基于WebService的固井數據庫管理系統的設計與開發

李躍田+馬振

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

關鍵詞：WebService；固井數據庫；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新戰略的實施，對固井質量的要求越來越高，固井質量對油田勘探開發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據的有效管理和分析[1-4]，對影響固井質量的因素未能進行綜合系統分析，成功的經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，導致固井質量出現波動。為了變被動為主動，迫切需要開發一套固井數據庫管理系統，對固井施工環境、參數，諸如地層巖性、滲透率、井徑擴大率、井徑規則程度、封固段長短、環空返速、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、注水井等數據進行數據化存儲管理，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，為提高油田固井質量奠定基礎[6]。

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

2.1 國外研究概況

國外各大專業化石油公司先后研制開發了固井工程設計系統、數據采集系統、數據分析評價決策系統等。Schlumberger公司開發的CemCADE系統，可進行固井設計及固井施工動態模擬各類施工參數的實時采集、分析，并可以對固井質量進行預測。Halliburton公司開發的CJOBSIM系統，可用于固井設計計算及監測固井參數的變化。采用計算機模擬程序，輸入有關數據后，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生，每次作業之后，將施工數據與設計進行比較，對作業過程進行評價。

2.2 國內研究概況

國內西南石油大學、中國石油大學（華東）、華北局、中海油、大慶油田等也都開發了固井設計軟件、固井施工模擬與施工數據監測系統等，并在生產實際中得到了應用。但在固井數據分析和質量分析評價等功能的開發方面還處于初級階段，沒有形成較為完善和成熟的產品。

3 固井數據庫管理系統建設的意義（The significance of building up the database management system）

固井數據庫管理系統的設計和開發，是建立在各大油田業務需求的基礎之上，廣泛調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據庫管理系統。

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

4 軟件總體設計（Overall design of software）

4.1 系統總體需求

（1）以固井基礎數據為基礎，在調研多家油田公司的各建設單位、科研單位日常生產與科研需要的基礎上，將固井現場的每日動態數據，由現場數據采集人員每日填寫上傳到公司的中心數據庫中。

（2）公司和其他建設單位相關人員通過油田內部網絡瀏覽固井施工動態。

（3）公司和其他建設單位依據系統分配的權限，從固井數據中統計查詢，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據，與固井工程設計數據中的設計、鄰井相關數據進行自動相關的對比，從而達到指導現場生產、輔助決策的作用。

通過對固井數據流程及業務的了解，整個系統確定為C/S模式與B/C模式混合架構，設計方案如圖1所示。

4.2 系統特點

（1）建立滿足需求的固井數據采集系統。

（2）建立滿足需求的現場固井數據接收、數據入庫的系統。

（3）建立數據結構合理、內容齊全、一致性良好的固井數據庫。

（4）建立日報查詢系統，能夠及時、準確生成相應的固井數據。

（5）錄入固井質量評價所需的各類數據，評價人員根據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）實現按時間段、區塊、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、固井質量評價結果的固井數據查詢，也可按區塊、時間段進行固井質量的統計和對比，使得公司領導和專家及時掌握油田的固井情況。

（7）根據油田或者區塊的對比結果，使油田固井設計單位和作業單位達到優化固井設計、指導作業、提高固井質量的目的。

4.3 系統總體架構

整個系統以統一標準結構的固井信息數據庫為基礎，分為兩個應用子系統，即固井現場數據采集傳輸系統和Web信息發布系統。

（1）固井現場數據采集系統

使用C#語言實現C/S模式的固井現場數據的采集。其中，數據采集包括固井相關的數據錄入到現場Access數據庫中，包括井基礎數據、單井地質分層、完鉆時水泥漿性能、泥漿泵、設計壓力、實際壓力、鉆井液性能、套管數據、鉆井時效等。

（2）現場數據遠程傳輸系統

數據遠程傳輸系統包括兩個子系統，即“現場數據遠程傳輸系統”和“基地數據接收系統”。

現場數據遠程傳輸系統通過有線網絡、無線網絡、GPRS/CDMA、固定電話及電臺等通訊方式將現場Access數據庫中的數據及現場的其他離散型數據傳回基地，由基地數據接收系統進行接收，并對接收到的數據及信息按井號進行歸位和整理，然后自動將數據和信息上傳至基地數據服務器并集成到平臺Oracle數據庫中，以便在局網上進行信息發布和共享。

（3）Web信息發布平臺

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

（4）遠程傳輸技術——WebService技術[22-26]

利用WebService技術，通過SOAP協議使用XML消息調用遠程方法，WebService可以通過HTTP協議的post和get方法與遠程機器進行交互。其優點是不需要在現場的數據采集軟件配套安裝Oracle數據庫客戶端。

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去實現的。

（1）應用層

采用.NET組件去執行業務規則和形成業務對象。由于應用程序集中放置在這一層上，由所有用戶共享，使得系統的維護和更新變得簡單。當業務邏輯發生變化時，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）數據訪問層

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

（3）數據庫層

采用Oracle主流數據庫，存儲所有業務信息和管理信息，以及一些系統應用參數。大型關系型數據服務器能夠支持多個用戶的并發訪問，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 網絡架構

（1）網絡邏輯結構設計

系統能夠實時的指導和監控各個固井施工小隊的現場工作，并且提供各種數據統計和查詢服務，幫助其進行科學決策和管理。其網絡邏輯結構設計如圖3所示。

系統共有四種邏輯服務器：Web服務器、數據遠傳服務器、應用服務器和數據庫服務器。這些服務器將分別在專業石油公司或地區級石油公司的局域網內獨立部署。在地區級石油公司或者專業公司部署統一服務器，使其能夠方便的對作業小隊的生產進行監督、指導，以及進行業務統計。而且統一部署有助于簡化部署工作量，簡化管理和維護工作。

各個作業小隊需要收集和整理鉆井現場作業數據，并且將其及時遠傳到地區公司。因此，在各個作業小隊需要安裝、部署數據遠傳客戶端、錄井客戶端軟件，并能通過Web瀏覽器訪問數據平臺提供的Web服務。

其他相關業務單位也可以通過Web瀏覽器訪問數據平臺提供的Web服務，以獲取所需的石油生產、運行信息。

（2）網絡物理結構設計

在軟件實際實施過程中，可根據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。如果數據遠傳只限制于內部網絡，則可以將遠傳服務器和應用服務器合并；而如果Web并發訪問量較少，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。

數據庫服務器需要為應用系統提供實時數據和歷史數據，要求較高的系統可用性和安全性，因此建議采用雙機集群技術進行部署。作業小隊的計算機和IT資源通常是有限的，可以將數據遠傳客戶端、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）網絡拓撲結構

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

該系統網絡拓撲結構如圖5所示。

全部使用內網進行傳輸數據，不需要租用衛星和移動基站。

4.6 系統安全設計

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

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

系統帶有數據備份功能，系統管理員可以定期備份系統數據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進行自動備份到指定的機器硬盤下，如果數據丟失，可以將以前備份的數據導入系統數據庫中。由于圖片、文檔等大字段數據文件存儲在應用程序服務器的指定目錄下，因此Oracle數據庫中的數據量不會太大，每年大約有10MB。使用系統的最高峰時用戶數量大約10人，因此基本不會對數據庫服務器和應用程序服務器產生任何影響。

5 結論（Conclusion）

本文研究的固井數據庫系統涵蓋了固井作業各項基本數據，數據錄入人員先將數據錄入到本地Access數據庫中，然后通過WebService技術實現了數據的實時傳輸，將數據傳輸到服務器的Oracle數據庫中，應用Oracle數據庫對固井數據進行管理，提高了數據操作與維護方面的性能，加強了數據保密性，也提高了固井作業效率，通過創建固井數據表和建立數據表關系模型，實現對固井數據的分類存儲、單表查詢、多表查詢等功能。

本系統的開發，從系統分析、設計到實現，全面采用了面向對象的程序設計思想和技術。這從根本上保證了系統具有良好的可維護性。另外系統界面的開發采用了界面定義數據和界面控制程序代碼完全分離技術，實現了界面定義數據的動態裝卸和整個界面系統的外部維護，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.

馬 振（1984-），男，碩士，講師.研究領域：軟件與數據工程.