石油勘探開發(fā)主數(shù)據(jù)模型研究與設(shè)計(jì)

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1引言

進(jìn)入20世紀(jì)以來，隨著國家信息化帶動(dòng)工業(yè)化戰(zhàn)略的持續(xù)推進(jìn)，信息技術(shù)的成果已滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)。國內(nèi)石油上游勘探開發(fā)企業(yè)，不同程度地建設(shè)了物探、鉆井、采油、地面工程等各種業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)。這些信息系統(tǒng)所建立的各類專業(yè)數(shù)據(jù)模型，涉及到的數(shù)據(jù)種類及數(shù)據(jù)項(xiàng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出20世紀(jì)國內(nèi)外石油上游勘探開發(fā)企業(yè)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型所定義的范疇，涵蓋了數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)運(yùn)行管理、采集數(shù)據(jù)處理和分析成果等數(shù)據(jù)內(nèi)容。石油上游勘探、開發(fā)和生產(chǎn)是相互聯(lián)系、不可分割的整體，勘探開發(fā)生產(chǎn)各業(yè)務(wù)過程所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息既享有獨(dú)立性和特殊性，又具有關(guān)聯(lián)性、統(tǒng)一性和一致性。在石油企業(yè)信息化建設(shè)過程中，業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)因?qū)I(yè)分工不同而采取了分開獨(dú)立建設(shè)的模式，并形成了與每個(gè)系統(tǒng)配套的數(shù)據(jù)管理模型。從整個(gè)企業(yè)信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)角度來觀察和比較發(fā)現(xiàn)，在各業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)中都或多或少存在重復(fù)數(shù)據(jù)，而且這些重復(fù)數(shù)據(jù)原本應(yīng)該保持一致，但實(shí)際上卻出現(xiàn)不一致的問題，從而導(dǎo)致企業(yè)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享而形成信息孤島的局面。在系統(tǒng)建設(shè)初期，站在目標(biāo)任務(wù)的角度，通常僅關(guān)注了勘探開發(fā)業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)的獨(dú)立性、特殊性特點(diǎn)，未充分考慮勘探開發(fā)業(yè)務(wù)信息的關(guān)聯(lián)性、統(tǒng)一性和一致性的重要特征，在信息化建設(shè)過程中將勘探開發(fā)生產(chǎn)等業(yè)務(wù)活動(dòng)之間的信息聯(lián)系割裂開來。為了消除系統(tǒng)間的信息壁壘，實(shí)現(xiàn)勘探開發(fā)專業(yè)間信息共享，從數(shù)據(jù)管理角度，需要進(jìn)一步地研究當(dāng)前石油勘探開發(fā)數(shù)據(jù)模型，分析并梳理出勘探開發(fā)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中影響全局業(yè)務(wù)且必須保持?jǐn)?shù)據(jù)高度一致性的基本數(shù)據(jù)（如井信息），以及具有一定共享價(jià)值的專業(yè)主體數(shù)據(jù)，在原有各專業(yè)數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，建立統(tǒng)一的勘探開發(fā)主數(shù)據(jù)模型，以解決新時(shí)期下石油上游勘探開發(fā)數(shù)據(jù)建設(shè)和應(yīng)用所面臨的諸多問題。

2業(yè)務(wù)分析及共享數(shù)據(jù)識(shí)別

2．1勘探開發(fā)業(yè)務(wù)分析

石油上游勘探開發(fā)可分為勘探、油藏評(píng)價(jià)、油田開發(fā)三個(gè)主要階段，涉及到資源勘查、地球物理勘探、油藏發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)、油田開發(fā)過程。專業(yè)涵蓋地震數(shù)據(jù)采集及處理解釋、地質(zhì)與油藏研究、地球鉆井、地質(zhì)錄井、地球物理測井、油井試油、油水井測試、油水井作業(yè)、油田采油、油田注水、油氣集輸?shù)葮I(yè)務(wù)。為便于對(duì)勘探開發(fā)專業(yè)共享數(shù)據(jù)識(shí)別，從數(shù)據(jù)管理專業(yè)角度，將勘探開發(fā)業(yè)務(wù)分為區(qū)域勘探與開發(fā)研究、鉆井與井筒施工、油田開發(fā)與生產(chǎn)維護(hù)三大業(yè)務(wù)，再按照勘探開發(fā)技術(shù)服務(wù)公司業(yè)務(wù)范圍，采油單位生產(chǎn)活動(dòng)特征，在這三大類下對(duì)勘探開發(fā)業(yè)務(wù)進(jìn)行專業(yè)劃分，得到勘探開發(fā)研究與生產(chǎn)活動(dòng)的業(yè)務(wù)概念模型。

2．2勘探開發(fā)共享數(shù)據(jù)的識(shí)別原則

傳統(tǒng)定義的勘探開發(fā)數(shù)據(jù)模型包括地球物理、地質(zhì)與油藏、井信息與井操作、樣品檢測與實(shí)驗(yàn)、油田注采、油田測試六個(gè)部分，這些數(shù)據(jù)是油田公司重要的企業(yè)資產(chǎn)，是勘探開發(fā)各專業(yè)共享數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。進(jìn)入21世紀(jì)以來，特別是“十一五”期間國內(nèi)石油上游勘探開發(fā)企業(yè)建立了多個(gè)大型的信息系統(tǒng)，這些系統(tǒng)主要面向鉆井、油田生產(chǎn)管理等專業(yè)信息管理。為支持這些系統(tǒng)的開發(fā)和運(yùn)行，各專業(yè)系統(tǒng)都建立了系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型。這些數(shù)據(jù)模型建設(shè)以數(shù)據(jù)采集和支持專業(yè)應(yīng)用為目標(biāo)，整體模型分為信息系統(tǒng)過程管理數(shù)據(jù)、支持專業(yè)系統(tǒng)報(bào)表生成數(shù)據(jù)、專業(yè)系統(tǒng)產(chǎn)生成果數(shù)據(jù)、軟件系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)四大類。根據(jù)對(duì)國內(nèi)某大型石油公司統(tǒng)一建設(shè)的8個(gè)上游信息系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)，共定義了約3000個(gè)數(shù)據(jù)類、250000個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)。由于石油勘探開發(fā)數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)類型繁多、數(shù)據(jù)關(guān)系復(fù)雜、與時(shí)間的關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)等特點(diǎn)，一個(gè)大型油田公司數(shù)據(jù)中心基于現(xiàn)有條件下的數(shù)據(jù)處理能力，經(jīng)測算，至多可以維護(hù)500個(gè)左右實(shí)體數(shù)據(jù)類，大約10000個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)。在新的形勢下，油田公司數(shù)據(jù)中心除了要管理好傳統(tǒng)勘探開發(fā)數(shù)據(jù)資產(chǎn)外，還需要解決油田各專業(yè)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享的問題。顯然，數(shù)據(jù)管理人員需要從這些勘探開發(fā)信息系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)中識(shí)別出具有共享價(jià)值的數(shù)據(jù)，構(gòu)建新的勘探開發(fā)數(shù)據(jù)模型，以指導(dǎo)石油上游勘探開發(fā)各專業(yè)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和應(yīng)用，從整體上提高石油上游勘探開發(fā)數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用的水平。通過對(duì)石油上游勘探開發(fā)生產(chǎn)業(yè)務(wù)的分析，以及各業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的研究，基本明確了石油上游勘探開發(fā)共享數(shù)據(jù)識(shí)別的原則，即要找出勘探開發(fā)區(qū)域及井筒勘查、測試獲得一次采樣數(shù)據(jù)或分析處理后的認(rèn)識(shí)成果數(shù)據(jù)，描述地質(zhì)和油藏構(gòu)造、儲(chǔ)層、流體、壓力等數(shù)據(jù)，各類井及油氣舉升及輸送裝置信息，油田開發(fā)生產(chǎn)過程中得到的油水井生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)及計(jì)算后生成的區(qū)塊生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)，其它勘探開發(fā)業(yè)務(wù)間需要共享的數(shù)據(jù)。將勘探開發(fā)業(yè)務(wù)概念模型的鉆井與井筒施工的井下作業(yè)、試井類業(yè)務(wù)，與開發(fā)生產(chǎn)維護(hù)的簡單作業(yè)、低壓試井合并，得到勘探開發(fā)業(yè)務(wù)十六類專業(yè)。將十六類專業(yè)劃分到傳統(tǒng)的地球物理、地質(zhì)與油藏、井信息與井操作、樣品檢測與實(shí)驗(yàn)、油田注采、油田測試六大類中，根據(jù)共享數(shù)據(jù)識(shí)別的原則來確定石油上游勘探開發(fā)十六類專業(yè)共享數(shù)據(jù)內(nèi)容。

3勘探開發(fā)主數(shù)據(jù)模型的設(shè)計(jì)

3．1主數(shù)據(jù)模型邏輯結(jié)構(gòu)

3．1．1主數(shù)據(jù)模型的定義主數(shù)據(jù)模型：涵蓋傳統(tǒng)的勘探開發(fā)數(shù)據(jù)模型內(nèi)容，增加勘探開發(fā)各專業(yè)之間需要相互引用的共享數(shù)據(jù)，建立起的規(guī)范數(shù)據(jù)模型，稱為主數(shù)據(jù)模型。基本實(shí)體：引領(lǐng)和構(gòu)成主數(shù)據(jù)模型實(shí)體聯(lián)系的的井、地質(zhì)單元等頂層實(shí)體，稱為主數(shù)據(jù)模型的基本實(shí)體。專業(yè)實(shí)體類：將2．2識(shí)別的鉆井、測試、地質(zhì)、采油等16類專業(yè)共享數(shù)據(jù)，定義為主數(shù)據(jù)模型專業(yè)實(shí)體類。

3．1．2主數(shù)據(jù)模型的邏輯結(jié)構(gòu)石油上游勘探開發(fā)主數(shù)據(jù)模型由九個(gè)基本實(shí)體和十六類專業(yè)實(shí)體類構(gòu)成?；緦?shí)體作為頂層或引領(lǐng)實(shí)體是主數(shù)據(jù)模型的核心實(shí)體。專業(yè)實(shí)體類依賴于一個(gè)基本實(shí)體而約束存在。根據(jù)專業(yè)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，專業(yè)實(shí)體類的實(shí)體，可以直接作為基本實(shí)體的子節(jié)點(diǎn)實(shí)體，也可以是在專業(yè)實(shí)體類內(nèi)構(gòu)建的多層約束關(guān)系的實(shí)體。

3．2基本實(shí)體

基本實(shí)體部分由項(xiàng)目、業(yè)務(wù)單位、地質(zhì)單元、生產(chǎn)單元、物探工區(qū)、井、井筒、站庫、設(shè)備九個(gè)實(shí)體構(gòu)成。這九個(gè)基本實(shí)體代表了石油上游勘探開發(fā)和使用的主要對(duì)象。其中，地質(zhì)單元是被發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)的客觀存在的對(duì)象，其它對(duì)象，包括生產(chǎn)單元和地震工區(qū)是人為劃分構(gòu)建的對(duì)象。為了便于管理，將基本實(shí)體屬性分為主體部分和輔助描述部分，主體部分和輔助部分之間一般是一對(duì)多的關(guān)系?；緦?shí)體輔助部分描述基本實(shí)體的自身結(jié)構(gòu)，狀態(tài)變化信息，如地質(zhì)單元的父子關(guān)聯(lián)關(guān)系、井生命周期變化等內(nèi)容。項(xiàng)目：記錄區(qū)域勘探與油藏評(píng)價(jià)、油田開發(fā)產(chǎn)能建設(shè)等專項(xiàng)投資項(xiàng)目。將勘探與開發(fā)地質(zhì)層系劃分方案作為項(xiàng)目管理，以區(qū)分不同層系劃分的層位數(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)單位：記錄油田公司各級(jí)油氣生產(chǎn)單位，參與油田公司勘探開發(fā)施工作業(yè)的服務(wù)公司。地震工區(qū)：地震勘探所設(shè)定的數(shù)據(jù)采集工區(qū)。地質(zhì)單元：勘探開發(fā)過程中所認(rèn)識(shí)的、客觀存在的各級(jí)地質(zhì)構(gòu)造單元。生產(chǎn)單元：油田開發(fā)過程中所劃分的生產(chǎn)區(qū)塊或單元，可以是地質(zhì)單元，也可以是地質(zhì)單元部分或組合。井、井筒：井和井筒是父子關(guān)系，井筒是井的若干分支，一口井有一個(gè)地理坐標(biāo)，可以有多個(gè)地下井筒目的層坐標(biāo)。站庫：用于油田地面油氣集輸?shù)奶幚韱卧?。設(shè)備：勘探開發(fā)鉆井、井筒施工或測試、油田采油和注水使用的移動(dòng)設(shè)備和固定設(shè)備。

3．3專業(yè)實(shí)體類

在主數(shù)據(jù)模型邏輯結(jié)構(gòu)上，以基本實(shí)體為引領(lǐng)，對(duì)十六個(gè)專業(yè)實(shí)體類，按照各專業(yè)產(chǎn)生和使用數(shù)據(jù)的方式和特點(diǎn)，針對(duì)性地進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。以地質(zhì)油藏專業(yè)實(shí)體為實(shí)例，來闡述專業(yè)實(shí)體類的設(shè)計(jì)方案。區(qū)域地質(zhì)的關(guān)鍵實(shí)體分層方案記錄了對(duì)層位的認(rèn)識(shí)，層位結(jié)構(gòu)記錄不同分層方案層位的上下關(guān)系。構(gòu)造、圈閉、斷層屬性數(shù)據(jù)表描述區(qū)域的形態(tài)，儲(chǔ)層、油氣藏流體、小層評(píng)價(jià)等屬性表描述區(qū)域單元內(nèi)部特性。單井地質(zhì)實(shí)體類以井筒基本實(shí)體展開。井筒地層存儲(chǔ)單井鉆遇的地層信息，包括界、系、統(tǒng)、組、段。井筒層位存儲(chǔ)單井鉆遇的油層組、砂巖組、小層、沉積單元、夾層等。井筒地層與層位受區(qū)域地質(zhì)中所屬分層方案下的層位約束。對(duì)比聯(lián)通數(shù)據(jù)用來實(shí)現(xiàn)井筒層位的對(duì)比，描述其聯(lián)通關(guān)系。

4結(jié)語

石油上游勘探開發(fā)數(shù)據(jù)是油田公司的重要企業(yè)資產(chǎn)，管理并應(yīng)用好這些資產(chǎn)對(duì)于提高企業(yè)的經(jīng)營效率和效益意義重大，而勘探開發(fā)數(shù)據(jù)模型的設(shè)計(jì)和建設(shè)是這項(xiàng)工作基礎(chǔ)。勘探開發(fā)數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)作為一項(xiàng)勘探開發(fā)業(yè)務(wù)和計(jì)算機(jī)結(jié)合的專業(yè)技術(shù)已有三十幾年的發(fā)展歷史，傳統(tǒng)的勘探開發(fā)數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)主要基于勘探開發(fā)資產(chǎn)數(shù)據(jù)的管理，注重模型的結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)和規(guī)范，適合油田數(shù)據(jù)中心應(yīng)用。在信息技術(shù)不斷進(jìn)步的今天，需要指導(dǎo)石油上游勘探開發(fā)各專業(yè)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型建設(shè)并利用好這些數(shù)據(jù)，這就需要對(duì)傳統(tǒng)的勘探開發(fā)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行擴(kuò)展和改造，以適應(yīng)勘探開發(fā)各專業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)更有效的管理和應(yīng)用。本文總結(jié)近年來在勘探開發(fā)數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)上的方法及其實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，提出了勘探開發(fā)主數(shù)據(jù)模型的定義，并給出具體的設(shè)計(jì)方案，該方案將對(duì)國內(nèi)外石油上游勘探開發(fā)數(shù)據(jù)模型的建設(shè)具有重要指導(dǎo)和參考意義。

作者：陳付平 史浩 馬濤 羅廣華 單位：大慶油田勘探開發(fā)研究院 中國石油信息管理部 北京中油瑞飛信息技術(shù)有限責(zé)任公司