石油勘探開發(fā)主數(shù)據(jù)模型研究與設(shè)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(shù)的成果已滲透到國民經(jīng)濟的各行各業(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)項遠遠超出20世紀國內(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立建設(shè)的模式，并形成了與每個系統(tǒng)配套的數(shù)據(jù)管理模型。從整個企業(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)的獨立性、特殊性特點，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(xiàn)勘探開發(fā)專業(yè)間信息共享，從數(shù)據(jù)管理角度，需要進一步地研究當前石油勘探開發(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)且必須保持數(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(xiàn)和認識、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)。為便于對勘探開發(fā)專業(yè)共享數(shù)據(jù)識別，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)活動特征，在這三大類下對勘探開發(fā)業(yè)務(wù)進行專業(yè)劃分，得到勘探開發(fā)研究與生產(chǎn)活動的業(yè)務(wù)概念模型。

2．2勘探開發(fā)共享數(shù)據(jù)的識別原則

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、樣品檢測與實驗、油田注采、油田測試六個部分，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)。進入21世紀以來，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，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)運行數(shù)據(jù)四大類。根據(jù)對國內(nèi)某大型石油公司統(tǒng)一建設(shè)的8個上游信息系統(tǒng)統(tǒng)計，共定義了約3000個數(shù)據(jù)類、250000個數(shù)據(jù)項。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、與時間的關(guān)聯(lián)性較強等特點，一個大型油田公司數(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500個左右實體數(shù)據(jù)類，大約10000個數(shù)據(jù)項。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)中識別出具有共享價值的數(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)或分析處理后的認識成果數(shù)據(jù)，描述地質(zhì)和油藏構(gòu)造、儲層、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、樣品檢測與實驗、油田注采、油田測試六大類中，根據(jù)共享數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)內(nèi)容。

3勘探開發(fā)主數(shù)據(jù)模型的設(shè)計

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?；緦嶓w：引領(lǐng)和構(gòu)成主數(shù)據(jù)模型實體聯(lián)系的的井、地質(zhì)單元等頂層實體，稱為主數(shù)據(jù)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(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)模型由九個基本實體和十六類專業(yè)實體類構(gòu)成?；緦嶓w作為頂層或引領(lǐng)實體是主數(shù)據(jù)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(jù)專業(yè)數(shù)據(jù)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(nèi)構(gòu)建的多層約束關(guān)系的實體。

3．2基本實體

基本實體部分由項目、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)備九個實體構(gòu)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(zhì)單元是被發(fā)現(xiàn)和認識的客觀存在的對象，其它對象，包括生產(chǎn)單元和地震工區(qū)是人為劃分構(gòu)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(guān)系?；緦嶓w輔助部分描述基本實體的自身結(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。項目：記錄區(qū)域勘探與油藏評價、油田開發(fā)產(chǎn)能建設(shè)等專項投資項目。將勘探與開發(fā)地質(zhì)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(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)單位：記錄油田公司各級油氣生產(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)過程中所認識的、客觀存在的各級地質(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?shù)奶幚韱卧ＴO(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設(shè)備和固定設(shè)備。

3．3專業(yè)實體類

在主數(shù)據(jù)模型邏輯結(jié)構(gòu)上，以基本實體為引領(lǐng)，對十六個專業(yè)實體類，按照各專業(yè)產(chǎn)生和使用數(shù)據(jù)的方式和特點，針對性地進行內(nèi)部數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計。以地質(zhì)油藏專業(yè)實體為實例，來闡述專業(yè)實體類的設(shè)計方案。區(qū)域地質(zhì)的關(guān)鍵實體分層方案記錄了對層位的認識，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)，儲層、油氣藏流體、小層評價等屬性表描述區(qū)域單元內(nèi)部特性。單井地質(zhì)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(zhì)中所屬分層方案下的層位約束。對比聯(lián)通數(shù)據(jù)用來實現(xiàn)井筒層位的對比，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)計和建設(shè)是這項工作基礎(chǔ)。勘探開發(fā)數(shù)據(jù)模型設(shè)計作為一項勘探開發(fā)業(yè)務(wù)和計算機結(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)嚴謹和規(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)，這就需要對傳統(tǒng)的勘探開發(fā)數(shù)據(jù)模型進行擴展和改造，以適應(yīng)勘探開發(fā)各專業(yè)對數(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)計上的方法及其實際應(yīng)用的經(jīng)驗，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)計方案，該方案將對國內(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