西南油气田勘探开发数据业务技术体系及发展前景初探

刘 新 张恩莉 唐志洁 何东溯

(中国石油西南油气田公司勘探与生产数据中心)

西南油气田分公司(以下简称分公司)为了实现建设300亿战略大气区和中国天然气工业基地的战略目标，信息化建设力度必然会进一步加强和提高。作为勘探与生产数据资源建设、数据管理和应用系统运行与管理的实施机构—分公司勘探与生产数据中心(以下简称数据中心)，必须面对油气勘探开发核心业务发展的实际需求，认真思考如何借鉴国内外先进油田(公司)的成功经验，如何引进吸收当今先进的IT技术，构架适合自身情况的数据业务技术体系。

1 勘探开发数据业务技术体系

1.1 数字油气田架构模型

数字油气田是综合性油田公司信息化发展的必然趋势。数字油气田是指以信息技术为手段全面实现油气田实体和企业的数字化、网络化、智能化和可视化，即数字油气田是一个以数字地球为技术导向、以油气田实体为对象、以地理空间坐标为依据、具有多分辨率、海量数据和多种数据融合、可用多媒体和虚拟技术进行多维表达、具有空间化、数字化、网络化、智能化和可视化特征的技术系统。

参照大庆油田“数字油田研究组”的成果，数字油气田的结构可划分为七个层次(图1)，自下而上分别为：①环境层是信息化的基础设施；②数据层是各类数据库和非结构化数据体以及组织、管理这些数据的基础平台(数据仓库等)，数据包括基础地理信息数据和油气田研究、生产、经营管理数据；③专题层主要包括面向不同应用或研究主题而专门抽取的项目数据库或专题数据库；④模型层定义油气田的地质模型和企业模型；⑤应用层由油气田的石油专业和经营管理两方面的各个应用系统组成(此处的GIS是指提供GIS基础数据服务)，解决油气田科研、生产、经营管理的实际问题；⑥在集成层，把整个应用层及以下各层的应用系统整合起来，实现完整的数据油气田的统一入口；⑦战略层是整个数字油气田的方向主导者，战略层制定数字油气田的整体性方案与建设策略，甚至依靠数字油气田建设达到企业流程再造的目的。

图1 数字油气田参考架构模型

1.2 勘探开发数据业务技术体系

参考数字油气田架构模型，根据分公司勘探开发数据“一次采集、统一管理、多业务应用”的核心思想，设计了勘探与生产数据业务技术体系的整体架构，如图2：

此技术体系架构的设计思路是：通过强化数据业务的组织机构、职能和制度建设，建立和完善四大保障体系，即组织管理体系、数据标准体系、信息安全体系及系统运维体系；在此基础上，逐步建立健全数据业务的三层技术体系，数据资源建设体系、数据管理体系和数据应用体系。

图2 勘探与生产数据业务技术体系整体架构

(1)数据资源建设体系

建立与应用层分离的数据采集层，建设和完善覆盖油气田各类勘探生产业务的数据采集和管理系统，实现勘探生产数据的一次采集、统一管理、多业务应用。数据资源建设体系由数据源和数据采集系统组成，如图3所示：

现阶段，西南数据资源建设的主要工作任务有两项：①完成勘探开发专业历史数据整理和加载；②实现各类新产生数据的入库管理。即完成生产、科研、综合管理等各类有价值的历史资料的电子化管理和新数据及时入库工作，全面实现对勘探生产数据资产的保护和管理，支持数字化、桌面化应用。

(2) 数据管理体系

数据管理是数据业务的核心，首先要确立数据管理的目标，在此基础上完成管理体系的规划、实施步骤和实施方法制定。数据管理体系(图4)由数据库和数据管理工具组成，数据库包括：主数据库、元数据库和空间数据库；数据管理工具包括：数据集成、数据维护、数据模型维护、数据交换等工具。为支持上层应用及不同数据库(系统)之间的数据交换，还需建立公司级数据服务总线。数据管理体系建设的最终目的是实现公司数据的资产化统一管理和支撑集成化多业务应用。

图3 勘探开发数据资源建设体系

图4 勘探开发数据管理体系

(3)数据应用体系

在数据中心业务层面，主要是依托勘探与生产技术数据管理(A1)系统、油气水井生产数据管理(A2)系统、数字盆地(A6)系统等开展勘探与生产数据资源综合应用及科研项目支撑环境的建设和完善，全面支撑分公司科研、管理工作。在此基础上，逐步开展生产智能管理与决策支持集成平台应用。数据应用体系由基础服务、应用系统和数据服务与支持系统组成，如图5所示：

图5 勘探开发数据应用体系

1.3 数据业务的核心技术

数据资源管理和利用的关键技术就是数据库相关的各类应用技术。油田数据管理层面采用3种数据库类型：主数据库、元数据库和空间数据库。

(1) 主数据库

主数据库是基于业务层面的数据库系统，是涵盖勘探开发业务各个专业领域的信息系统后台数据库的集合。主数据库是相对稳定的，其数据实体是异构的、分层次的。数据来源于最基层的各个数据源单位、专业数据库、专业应用软件，通过手工录入或自动导入，把油气勘探、开发、生产、经营管理活动中产生的各类数据(含图形、图像)收集并统一进行整合，并以企业资产的形式进行存储和备份。因此进入主数据库的数据要确保完整、准确，并要保证相对稳定。

目前西南油气田在用主数据库包含管理结构化数据的基于EPDM模型的数据库系统、管理地震和测井大块数据体的PetroBank数据银行系统、管理非结构化数据和文档资料的CDSAO数据库系统。

(2) 空间数据库

空间数据库指的是与地理空间相关的数据集合，是描述空间实体位置、形状、面积、方向及其相互拓扑关系等层次化、图形化特点的数据，这些数据可能是基础地理数据、基础地图数据、基础地质数据等。由于传统的关系数据库在空间数据的表示、存储、管理、检索上存在许多缺陷，无法有效的支持复杂对象(如图形、图像)，从而形成了空间数据库这一数据库研究领域。空间数据库因为数据量庞大，模型复杂，图形图像数据居多，需要属性数据和空间数据联合进行数据管理，解决存储和检索等难点问题，利于数据管理与应用层面的软件功能拓展。

数据管理与应用层面的软件通过标准接口远程调用公司统一的“基础地理信息服务系统(GIS)”的基础数据服务，实现基础地理数据、公共地质数据等基本信息的中转/缓冲服务，这些服务包括：空间分析服务，行政区划、道路、河流、油气区块、构造、工区、层位、井轨迹、管线等对象的相互位置关系、开关关系等空间拓扑服务等。

(3) 元数据库

元数据库是描述和管理其他相关数据体系的数据库系统，是为数据资源访问控制提供抽象信息化的管理功能，帮助对各个数据库的集成、维护、共享和综合应用提供基础。所谓元数据是抽象概念，是一类定义数据的数据，它用于描述数据的内容、覆盖范围、质量、管理方式、数据的所有者、数据的提供方式等信息，是数据与数据用户之间的桥梁，是一种资源的描述、编目管理和控制信息，也可以是一组独立的关于资源的说明。

元数据库是指通过对业务和数据标准模型的抽象形成的数据库系统。元数据库的建设一般是将主数据库、空间数据库甚至是基层专业数据库和综合项目数据库中全部可管理的资源对象的信息进行抽象、浓缩后进行统一管理，如网络、服务器、用户、数据库、数据文件、数据表及结构关系、数据视图、存储过程、数据业务对象、数据映射关系、数据对象加载过程、应用组件、用户自定义系统等。

(4) 公司级数据服务总线

公司级数据服务总线由企业数据总线和企业服务总线构成，是一套面向企业数据资源整合的解决方案(图6)。

当企业内部数据资源海量增长，数据库种类繁多之后，通过这套解决方案，可以集成几乎所有来源的、所有格式的数据，确保有效地存储、管理和应用这些数据资源。

图6 企业数据服务总线构成示意图

目前通常会采用XML格式进行数据提取和交换。比较热门的SOA设计技术，采用面向服务的分解原则，以业务流程为基础、以企业业务/功能为基本模型，结合虚拟化技术，解决企业数据整合问题。

2 勘探开发数据业务发展目标和愿景

2.1 发展目标和策略

(1) 分公司勘探开发数据业务发展目标

围绕分公司“十二五”信息化工作目标，勘探与生产数据业务的发展目标是：以勘探与生产数据的建设、管理和应用为核心，以强化组织管理体系、数据标准体系、信息安全体系、系统运维体系的建设为保障，建立数据资源建设、数据管理、数据应用技术体系，全面实现数据入库正常化、数据管理集中化、数据应用多样化、项目研究协同化，在数据信息业务方面全面支撑分公司勘探开发核心业务的发展，最终支持分公司实现数字化油气田的目标。

(2)建设方案

为满足分公司勘探开发核心业务生产管理、科研需要的信息化建设需求，勘探与生产数据业务从组织机构建设、数据资源建设、数据管理与应用的业务发展需求出发，根据数据业务技术体系总体架构设计，建设实施项目可分为勘探开发业务管理与应用、综合应用、组织与保障体系3类，项目总体架构如图7所示：

(3) 总体工作策略

•结合油气田数据建设、管理与应用需求，完善组织机构及管理制度建设，开展配套系统及相关项目建设。持续对已建系统的不断完善和深化应用，保障集团公司统推系统的实施与推广应用。

图7数据业务发展规划实施项目总体架构

•完成勘探与生产历史数据资源建设，全面建立数据正常化提交和入库流程，建成并完善以专业数据库、主数据库和项目数据库等组成的数据管理平台，实现分公司层面的勘探开发数据统一集中管理。

•在数据集中管理的平台上构建完整的勘探开发数据综合应用体系，逐步实现勘探与生产管理业务信息化，建成统一、高效、安全的技术数据应用平台，形成油气田勘探开发一体化综合研究与协同工作环境，满足西南油气田科研、生产管理和决策的需要。

2.2 发展愿景

数字油气田是企业生产、科研、管理和决策的综合基础信息平台。它将对油气田的各级信息化建设起着统领和导向的作用。数字油气田将实现工作流程数字化、勘探开发一体化研究、生产协同管理、生产与研究融合、地下与地上融合、虚拟现实与智能辅助决策等功能。

数字化油田的建设离不开基础数据业务的发展。在信息化时代，大量(专业覆盖面宽)、详实(完整、准确)、及时(动态实时数据、最新成果)的数据资源是全面支撑公司主营业务的必要条件，数据业务的完善和发展在当今现代化企业中的作用是不可替代的，它对企业主营业务的支撑和促进作用有时甚至是革命性的，即我们通常所说的企业业务流程再造。

数字油气田已经表现出广阔的应用前景，其主要标志之一是生产、科研、决策的数字化，包括：智能化野外作业现场、实时的油藏监控系统、虚拟现实的辅助决策和控制中心。

(1) 智能化的野外作业现场

将大量的野外、生产现场工作通过自动化设备和人工智能完成。以现场采油气为例，通过自动数据采集系统，将每一口生产井的油气产量实时记录下来，通过卫星等传输系统发送到后方生产数据库中，及时分析、自动调整开采量，达到对生产现场的实时、智能化掌控。

(2) 实时的油藏监控系统

对各个区块或油气田的产量进行实时监控，观察每口井的产量动态变化曲线，实时掌握油气田的开发动态，一旦有某一井或多井产量发生异常，可随时向虚拟现实的辅助决策和控制中心汇报，并发出报警信息，同时可借鉴以往发生类似情况的经验，对该区块的油田开发方案及时进行调整。

(3) 虚拟现实的辅助决策和控制中心

建立虚拟现实的辅助决策和控制中心，在公司层面对各类生产、经营活动进行先期的辅助决策和实施过程的智能控制。以钻井为例，将某区块的地震、地质、生产、钻井、录井等各种综合信息集中到一起进行分析研究，综合该区块的各个井的产量、地震、地质信息，在专家的辅助下提供新井的部署方案，再根据现有的地表条件和钻井工艺，设计出新井的地面位置、地下目标和井轨迹，随后先期在仿真空间(地表、构造、层位)及时间维度上，模拟出整个钻进、取芯、试油等建井过程，以供领导和专家决策。

3 结束语

在信息化和工业化高速融合的今天，信息技术正处于高速发展过程中，一般3至5年就有一个飞跃，因此，我们现在较难对油气田信息化的未来场景作出准确、详尽的描述，但只要我们重视公司技术数据的建设、管理和应用，努力借鉴国内外先进油田公司的成功经验，紧跟全球信息化发展趋势，密切围绕公司整体发展战略，坚持我们既定的路线和策略，在集团公司、分公司的统一部署和引领下，从“工业化西南油气田”到“数字化西南油气田”再到“智能化西南油气田”的目标就一定能实现。

1 高复先.信息化IRP之路[M].大连：大连理工大学出版社，2008.

2 王权.从数字油田到智能油田[R].大庆：大庆油田公司信息中心，2011.