廣，施工方案及設計缺乏針對性或考慮不周，導致固井質(zhì)量出現(xiàn)波動。為了變被動為主動，迫切需要開發(fā)一套固井數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，對固井施工環(huán)境、參數(shù)，諸如地層巖性、滲透率、井徑擴大率、井徑規(guī)則程度、封固段長短、環(huán)空返速、鉆井液類型及性能、水泥漿類型及性能、施工方式、井型、復雜情況、注水井等數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)化存儲管理，并對各因素進行分類分析，分析不同因素對固井質(zhì)量的影響程度（權重），進而形成專家智能決策[5]，為固井設計和施工人員提供技術上的指導和支持，為提高油田固井質(zhì)量奠定基礎[6]。

2 國內(nèi)外研究情況[7-20]（The research situation at home and abroad）

2.1 國外研究概況

國外各大專業(yè)化石油公司先后研制開發(fā)了固井工程設計系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析評價決策系統(tǒng)等。Schlumberger公司開發(fā)的CemCADE系統(tǒng)，可進行固井設計及固井施工動態(tài)模擬各類施工參數(shù)的實時采集、分析，并可以對固井質(zhì)量進行預測。Halliburton公司開發(fā)的CJOBSIM系統(tǒng)，可用于固井設計計算及監(jiān)測固井參數(shù)的變化。采用計算機模擬程序，輸入有關數(shù)據(jù)后，得出比較合理的注水泥設計方案，并且可以預見和預防某些事故的發(fā)生，每次作業(yè)之后，將施工數(shù)據(jù)與設計進行比較，對作業(yè)過程進行評價。

2.2 國內(nèi)研究概況

國內(nèi)西南石油大學、中國石油大學（華東）、華北局、中海油、大慶油田等也都開發(fā)了固井設計軟件、固井施工模擬與施工數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)等，并在生產(chǎn)實際中得到了應用。但在固井數(shù)據(jù)分析和質(zhì)量分析評價等功能的開發(fā)方面還處于初級階段，沒有形成較為完善和成熟的產(chǎn)品。

3 固井數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)建設的意義（The significance of building up the database management system）

固井數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的設計和開發(fā)，是建立在各大油田業(yè)務需求的基礎之上，廣泛調(diào)研了多家固井公司的需求，對固井工程施工中所收集的各類信息進行整理分析，進而建立了較為完善的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

固井數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的開發(fā)和應用，將對固井工程方案優(yōu)化設計和施工人員提供技術上的指導和支持。通過本系統(tǒng)，使油田相關人員獲得準確的現(xiàn)場固井數(shù)據(jù)及整個油田固井作業(yè)的時效數(shù)據(jù)，同時油田各級領導及各建設單位能及時掌握固井動態(tài)，科研技術人員通過對比固井工程設計及區(qū)塊已施工的固井重點數(shù)據(jù)，指導設計井的固井作業(yè)，從而積累本區(qū)塊井的設計經(jīng)驗，提高井的設計水平。

4 軟件總體設計（Overall design of software）

4.1 系統(tǒng)總體需求

（1）以固井基礎數(shù)據(jù)為基礎，在調(diào)研多家油田公司的各建設單位、科研單位日常生產(chǎn)與科研需要的基礎上，將固井現(xiàn)場的每日動態(tài)數(shù)據(jù)，由現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集人員每日填寫上傳到公司的中心數(shù)據(jù)庫中。

（2）公司和其他建設單位相關人員通過油田內(nèi)部網(wǎng)絡瀏覽固井施工動態(tài)。

（3）公司和其他建設單位依據(jù)系統(tǒng)分配的權限，從固井數(shù)據(jù)中統(tǒng)計查詢，生成對應各自不同需求的報表。

（4）科研設計人員通過瀏覽相關數(shù)據(jù)，與固井工程設計數(shù)據(jù)中的設計、鄰井相關數(shù)據(jù)進行自動相關的對比，從而達到指導現(xiàn)場生產(chǎn)、輔助決策的作用。

通過對固井數(shù)據(jù)流程及業(yè)務的了解，整個系統(tǒng)確定為C/S模式與B/C模式混合架構，設計方案如圖1所示。

4.2 系統(tǒng)特點

（1）建立滿足需求的固井數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

（2）建立滿足需求的現(xiàn)場固井數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)入庫的系統(tǒng)。

（3）建立數(shù)據(jù)結構合理、內(nèi)容齊全、一致性良好的固井數(shù)據(jù)庫。

（4）建立日報查詢系統(tǒng)，能夠及時、準確生成相應的固井數(shù)據(jù)。

（5）錄入固井質(zhì)量評價所需的各類數(shù)據(jù)，評價人員根據(jù)固井測井資料解釋成果，對目的層段油氣水層的層間封隔能力進行評價，使得固井公司掌握評價技術。

（6）實現(xiàn)按時間段、區(qū)塊、施工工藝、鉆井液體系、固井工況、固井隊等基本信息、油氣水層測井解釋成果、鉆井工程情況、固井質(zhì)量評價結果的固井數(shù)據(jù)查詢，也可按區(qū)塊、時間段進行固井質(zhì)量的統(tǒng)計和對比，使得公司領導和專家及時掌握油田的固井情況。

（7）根據(jù)油田或者區(qū)塊的對比結果，使油田固井設計單位和作業(yè)單位達到優(yōu)化固井設計、指導作業(yè)、提高固井質(zhì)量的目的。

4.3 系統(tǒng)總體架構

整個系統(tǒng)以統(tǒng)一標準結構的固井信息數(shù)據(jù)庫為基礎，分為兩個應用子系統(tǒng)，即固井現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)和Web信息發(fā)布系統(tǒng)。

（1）固井現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

使用C#語言實現(xiàn)C/S模式的固井現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集。其中，數(shù)據(jù)采集包括固井相關的數(shù)據(jù)錄入到現(xiàn)場Access數(shù)據(jù)庫中，包括井基礎數(shù)據(jù)、單井地質(zhì)分層、完鉆時水泥漿性能、泥漿泵、設計壓力、實際壓力、鉆井液性能、套管數(shù)據(jù)、鉆井時效等。

（2）現(xiàn)場數(shù)據(jù)遠程傳輸系統(tǒng)

數(shù)據(jù)遠程傳輸系統(tǒng)包括兩個子系統(tǒng)，即“現(xiàn)場數(shù)據(jù)遠程傳輸系統(tǒng)”和“基地數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)”。

現(xiàn)場數(shù)據(jù)遠程傳輸系統(tǒng)通過有線網(wǎng)絡、無線網(wǎng)絡、GPRS/CDMA、固定電話及電臺等通訊方式將現(xiàn)場Access數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)及現(xiàn)場的其他離散型數(shù)據(jù)傳回基地，由基地數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)進行接收，并對接收到的數(shù)據(jù)及信息按井號進行歸位和整理，然后自動將數(shù)據(jù)和信息上傳至基地數(shù)據(jù)服務器并集成到平臺Oracle數(shù)據(jù)庫中，以便在局網(wǎng)上進行信息發(fā)布和共享。

（3）Web信息發(fā)布平臺

以固井信息中心Oracle數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源基礎，開發(fā)了基于Java語言的B/S模式數(shù)據(jù)查詢與統(tǒng)計端，固井信息管理與發(fā)布系統(tǒng)分為兩個子系統(tǒng)，分別為固井生產(chǎn)與決策支持發(fā)布和系統(tǒng)管理，以便于不同的管理部門和決策人員的使用。整個系統(tǒng)由10個功能模塊組合形成，用戶可以根據(jù)不同的使用需求，重新組合功能模塊，搭建新的應用子系統(tǒng)。

（4）遠程傳輸技術——WebService技術[22-26]

利用WebService技術，通過SOAP協(xié)議使用XML消息調(diào)用遠程方法，WebService可以通過HTTP協(xié)議的post和get方法與遠程機器進行交互。其優(yōu)點是不需要在現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集軟件配套安裝Oracle數(shù)據(jù)庫客戶端。

4.4 結構設計

采用MVC（模塊—示圖—控制）構架結構設計，它是由被IIS等主流應用服務器所支持的ASP.NET和WebService去實現(xiàn)的。

（1）應用層

采用.NET組件去執(zhí)行業(yè)務規(guī)則和形成業(yè)務對象。由于應用程序集中放置在這一層上，由所有用戶共享，使得系統(tǒng)的維護和更新變得簡單。當業(yè)務邏輯發(fā)生變化時，只需更新服務器上相應的應用組件，之后所有的用戶就可以使用新的業(yè)務處理邏輯，避免了用戶端應用程序版本控制和更新的困難。而且這些組件可以鏡像到多臺機器上同時運行，從而分擔多用戶的負載。

（2）數(shù)據(jù)訪問層

使用ADO的應用層可以訪問多種數(shù)據(jù)資源而不會影響業(yè)務本身的邏輯。應用程序組件可以共享與數(shù)據(jù)庫的連接，數(shù)據(jù)庫服務器不再是為每個活動的用戶保持一個連接，從而降低了數(shù)據(jù)庫服務器的負擔，提高了性能。

（3）數(shù)據(jù)庫層

采用Oracle主流數(shù)據(jù)庫，存儲所有業(yè)務信息和管理信息，以及一些系統(tǒng)應用參數(shù)。大型關系型數(shù)據(jù)服務器能夠支持多個用戶的并發(fā)訪問，并且能夠避免非授權的訪問，以及提供對失敗恢復的有效解決方案。

4.5 網(wǎng)絡架構

（1）網(wǎng)絡邏輯結構設計

系統(tǒng)能夠?qū)崟r的指導和監(jiān)控各個固井施工小隊的現(xiàn)場工作，并且提供各種數(shù)據(jù)統(tǒng)計和查詢服務，幫助其進行科學決策和管理。其網(wǎng)絡邏輯結構設計如圖3所示。

系統(tǒng)共有四種邏輯服務器：Web服務器、數(shù)據(jù)遠傳服務器、應用服務器和數(shù)據(jù)庫服務器。這些服務器將分別在專業(yè)石油公司或地區(qū)級石油公司的局域網(wǎng)內(nèi)獨立部署。在地區(qū)級石油公司或者專業(yè)公司部署統(tǒng)一服務器，使其能夠方便的對作業(yè)小隊的生產(chǎn)進行監(jiān)督、指導，以及進行業(yè)務統(tǒng)計。而且統(tǒng)一部署有助于簡化部署工作量，簡化管理和維護工作。

各個作業(yè)小隊需要收集和整理鉆井現(xiàn)場作業(yè)數(shù)據(jù)，并且將其及時遠傳到地區(qū)公司。因此，在各個作業(yè)小隊需要安裝、部署數(shù)據(jù)遠傳客戶端、錄井客戶端軟件，并能通過Web瀏覽器訪問數(shù)據(jù)平臺提供的Web服務。

其他相關業(yè)務單位也可以通過Web瀏覽器訪問數(shù)據(jù)平臺提供的Web服務，以獲取所需的石油生產(chǎn)、運行信息。

（2）網(wǎng)絡物理結構設計

在軟件實際實施過程中，可根據(jù)實際情況將不同的邏輯服務器組合后，部署到同一臺物理服務器上，以提高設備利用率，同時有效降低管理和實施成本。如果數(shù)據(jù)遠傳只限制于內(nèi)部網(wǎng)絡，則可以將遠傳服務器和應用服務器合并；而如果Web并發(fā)訪問量較少，也可以將Web服務器、遠傳服務器、應用服務器共同部署在同一臺高性能服務器上。

數(shù)據(jù)庫服務器需要為應用系統(tǒng)提供實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，要求較高的系統(tǒng)可用性和安全性，因此建議采用雙機集群技術進行部署。作業(yè)小隊的計算機和IT資源通常是有限的，可以將數(shù)據(jù)遠傳客戶端、錄井軟件客戶端和Web瀏覽器端安裝在同一臺工作站或計算機上。所推薦的物理部署結構如圖4所示。

（3）網(wǎng)絡拓撲結構

系統(tǒng)利用計算機網(wǎng)絡及無線通信技術，將現(xiàn)場的施工狀況和技術資料，進行實時的傳送。該系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構經(jīng)過實際運營驗證，是切實可行和具有效率的。

該系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結構如圖5所示。

全部使用內(nèi)網(wǎng)進行傳輸數(shù)據(jù)，不需要租用衛(wèi)星和移動基站。

4.6 系統(tǒng)安全設計

安全性主要包括數(shù)據(jù)安全性和軟件部分功能的安全性，其中數(shù)據(jù)安全性防止非法用戶操作數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，導致數(shù)據(jù)的破壞或丟失，軟件部分功能安全性根據(jù)用戶角色不同，軟件運行顯示不同操作界面。

系統(tǒng)設計與開發(fā)應遵循信息化建設整體框架，符合行業(yè)和用戶制定的相關標準和規(guī)范。以平臺開發(fā)來構造應用體系，功能模塊以組件方式擴展，考慮各子系統(tǒng)之間的無縫連接。

系統(tǒng)帶有數(shù)據(jù)備份功能，系統(tǒng)管理員可以定期備份系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫到指定的機器硬盤下，也可以設定自動備份功能每隔一段時間是系統(tǒng)進行自動備份到指定的機器硬盤下，如果數(shù)據(jù)丟失，可以將以前備份的數(shù)據(jù)導入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。由于圖片、文檔等大字段數(shù)據(jù)文件存儲在應用程序服務器的指定目錄下，因此Oracle數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)量不會太大，每年大約有10MB。使用系統(tǒng)的最高峰時用戶數(shù)量大約10人，因此基本不會對數(shù)據(jù)庫服務器和應用程序服務器產(chǎn)生任何影響。

5 結論（Conclusion）

本文研究的固井數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)涵蓋了固井作業(yè)各項基本數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)錄入人員先將數(shù)據(jù)錄入到本地Access數(shù)據(jù)庫中，然后通過WebService技術實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時傳輸，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒掌鞯腛racle數(shù)據(jù)庫中，應用Oracle數(shù)據(jù)庫對固井數(shù)據(jù)進行管理，提高了數(shù)據(jù)操作與維護方面的性能，加強了數(shù)據(jù)保密性，也提高了固井作業(yè)效率，通過創(chuàng)建固井數(shù)據(jù)表和建立數(shù)據(jù)表關系模型，實現(xiàn)對固井數(shù)據(jù)的分類存儲、單表查詢、多表查詢等功能。

本系統(tǒng)的開發(fā)，從系統(tǒng)分析、設計到實現(xiàn)，全面采用了面向?qū)ο蟮某绦蛟O計思想和技術。這從根本上保證了系統(tǒng)具有良好的可維護性。另外系統(tǒng)界面的開發(fā)采用了界面定義數(shù)據(jù)和界面控制程序代碼完全分離技術，實現(xiàn)了界面定義數(shù)據(jù)的動態(tài)裝卸和整個界面系統(tǒng)的外部維護，為維護軟件提供了極大的便利。

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作者簡介：

李躍田（1975-），男，碩士，副教授.研究領域：軟件開發(fā).

馬 振（1984-），男，碩士，講師.研究領域：軟件與數(shù)據(jù)工程.