基于WebService的固井?dāng)?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

李躍田+馬振

摘 要：針對(duì)油田固井行業(yè)數(shù)據(jù)信息化缺失的問題，對(duì)固井工程施工中所收集的各類信息整理設(shè)計(jì)，使用C#語言開發(fā)了C/S模式的固井?dāng)?shù)據(jù)錄入端軟件，采用WebService技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，利用“MVC”三層架構(gòu)，使用Java語言開發(fā)了基于B/S模式的數(shù)據(jù)查詢與統(tǒng)計(jì)端軟件，進(jìn)而建立了較為完善的固井?dāng)?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。通過本系統(tǒng)，使固井設(shè)計(jì)人員獲得準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)固井?dāng)?shù)據(jù)及整個(gè)油田固井作業(yè)的時(shí)效數(shù)據(jù)，同時(shí)油田各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)及各建設(shè)單位能及時(shí)掌握固井動(dòng)態(tài)，科研技術(shù)人員通過對(duì)比固井工程設(shè)計(jì)及區(qū)塊已施工的固井重點(diǎn)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)設(shè)計(jì)井的固井作業(yè)，從而積累本區(qū)塊井的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，大大提高了固井設(shè)計(jì)的水平。

關(guān)鍵詞：WebService；固井?dāng)?shù)據(jù)庫；C/S模式；B/S模式；管理系

中圖分類號(hào)：TP393.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言（Introduction）

隨著各大油田油氣勘探開發(fā)新戰(zhàn)略的實(shí)施，對(duì)固井質(zhì)量的要求越來越高，固井質(zhì)量對(duì)油田勘探開發(fā)的影響程度越來越顯著。但是長(zhǎng)期以來，各油田單位由于缺少對(duì)固井?dāng)?shù)據(jù)的有效管理和分析[1-4]，對(duì)影響固井質(zhì)量的因素未能進(jìn)行綜合系統(tǒng)分析，成功的經(jīng)驗(yàn)不能及時(shí)有效地推廣，施工方案及設(shè)計(jì)缺乏針對(duì)性或考慮不周，導(dǎo)致固井質(zhì)量出現(xiàn)波動(dòng)。為了變被動(dòng)為主動(dòng)，迫切需要開發(fā)一套固井?dāng)?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，對(duì)固井施工環(huán)境、參數(shù)，諸如地層巖性、滲透率、井徑擴(kuò)大率、井徑規(guī)則程度、封固段長(zhǎng)短、環(huán)空返速、鉆井液類型及性能、水泥漿類型及性能、施工方式、井型、復(fù)雜情況、注水井等數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)化存儲(chǔ)管理，并對(duì)各因素進(jìn)行分類分析，分析不同因素對(duì)固井質(zhì)量的影響程度（權(quán)重），進(jìn)而形成專家智能決策[5]，為固井設(shè)計(jì)和施工人員提供技術(shù)上的指導(dǎo)和支持，為提高油田固井質(zhì)量奠定基礎(chǔ)[6]。

2 國(guó)內(nèi)外研究情況[7-20]（The research situation at home and abroad）

2.1 國(guó)外研究概況

國(guó)外各大專業(yè)化石油公司先后研制開發(fā)了固井工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析評(píng)價(jià)決策系統(tǒng)等。Schlumberger公司開發(fā)的CemCADE系統(tǒng)，可進(jìn)行固井設(shè)計(jì)及固井施工動(dòng)態(tài)模擬各類施工參數(shù)的實(shí)時(shí)采集、分析，并可以對(duì)固井質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測(cè)。Halliburton公司開發(fā)的CJOBSIM系統(tǒng)，可用于固井設(shè)計(jì)計(jì)算及監(jiān)測(cè)固井參數(shù)的變化。采用計(jì)算機(jī)模擬程序，輸入有關(guān)數(shù)據(jù)后，得出比較合理的注水泥設(shè)計(jì)方案，并且可以預(yù)見和預(yù)防某些事故的發(fā)生，每次作業(yè)之后，將施工數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)進(jìn)行比較，對(duì)作業(yè)過程進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2 國(guó)內(nèi)研究概況

國(guó)內(nèi)西南石油大學(xué)、中國(guó)石油大學(xué)（華東）、華北局、中海油、大慶油田等也都開發(fā)了固井設(shè)計(jì)軟件、固井施工模擬與施工數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等，并在生產(chǎn)實(shí)際中得到了應(yīng)用。但在固井?dāng)?shù)據(jù)分析和質(zhì)量分析評(píng)價(jià)等功能的開發(fā)方面還處于初級(jí)階段，沒有形成較為完善和成熟的產(chǎn)品。

3 固井?dāng)?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)建設(shè)的意義（The significance of building up the database management system）

固井?dāng)?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)，是建立在各大油田業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)之上，廣泛調(diào)研了多家固井公司的需求，對(duì)固井工程施工中所收集的各類信息進(jìn)行整理分析，進(jìn)而建立了較為完善的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

固井?dāng)?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，將對(duì)固井工程方案優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工人員提供技術(shù)上的指導(dǎo)和支持。通過本系統(tǒng)，使油田相關(guān)人員獲得準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)固井?dāng)?shù)據(jù)及整個(gè)油田固井作業(yè)的時(shí)效數(shù)據(jù)，同時(shí)油田各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)及各建設(shè)單位能及時(shí)掌握固井動(dòng)態(tài)，科研技術(shù)人員通過對(duì)比固井工程設(shè)計(jì)及區(qū)塊已施工的固井重點(diǎn)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)設(shè)計(jì)井的固井作業(yè)，從而積累本區(qū)塊井的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提高井的設(shè)計(jì)水平。

4 軟件總體設(shè)計(jì)（Overall design of software）

4.1 系統(tǒng)總體需求

（1）以固井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在調(diào)研多家油田公司的各建設(shè)單位、科研單位日常生產(chǎn)與科研需要的基礎(chǔ)上，將固井現(xiàn)場(chǎng)的每日動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，由現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集人員每日填寫上傳到公司的中心數(shù)據(jù)庫中。

（2）公司和其他建設(shè)單位相關(guān)人員通過油田內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)瀏覽固井施工動(dòng)態(tài)。

（3）公司和其他建設(shè)單位依據(jù)系統(tǒng)分配的權(quán)限，從固井?dāng)?shù)據(jù)中統(tǒng)計(jì)查詢，生成對(duì)應(yīng)各自不同需求的報(bào)表。

（4）科研設(shè)計(jì)人員通過瀏覽相關(guān)數(shù)據(jù)，與固井工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中的設(shè)計(jì)、鄰井相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)相關(guān)的對(duì)比，從而達(dá)到指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)、輔助決策的作用。

通過對(duì)固井?dāng)?shù)據(jù)流程及業(yè)務(wù)的了解，整個(gè)系統(tǒng)確定為C/S模式與B/C模式混合架構(gòu)，設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

4.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）建立滿足需求的固井?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

（2）建立滿足需求的現(xiàn)場(chǎng)固井?dāng)?shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)入庫的系統(tǒng)。

（3）建立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)合理、內(nèi)容齊全、一致性良好的固井?dāng)?shù)據(jù)庫。

（4）建立日?qǐng)?bào)查詢系統(tǒng)，能夠及時(shí)、準(zhǔn)確生成相應(yīng)的固井?dāng)?shù)據(jù)。

（5）錄入固井質(zhì)量評(píng)價(jià)所需的各類數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)人員根據(jù)固井測(cè)井資料解釋成果，對(duì)目的層段油氣水層的層間封隔能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，使得固井公司掌握評(píng)價(jià)技術(shù)。

（6）實(shí)現(xiàn)按時(shí)間段、區(qū)塊、施工工藝、鉆井液體系、固井工況、固井隊(duì)等基本信息、油氣水層測(cè)井解釋成果、鉆井工程情況、固井質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果的固井?dāng)?shù)據(jù)查詢，也可按區(qū)塊、時(shí)間段進(jìn)行固井質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)和對(duì)比，使得公司領(lǐng)導(dǎo)和專家及時(shí)掌握油田的固井情況。

（7）根據(jù)油田或者區(qū)塊的對(duì)比結(jié)果，使油田固井設(shè)計(jì)單位和作業(yè)單位達(dá)到優(yōu)化固井設(shè)計(jì)、指導(dǎo)作業(yè)、提高固井質(zhì)量的目的。

4.3 系統(tǒng)總體架構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的固井信息數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，分為兩個(gè)應(yīng)用子系統(tǒng)，即固井現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)和Web信息發(fā)布系統(tǒng)。

（1）固井現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

使用C#語言實(shí)現(xiàn)C/S模式的固井現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集。其中，數(shù)據(jù)采集包括固井相關(guān)的數(shù)據(jù)錄入到現(xiàn)場(chǎng)Access數(shù)據(jù)庫中，包括井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、單井地質(zhì)分層、完鉆時(shí)水泥漿性能、泥漿泵、設(shè)計(jì)壓力、實(shí)際壓力、鉆井液性能、套管數(shù)據(jù)、鉆井時(shí)效等。

（2）現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)

數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)包括兩個(gè)子系統(tǒng)，即“現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)”和“基地?cái)?shù)據(jù)接收系統(tǒng)”。

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)通過有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)、GPRS/CDMA、固定電話及電臺(tái)等通訊方式將現(xiàn)場(chǎng)Access數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)的其他離散型數(shù)據(jù)傳回基地，由基地?cái)?shù)據(jù)接收系統(tǒng)進(jìn)行接收，并對(duì)接收到的數(shù)據(jù)及信息按井號(hào)進(jìn)行歸位和整理，然后自動(dòng)將數(shù)據(jù)和信息上傳至基地?cái)?shù)據(jù)服務(wù)器并集成到平臺(tái)Oracle數(shù)據(jù)庫中，以便在局網(wǎng)上進(jìn)行信息發(fā)布和共享。

（3）Web信息發(fā)布平臺(tái)

以固井信息中心Oracle數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源基礎(chǔ)，開發(fā)了基于Java語言的B/S模式數(shù)據(jù)查詢與統(tǒng)計(jì)端，固井信息管理與發(fā)布系統(tǒng)分為兩個(gè)子系統(tǒng)，分別為固井生產(chǎn)與決策支持發(fā)布和系統(tǒng)管理，以便于不同的管理部門和決策人員的使用。整個(gè)系統(tǒng)由10個(gè)功能模塊組合形成，用戶可以根據(jù)不同的使用需求，重新組合功能模塊，搭建新的應(yīng)用子系統(tǒng)。

（4）遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)——WebService技術(shù)[22-26]

利用WebService技術(shù)，通過SOAP協(xié)議使用XML消息調(diào)用遠(yuǎn)程方法，WebService可以通過HTTP協(xié)議的post和get方法與遠(yuǎn)程機(jī)器進(jìn)行交互。其優(yōu)點(diǎn)是不需要在現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集軟件配套安裝Oracle數(shù)據(jù)庫客戶端。

4.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

采用MVC（模塊—示圖—控制）構(gòu)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，它是由被IIS等主流應(yīng)用服務(wù)器所支持的ASP.NET和WebService去實(shí)現(xiàn)的。

（1）應(yīng)用層

采用.NET組件去執(zhí)行業(yè)務(wù)規(guī)則和形成業(yè)務(wù)對(duì)象。由于應(yīng)用程序集中放置在這一層上，由所有用戶共享，使得系統(tǒng)的維護(hù)和更新變得簡(jiǎn)單。當(dāng)業(yè)務(wù)邏輯發(fā)生變化時(shí)，只需更新服務(wù)器上相應(yīng)的應(yīng)用組件，之后所有的用戶就可以使用新的業(yè)務(wù)處理邏輯，避免了用戶端應(yīng)用程序版本控制和更新的困難。而且這些組件可以鏡像到多臺(tái)機(jī)器上同時(shí)運(yùn)行，從而分擔(dān)多用戶的負(fù)載。

（2）數(shù)據(jù)訪問層

使用ADO的應(yīng)用層可以訪問多種數(shù)據(jù)資源而不會(huì)影響業(yè)務(wù)本身的邏輯。應(yīng)用程序組件可以共享與數(shù)據(jù)庫的連接，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器不再是為每個(gè)活動(dòng)的用戶保持一個(gè)連接，從而降低了數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，提高了性能。

（3）數(shù)據(jù)庫層

采用Oracle主流數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)所有業(yè)務(wù)信息和管理信息，以及一些系統(tǒng)應(yīng)用參數(shù)。大型關(guān)系型數(shù)據(jù)服務(wù)器能夠支持多個(gè)用戶的并發(fā)訪問，并且能夠避免非授權(quán)的訪問，以及提供對(duì)失敗恢復(fù)的有效解決方案。

4.5 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

（1）網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)的指導(dǎo)和監(jiān)控各個(gè)固井施工小隊(duì)的現(xiàn)場(chǎng)工作，并且提供各種數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和查詢服務(wù)，幫助其進(jìn)行科學(xué)決策和管理。其網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示。

系統(tǒng)共有四種邏輯服務(wù)器：Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。這些服務(wù)器將分別在專業(yè)石油公司或地區(qū)級(jí)石油公司的局域網(wǎng)內(nèi)獨(dú)立部署。在地區(qū)級(jí)石油公司或者專業(yè)公司部署統(tǒng)一服務(wù)器，使其能夠方便的對(duì)作業(yè)小隊(duì)的生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)督、指導(dǎo)，以及進(jìn)行業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)。而且統(tǒng)一部署有助于簡(jiǎn)化部署工作量，簡(jiǎn)化管理和維護(hù)工作。

各個(gè)作業(yè)小隊(duì)需要收集和整理鉆井現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)數(shù)據(jù)，并且將其及時(shí)遠(yuǎn)傳到地區(qū)公司。因此，在各個(gè)作業(yè)小隊(duì)需要安裝、部署數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳客戶端、錄井客戶端軟件，并能通過Web瀏覽器訪問數(shù)據(jù)平臺(tái)提供的Web服務(wù)。

其他相關(guān)業(yè)務(wù)單位也可以通過Web瀏覽器訪問數(shù)據(jù)平臺(tái)提供的Web服務(wù)，以獲取所需的石油生產(chǎn)、運(yùn)行信息。

（2）網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在軟件實(shí)際實(shí)施過程中，可根據(jù)實(shí)際情況將不同的邏輯服務(wù)器組合后，部署到同一臺(tái)物理服務(wù)器上，以提高設(shè)備利用率，同時(shí)有效降低管理和實(shí)施成本。如果數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳只限制于內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，則可以將遠(yuǎn)傳服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器合并；而如果Web并發(fā)訪問量較少，也可以將Web服務(wù)器、遠(yuǎn)傳服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器共同部署在同一臺(tái)高性能服務(wù)器上。

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器需要為應(yīng)用系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，要求較高的系統(tǒng)可用性和安全性，因此建議采用雙機(jī)集群技術(shù)進(jìn)行部署。作業(yè)小隊(duì)的計(jì)算機(jī)和IT資源通常是有限的，可以將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳客戶端、錄井軟件客戶端和Web瀏覽器端安裝在同一臺(tái)工作站或計(jì)算機(jī)上。所推薦的物理部署結(jié)構(gòu)如圖4所示。

（3）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)，將現(xiàn)場(chǎng)的施工狀況和技術(shù)資料，進(jìn)行實(shí)時(shí)的傳送。該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)經(jīng)過實(shí)際運(yùn)營(yíng)驗(yàn)證，是切實(shí)可行和具有效率的。

該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5所示。

全部使用內(nèi)網(wǎng)進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)，不需要租用衛(wèi)星和移動(dòng)基站。

4.6 系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)

安全性主要包括數(shù)據(jù)安全性和軟件部分功能的安全性，其中數(shù)據(jù)安全性防止非法用戶操作數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的破壞或丟失，軟件部分功能安全性根據(jù)用戶角色不同，軟件運(yùn)行顯示不同操作界面。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)應(yīng)遵循信息化建設(shè)整體框架，符合行業(yè)和用戶制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。以平臺(tái)開發(fā)來構(gòu)造應(yīng)用體系，功能模塊以組件方式擴(kuò)展，考慮各子系統(tǒng)之間的無縫連接。

系統(tǒng)帶有數(shù)據(jù)備份功能，系統(tǒng)管理員可以定期備份系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫到指定的機(jī)器硬盤下，也可以設(shè)定自動(dòng)備份功能每隔一段時(shí)間是系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)備份到指定的機(jī)器硬盤下，如果數(shù)據(jù)丟失，可以將以前備份的數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。由于圖片、文檔等大字段數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)在應(yīng)用程序服務(wù)器的指定目錄下，因此Oracle數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)量不會(huì)太大，每年大約有10MB。使用系統(tǒng)的最高峰時(shí)用戶數(shù)量大約10人，因此基本不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用程序服務(wù)器產(chǎn)生任何影響。

5 結(jié)論（Conclusion）

本文研究的固井?dāng)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)涵蓋了固井作業(yè)各項(xiàng)基本數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)錄入人員先將數(shù)據(jù)錄入到本地Access數(shù)據(jù)庫中，然后通過WebService技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器的Oracle數(shù)據(jù)庫中，應(yīng)用Oracle數(shù)據(jù)庫對(duì)固井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行管理，提高了數(shù)據(jù)操作與維護(hù)方面的性能，加強(qiáng)了數(shù)據(jù)保密性，也提高了固井作業(yè)效率，通過創(chuàng)建固井?dāng)?shù)據(jù)表和建立數(shù)據(jù)表關(guān)系模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)固井?dāng)?shù)據(jù)的分類存儲(chǔ)、單表查詢、多表查詢等功能。

本系統(tǒng)的開發(fā)，從系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)，全面采用了面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想和技術(shù)。這從根本上保證了系統(tǒng)具有良好的可維護(hù)性。另外系統(tǒng)界面的開發(fā)采用了界面定義數(shù)據(jù)和界面控制程序代碼完全分離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了界面定義數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)裝卸和整個(gè)界面系統(tǒng)的外部維護(hù)，為維護(hù)軟件提供了極大的便利。

參考文獻(xiàn)（References）

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作者簡(jiǎn)介：

李躍田（1975-），男，碩士，副教授.研究領(lǐng)域：軟件開發(fā).

馬 振（1984-），男，碩士，講師.研究領(lǐng)域：軟件與數(shù)據(jù)工程.