實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫在油田的應(yīng)用探索

摘 要：本文主要闡述了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫在油田生產(chǎn)中起到的作用，以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫適用性改造。

關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫；位號；數(shù)據(jù)模型；數(shù)據(jù)存儲綜合應(yīng)用平臺

中圖分類號：TP311.13

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫作為油田物聯(lián)網(wǎng)的組成部分，逐漸成為油田信息化建設(shè)的重點(diǎn)。隨著油田實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，如何使實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在油田生產(chǎn)中發(fā)揮更大效益，更好服務(wù)科研、生產(chǎn)、決策，需要建立一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫綜合應(yīng)用管理平臺，保障實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)高效率的采集、管理及應(yīng)用，從而促進(jìn)油田數(shù)據(jù)資產(chǎn)的快速增值。

1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)位號改造

油田各專業(yè)的位號具有數(shù)據(jù)采集的持續(xù)時(shí)間相差大、采集頻率相差大、單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量相差大的特點(diǎn)。由于這些有別于傳統(tǒng)工控領(lǐng)域的特點(diǎn)，如果采用傳統(tǒng)意義上的位號管理方式，一方面位號數(shù)量將非常巨大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的位號容量；另一方面，絕大多數(shù)位號將處于“休眠”狀態(tài)，即很少被使用，造成巨大浪費(fèi)。因此，探索一個(gè)有效的位號管理方案，是保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫平臺正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。以“接入端編號.參數(shù)名稱”作為位號命名的方式，將固定終端和移動終端進(jìn)行統(tǒng)一編號，對位號數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲和管理。采用這種方式對位號進(jìn)行命名，減少了位號的使用量，提高位號的使用效率。

2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫模型建立

傳統(tǒng)意義上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫平臺位號是離散的，彼此是互不關(guān)聯(lián)的，即使某些位號之間存在關(guān)系，也是上層應(yīng)用軟件進(jìn)行了相應(yīng)處理，并沒有從本質(zhì)上按照客觀事物對位號進(jìn)行有效組織。模型從本質(zhì)上有效解決了位號的組織問題，位號不再是孤立的，而是屬于模型的一個(gè)屬性，一方面方便了對位號的組織，另一方面也更符合人對事物的認(rèn)識，位號不再是一個(gè)抽象的概念。

3 數(shù)據(jù)接入與存儲

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫有特殊的針對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲方式，它存儲數(shù)據(jù)按照時(shí)間戳+點(diǎn)位名稱的方式，時(shí)間戳精確到毫秒，點(diǎn)位名稱是接入端編號和曲線英文縮寫名稱組合而成，在實(shí)時(shí)庫中每個(gè)接入客戶端為每個(gè)測試曲線提供一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫記錄點(diǎn)位，按時(shí)間次序記錄一串先后發(fā)生的數(shù)值，實(shí)時(shí)庫的數(shù)據(jù)文件是一個(gè)壓縮的二進(jìn)制文件，實(shí)時(shí)庫內(nèi)的所有點(diǎn)位數(shù)據(jù)按條帶記錄在這個(gè)二進(jìn)制文件上，用戶訪問時(shí)間數(shù)據(jù)時(shí)，提供點(diǎn)位號獲取當(dāng)前時(shí)間實(shí)時(shí)值，提供時(shí)間范圍和點(diǎn)位名稱提取歷兄?jǐn)?shù)值記錄。在之前的位號命名里我們把接入端定義為兩類，即移動終端和固定終端。

4 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫平臺展望

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺分為“七個(gè)層次、四個(gè)規(guī)范、一個(gè)體系、一個(gè)管理”，“七個(gè)層次”是指實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫平臺從體系結(jié)構(gòu)上劃分，分為物理層、感知層、采集層、傳輸層、存儲層、服務(wù)層、應(yīng)用層；“四個(gè)規(guī)范”是指實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫平臺的四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，包括位號管理規(guī)范、數(shù)據(jù)模型規(guī)范、數(shù)據(jù)接入規(guī)范和數(shù)據(jù)訪問規(guī)范；“一個(gè)體系”是指實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫平臺的安全保障體系；“一個(gè)管理”是指實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫平臺的系統(tǒng)管理。

5 在安全預(yù)警中的作用

利用安裝在油氣處理站庫、管道、鉆井等設(shè)備各種傳感器提取的設(shè)備參數(shù)，一方面控制系統(tǒng)設(shè)備的正常運(yùn)行，確保工藝流程的有效執(zhí)行；另一方面這些參數(shù)也反映了設(shè)備自身和工藝過程的安全狀態(tài)，對這些數(shù)據(jù)的及時(shí)、長期的監(jiān)測，利用有效的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行智能分析，可以及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備的安全隱患，工藝流程的不安全狀態(tài)，進(jìn)行及時(shí)處理，達(dá)到安全預(yù)警、報(bào)警，提高安全管理水平、降低經(jīng)濟(jì)損失。

6 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用舉例

下面以現(xiàn)場測試SKD3000遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控為例，簡單說明系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理：

SKD3000遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)計(jì)為WEB應(yīng)用，它從關(guān)系數(shù)據(jù)庫和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫獲取作業(yè)項(xiàng)目信息，在瀏覽器中繪制曲線圖形和圖表，模擬遠(yuǎn)程測試儀數(shù)據(jù)監(jiān)控畫面監(jiān)控測試作業(yè)數(shù)據(jù)，提供歷史數(shù)據(jù)檢索和曲線繪制模板定制功能，使用AJAX異步數(shù)據(jù)清求和SVG矢量圖形技術(shù)動態(tài)的繪制實(shí)時(shí)曲線。

6.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集發(fā)送層。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集發(fā)送層實(shí)時(shí)監(jiān)測SKD-3000儀器工作狀態(tài)，從SKD-3000數(shù)控儀器獲取并解析實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，與遠(yuǎn)程接收服務(wù)器建立網(wǎng)絡(luò)連接，測試作業(yè)進(jìn)行時(shí)，通過SOCKET接口，實(shí)時(shí)將測試數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，以TCP/IP數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送給遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接受端，在網(wǎng)絡(luò)連接會話建立時(shí)，它首先需要通過內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)驗(yàn)證，透過網(wǎng)關(guān)與接收服務(wù)器建立透明連接。

6.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收層。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收層是一個(gè)SOCKET服務(wù)器端程序，它與網(wǎng)關(guān)相連接，網(wǎng)關(guān)對它的服務(wù)端口進(jìn)行重新映射，客戶端通過網(wǎng)關(guān)對它進(jìn)行透明訪問，它可以響應(yīng)多個(gè)個(gè)客戶端的連接請求，以多線程模式運(yùn)行，對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行解密處理，將測試數(shù)據(jù)記錄分成數(shù)據(jù)項(xiàng)，寫入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。

6.3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲層。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲層是由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫構(gòu)成的復(fù)合存儲體系，關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲測試作業(yè)項(xiàng)目信息，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫存儲測試作業(yè)數(shù)據(jù)，每次新的作業(yè)開始時(shí)，系統(tǒng)首先向關(guān)系數(shù)據(jù)庫寫入此次作業(yè)項(xiàng)目信息，然后開始向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫寫入測試作業(yè)數(shù)據(jù)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫相輔相成，關(guān)系數(shù)據(jù)庫提供檢索實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的時(shí)間戳等關(guān)鍵信息，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫提供最快速的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)讀寫訪問。

6.4 數(shù)據(jù)訪問層。在數(shù)據(jù)存儲層設(shè)計(jì)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)讀寫接口層，簡化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的讀寫操作，避免接入端程序直接讀寫實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，減少外部程序?qū)?shí)時(shí)庫讀寫不當(dāng)而產(chǎn)生的危害，同時(shí)給架構(gòu)模型提供接入擴(kuò)展性，數(shù)據(jù)接口層動態(tài)鏈接庫形式存在，用C++語言實(shí)現(xiàn)，以獲取最好的數(shù)據(jù)訪問性能。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲層在數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)上兼顧考慮數(shù)據(jù)的安全性、完整性、災(zāi)難恢復(fù)等問題，可以充分利用數(shù)據(jù)庫本身提供的相關(guān)機(jī)制設(shè)計(jì)備份恢復(fù)方案和進(jìn)行性能優(yōu)化。

6.5 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控與管理層。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)控與管理層以WEB應(yīng)用的形成存在，通過瀏覽器訪問，支撐多用戶并發(fā)操作，實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)共享發(fā)布于內(nèi)網(wǎng)。對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的圖形化顯示要求，在瀏覽器中繪制實(shí)時(shí)曲線，通過中間組件訪問數(shù)據(jù)接口層，按一定頻次異步的向?yàn)g覽器端發(fā)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以獲得數(shù)據(jù)展現(xiàn)的實(shí)時(shí)效果。

7 在事故發(fā)生的原因與責(zé)任認(rèn)定中的作用

任何安全事故的發(fā)生都有前兆，事故發(fā)生的前兆就隱含在現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中。對事故發(fā)生的原因進(jìn)行分析、總結(jié)最直接、最有效的方法就是對事故發(fā)生前的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行追蹤分析。

7.1 是生產(chǎn)過程質(zhì)量控制的需要?，F(xiàn)場生產(chǎn)施工和資料錄取的質(zhì)量控制，是過程質(zhì)量控制的源頭，在野外現(xiàn)場作業(yè)、施工，施工人員受四季氣候、晝夜等環(huán)境變化的影響，極易影響施工質(zhì)量。通過實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)對現(xiàn)場施工過程進(jìn)行監(jiān)督和指導(dǎo)，可有效地提高現(xiàn)場的施工質(zhì)量。

7.2 是數(shù)字油田建設(shè)的重要內(nèi)容之一。智能油田建設(shè)首先是數(shù)字化油田建設(shè)。智能油田需要高質(zhì)量、高價(jià)值含量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。而油田勘探與生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)是最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)，是一切數(shù)據(jù)的源頭。中國石油推行的各種關(guān)系數(shù)據(jù)庫，絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)都是源自于現(xiàn)場數(shù)據(jù)，見右圖。通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、運(yùn)算，在添加部分其它數(shù)據(jù)，即可形成中石油要求的各種數(shù)據(jù)。因此，如何采集和保存好現(xiàn)場數(shù)據(jù)是數(shù)字化、智能油田建設(shè)的重要內(nèi)容。

8 結(jié)束語

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是油田勘探開發(fā)生產(chǎn)的源數(shù)據(jù)，油田勘探開發(fā)所有的科學(xué)研究、日常生產(chǎn)運(yùn)行、安全管理等各項(xiàng)管理工作都是以此類數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行的。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺的建立將會使油田的各項(xiàng)現(xiàn)場日常運(yùn)行管理、安全管理更方便、更及時(shí)、更便于追溯，對提高油田的本質(zhì)安全生產(chǎn)起到積極的促進(jìn)和推動作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉彤，吳欽章，蔣平.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用研究[J].光電工程，2004，（6）.

[2]高宏巖，畢麗君.基于OPC技術(shù)的上位機(jī)與PLC之間的通信[J].現(xiàn)場總線與網(wǎng)絡(luò)技術(shù).2005，（6）.

[3]蓑莉霞，韓建峰.基于OPC技術(shù)的現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)視系統(tǒng)應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)[J].智能建筑與城市信息.2009，（2）.

[4]何熠，吳愛國.監(jiān)控組態(tài)軟件實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的研究[J].制造業(yè)自動化，2007，（01）.

作者單位：天津大港油田公司 信息中心，天津 300280；天津大港油田 第一采油廠，天津 300280