油氣生產數據管理系統建設研究

王云花 楊倩倩

（晉中信息學院 山西省晉中市 030800）

隨著油氣行業信息化水平的不斷提升，油氣田生產數據管理系統建設的重要性日益凸顯。油氣是我國重要的戰略資源，為保障國家能源安全，我國對油氣勘探開發工作十分重視，出臺了一系列政策措施，以進一步提高勘探開發效益。其中，數據是油氣勘探開發工作的重要基礎，目前油田普遍采用以生產數據為核心的生產數據管理系統。生產數據管理系統是石油企業生產業務的重要組成部分，其主要功能是對油氣生產數據進行管理，通過數據采集、處理、存儲和檢索，提供輔助決策支持服務，為油氣生產管理提供決策依據。

1 油氣田生產數據管理系統建設的現狀

近20年來，在大慶油田和其他石油公司和其他行業公司的聯合努力下，數字油田的建設又有了新的進展，我國的數字油田已經進入了新的階段[1]。除了常見的石油企業管理信息系統（MIS）、辦公自動化（OA）和專業數據庫應用程序之外，電子商務/管理、企業資源計劃（ERP）和業務流程重組（BPR）等新概念，現在它們已經滲透到了石油行業的每一個領域，企業管理也正在朝著智能化方向發展[2]。從國外企業的成功案例分析可知，管理者們通過信息系統取得的數據，進行過濾、加工、分析后取得的有效數據信息可為相關業務提供判斷能力[3]。

2 油氣田生產數據管理系統的主要功能

油氣田生產數據管理系統的主要功能（如圖1）包括：在油氣田的勘探、開發和生產等各個階段，通過對相關數據的采集、處理和分析，對油氣田的開發和生產等進行實時監控，可以實現對油氣田整體數據的分析和管理，從而為油氣田公司進行科學決策提供有力保障。油氣田生產數據管理系統可以實現對數據的存儲、查詢、檢索、統計、分析等功能，其中，數據的存儲主要包括兩部分：一是業務數據，包括地質數據庫、試油數據庫等；二是地理數據庫，包括地震屬性數據庫、地質屬性數據庫和生產管理系統等。其中，業務數據一般存儲在油氣勘探開發業務系統中；地理數據庫主要存儲在油田生產管理系統中。

圖1：油氣田生產數據管理系統的主要功能

油氣田生產數據管理系統除了可以實現對油氣勘探開發業務數據的管理之外，還可以實現對油氣田整體生產情況的監控和管理。例如：通過油氣田整體生產情況監控系統對油田各區域油氣資源、生產運行情況等進行監測和管理，實現對各區域的整體生產情況的全面了解。通過對油氣田整體生產情況的全面掌握，可以為油氣勘探開發決策提供有力保障。

3 油氣生產數據管理系統建設研究

3.1 總體架構

生產數據管理系統采用三級架構，由基礎設施層、數據管理層和應用層組成，基礎設施層包括基礎設施資源庫、數據倉庫、數據管理平臺和統一門戶。基礎設施資源庫包括生產數據庫、歷史數據庫和各類備份存儲等，其中生產數據庫是主要的數據資源。數據倉庫是對基礎設施層數據進行存儲與管理的平臺，可以對各專業數據進行匯總，統一管理。數據管理平臺用于對生產系統的各類數據進行集中存儲和管理，包括主數據中心、主文件中心、臨時文件中心和各類應用系統等。統一門戶為用戶提供統一的訪問入口，包括統一登錄平臺和統一信息發布平臺。

應用層主要包括生產控制層、業務應用層和用戶界面。生產控制層主要對生產運行過程進行控制，包括油氣井運行控制、油氣井工況控制和油藏模擬計算等；業務應用層主要用于為生產管理人員提供各類業務應用，包括地質研究、工程建設、經濟評價、采油廠管理等；用戶界面用于實現系統用戶的圖形化界面操作，便于用戶使用。

3.2 技術方案

以 C/S 結構（圖2）為例，數據的輸入和輸出都在客戶端，客戶端的工作方式是對所存儲的數據進行全過程處理，從而減少了通信的數據量，并且減輕了需要占用服務器的計算量[4]。但是，由于受到了服務器端的制約， C/S架構只適合在數據鏈路較少時使用。B/S方式（如圖3 所示）是在 C/S 方式基礎上進行的一種更新，這種更新很容易通過一個瀏覽器來完成。總體而言， B/S 體系架構是目前常用的一種通用的管理軟件。

圖2：C/S 結構

圖3：B/S 結構

實時數據對比：在 C/S 結構中，不能實時獲得業務流程的流動和數據的更新，獲得到數據時，由于存在一定的延遲，因此不能對實時數據進行查詢。與之相比，B/S 結構可以為當前業務流程及實時數據的獲得提供支持，而且在這一實時信息的基礎上，可以做出及時的響應及更改解決方案，這種方式可以對公司的穩定起到支撐作用，從而可以防止公司受到損失[5]。

3.3 實現功能

油氣生產數據管理系統在數據管理上，實現了由原來的分散數據采集和存儲為集中管理的轉變，解決了分散采集造成的數據不規范、不統一、不完整等問題，同時也為生產決策分析提供了強有力的支撐。系統主要實現以下功能：

（1）統一存儲：對采油廠數據進行集中存儲和管理，通過統一的系統進行集中存儲、集中管理，滿足采油廠各類數據的安全、高效、靈活使用需求。

（2）統一分類：根據油氣生產特點，按照不同類別的信息內容、應用場景和需求，進行分類整理。不同類別信息按照業務類型進行分類管理，實現業務分類展示，通過搜索功能實現快速檢索。

（3）統一查詢：根據用戶的需求，對數據庫中的數據進行統計、查詢、分析等功能，實現多維度數據查詢。

（4）統一分析：對采集到的數據進行匯總展示，將報表結果以圖表形式呈現。同時對不同類別的信息內容、應用場景、需求等進行分析，實現信息綜合展示。

（5）統一管理：將系統建設和日常管理緊密結合，系統建設過程中能夠得到相應的數據支持。同時可以根據不同情況，進行權限控制和組織管理。

（6）統一運維：實現對數據的集中管理、維護和應用。同時對數據庫、應用服務器等基礎設施設備進行運維管理，對系統中的服務部署與服務內容進行更新維護。

3.4 業務流程

生產數據管理系統以數據為中心，實現業務流程的線上化、透明化，通過對業務流程進行梳理，并對流程中涉及的人、物、財、事進行管控，將管理要求落實到具體人員和崗位，為數據的真實性提供保障。

（1）生產計劃的執行：業務人員根據計劃進行生產數據采集，并根據采集到的生產數據生成工作計劃。

（2）生產計劃的發布：根據生產計劃編制執行方案，由業務人員發布到系統中。

（3）作業申請：業務人員提出作業申請，通過審核后形成工單。

（4）工作執行：業務人員按流程進行工單的執行，對異常情況進行處理。

（5）結果查詢：通過查詢界面進行查詢，查詢結果以列表形式展現。

（6）結果分析：業務人員對完成的工作任務進行評價、考核。

（7）統計報表：系統自動生成統計報表。

（8）數據清洗主要是為了確保數據的準確性和完整性，對采集到的數據進行清洗、轉換、校驗、補全等處理，確保數據的有效性。

（9）應用展示：對數據進行可視化展示，方便管理層、業務人員以及其他人員查看。

（10）統計分析：對處理后的數據進行統計分析，生成可視化報表和趨勢圖。

3.5 信息安全

油氣生產數據管理系統應具備信息安全體系，通過部署信息安全基礎設施，建立數據管理系統的安全保護、安全檢測與響應、安全審計等制度，對油氣生產數據管理系統實施有效的安全保障。

（1）系統基礎設施：部署監控網絡邊界和系統內部網絡邊界，實現對網絡和數據的實時監控，并具備實時監測與自動報警功能。

（2）信息安全管理：在網絡邊界部署網絡安全設備和網絡防火墻，對涉及網絡資產的關鍵部分進行防護，包括主機、服務器、存儲設備、應用軟件等。在油氣生產數據管理系統內部部署終端安全防護設備，包括終端防護設備和應用軟件等。在數據中心部署防火墻和入侵檢測設備，對數據中心內的關鍵系統進行保護。

（3）信息安全審計：在油氣生產數據管理系統部署日志審計系統，對系統運行過程中發生的所有事件進行記錄、統計和分析，包括日志文件存儲、查詢、日志審計等。通過記錄系統的運行情況和系統各組件的運行狀態，方便管理員分析系統故障和異常現象。

3.6 數據標準

數據標準是指在數據采集、傳輸、存儲和應用過程中，對數據的格式、內容、描述以及技術要求所做的統一規定。數據標準是一種規范性文件，其目的是建立規范的數據結構，規定數據表示的內容，規定數據之間的相互關系，為油氣生產數據管理系統提供統一的數據結構和描述。它是企業應用系統整合所需要的基礎。

數據標準通常包括如下內容：

（1）數據來源標準：主要包括生產平臺、數據庫等系統內各單位所提供的系統、數據庫、接口等信息。這些信息為用戶提供統一、通用的查詢語言。

（2）編碼標準：主要包括字符集和編碼規則等。字符集是指規定同一事物（或對象）有幾個相同字段（如數值）時，在編碼上采用哪一個字段為標準。編碼規則是指在進行編碼時所遵循的規則和方法，如長度規則、字符格式等。

（3）含義標準：主要包括對數據表示含義進行規定，即規定數值之間的相互關系，如一個數值是不是一個變量是否為標量等。意義標準規定了事物之間的各種關系，如因果關系、邏輯關系等。

（4）屬性標準：主要包括對事物屬性進行規定，即規定數值范圍，如是否為正數、負數等；是否為零等。屬性標準還可分為單值和多值兩種類型。

（5）格式標準：主要包括對事物（或對象）的結構及內容進行規定，如格式是否統一、結構是否合理等；對數據表示形式進行規定，如格式是否符合標準和規范要求。

3.7 運維模式

（1）數據采集模式。對采集設備的數據進行清洗，再進行數據校驗和清洗后，把數據進行結構化、規范化、標準化處理，以規范格式、統一格式存儲到數據庫中。對于非結構化的數據，通過標準接口把數據提供給應用系統使用。實現對各類采集設備、通訊線路和服務器等的統一管理，確保數據質量。按照統一的管理要求，對各專業系統的運行維護人員進行系統操作培訓，對各專業系統進行維護，保證業務系統穩定運行。

（2）運行維護模式。對于油氣生產數據管理系統的運行維護工作，應按照“集中管理、分散實施”的原則進行。主要是采用集中式運維模式，由油氣生產數據管理系統服務提供商對油氣生產數據管理系統的運行進行專業化服務和維護工作；業務部門根據自身業務發展需要和使用要求，按需自主選擇服務提供商；各油氣生產數據管理系統服務提供商作為甲方單位負責對業務部門提出的運維需求進行分析、規劃和實施；各油氣生產數據管理系統服務提供商為油氣生產數據管理系統運行維護工作提供專業化服務和技術支持。

3.8 技術特點

系統基于成熟的企業級數據管理平臺和先進的計算機技術，以企業級數據中心為基礎，以統一的數據模型為核心，整合油氣生產各類業務數據，建立統一的油氣生產數據倉庫和綜合分析平臺。系統采用分布式、微服務架構技術，系統開發過程中采用組件化設計思想，設計了大量通用的通用組件和可自定義配置的自定義組件，實現了不同業務類型、不同管理層次的應用系統的靈活集成。系統采用多種網絡通信技術、數據庫技術、文件傳輸協議、業務邏輯處理算法等一系列先進技術，保證了系統的開放性和可靠性。系統在設計中充分考慮了開放性和兼容性要求，通過系統間數據交換接口保證了不同業務數據的自由交換。

3.9 適用范圍

油田公司油氣生產數據管理系統的建設是石油公司數字化轉型的重要環節，也是油田公司數字化轉型的基礎工作，需要各級領導高度重視，各職能部門協同配合。各單位要從思想上、行動上統一認識，積極支持系統建設工作，為系統建設提供保障。在此基礎上，要按照系統設計目標和建設計劃，分步實施，有序推進。

（1）油氣生產數據管理系統建設應納入公司數字化轉型整體規劃，統一規劃、統一實施、統一管理；

（2）要強化組織保障和責任落實，由主要領導親自抓、分管領導具體抓，職能部門加強協調、密切配合，形成整體合力；

（3）要突出重點、分步實施、有序推進；

（4）要加強對油氣生產數據管理系統的維護與技術支持；

（5）要加強信息安全保護和保密工作。

通過油氣生產數據管理系統的建設，將實現油氣生產各專業全覆蓋的數據共享交換和統一管理。同時，油氣生產數據管理系統的建設還可以為公司內部其它信息系統提供接口服務，實現數據的互聯互通和共享。

4 結語

在數字油田建設過程中，生產數據是核心和基礎。建設油氣生產數據管理系統，是企業對數據進行統一管理的重要手段。通過對油氣生產數據的規范和統一，建立符合企業特色的油氣生產數據管理標準體系，形成統一的、完整的、準確的、可靠的油氣生產數據資產庫，為企業內部信息共享和業務協同提供保障。