劉 歆 馮陶然 王天琦 劉瑞晶

1北京科技大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院2中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院3大慶油田采油一廠4北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院

數(shù)據(jù)橋系統(tǒng)在油氣田數(shù)據(jù)管理中的應(yīng)用

劉 歆1馮陶然2王天琦3劉瑞晶4

1北京科技大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院2中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院3大慶油田采油一廠4北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院

數(shù)據(jù)橋系統(tǒng)是一套針對(duì)油氣田勘探開(kāi)發(fā)等業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)基于B/S架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、查詢和修改等功能。該軟件針對(duì)大港油田、吉林油田和大慶油田開(kāi)發(fā)了專有的數(shù)據(jù)橋，并通過(guò)用戶管理功能實(shí)現(xiàn)了軟件的權(quán)限控制，保證各個(gè)油田的數(shù)據(jù)隔離。通過(guò)在油田的實(shí)際應(yīng)用表明，系統(tǒng)可有效地解決各油田數(shù)據(jù)信息孤島的問(wèn)題。數(shù)據(jù)橋系統(tǒng)在華北和冀東油田現(xiàn)場(chǎng)試用軟件，對(duì)356口井進(jìn)行優(yōu)化和診斷，其中對(duì)95口井進(jìn)行有桿泵優(yōu)化，系統(tǒng)效率由21.3%提高到26.9%；對(duì)50口井進(jìn)行螺桿泵優(yōu)化，系統(tǒng)效率由30.2%提高到36.7%。

數(shù)據(jù)橋系統(tǒng)；數(shù)據(jù)分類；系統(tǒng)架構(gòu)；數(shù)據(jù)異構(gòu)

1 系統(tǒng)架構(gòu)

數(shù)據(jù)橋系統(tǒng)是一套針對(duì)油氣田勘探開(kāi)發(fā)等業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)基于B/S架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、查詢和修改等功能。該軟件針對(duì)大港油田、吉林油田和大慶油田開(kāi)發(fā)了專有的數(shù)據(jù)橋，并通過(guò)用戶管理功能實(shí)現(xiàn)了軟件的權(quán)限控制，保證各個(gè)油田的數(shù)據(jù)隔離。通過(guò)在油田的實(shí)際應(yīng)用表明，系統(tǒng)可有效地解決各油田數(shù)據(jù)信息孤島的問(wèn)題。油田數(shù)據(jù)橋系統(tǒng)架構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 油田數(shù)據(jù)橋系統(tǒng)架構(gòu)

油田圍繞油氣井對(duì)象進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)與診斷，需要大量的功能實(shí)現(xiàn)模塊協(xié)同來(lái)完成。而每個(gè)功能實(shí)現(xiàn)模塊又包括大量的科學(xué)計(jì)算與圖形展示，每一項(xiàng)科學(xué)計(jì)算對(duì)應(yīng)廣泛的輸入?yún)?shù)數(shù)據(jù)和輸出參數(shù)數(shù)據(jù)，包括油氣井設(shè)備數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、單元區(qū)塊油氣藏?cái)?shù)據(jù)、物性參數(shù)數(shù)據(jù)、井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和其他用戶設(shè)置的特性數(shù)據(jù)等，不同科學(xué)計(jì)算之間存在共享數(shù)據(jù)的關(guān)系。針對(duì)這種數(shù)據(jù)類型廣泛的問(wèn)題，需要設(shè)計(jì)并建立一個(gè)數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)集成和數(shù)據(jù)查詢的可擴(kuò)展性強(qiáng)的總體數(shù)據(jù)平臺(tái)。

2 本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)

系統(tǒng)的本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)采用混合策略，根據(jù)需求自頂向下分類整理歸納，得到系統(tǒng)中所涉及到的實(shí)體，然后根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)邏輯和數(shù)據(jù)字典中的數(shù)據(jù)項(xiàng)為各實(shí)體添加屬性及關(guān)系，采用自底向上策略進(jìn)行各實(shí)體的總體集成。從系統(tǒng)中抽象出的部分實(shí)體如表1所示。

表1 系統(tǒng)實(shí)體描述字典

通過(guò)對(duì)各實(shí)體進(jìn)行分析，參考PDPMIS標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)表的定義，并根據(jù)本系統(tǒng)中的需要，確定各實(shí)體屬性對(duì)各模塊的具體E—R圖并進(jìn)行局部?jī)?yōu)化和整合，系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)的總體E—R圖，擴(kuò)充時(shí)對(duì)系統(tǒng)各實(shí)體再進(jìn)行細(xì)化。

3 數(shù)據(jù)橋

數(shù)據(jù)橋的設(shè)計(jì)思路：①調(diào)研上層應(yīng)用設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)項(xiàng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分類；②調(diào)研數(shù)據(jù)源具體分布，考察現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)與當(dāng)前數(shù)據(jù)模型的映射關(guān)系；③根據(jù)映射關(guān)系，設(shè)計(jì)存儲(chǔ)池及規(guī)則庫(kù)；④結(jié)合數(shù)據(jù)日志，建立支持?jǐn)?shù)據(jù)集成的底層數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。

3.1 定義實(shí)體類

實(shí)體類包括映射規(guī)則類、數(shù)據(jù)日志類、適配器類、存儲(chǔ)池類、數(shù)據(jù)項(xiàng)字典類。映射規(guī)則包括采集規(guī)則、處理規(guī)則、傳輸規(guī)則，它們又被劃分為大港規(guī)則、華北規(guī)則、冀東規(guī)則；數(shù)據(jù)日志包括適配記錄、采集日志、處理日志、傳輸日志等，同樣按照油田公司劃分；存儲(chǔ)池分為采集、處理、傳輸三種存儲(chǔ)池，每種存儲(chǔ)池都有基于數(shù)據(jù)項(xiàng)字典的專屬存儲(chǔ)池，即存放井號(hào)信息、管柱結(jié)構(gòu)、井斜數(shù)據(jù)等。定義實(shí)體間的關(guān)系適配器、映射規(guī)則、數(shù)據(jù)日志、存儲(chǔ)池以“所屬單位”屬性和“數(shù)據(jù)表項(xiàng)”屬性為外鍵關(guān)系相聯(lián)系。

3.2 數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)

根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范，定義數(shù)據(jù)表主鍵、外鍵，新建數(shù)據(jù)庫(kù)用戶、數(shù)據(jù)表空間、數(shù)據(jù)橋涉及數(shù)據(jù)表、關(guān)鍵字、索引等。

3.3 數(shù)據(jù)加載

加載適配信息至適配器相關(guān)表；根據(jù)數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系，設(shè)計(jì)映射規(guī)則，加載規(guī)則至映射規(guī)則相關(guān)表；數(shù)據(jù)橋運(yùn)行過(guò)程中將生成數(shù)據(jù)日志填充數(shù)據(jù)日志表，將采集的原始數(shù)據(jù)存放在存儲(chǔ)池中，并在對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)池中進(jìn)行各種處理。

4 數(shù)據(jù)異構(gòu)

油氣田數(shù)據(jù)存在嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)異構(gòu)問(wèn)題。如抽油桿結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，1口井有1組抽油桿數(shù)據(jù)；每根抽油桿包含桿長(zhǎng)、桿徑、桿類型等信息。各油田數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)格式都有所不同，比如可能把3級(jí)桿長(zhǎng)存成一個(gè)字段，也有可能是分3行記錄或者是1行中的3個(gè)字段來(lái)表示。針對(duì)不同的結(jié)構(gòu)異構(gòu)，有三種解決方式，分別是字段轉(zhuǎn)換、字段拆分、字段組合。

4.1 字段轉(zhuǎn)換

由數(shù)據(jù)源字段通過(guò)映射關(guān)系直接轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一格式。以華北油田的數(shù)據(jù)為例，數(shù)據(jù)源的結(jié)構(gòu)如表2所示，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)橋轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一格式，如表3所示。

表2 華北油田數(shù)據(jù)源結(jié)構(gòu)

表3 數(shù)據(jù)橋轉(zhuǎn)換統(tǒng)一格式

4.2 字段拆分

將一個(gè)字段拆分成多個(gè)字段，轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一格式。以冀東油田的數(shù)據(jù)為例，數(shù)據(jù)源的結(jié)構(gòu)如表4所示，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)橋轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一格式，如表5所示。

表4 冀東油田數(shù)據(jù)源結(jié)構(gòu)

表5 數(shù)據(jù)橋轉(zhuǎn)換統(tǒng)一格式

4.3 字段組合

通過(guò)字段計(jì)算和組合，轉(zhuǎn)化為新的字段。以冀東油田的數(shù)據(jù)為例，數(shù)據(jù)源結(jié)構(gòu)如表6所示，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)橋計(jì)算轉(zhuǎn)化為油層中深和層厚，如表7所示。

表6 冀東油田數(shù)據(jù)源結(jié)構(gòu)

表7 數(shù)據(jù)橋計(jì)算轉(zhuǎn)化

5 結(jié)論

數(shù)據(jù)橋系統(tǒng)已經(jīng)在大慶、吉林、冀東、大港、華北等油田推廣應(yīng)用，在華北和冀東油田現(xiàn)場(chǎng)試用軟件，對(duì)356口井進(jìn)行優(yōu)化和診斷，其中對(duì)95口井進(jìn)行有桿泵優(yōu)化，系統(tǒng)效率由21.3%提高到26.9%，平均提高5.6%；對(duì)50口井進(jìn)行螺桿泵優(yōu)化，系統(tǒng)效率由30.2%提高到36.7%，平均提高6.5%。

應(yīng)用數(shù)據(jù)橋系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)一鍵式數(shù)據(jù)更新。這套系統(tǒng)具有平滑的升級(jí)能力，可以遠(yuǎn)程下載更新軟件包，自動(dòng)升級(jí)最新版本。該系統(tǒng)可推廣應(yīng)用到油氣田的各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，包括勘探開(kāi)發(fā)、煉油化工、銷售、管道儲(chǔ)運(yùn)、工程技術(shù)等。

（欄目主持樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.4.031