采油工藝構(gòu)件開發(fā)技術(shù)研究與應(yīng)用

王維強(qiáng),孫 輝,杜 偉,劉恩新

(中國石化勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院,山東東營257000)

采油工藝構(gòu)件開發(fā)技術(shù)研究與應(yīng)用

王維強(qiáng),孫 輝,杜 偉,劉恩新

(中國石化勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院,山東東營257000)

在采油工藝設(shè)計過程中經(jīng)常需要進(jìn)行大量重復(fù)計算,雖然現(xiàn)有的專業(yè)軟件及自研軟件可以為工藝設(shè)計人員提供信息化支持手段,但是依然存在缺乏實用計算工具、軟件之間功能重復(fù)等問題。通過對采油工藝設(shè)計過程的業(yè)務(wù)分析,整理出工藝設(shè)計人員需要的計算工具及可重復(fù)利用的功能模塊,以軟件構(gòu)件形式進(jìn)行開發(fā),采用分布式存儲,建立采油工藝構(gòu)件庫,可以提高軟件開發(fā)效率,降低開發(fā)人員的工作強(qiáng)度,并為工藝設(shè)計人員提供實用的計算工具。

采油工藝;構(gòu)件;軟件復(fù)用;WCF

采油工程系統(tǒng)業(yè)務(wù)面廣、綜合性強(qiáng),涉及多專業(yè)、多學(xué)科,工藝設(shè)計過程復(fù)雜,經(jīng)常需要進(jìn)行大量的計算、分析。為了提高工藝設(shè)計效率,減輕工藝設(shè)計人員計算強(qiáng)度,油田引進(jìn)了一批專業(yè)軟件,并組織了各類軟件自研工作,對于提高方案設(shè)計效率,減輕設(shè)計人員的工作強(qiáng)度起到了積極的作用,但是目前依然存在如下兩方面的問題:①方案設(shè)計中所用到的一些計算過程尚缺乏針對性較強(qiáng)的軟件支持,專業(yè)軟件中相關(guān)功能模塊對軟件的依賴度極高,無法將某一個功能模塊拿出單獨使用,給實際應(yīng)用帶來一定的困難;②自研軟件存在重復(fù)開發(fā),浪費(fèi)資源的情況。在軟件開發(fā)過程中用到的功能模塊即使其他軟件中已經(jīng)存在,也無法直接使用,需要重新開發(fā)。如果能夠使用軟件構(gòu)件技術(shù),通過對工藝設(shè)計流程進(jìn)行分析,提取出工藝設(shè)計過程中的共性,開發(fā)為可獨立使用或者可重復(fù)使用的軟件體,則可較好地解決上述問題,從而達(dá)到提高軟件復(fù)用性,幫助方案設(shè)計人員提高工作效率的目的。

1 構(gòu)件與構(gòu)件庫

一般認(rèn)為構(gòu)件是一個語義完整、語法正確和有可復(fù)用價值的單位軟件。構(gòu)件隱藏了具體的實現(xiàn),只用接口對外提供服務(wù),構(gòu)件的開發(fā)與使用相對獨立,以作為獨立單元被使用于不同的體系結(jié)構(gòu),不同的軟件系統(tǒng)中,實現(xiàn)構(gòu)件的復(fù)用。從廣義上來說,構(gòu)件不僅僅是程序塊,程序相關(guān)文檔、需求設(shè)計書、測試用例以及構(gòu)件之間的互相組合都可以生成為一個構(gòu)件[1]。

從本文的研究角度出發(fā),筆者認(rèn)為,構(gòu)件是一系列文檔、功能模塊、數(shù)據(jù)表的總稱,包括了采油工藝業(yè)務(wù)分析文檔、業(yè)務(wù)流程文檔、不同工藝需要用到的功能模塊及各類服務(wù)接口、以及為了存儲構(gòu)件而在數(shù)據(jù)庫中建立的數(shù)據(jù)表等,其中功能模塊可單獨使用,也可被其他系統(tǒng)調(diào)用,或者可以組合后形成新的業(yè)務(wù)功能模塊。

構(gòu)件庫是對構(gòu)件進(jìn)行管理的機(jī)構(gòu),通過構(gòu)件庫及構(gòu)件庫管理系統(tǒng),實現(xiàn)構(gòu)件的存儲和構(gòu)件庫的管理。在本文的研究工作中,構(gòu)件庫中存儲構(gòu)件的地址,開發(fā)人員只需向構(gòu)件庫中上傳構(gòu)件地址即可。構(gòu)件庫的管理主要包括構(gòu)件增刪改、用戶管理、構(gòu)件授權(quán)等。

2 業(yè)務(wù)分析

在采油工藝方案設(shè)計過程中,不同工藝設(shè)計過程可能會用到同樣的計算方法或者同樣的設(shè)計流程,這就為構(gòu)件復(fù)用提供了基礎(chǔ),所以需要首先對不同工藝進(jìn)行業(yè)務(wù)分析,獲得可復(fù)用的算法、公式并進(jìn)行描述,便于后期業(yè)務(wù)人員或開發(fā)人員使用構(gòu)件。

例如在舉升工藝設(shè)計過程中,經(jīng)常要進(jìn)行舉升方式優(yōu)選、油管組合、抽油桿組合、電機(jī)配套等優(yōu)化設(shè)計,經(jīng)過對這些設(shè)計過程的分析,可將其歸納為抽油桿柱組合設(shè)計及強(qiáng)度校核、懸點載荷預(yù)測、油管柱設(shè)計及強(qiáng)度校核、抽油泵、井下工具設(shè)計及強(qiáng)度校核等四大類需求,對這幾類需求進(jìn)行進(jìn)一步的分解后,可以整理出懸點載荷預(yù)測、桿柱組合設(shè)計、抗拉載荷計算、承壓能力計算等具體算法。把這些算法開發(fā)成軟件構(gòu)件,既可實現(xiàn)軟件復(fù)用,提高開發(fā)效率,也可單獨應(yīng)用于不同工藝的設(shè)計過程,為工藝設(shè)計人員提供高效實用的計算工具。

3 構(gòu)件描述

經(jīng)過業(yè)務(wù)分析,明確各工藝的需求后,需要對各構(gòu)件的屬性進(jìn)行描述,以明確該構(gòu)件的功能,便于用戶了解、使用構(gòu)件。構(gòu)件描述包括了構(gòu)件的通用描述、接口描述和邏輯描述,通過這幾方面的描述可以清晰地定義構(gòu)件的屬性、應(yīng)用場景等,為構(gòu)件的檢索、應(yīng)用提供路徑。

以封隔器設(shè)計中的桿柱抗拉載荷計算構(gòu)件為例,對構(gòu)件的通用描述、邏輯描述、接口描述進(jìn)行說明。管柱抗拉載荷計算是封隔器設(shè)計過程中經(jīng)常需要用到的一個計算過程,主要目的是計算出中心管許用抗拉載荷,計算公式如下:

式中,D為中心管最小外徑;d為中心管內(nèi)徑;為許用應(yīng)力。

3.1 通用描述

通用描述主要包括構(gòu)件名稱、開發(fā)語言、開發(fā)環(huán)境、關(guān)鍵詞、制作日期、構(gòu)件類型等[2],通過在構(gòu)件庫中建立構(gòu)件基礎(chǔ)信息表的方式實現(xiàn)在系統(tǒng)中對構(gòu)件基礎(chǔ)信息的調(diào)用,可用表1的結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲。

表1 構(gòu)件通用描述表結(jié)構(gòu)

3.2 邏輯描述

構(gòu)件的邏輯描述從構(gòu)件的接口、服務(wù)、結(jié)構(gòu)等方面建立構(gòu)件的框架結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)定義了對構(gòu)件實現(xiàn)的引用或者構(gòu)件內(nèi)成員構(gòu)件之間的連接關(guān)系,接口主要用來實現(xiàn)與外部的聯(lián)系,包括該構(gòu)件對外提供的服務(wù)、對外請求的服務(wù)。所謂服務(wù),就是精確定義、封裝完善、獨立于其他服務(wù)所處環(huán)境和狀態(tài)的函數(shù)。封隔器設(shè)計過程中管柱抗拉載荷計算所得到的最終結(jié)果為內(nèi)中心管的許用抗拉載荷,這就是該構(gòu)件能夠?qū)ν馓峁┑姆?wù)。式(1)計算過程中,D、d為輸入?yún)?shù),δs為該構(gòu)件對外請求的服務(wù)。

管柱抗拉載荷::=<規(guī)約,實現(xiàn)>

規(guī)約::=<接口,結(jié)構(gòu)>

接口::=<對外提供F——管柱抗拉載荷,對外請求:δs——許用應(yīng)力。>

結(jié)構(gòu)::=<原子構(gòu)件>

原子構(gòu)件結(jié)構(gòu)::=<實現(xiàn)環(huán)境:c#+IIS;引用位置:構(gòu)件的存儲路徑>

3.3 接口描述

接口描述是對構(gòu)件對外提供的服務(wù)或?qū)ν庹埱蟮姆?wù)進(jìn)行詳細(xì)描述,給出各個參數(shù)的明確定義,便于用戶更清晰直觀地了解構(gòu)件的結(jié)構(gòu)。

通過上述三方面的描述,完整地表達(dá)了構(gòu)件的基礎(chǔ)信息,規(guī)范了構(gòu)件的輸入輸出接口,定義了接口參數(shù)的類型,用戶只需知道上述描述信息即可發(fā)起服務(wù)請求。

4 構(gòu)件開發(fā)技術(shù)

如前所述,本研究的主要目的有兩個:一是為工藝設(shè)計人員提供計算工具,二是實現(xiàn)軟件復(fù)用,提高軟件開發(fā)效率。為了實現(xiàn)構(gòu)件的可重用性,要求構(gòu)件對業(yè)務(wù)環(huán)境的變化應(yīng)有良好的適應(yīng)能力,并具備平臺無關(guān)性和系統(tǒng)獨立性,即可以在不同的操作系統(tǒng)平臺上使用,不依附于某個軟件而存在。采用SOA架構(gòu),WCF技術(shù)進(jìn)行構(gòu)件的封裝,將構(gòu)件以服務(wù)的形式與外界進(jìn)行通信,可以較好地實現(xiàn)這個目的。

在基于SOA的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計中,軟件構(gòu)件以服務(wù)的形式存在,我們將業(yè)務(wù)過程、算法、數(shù)據(jù)設(shè)計實現(xiàn)為對外公布服務(wù)契約和數(shù)據(jù)契約的服務(wù)。服務(wù)契約就是服務(wù)調(diào)用的接口,數(shù)據(jù)契約就是完成接口調(diào)用所需要的輸入輸出參數(shù)規(guī)范,每個服務(wù)都實現(xiàn)了某個業(yè)務(wù)或業(yè)務(wù)的某個部分,用戶可以對服務(wù)進(jìn)行集成和調(diào)用,還可以按照自己的需求組合使用這些服務(wù),完成工藝設(shè)計和計算。如圖1所示,構(gòu)件的實現(xiàn)分成3層,分別是數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層和WCF層。

圖1 構(gòu)件庫體系結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)實現(xiàn)構(gòu)件相關(guān)參數(shù)的存儲,業(yè)務(wù)層負(fù)責(zé)抽象出工藝算法,包括所有的計算細(xì)節(jié)和處理數(shù)據(jù)的過程,根據(jù)輸入數(shù)據(jù),按照某種處理過程,存取數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù),產(chǎn)生結(jié)果返回給WCF層,再由WCF層返回給服務(wù)調(diào)用者。WCF層由WCF框架所提供的功能和我們定義的服務(wù)契約和數(shù)據(jù)契約組成,為服務(wù)提供了很多功能,包括托管、服務(wù)實例管理、底層通訊協(xié)議、異步調(diào)用、可靠性等[4],最終完成構(gòu)件與用戶的交互。本文的工作中,交互方式包括了兩種:一種是被開發(fā)者調(diào)用,實現(xiàn)構(gòu)件的復(fù)用。筆者單位曾經(jīng)開發(fā)過懸點載荷預(yù)測軟件,代碼量在15 000行左右。將此功能封裝為構(gòu)件后,其他軟件只需調(diào)用此構(gòu)件,代碼量在100行左右,可極大的簡化軟件開發(fā)過程,提高開發(fā)效率。第二種可以由工藝設(shè)計人員直接在線使用,提高設(shè)計效率。在博興油田博3塊沙四上老區(qū)綜合調(diào)整方案編制、大蘆湖油田樊107塊沙三段老區(qū)調(diào)整方案編制中使用了本系統(tǒng)提供的構(gòu)件,相關(guān)計算過程從至少1 h縮短到幾分鐘,為工藝設(shè)計人員提供了便捷有效的計算工具。

5 結(jié)束語

在本文的研究工作中,以舉升和壓裂為測試用例,將采油工藝設(shè)計中常用的算法提取出來,基于SOA架構(gòu),通過WCF進(jìn)行構(gòu)件化封裝后以對外提供服務(wù)的方式實現(xiàn)構(gòu)件的重用,并提供了在線使用功能。通過測試使用,本系統(tǒng)可以減輕工藝設(shè)計人員計算強(qiáng)度,提高工藝軟件開發(fā)效率,能夠較好地滿足工藝設(shè)計過程中對信息化支持手段的需求。

[1] 王映輝.軟件構(gòu)件與體系結(jié)構(gòu)——原理、方法與技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009:10.

[2] 張涌.一個集成式的軟件構(gòu)件描述框架[J].計算機(jī)學(xué)報,2002 (5):502-507.

[3] 趙海寧.基于WCF構(gòu)架的應(yīng)用與研究[J].電腦知識與技術(shù), 2010,6(1):77-79.

[4] LOWY J.WCF服務(wù)編程[M].張逸,徐寧,譯.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008:14.

[責(zé)任編輯]王艷麗

TP31

A

1673-5935(2016)04-0019-03

10.3969/j.issn.1673-5935.2016.04.006

2016-10-20

王維強(qiáng)(1972—),男,山東禹城人,中國石化勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院高級工程師,主要從事數(shù)據(jù)管理、應(yīng)用技術(shù)研究。