勘探開發一體化數據主庫的設計與應用

趙 玲，黃 剛，栗 健，牟 儀

(1.東北石油大學 計算機與信息技術學院，黑龍江 大慶 163318；2.東北石油大學 電氣信息工程學院，黑龍江 大慶 163318)

0 引 言

作為傳統工業基本原料的石油，隨著時代的發展，其儲量正在不斷減少，但是，人們對于石油的需求卻一直居高不下。隨著時代與科學的進步，中國進入了常規與非常規油氣并重的勘探開發新時代，地質開發理論進入了非常規油氣創新的“黃金期”[1]。早期油氣勘探中重、磁、電、化等非地震勘探技術曾發揮過重要作用[2],但隨著石油資源的不斷減少以及開采成本的不斷增加，為了解決石油勘探數據難以管理與共享的問題，引入了勘探開發一體化管理的概念[3]和“勘探開發一體化”這一新型的技術理念?！翱碧介_發一體化”，即將中國石油工業原有的勘探與開發相分割的工作模式轉變為一體化的工作模式[4]?？碧介_發一體化重點是突出“兩個延伸”：一是勘探向后延伸，延伸到開發實施、信息反饋階段，以及時了解勘探部署實施的實際效果，指導下一步勘探；二是開發向前延伸，延伸到工業評價階段，即圈閉預探獲得工業油流后，開發及時介入，勘探開發共同完成尋找商業儲量的任務，及時部署滾動勘探方案，擴大勘探成果[5]?？碧介_發一體化是加快勘探開發的實施進程，早日獲得經濟效益，控制成本投資，實現利益最大化[6]的重要技術手段。并且勘探開發一體化堅持以經濟可采儲量最大化為中心，樹立兩個觀念，即為多門學科多門專業一起聯合攻關，并且增儲上產同時進行。

隨著“勘探開發一體化”管理模式的不斷發展壯大，其已成為石油勘探開發的重要改革方向[7]。而石油勘探領域信息一體化模式的完整與否也是判斷國家石油經濟發展好壞的標準之一。與此同時，世界各大石油公司的切身實踐已經表明，勘探開發一體化的管理模式已成為當前復雜條件下油田生產的客觀要求[8]。

1 主庫系統整體構建思路

1.1 主庫系統基本介紹

該系統針對數據運行的管理及應用需求，一方面需要將勘探階段的構造和開發階段的區塊作為核心實體，將這些實體上的地質構造識別、儲層預測、開發指標計算等作為核心實體活動;另一方面將油井作為基本分析實體，對于在井上的各種操作進行劃分，從而描述勘探開發的相關業務活動，通過建立數據監督專家組，制定完善相應標準及管理制度[9]。開發一體化之后油田隨鉆、開發井位設計、地質建模、油田數字模擬，以及物探項目隊的海量地震數據解釋和三維資料的審查等方面都會得到廣泛應用。首先，該系統開發基于WEB[10]瀏覽器的分布式多層應用的綜合數據匯交系統，實現統一的數據庫系統管理、全面的數據共享；其次以管理為依托的數據三級(數據源點、業務單位、數據中心)集成化應用管理體系，保障匯交數據質量的全面性、準確性、完整性、及時性和一致性。

1.2 系統構建思路

該系統建立了包括數據收集、數據提取、數據轉換收入、數據存儲、數據分析、用戶界面等模塊以及數據確認、數據反饋兩個回路的石油勘探開發數據倉庫。一體化系統的建立為試油、測井、錄井、鉆井等實鉆數據跨專業綜合研究奠定了基礎[11]。并且該系統是從油田數據產生的源頭開始，結合實際數據管理方式及標準，通過信息手段，設計并實施數據匯交PDCA[12]循環管理，并最終實現既支持研究人員快速獲取數據、共享數據、共享成果，又支持不同研究階段的討論、匯報和決策[13]和可以構建數據匯交全生命周期管理的新模式。勘探一體化對數據的唯一性、完整性等都進行了明確的定義，并結合當前IT技術的發展趨勢，給出了更為簡潔和易擴展的數據存儲解決方案[14]。

2 主庫系統整體架構設計

主庫系統的整體架構設計主要包括三個方面：數據資料電子化匯交方案；數據資料流程管理；數據資料電子化存儲方案。

2.1 數據資料電子化匯交方案

數據資料電子化匯交方案主要是對于沒有電子化的數據庫，提出優化解決方案和管理建議，包括人工數據錄入、結構化數據提交、半結構化數據提交、非結構化數據提交，以及數據電子化匯交流程定義與管理。

(1)人工數據錄入。

對沒有現存數據錄入軟件的資料，開發人工數據錄入模塊。人工數據錄入模塊錄入的結果是事務型的，不宜直接存入數據中心，而是暫時存入本地數據庫，待一個單元的數據錄入、校驗、審核完成后，再通過提交模塊進行提交。

(2)結構化數據的提交。

指數據庫中的數據，這些數據有完整的數據模型。結構化數據是通過專門的采集軟件通過人工錄入、自動采集或數據交換等方式存儲進去的。

(3)半結構化數據的提交。

半結構化數據主要指以XML或Excel存儲的數據。半結構化數據主要是由數據采集軟件生成的，或由人工直接編輯生成。對半結構化數據需要解析其格式，并建立其結構與PCEDM之間的映射關系，然后進行數據存儲。

(4)非結構化數據的提交。

非結構化數據指以文件形式整體存儲的資料，如圖形圖像文件，不需要解析文件的內容。非結構化數據一般不需要直接存儲在中心數據庫中，而是存放在專門的文件服務器上。非結構化數據的容量一般比較大，為了提高傳輸效率，必要時還需要提供數據壓縮功能。此外，還要提供數據斷點續傳功能，在網絡繁忙或不暢時，提高傳輸的效率。

(5)數據電子化匯交流程定義與管理。

隨著各種技術的發展，一種具體的資料內容會發生變化，匯交資料的數據表、數據項、數據篩選條件、文件格式、文件數量等都會發生變化，資料交接流程也會發生變化。資料流程定義與管理工具提供對流程以及流程中的活動、資料的屬性進行定義和修改等功能。

數據加載，按照預定義的數據映射模型，將數據提交到目標數據庫中。

通過分析需求確定的數據電子化匯交流程如圖1所示。

圖1 數據匯交流程管理

圖1中，用戶通過系統執行數據匯交任務，需要經過三次數據處理后完成。這三次處理即為數據匯交的三個數據處理部分，每一部分都涉及到了具體的數據操作。

(6)資料提交管理。

資料提交管理主要提供以下管理功能：

(a)資料審核。檢查是否已按計劃向數據中心提交了資料，所提交資料是否完整和正確，在確認資料提交完整和正確的情況下，進行電子簽名并接受提交。

(b)清查不完整資料。當提交資料時，如果出現斷點而沒完成續傳，分次提交而沒完成所有提交內容等情況，提交的資料是不完整的。不完整的資料超過一定的時限后，應該清除掉。

(c)管理資料提交日志。每一次資料提交，都要對提交時間、提交人、提交內容、提交狀態進行記錄形成日志，同時允許對提交進行查詢、刪除、保存等操作。

數據電子化匯交的框架如圖2所示。

圖2 數據綜合處理匯交系統框架

2.2 數據資料流程管理

在每類基礎資料流程梳理過程中，將按照以下步驟展開：

(1)調研并梳理當前數據流程、交接內容、數據流轉方式和數據管理現狀；

(2)調研外部資料的交接與數據化管理現狀；

(3)優化設計主庫模型中相關數據內容；

(4)優化設計以主庫為核心的數據資料交接管理流程；

(5)開發相關基礎資料交接維護管理系統，提出優化解決方案和建議。

2.3 數據資料電子化存儲方案

(1)設計資料存儲數據模型。

對勘探開發一體化數據庫進行優化設計，結合調研內容進一步在勘探開發一體化數據庫中進行模型比對，結合數據模型優化和數據存儲整合技術，優化設計勘探開發一體化數據庫模型中的相關數據內容。

(2)建立專業數據與勘探開發一體化數據庫數據模型之間的映射關系。

當前各采油廠和服務公司采用的源頭數據庫，采用的是數據采集軟件自帶的數據模型或專業數據庫數據模型，這些模型與勘探開發一體化數據庫有很大區別，要使源頭數據能交換到數據中心，必須首先建立兩種模型之間的映射關系。

為了實現對多應用系統、多開發平臺的高效支持，需要采用XML實現數據交換管理。數據交換框架如圖3所示。

圖3 基于XML的數據交換

(3)對不同格式數據進行描述。

油田開發基礎資料的種類繁多，有結構化數據，也有非結構化數據，如Word格式的報告、Excel格式的表格、圖形圖像格式以及各種專用的格式。對非結構化數據，不僅要建立文件命名規范、文件存儲方式，還要建立文件內容描述模型，保證在不打開文件的情況下，可了解、查詢文件內容。

(4)建立數據集的組織模式。

在大多數情況下，資料匯交不是以單一文件、單條記錄、單個數據為匯交單元的，而是一次匯交一組數據，資料從服務公司的數據庫中提取、打包、傳輸、審核、撤銷、轉移等，都是以這一組資料即數據集為單元的。需要建立一套描述數據集的數據模型，為用戶提供按時間、名稱、單位管理的數據集，保證數據集的完整性、一致性。

3 業務實現

以“業務管理”為例，分析勘探開發一體化主庫建設的適用性以及可行性。結合石油勘探開發業務，對業務進行調整。在調整業務的過程中，勢必會影響數據提交的流程，開發流程控制系統要能適應這種需求。通過管理和維護數據提交流程，可以向不同單位的不同用戶提供不同的數據提交任務，并監控其任務執行的過程，實現基于業務流程的數據提交功能。

流程定義本質上就是定義角色、活動和對象之間的關系，例如：在本課題中就是定義哪些人在什么時間提交哪些數據(這些數據也是以數據集為單位的)。具體需要開發的功能如圖4所示。

圖4 數據流程

其中，在流程控制系統中，數據交換過程中的數據定義、數據提取、數據映射、數據加載，包括各種新生成的靜態數據錄入、數據審核都可以納入流程管理的框架當中。

4 結束語

勘探開發一體化主庫的建設為信息的管理以及數據的傳輸提供了極大便利，并且信息共享一體化作為勘探開發一體化的重要基礎，也是當前市場競爭乃至國際競爭條件下企業的必經之路。因此盡快構建自己的數據倉庫，使企業在信息集成智能等方面有著更快的發展，促進石油經濟的迅速發展，從而實現勘探開發信息的一體化，為實現數字油田奠定基礎。當然，它的建成是一項長期的工作，需要政府的積極推進與支持，并且需要大量包括人力資源以及物質資源的不斷投入，隨著勘探開發作業的不斷完善，能夠為國內石油發展貢獻一份不可或缺的力量。

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