基于GIS的生產(chǎn)信息集成系統(tǒng)

景瑞林 勝利石油管理局信息中心

基于GIS的生產(chǎn)信息集成系統(tǒng)

景瑞林 勝利石油管理局信息中心

勝利油田以數(shù)據(jù)中心為依托，通過(guò)開(kāi)展數(shù)據(jù)采集處理體系、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體系、維護(hù)體系、共享體系、應(yīng)用體系建設(shè)等研究工作，建立了基于GIS的生產(chǎn)信息集成系統(tǒng)。系統(tǒng)建設(shè)采用分層開(kāi)發(fā)、模塊化構(gòu)建的技術(shù)路線，總體結(jié)構(gòu)包括數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、服務(wù)訪問(wèn)層、業(yè)務(wù)層和展現(xiàn)層五個(gè)層次。在服務(wù)層采用服務(wù)的方式為相關(guān)業(yè)務(wù)及專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持以及功能支持，隨著項(xiàng)目的開(kāi)展和生產(chǎn)的需要還可以把服務(wù)擴(kuò)展到業(yè)務(wù)層。

勝利油田；數(shù)據(jù)中心；地理信息；信息集成

國(guó)內(nèi)主要油田開(kāi)發(fā)建設(shè)已歷經(jīng)幾十年時(shí)間，大多數(shù)已進(jìn)入開(kāi)發(fā)的中后期階段，采出液含水量持續(xù)增加，穩(wěn)產(chǎn)形勢(shì)非常嚴(yán)峻。為了提高油田產(chǎn)能，每年油田都會(huì)投入大量資金開(kāi)展地面工程建設(shè)工作。經(jīng)過(guò)幾十年的積累，地面工程設(shè)施的種類(lèi)和數(shù)量已相當(dāng)可觀，但也存在著地面工程圖檔資料保存分散、損壞和遺失嚴(yán)重等問(wèn)題。針對(duì)多源數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中化、電子化和高度共享，可為油田規(guī)劃建設(shè)、生產(chǎn)管理提供數(shù)據(jù)支持。建立基于GIS的生產(chǎn)信息集成系統(tǒng)，對(duì)實(shí)現(xiàn)油田對(duì)地面設(shè)施的有效管理，建立地面工程地理信息的應(yīng)用體系，提高相關(guān)系統(tǒng)地理信息應(yīng)用水平是十分必要的。目前，國(guó)內(nèi)許多油田都建立了相應(yīng)的地理信息系統(tǒng)，但存在業(yè)務(wù)單一、技術(shù)平臺(tái)多樣化、未與數(shù)據(jù)中心中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行充分的關(guān)聯(lián)，妨礙了地理信息的共享等問(wèn)題。為此，以數(shù)據(jù)中心為依托，通過(guò)開(kāi)展數(shù)據(jù)采集處理體系、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體系、維護(hù)體系、共享體系、應(yīng)用體系建設(shè)等研究工作，建立了基于GIS的生產(chǎn)信息集成系統(tǒng)，并在勝利油田得到全面應(yīng)用。

1 系統(tǒng)架構(gòu)及技術(shù)路線

（1）系統(tǒng)架構(gòu)。系統(tǒng)建設(shè)采用分層開(kāi)發(fā)、模塊化構(gòu)建的技術(shù)路線，總體結(jié)構(gòu)包括數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、服務(wù)訪問(wèn)層、業(yè)務(wù)層和展現(xiàn)層五個(gè)層次。在服務(wù)層采用服務(wù)的方式為相關(guān)業(yè)務(wù)及專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持以及功能支持，隨著項(xiàng)目的開(kāi)展和生產(chǎn)的需要還可以把服務(wù)擴(kuò)展到業(yè)務(wù)層。

（2）技術(shù)路線。系統(tǒng)采用B/S、.net、SOA、ArcGIS等技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)健壯性、低耦合性、高擴(kuò)展性為目標(biāo)，具體實(shí)現(xiàn)內(nèi)容包括：①應(yīng)用服務(wù)分三層設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)訪問(wèn)層、業(yè)務(wù)層、展現(xiàn)層，其中業(yè)務(wù)層全部采用接口設(shè)計(jì)，以降低業(yè)務(wù)模塊間的耦合性和增加系統(tǒng)的擴(kuò)展性；②采用Log4net作為系統(tǒng)日志系統(tǒng)，系統(tǒng)出錯(cuò)時(shí)，可以查看系統(tǒng)堆棧，方便系統(tǒng)維護(hù)；③服務(wù)器和客戶端采用JSON作為通信數(shù)據(jù)格式，由于服務(wù)器和客戶端都采用實(shí)體類(lèi)庫(kù)的設(shè)計(jì)，通過(guò)兩端的JSON數(shù)據(jù)綁定（編碼）和解碼實(shí)現(xiàn)純面向?qū)ο缶幊蹋岣呦到y(tǒng)維護(hù)性；④采用Flex開(kāi)發(fā)客戶端，提高系統(tǒng)的交互能力，增強(qiáng)了用戶體驗(yàn)；⑤采用ArcServer、ArcEngine作為地理數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)。

2 關(guān)鍵技術(shù)

（1）面向Web服務(wù)的數(shù)據(jù)共享技術(shù)。對(duì)于基于SOA的空間數(shù)據(jù)共享，WebService在方法論上提出了解決方案，并提供了切實(shí)可行的SOAP、WSDL、UDDI等可操作的方法和規(guī)范。其提供者只需將數(shù)據(jù)或操作的服務(wù)貢獻(xiàn)出來(lái)，使用者不必了解它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，用何種技術(shù)、何種語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，只需根據(jù)服務(wù)說(shuō)明(WSDL)引用該服務(wù)，就可將其集成到自己的應(yīng)用中。REST（RepresentationalState Transfer）風(fēng)格則是一種互聯(lián)網(wǎng)超媒體分布式系統(tǒng)架構(gòu)，通過(guò)提供清晰的關(guān)注點(diǎn)分離、隱藏資源的底層實(shí)現(xiàn)和通信機(jī)制，降低架構(gòu)的復(fù)雜性，提高系統(tǒng)的可伸縮性，因?yàn)樗笏械牟僮鞫际菬o(wú)狀態(tài)的。由于沒(méi)有了上下文的約束，做分布式和集群的時(shí)候就更為簡(jiǎn)單，也可以讓系統(tǒng)更為有效地利用緩沖池。并且由于服務(wù)器端不需要記錄客戶端的一系列訪問(wèn)，也減少了對(duì)服務(wù)器端的性能需求。構(gòu)建集中管理、優(yōu)質(zhì)高效的網(wǎng)絡(luò)、空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)支撐平臺(tái)，采用單一WebServcie或REST技術(shù)都不能滿足該要求，故本系統(tǒng)采用WebService和REST混合架構(gòu)，建立屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)共享模型，滿足油田數(shù)據(jù)集中配置，信息資源共享的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)油田基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的規(guī)范管理，信息化基礎(chǔ)體系的持續(xù)完善，提升業(yè)務(wù)協(xié)同能力，形成一體化管理應(yīng)用模式。

（2）動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)一體化展示技術(shù)。油田數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)包括開(kāi)發(fā)靜態(tài)數(shù)據(jù)、開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)及油氣集輸?shù)葦?shù)據(jù)。開(kāi)發(fā)靜態(tài)數(shù)據(jù)包括單井基礎(chǔ)信息、三采井附加基礎(chǔ)信息、鉆井地質(zhì)信息、鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)、直井定井位數(shù)據(jù)；開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)包括采油井日數(shù)據(jù)、注水井日數(shù)據(jù)、采氣井日數(shù)據(jù)。由此可見(jiàn)，數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)種類(lèi)龐雜，梳理并研究出可以一體化展示這些數(shù)據(jù)的方法，可降低工作量并顯著提高工作效率。研究表明，通過(guò)GIS技術(shù)，以地理位置為共通點(diǎn)建立動(dòng)、靜態(tài)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，結(jié)合. net、Flex、JavaScript其他開(kāi)發(fā)技術(shù)，可以有效地把動(dòng)、靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，一體化展示，從而滿足生產(chǎn)需要。

（3）專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)拓?fù)潢P(guān)系模型的研究與建立。油田地面工程主要包含的專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)包括原油集輸系統(tǒng)、天然氣集輸系統(tǒng)、注水及污水處理系統(tǒng)、電力系統(tǒng)及道路系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)這些系統(tǒng)特點(diǎn)的分析，研究并建立各個(gè)系統(tǒng)拓?fù)淠Ｐ?。在此以原油集輸系統(tǒng)為例介紹拓?fù)潢P(guān)系的建立，原油集輸系統(tǒng)Geodatabase（地理信息數(shù)據(jù)模型）的UML模型描述了系統(tǒng)各類(lèi)設(shè)施從Geodatabase基類(lèi)的派生情況、子類(lèi)劃分情況、各類(lèi)設(shè)施或子類(lèi)的連通性規(guī)則并同時(shí)構(gòu)建原油集輸系統(tǒng)的幾何網(wǎng)絡(luò)，從而完成系統(tǒng)拓?fù)潢P(guān)系建立的基礎(chǔ)工作。UML模型中的子類(lèi)及網(wǎng)絡(luò)要素類(lèi)型由原油集輸系統(tǒng)的子類(lèi)、網(wǎng)絡(luò)要素類(lèi)型劃分及命名中的表定義，連通性規(guī)則由原油集輸系統(tǒng)的連通性規(guī)則中的表定義。

3 應(yīng)用效果

本系統(tǒng)的建設(shè)能夠深入基層需求，促進(jìn)油田地理信息采集、應(yīng)用的統(tǒng)一建設(shè)，拓展地理信息應(yīng)用范圍，避免重復(fù)建設(shè)，節(jié)省開(kāi)支，系統(tǒng)的成功研發(fā)和應(yīng)用在油田起到了良好的效果。

（1）大幅度節(jié)約油田投資，拓展GIS技術(shù)在油田的應(yīng)用范圍。該系統(tǒng)針對(duì)勝利油田地面建設(shè)的數(shù)據(jù)現(xiàn)狀，采取了面向服務(wù)的方式，使用了WebService與REST混合架構(gòu)模式，構(gòu)建了勝利油田面向服務(wù)的空間數(shù)據(jù)共享與空間信息服務(wù)集成平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了油田地面工程數(shù)據(jù)，生產(chǎn)動(dòng)、靜態(tài)數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)，管理與發(fā)布，避免了每個(gè)單位都搭建一個(gè)地理信息發(fā)布平臺(tái)，拓展了地面建設(shè)數(shù)據(jù)在油田的應(yīng)用范圍，減少了油田投資，降低了各單位基于地面建設(shè)數(shù)據(jù)二次開(kāi)發(fā)的難度，為數(shù)字油田的建設(shè)提供了數(shù)據(jù)支持?，F(xiàn)在已為油田采油地質(zhì)系統(tǒng)、應(yīng)急指揮系統(tǒng)、車(chē)輛運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)、錄井生產(chǎn)平臺(tái)、供電公司巡線系統(tǒng)等十余套系統(tǒng)提供服務(wù)，減少了油田投資并加快了專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)速度。

（2）基礎(chǔ)地理信息更加精確，地面設(shè)施數(shù)據(jù)更全、更準(zhǔn)。在基礎(chǔ)地形圖以及影像圖更新完成后，基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)精確度更高，覆蓋面更全，時(shí)效性更強(qiáng)，地名數(shù)據(jù)更完整、準(zhǔn)確，展現(xiàn)方式更直觀。通過(guò)地面設(shè)施數(shù)據(jù)普查測(cè)繪、更新入庫(kù)，精度由以前的10米級(jí)提高到1米以內(nèi)，提高了數(shù)據(jù)的全面性，目前各采油廠4萬(wàn)余口井、4千多座站庫(kù)和14000公里的管線數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)復(fù)測(cè)后入庫(kù)，可以通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行全面查詢。

（3）優(yōu)化了數(shù)據(jù)資源配置，減少了專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)數(shù)量，提高了基層單位的工作效率。隨著油田的發(fā)展，面對(duì)多源數(shù)據(jù)的高速增長(zhǎng)，通過(guò)基于GIS的生產(chǎn)信息集成系統(tǒng)可以優(yōu)化數(shù)據(jù)資源，提高生產(chǎn)效率。以最新的影像圖、基礎(chǔ)地形圖的使用為例，現(xiàn)在通過(guò)該系統(tǒng)，只需要在油田數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器上更新地圖，就可使最新的影像圖、基礎(chǔ)地形圖能夠快速應(yīng)用到全油田，而在過(guò)去需要各個(gè)系統(tǒng)自己搭建服務(wù)器，拷貝地圖，購(gòu)買(mǎi)軟件，地圖整理、發(fā)布才能使用。

（4）可使油田各基層單位的生產(chǎn)管理更加主動(dòng)。使用該系統(tǒng)基層隊(duì)可以做到通過(guò)對(duì)比進(jìn)站油量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)停井；通過(guò)對(duì)比外輸線輸差，發(fā)現(xiàn)外輸穿孔；通過(guò)進(jìn)站液量、油量對(duì)比，發(fā)現(xiàn)停電；通過(guò)分隊(duì)計(jì)量產(chǎn)量變化，發(fā)現(xiàn)躺井。以現(xiàn)河采油廠為例，系統(tǒng)運(yùn)行以來(lái)通過(guò)分隊(duì)預(yù)警及時(shí)發(fā)現(xiàn)單井管穿1973次，故障停井1127次，倒灌等生產(chǎn)不正常井510次，管線受不法分子破壞880次，提高了問(wèn)題處理效率和油井時(shí)率。

（5）促進(jìn)精細(xì)管理水平不斷提升。該系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了采油隊(duì)進(jìn)站來(lái)液的監(jiān)控，每天的日分析報(bào)表上各礦及各隊(duì)、各系統(tǒng)的產(chǎn)量變化情況及變化原因一目了然，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)量動(dòng)態(tài)分析管理。通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)反映的產(chǎn)量運(yùn)行動(dòng)態(tài)，還能夠及時(shí)地反映生產(chǎn)過(guò)程中存在的問(wèn)題：地理上可以明確到區(qū)域、區(qū)塊乃至井點(diǎn)，內(nèi)容包括電網(wǎng)、管網(wǎng)、設(shè)備設(shè)施、環(huán)保、人員管理等。這些存在的問(wèn)題可以反映出生產(chǎn)管理現(xiàn)狀和不足，便于有針對(duì)性制定改進(jìn)措施，有效地推動(dòng)了管理水平的提升。

（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.4.023