川庆井筒工程大数据平台建设与应用

钱浩东 温馨 陈思锦

[摘    要] 井筒工程大数据平台以井筒工程为主线，把围绕井筒工程的各种活动进行关联，是集合钻井、录井、测井、井下作业工程数据为一体的综合信息应用平台。经过多年的技术攻关，平台实现了对作业现场实时数据监控及预警、钻井辅助决策、随钻地质导向、钻井辅助设计等应用功能，是信息技术与钻完井工程的最优结合方案，也是川庆公司利用信息技术实现“降本增效、转型升级”的重要手段。目前该平台已在川渝地区全面推广应用，标志着川庆公司已由“经验”钻井逐渐迈入“智慧”钻井的阶段，下一步平台将向智能决策、专家系统的阶段发展。

[关键词] 一体化数据库;大数据;钻井工程;应用系统

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2018. 21. 032

[中图分类号] F270    [文献标识码]  A      [文章編号]  1673 - 0194（2018）21- 0082- 03

0      引   言

随着计算机信息技术的日新月异，自2008年开始中石油相继启动了A1、A2、A7等项目，各地区公司也建立了自己的专业信息系统。这个阶段开发的信息系统都是为了实现各专业目标而建立的，现场人员不仅要填写中石油统建系统，还需填写各专业信息系统，造成数据重复填报，增加了一线员工的负担;各专业信息系统缺乏统一规划和建设，存在系统重复建设的现象;基础数据编码不一致，使得各个系统之间无法共享信息资源，数据利用率低。如何在信息化时代做到生产、科研中数据资源共享，促进各专业技术融合及业务协同，应改变以往的数据应用模式，要多维度、跨专业地去考虑数据的分析与应用。川庆钻探公司于2013年启动井筒工程大数据建设项目，通过多年的跨专业联合攻关，建成了一个以井筒生产为基础的，适合钻井、录井、测井、井下作业等多专业需求的油气勘探生产管理一体化大数据平台。

1      井筒工程大数据平台的建立

1.1   井筒一体化数据库的建立

一体化数据库的数据集必须满足各种不同专业数据库的需求，以实现“一次填报、多系统共享”的建设目标。一体化数据模型以中石油A1（2.0）系统数据模型为基础对数据源进行清理、完善和扩充。一体化数据库由两条主线构成，第一种主线以井的生命周期为主线，通过井这条主线，把井的物理属性进行了详细的描述，井的各种物理变化数据通过井进行有效串联，能充分满足成果数据的管理;第二种主线以作业ID这条主线把围绕井筒各种作业事件也进行了有效关联，通过关联把井筒工程的各个专业数据紧密地整合在一个数据库中，使井筒工程的数据库得到了最大化的同时，数据库的灵活性也得到了极大扩充，能很方便地满足各专业的数据需求[1]。

1.2   井场数据采集器的研制

井场数据采集器遵循WitsML国际标准格式对作业现场的工控数据实现实时数据采集、存储和传输。数据采集器利用硬件模块化集成技术实现了钻井参数仪、综合录井仪、LWD/MWD、压裂仪表车、地面测试流程等共计100余种型号仪器200余项实时数据的自动采集，提高了数据采集的时效性和准确性。数据采集器形成了复杂地理环境下的井场组网模式，实现录井房、数采房、会议室、生活区、井场设备、放喷口等区域的网络全覆盖，为工程数字化奠定了基础。

1.3   一体化数据采集系统的开发

完整的井筒工程数据是开展大数据分析应用的前提和基础。基于一体化数据库开发钻井、录井、测井、井下作业数据采集系统，实现了在井场端分专业分用户填报，减少了重复采集数据，数据填报工作量减少了70%，每天数据录入时间减少30分钟，极大地提高了工作效率;实现了数据统一采集，确保了数据的规范性、及时性和准确性，提高了数据质量和数据利用率[2];具有自动生成钻井井史、试油井史、报表等功能，为井场人员减负;数据采集系统采用石油勘探类全专业数据模型，数据字段最大化满足了中石油A1、A5、A7、A12等系统的工程技术数据需求，实现了跨专业数据共享。

2      井筒工程大数据平台的应用

井筒工程大数据平台应用范围涵盖钻井、录井、测井、井下作业等专业，是集数据采集、远程监控、实时预警、辅助决策为一体的综合展示与应用平台。

2.1   实时数据监控及工程预警

实时数据在中石油内网环境下通过在井场部署的数据采集器进行远程传输，实现了录井实时数据、压裂施工实时曲线、地面测试实时曲线等在井场端和基地端的同步显示，数据每秒更新，确保了数据的及时性和连续性。在大数据平台中通过对实时数据、设计数据、标准数据的分析和挖掘，建立一套符合川渝地区钻井特征的钻井工程事故复杂的预警方法，实现了对钻井参数的自动监测、分析和异常报警。综合录井仪或钻参仪能够直接监测钻井工程参数、钻井液参数、气体和地层压力等多项实时数据，通过对各项参数的连续监测和量化分析判断，对钻井过程中可能出现的井漏、溢流、钻具刺、遇阻卡、断钻具、钻头磨损等异常情况自动进行报警提示，从而指导安全优化钻井，实现钻井风险控制，减少成本投入。实时数据预警在钻井作业过程中为工程安全提供保障，但同时也受钻井工艺、传感器性能及现场环境所影响，在实际现场作业中，也需综合考虑多方面原因以确定井下复杂情况的发生，有效保障钻井作业安全。

实时视频能够实现对作业现场全景、钻台、循环罐、燃烧池等区域进行视频监控。通过对作业现场进行实时视频远程监控，及时纠正现场人员不规范的作业行为，减少安全隐患，同时为事故复杂处理、应急抢险提供了远程技术支持，提高了应急抢险能力。

2.2   钻井数据分析工具的应用

传统的数据统计方法需要查阅大量的离散数据，人工数据统计花费时间较长，且数据质量不能保证。川庆一体化数据库中存储了川渝地区所有正钻井和历史井的工程数据，基于一体化数据库建立的钻井数据分析工具，实现钻头类型、钻头使用情况、钻井液性能、钻井液进尺动态、钻井取心、单井时效、事故复杂、井位扫描等28项数据表的统计分析功能。

钻井数据分析工具根据通过组合选择施工日期、钻井公司、业主单位、区块等条件自动进行分析，快速、准确地生成数据统计报表，为工程技术管理和决策提供高效的信息支持，极大地提高了工作效率。

2.3   钻井辅助决策系统的应用

基于大数据平台建立了钻井辅助决策系统，实现钻井进度跟踪分析、单井动态辅助决策分析、钻井提速模板、钻井知识库等功能，为现场人员提供智能的钻井动态辅助决策方案，降低钻井复杂事件的发生，为远程监控技术支持中心提供支撑，提高生产管理人员指挥决策效率。

（1）钻井进度跟踪分析，应用结构化的钻井设计数据和录井实时数据，实现层位、钻井液密度、井身结构、进度等多种参数的设计数据和实时数据的智能分析，在一个界面中直观、准确地掌握当前钻井总体情况。

（2）单井动态辅助决策分析，自动分析邻井事故复杂信息，形成故障风险提示图版。集成应用钻井知识库和录井实时数据，根据事故复杂类型、当前工程状况设定预警门限值，实时数据超过设定门限值范围，对事故复杂预警和风险提示。在钻井知识库中自动提取正钻层位和待钻层位的主要难点及风险，为现场人员提供科学的钻井辅助决策。

（3）钻井提速模板，通过实时数据和知识库的分析，建立新的钻速方程、优化钻井参数和钻具组合，新的钻井参数又可以通过可实时数据及时验证，使钻井提速方案更科学合理。

（4）钻井知识库通过遴选相关文件规定、施工经验、操作规程、技术标准等条文，并进行逻辑要素关联，建立川渝地区分区块、分层位的地质和钻井知识数据库模型，为钻井优化设计和施工提供知识经验的传承与指导。

钻井辅助决策系统是井筒工程大数据平台最核心的应用模块，是数据挖掘技术在钻井工程中的一次尝试应用，将全面提升大数据平台的应用价值。

2.4   随钻地质导向的应用

随钻地质导向是信息技术和控制技术开始应用于油气钻井工程的最新技术，地质导向钻井技术的特征在于把钻井技术、测井技术及油藏工程技术融合为一体，采用地质导向钻井技术能提高对地层、构造、储集层特征的判断和钻头在储集层内轨迹的控制能力，从而提高油层钻遇率、钻井成功率和采收率，实现增储上产，节约钻井成本，产生重大的经济效益。

工程地质大数据平台是地质导向的基石，为地质导向的成功提供了丰富的数据资源，利用多种岩石物理、测井数据、地震/地质面等数据，以邻近地层趋势为控制条件建立预测模型，在施工过程中可以根据实时地质、工程数据，对地质目标和井岩轨迹进行分析和调控，从而提高储层钻遇率并保证地质目标的实现[1]。2.5   大数据平台对钻井设计的支撑

基于一体化数据库建立的川渝地区钻井设计系统，能够深度应用大数据平台中的成果开展钻井辅助设计。钻井设计系统实现跨专业应用邻井的录井数据、测井数据、GIS地理信息等成果数据的分析结果，直接辅助优化钻井设计的井身结构、钻具组合、钻井液密度等参数，邻井数据查询方式由传统的数据统计转变为设计系统自动提取关联信息，为钻井设计提供完善、智能的信息支持，可有效提高设计的符合率和设计时效。钻井设计参数与实际工程参数对比出现差异异常时，系统提示差异信息，实现了钻井设计的快速反馈与跟踪分析。完成的钻井设计数据结构化后进入一体化数据库，实现对一体化数据库资源的补充，也为钻井辅助决策系统提供设计数据来源，形成数据的良性循环应用。

2.6   井筒工程移动APP的建立

井筒工程大数据平台是基于windows系统开发的，数据查询方式主要依赖于办公电脑。利用已有的大数据平台，在中国石油企业移动应用平台上开发了基于安卓系统的井筒工程移动APP，采用移动平台统一的数据编码格式，确保APP的规范性和适应性。用户身份认证实现口令认证和移动加密机两种安全认证方式，并根据移动应用安全级别进行访问权限控制，满足移动平台统一的信息安全管理。

井筒工程移动APP功能模块包括钻井动态信息、试油动态信息、实时数据、钻井时效统计分析、规范数据等，实现了管理人员不受时间和地点的制约，通过使用手机方便快速地查询钻完井工程信息，为管理人员提供及时、可靠的決策依据，建立一种全新的“移动办公”模式，使大数据平台发挥更大的功效。

2.7   创建了甲乙方共享工程数据模式

甲乙双方共同建立一套数据传输流程和数据审核流程，实现川庆公司向西油公司同步推送井筒工程动态数据，保证数据的及时性、完整性和准确性。井筒工程大数据平台作为井筒工程数据采集的源头，应用数据同步技术，将动态数据向A1、A5、A7、A12等系统同步推送，实现井场数据“一次填报、多系统共享”的目的，减轻作业队填报数据的工作量，从根本上解决了数据重复填报、数据质量参差不齐的现象，提升了数据资源价值。

2.8   建立远程技术支持中心

大数据平台搭建完成后，川庆钻探公司建立了远程技术支持中心（RTOC中心），实现了在基地端对井场实时数据和实时视频的监控，利用钻井实时预警和钻井辅助决策系统，提高对现场的监控管理、远程指挥和应急处理能力，提高钻完井工程质量，降低作业成本，实现多学科跨专业技术支持与服务。

3      井筒工程大数据平台应用效果

井筒工程大数据平台于2013年开始创建，2016年实现在川渝地区成熟应用，目前已完成300余口井的部署工作，实现了规范的井场网络组建，提供优质的工程信息技术服务。应用钻井辅助决策系统优化重点区块的钻井方法，不断优化钻井提速模版，在川渝地区的提速上效果显著，复杂情况发生次数和处理进度均有大幅下降。井筒工程大数据平台在作业现场应急抢险过程中发挥着重要的作用，能够及时查询作业井的实钻数据、井场地理环境以及邻井作业动态，提高应急抢险指挥能力。近三年共应急抢险10余次，抢险过程反应迅速，及时控制了险情，杜绝了重大事故的发生，具有显著的经济效益和社会效益。

4      井筒工程大数据平台展望

井筒工程大数据平台是信息技术与钻完井工程相结合的最优方案，是大数据在钻完井工程中应用的最新实践。大数据是未来企业信息技术创新发展的基础，也是石油企业由经验管理向智能化管理转变的必经之路。井筒工程大数据平台已实现了数据采集、自动监测及早期预警阶段，下一步将向智能决策、远程协同的阶段发展。在信息技术方面，通过开展钻井专家知识库和非结构化数据挖掘技术攻关，逐步建立钻井、录井、固井、井控等专家系统。在管理模式方面，井筒工程大数据平台的应用将促进公司管理模式和组织结构的改变，公司组织结构将由离散式向集中式转变，公司管理模式应逐渐调整使之与信息平台的应用相适应，才能确保信息平台持续高效地运行，持续发挥重要作用。

主要参考文献

[1]钱浩东，温馨，罗月.工程技术一体化信息平台建设研究与应用实践[J].中国信息化，2017（12）：59-60.

[2]温馨，钱浩东，雍鹏.基于川庆钻探一体化平台的数据质量控制技术研究[J].中国管理信息化，2017（22）：51-52.