石油勘探開發(fā)主數據模型研究與設計

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1引言

進入20世紀以來，隨著國家信息化帶動工業(yè)化戰(zhàn)略的持續(xù)推進，信息技術的成果已滲透到國民經濟的各行各業(yè)。國內石油上游勘探開發(fā)企業(yè)，不同程度地建設了物探、鉆井、采油、地面工程等各種業(yè)務信息系統(tǒng)。這些信息系統(tǒng)所建立的各類專業(yè)數據模型，涉及到的數據種類及數據項遠遠超出20世紀國內外石油上游勘探開發(fā)企業(yè)傳統(tǒng)數據模型所定義的范疇，涵蓋了數據采集、生產運行管理、采集數據處理和分析成果等數據內容。石油上游勘探、開發(fā)和生產是相互聯(lián)系、不可分割的整體，勘探開發(fā)生產各業(yè)務過程所產生的數據信息既享有獨立性和特殊性，又具有關聯(lián)性、統(tǒng)一性和一致性。在石油企業(yè)信息化建設過程中，業(yè)務信息系統(tǒng)因專業(yè)分工不同而采取了分開獨立建設的模式，并形成了與每個系統(tǒng)配套的數據管理模型。從整個企業(yè)信息系統(tǒng)體系結構角度來觀察和比較發(fā)現，在各業(yè)務信息系統(tǒng)中都或多或少存在重復數據，而且這些重復數據原本應該保持一致，但實際上卻出現不一致的問題，從而導致企業(yè)各業(yè)務系統(tǒng)之間無法實現數據的共享而形成信息孤島的局面。在系統(tǒng)建設初期，站在目標任務的角度，通常僅關注了勘探開發(fā)業(yè)務信息系統(tǒng)的獨立性、特殊性特點，未充分考慮勘探開發(fā)業(yè)務信息的關聯(lián)性、統(tǒng)一性和一致性的重要特征，在信息化建設過程中將勘探開發(fā)生產等業(yè)務活動之間的信息聯(lián)系割裂開來。為了消除系統(tǒng)間的信息壁壘，實現勘探開發(fā)專業(yè)間信息共享，從數據管理角度，需要進一步地研究當前石油勘探開發(fā)數據模型，分析并梳理出勘探開發(fā)業(yè)務系統(tǒng)中影響全局業(yè)務且必須保持數據高度一致性的基本數據（如井信息），以及具有一定共享價值的專業(yè)主體數據，在原有各專業(yè)數據模型的基礎上，建立統(tǒng)一的勘探開發(fā)主數據模型，以解決新時期下石油上游勘探開發(fā)數據建設和應用所面臨的諸多問題。

2業(yè)務分析及共享數據識別

2．1勘探開發(fā)業(yè)務分析

石油上游勘探開發(fā)可分為勘探、油藏評價、油田開發(fā)三個主要階段，涉及到資源勘查、地球物理勘探、油藏發(fā)現和認識、油田開發(fā)過程。專業(yè)涵蓋地震數據采集及處理解釋、地質與油藏研究、地球鉆井、地質錄井、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、油氣集輸等業(yè)務。為便于對勘探開發(fā)專業(yè)共享數據識別，從數據管理專業(yè)角度，將勘探開發(fā)業(yè)務分為區(qū)域勘探與開發(fā)研究、鉆井與井筒施工、油田開發(fā)與生產維護三大業(yè)務，再按照勘探開發(fā)技術服務公司業(yè)務范圍，采油單位生產活動特征，在這三大類下對勘探開發(fā)業(yè)務進行專業(yè)劃分，得到勘探開發(fā)研究與生產活動的業(yè)務概念模型。

2．2勘探開發(fā)共享數據的識別原則

傳統(tǒng)定義的勘探開發(fā)數據模型包括地球物理、地質與油藏、井信息與井操作、樣品檢測與實驗、油田注采、油田測試六個部分，這些數據是油田公司重要的企業(yè)資產，是勘探開發(fā)各專業(yè)共享數據的基礎。進入21世紀以來，特別是“十一五”期間國內石油上游勘探開發(fā)企業(yè)建立了多個大型的信息系統(tǒng)，這些系統(tǒng)主要面向鉆井、油田生產管理等專業(yè)信息管理。為支持這些系統(tǒng)的開發(fā)和運行，各專業(yè)系統(tǒng)都建立了系統(tǒng)數據模型。這些數據模型建設以數據采集和支持專業(yè)應用為目標，整體模型分為信息系統(tǒng)過程管理數據、支持專業(yè)系統(tǒng)報表生成數據、專業(yè)系統(tǒng)產生成果數據、軟件系統(tǒng)運行數據四大類。根據對國內某大型石油公司統(tǒng)一建設的8個上游信息系統(tǒng)統(tǒng)計，共定義了約3000個數據類、250000個數據項。由于石油勘探開發(fā)數據具有數據類型繁多、數據關系復雜、與時間的關聯(lián)性較強等特點，一個大型油田公司數據中心基于現有條件下的數據處理能力，經測算，至多可以維護500個左右實體數據類，大約10000個數據項。在新的形勢下，油田公司數據中心除了要管理好傳統(tǒng)勘探開發(fā)數據資產外，還需要解決油田各專業(yè)信息系統(tǒng)數據共享的問題。顯然，數據管理人員需要從這些勘探開發(fā)信息系統(tǒng)海量數據中識別出具有共享價值的數據，構建新的勘探開發(fā)數據模型，以指導石油上游勘探開發(fā)各專業(yè)信息系統(tǒng)數據存儲和應用，從整體上提高石油上游勘探開發(fā)數據管理和應用的水平。通過對石油上游勘探開發(fā)生產業(yè)務的分析，以及各業(yè)務信息系統(tǒng)數據的研究，基本明確了石油上游勘探開發(fā)共享數據識別的原則，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據或分析處理后的認識成果數據，描述地質和油藏構造、儲層、流體、壓力等數據，各類井及油氣舉升及輸送裝置信息，油田開發(fā)生產過程中得到的油水井生產狀態(tài)數據及計算后生成的區(qū)塊生產狀態(tài)數據，其它勘探開發(fā)業(yè)務間需要共享的數據。將勘探開發(fā)業(yè)務概念模型的鉆井與井筒施工的井下作業(yè)、試井類業(yè)務，與開發(fā)生產維護的簡單作業(yè)、低壓試井合并，得到勘探開發(fā)業(yè)務十六類專業(yè)。將十六類專業(yè)劃分到傳統(tǒng)的地球物理、地質與油藏、井信息與井操作、樣品檢測與實驗、油田注采、油田測試六大類中，根據共享數據識別的原則來確定石油上游勘探開發(fā)十六類專業(yè)共享數據內容。

3勘探開發(fā)主數據模型的設計

3．1主數據模型邏輯結構

3．1．1主數據模型的定義主數據模型：涵蓋傳統(tǒng)的勘探開發(fā)數據模型內容，增加勘探開發(fā)各專業(yè)之間需要相互引用的共享數據，建立起的規(guī)范數據模型，稱為主數據模型?；緦嶓w：引領和構成主數據模型實體聯(lián)系的的井、地質單元等頂層實體，稱為主數據模型的基本實體。專業(yè)實體類：將2．2識別的鉆井、測試、地質、采油等16類專業(yè)共享數據，定義為主數據模型專業(yè)實體類。

3．1．2主數據模型的邏輯結構石油上游勘探開發(fā)主數據模型由九個基本實體和十六類專業(yè)實體類構成?；緦嶓w作為頂層或引領實體是主數據模型的核心實體。專業(yè)實體類依賴于一個基本實體而約束存在。根據專業(yè)數據的特點，專業(yè)實體類的實體，可以直接作為基本實體的子節(jié)點實體，也可以是在專業(yè)實體類內構建的多層約束關系的實體。

3．2基本實體

基本實體部分由項目、業(yè)務單位、地質單元、生產單元、物探工區(qū)、井、井筒、站庫、設備九個實體構成。這九個基本實體代表了石油上游勘探開發(fā)和使用的主要對象。其中，地質單元是被發(fā)現和認識的客觀存在的對象，其它對象，包括生產單元和地震工區(qū)是人為劃分構建的對象。為了便于管理，將基本實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多的關系?；緦嶓w輔助部分描述基本實體的自身結構，狀態(tài)變化信息，如地質單元的父子關聯(lián)關系、井生命周期變化等內容。項目：記錄區(qū)域勘探與油藏評價、油田開發(fā)產能建設等專項投資項目。將勘探與開發(fā)地質層系劃分方案作為項目管理，以區(qū)分不同層系劃分的層位數據。業(yè)務單位：記錄油田公司各級油氣生產單位，參與油田公司勘探開發(fā)施工作業(yè)的服務公司。地震工區(qū)：地震勘探所設定的數據采集工區(qū)。地質單元：勘探開發(fā)過程中所認識的、客觀存在的各級地質構造單元。生產單元：油田開發(fā)過程中所劃分的生產區(qū)塊或單元，可以是地質單元，也可以是地質單元部分或組合。井、井筒：井和井筒是父子關系，井筒是井的若干分支，一口井有一個地理坐標，可以有多個地下井筒目的層坐標。站庫：用于油田地面油氣集輸的處理單元。設備：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設備和固定設備。

3．3專業(yè)實體類

在主數據模型邏輯結構上，以基本實體為引領，對十六個專業(yè)實體類，按照各專業(yè)產生和使用數據的方式和特點，針對性地進行內部數據邏輯結構設計。以地質油藏專業(yè)實體為實例，來闡述專業(yè)實體類的設計方案。區(qū)域地質的關鍵實體分層方案記錄了對層位的認識，層位結構記錄不同分層方案層位的上下關系。構造、圈閉、斷層屬性數據表描述區(qū)域的形態(tài)，儲層、油氣藏流體、小層評價等屬性表描述區(qū)域單元內部特性。單井地質實體類以井筒基本實體展開。井筒地層存儲單井鉆遇的地層信息，包括界、系、統(tǒng)、組、段。井筒層位存儲單井鉆遇的油層組、砂巖組、小層、沉積單元、夾層等。井筒地層與層位受區(qū)域地質中所屬分層方案下的層位約束。對比聯(lián)通數據用來實現井筒層位的對比，描述其聯(lián)通關系。

4結語

石油上游勘探開發(fā)數據是油田公司的重要企業(yè)資產，管理并應用好這些資產對于提高企業(yè)的經營效率和效益意義重大，而勘探開發(fā)數據模型的設計和建設是這項工作基礎?？碧介_發(fā)數據模型設計作為一項勘探開發(fā)業(yè)務和計算機結合的專業(yè)技術已有三十幾年的發(fā)展歷史，傳統(tǒng)的勘探開發(fā)數據模型設計主要基于勘探開發(fā)資產數據的管理，注重模型的結構嚴謹和規(guī)范，適合油田數據中心應用。在信息技術不斷進步的今天，需要指導石油上游勘探開發(fā)各專業(yè)信息系統(tǒng)數據模型建設并利用好這些數據，這就需要對傳統(tǒng)的勘探開發(fā)數據模型進行擴展和改造，以適應勘探開發(fā)各專業(yè)對數據更有效的管理和應用。本文總結近年來在勘探開發(fā)數據模型設計上的方法及其實際應用的經驗，提出了勘探開發(fā)主數據模型的定義，并給出具體的設計方案，該方案將對國內外石油上游勘探開發(fā)數據模型的建設具有重要指導和參考意義。

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有限責任公司