基于數據中心的數字化鉆井施工模式的構建

王 雷

（中國石油集團川慶鉆探工程有限公司，成都 610051）

0 引言

現如今，我國正處于信息化時代，大數據與科技的發展日新月異。為了提升自身市場競爭力，各行業企業正在不斷提升自身技術與管理水平。大數據與科技的融合是各企業實現創新發展的關鍵。鉆井施工技術是我國重要的工業技術，數字化鉆井施工模式的轉變十分關鍵。為此，相關研究人員將數字化融合到鉆井施工模式的構建中，作為提高鉆井施工效率的關鍵技術。

目前，我國鉆井施工模式以人工為主，工作人員通過鉆井設備監控鉆井施工過程，并提出相關決策。此種方式的鉆井效果差，石油開采量低，市場競爭力弱。隨著社會向信息化、智能化方向轉型，鉆井設備已經難以滿足如今的石油開采需求，導致市場需求與供給之間出現矛盾。

數據中心是利用大數據技術對大量的數據進行挖掘，并集成一個較大的數據存儲環境，在數據使用過程中，能夠最大限度縮短尋找時間，提高工作效率。應用數據中心可以同時管理多個目標對象，大數據技術以數據中心為原點，處理和分析各個階段的施工數據，從而保證各個施工點數據的真實性。

基于此，本文借助數據中心構建數字化鉆井施工模式，旨在消除石油供給與使用之間的矛盾，進一步提高石油開采效率，為石油鉆井業的發展提供一定幫助。該鉆井施工模式以數字化鉆井信息平臺為主體，人工輔助施工，通過構建鉆井系統，結合數據中心，采用輔助系統，并且闡述各個組成的具體應用，實現數字化鉆井施工模式的構建。

1 數字化鉆井信息平臺的框架及應用

近年來，各個企業逐漸應用數字化鉆井施工模式。該模式中采用了數字化技術，設計了信息平臺，通過鉆井信息平臺顯示和分析施工數據，為安全鉆井施工等提供保障。一般情況下，鉆井信息平臺需要詳細地采集井內施工指重、鉆壓、鉆深等參數，并對相關參數設置上下限，保證數據的真實有效性。但傳統的鉆井平臺數據化與信息化技術效果較差，難以滿足實際需要，在實際施工過程中極易出現較大的施工誤差，從而影響施工安全。

因此，本文在設計數字化鉆井信息平臺的過程中，以鉆井數據為主，通過鉆井設備采集井內施工的相關數據，并將采集的井作業相關數據實時上傳，將詳細的相關參數在數字化鉆井信息平臺中顯示，通過動態曲線選取出最佳設備配置位置，為鉆井作業提供安全施工環境。該鉆井信息平臺由數字化鉆井系統、鉆井數據中心和數字化鉆井輔助決策平臺系統組成。

在鉆井施工過程中，平臺提供實時通信網絡，通過通信模塊分析和處理鉆井施工數據，保證井下作業施工過程的穩定性與安全性。數字化鉆井信息平臺的框架具體如圖1 所示。

圖1 數字化鉆井信息平臺框架

在鉆井施工過程中，采集到的井下施工數據分為兩個部分。第一部分：通過數字化鉆井信息平臺輔助鉆井施工模式的決策，并利用遠程通信網絡，將平臺與施工現場相連，二者協作，實時處理施工數據。第二部分：將決策后的施工數據與數據中心的數據對比，降低實際施工中出現誤差的概率，對比數據后導出數據，完成數字化鉆井信息平臺的工作。其中，遠程通信網絡和鉆井施工信息屬于數字化鉆井系統，數據庫數據和數據導出屬于鉆井數據中心，輔助決策平臺屬于數字化鉆井輔助決策平臺系統。

在鉆井作業前、后均需要利用信息平臺進行輔助決策，通過信息化技術與大數據技術，利用數據中心的數據，不斷完善鉆井過程。在該信息平臺的設計中，以數據中心數據為核心，施工人員可以根據施工環境對不同的鉆井信息進行選擇，隨機選取鉆井信息，并通過信息平臺的輔助決策作用確定鉆井施工的信息，通過不同的施工環境選取合適的施工參數，實現鉆井施工的順利完成，從而實現數字化鉆井信息平臺的高效應用。

2 數字化鉆井系統設計及應用

本文在構建數字化鉆井施工模式的過程中，以數字化鉆井信息平臺的框架為核心，以數字化鉆井系統中硬軟件的設計為基礎，共同提升鉆井施工效果。數字化鉆井系統是通過施工裝備與井下相連接，利用上述鉆井信息平臺有效采集井下數據；通過系統中的通信網絡連接數據采集儀器、數據處理儀器、現場監控儀器等，實現數據采集、處理、錄入、傳輸和監測等工作。該系統能夠為鉆井信息平臺提供數據支持，并為數字化鉆井施工提供參考依據。

鉆井系統硬件設施的設計以數據采集儀為主，其主要作用為井下數據采集。首先，在信息平臺內將其他數據初始化，并在系統中選擇新的空間，用來存儲鉆井作業中的實時數據；其次，在信息平臺界面上將不同的功能上傳至數據采集儀，接收施工人員的相關指令數據，保證數據采集儀實時采集的效果；再次，將采集到的數據進行數據一次處理，將其轉換成共享數據，根據當前數據采集的參數，判斷此時井內是否適合作業，并將結果上傳至信息平臺中，判斷此時數據采集儀的運行狀態；最后，通過通信網絡，將數據進行用戶數據報協議（User Datagram Protocol，UDP）拆分，并標記出原始數據與一次處理后的數據，將其上傳至存儲空間，便于后續的查找與應用。

通過數據處理軟件的應用，最大限度減小數據采集誤差，并實時回傳數據。鑒于數據的格式與信息平臺之間的聯系較弱，在軟件的設計中，通過數據傳輸模塊的設計，加密處理采集的數據，并轉換相關格式，將轉化后的數據傳輸至平臺，實現數據的精準采集、處理與傳輸。

3 鉆井數據中心的建設及應用

在數字化鉆井施工中，通過數字化鉆井系統采集大量鉆井數據后，需要進行處理、匯總和分析數據等操作，因此需要建立一個數據庫，即鉆井數據中心。在保證井下作業鉆井數據采集、處理與傳輸的基礎上，本文將進一步分析鉆井數據中心的建設與應用效果。鉆井數據中心包括鉆井施工的綜合數據、數據傳輸，以及平臺鉆井數據加載效果、數據處理軟件等部分內容。

鉆井施工綜合數據庫是在數據中心的基礎上，以鉆井施工為主要研究對象的新型數據庫。其中存在較多的鉆井數據參數，不同的場地面臨的實際井內采集參數均不相同。在此數據庫的建設中，數據更加全面，對鉆井前、中、后期的數據進行整合，在全生命周期的基礎上，將多次、完整的施工數據整理歸納入數據庫中，方便施工人員把控鉆井模式，提高鉆井效率與石油開采效率。

在數據傳輸和加載效果方面，相關人員在施工前對施工現場數據進行采集，并將施工現場的數據上傳至數據中心，經過企業內部人員分析鑒定，計算現場可施工率，在數據中心對比數據，從而保證鉆井數據的有效性。在此過程中，可以通過數據中心對數據進行對比、轉換、存儲以及傳輸，并利用鉆井系統，將數據對比、轉換、存儲以及傳輸等項目進行自動化處理，保證數字化鉆井施工的高效性。與此同時，在數據轉換的過程中，需要將數據中心的數據導出，綜合對比本次施工的各項數據，從而確定最佳的施工模式與施工方案，保證鉆井施工順利安全進行。

在數據處理軟件方面，鉆井數據中心是在數據中心的基礎上建立，其數據對比效果較好，可以保證穩定的數據對比效果，提升數據采集的真實水平。在數字化鉆井施工模式的構建中，數據處理軟件可以發揮出較強的作用。由于數據中心的數據均為真實有效的數據，通過數據分析與數據對比，可以確定最佳的施工模式與施工方案。在此過程中，數據處理軟件是重中之重，通過數據中心對鉆井相關數據的處理，可以保證數據遠程傳輸參數的真實性，并根據此時的數據進行工況判斷，為實際施工提供穩定的施工條件。

4 數字化鉆井輔助決策平臺系統及應用

數字化鉆井輔助決策平臺系統在數字化鉆井施工模式中能夠保證數字化平臺具有查詢、使用、刪改、分析、統計等作用，并生成相關圖像與數據包，使數字化鉆井施工的界面具有二維、三維等顯示效果，共同輔助鉆井施工，進一步提高鉆井施工模式的數字化程度。數字化鉆井輔助決策平臺系統包括鉆井施工現場設計系統、現場監測系統、安全監測系統、數字化模擬系統以及判斷工程可行性系統等。其中，鉆井施工現場設計系統通過繪制現場施工場景，形成一個施工二維圖像，在其中添加或刪改相關鉆井信息，輔助施工人員對現場進行施工指導，保證施工現場的實際施工效果。

現場監測系統通過鉆井系統硬軟件，采用井下數據繪制相關的曲線圖，并利用遠程交流的方式多角度分析仿真數據，判定此時鉆井的可行性。

安全監測系統是對鉆井現場進行三維描述的系統，通過施工現場的平面繪圖，將現場進行三維模型展示，保證此三維動畫為1 ∶1 還原的動態模型。在此模型中，分別對井內軌道采取分支、側式、定向、直向等方式進行井內鉆井軌道規劃，從而保證施工安全。

數字化模擬系統是在安全監測系統的前提下設計的，通過模擬出現場施工模型，將井內施工軌跡規劃出來，并通過信息化技術、數字化技術將鉆井工程的理論與實際相結合，建立出最佳的數字化鉆井施工模式。

判斷工程可行性系統是以鉆井工程專家為核心的系統，通過專家對鉆井情況的分析，結合相關數據與數據中心的對比程度，評定鉆井可能出現的風險，并對復雜風險進行相關管制，從多個角度判定此時施工效果是否為最佳。經過多種角度的計算，再利用現場的三維模型，對可能出現的風險進行推演，從而最大限度避免可能出現的風險。針對此系統，數據處理模塊至關重要，需要將數據共享，在進程間通信（Inter-Process Communication，IPC）中確定數據相關范圍，在此范圍內，數據處理效果最佳。因此，在系統設計過程中需要劃定范圍，從而完成系統對鉆井細節方面的推演，使數字化鉆井施工模式可以更加靈活，保證鉆井施工模式高效，為石油鉆井開采提供條件。

5 結語

近年來，鉆井施工模式日新月異，為石油井下現場施工提供了有力的技術支撐。鉆井施工技術是在密閉空間內確定井內壓力等施工數據，從而進行鉆井施工的技術。此項技術可以在不同工況下確定井下施工相關參數，因此在施工過程中被廣泛應用。但隨著社會的發展，以往的鉆井施工模式已無法適應當下需求。傳統鉆井施工模式以人工為主、設備為輔，危險性較大，施工效果也不佳。基于此，本文利用數據中心構建數字化鉆井施工模式，旨在提升數字化鉆井效果，為石油產業的發展提供條件。