數(shù)據(jù)集成助力頁巖氣勘探開發(fā)

李海 任惠琴 夏維嘉 敬博

[摘? ? 要] 頁巖氣勘探開發(fā)已經成為油氣勘探開發(fā)業(yè)務重點，為了更加高效地利用現(xiàn)有信息化系統(tǒng)與數(shù)據(jù)源為頁巖氣勘探開發(fā)提供有力支撐，通過構建數(shù)據(jù)集成平臺實現(xiàn)頁巖氣勘探開發(fā)各專業(yè)數(shù)據(jù)集成，消除信息孤島，建立起頁巖氣勘探開發(fā)數(shù)據(jù)集成模式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理、快速共享。為頁巖氣項目經理部提供基于數(shù)據(jù)集成的生產監(jiān)控、成果管理、決策支持等功能服務，助力頁巖氣勘探開發(fā)業(yè)務。

[關鍵詞] 頁巖氣勘探開發(fā);數(shù)據(jù)集成;數(shù)據(jù)集成平臺

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 03. 029

[中圖分類號] TP311;TE34? ? [文獻標識碼]? A? ? ? [文章編號]? 1673 - 0194（2019）03- 0072- 03

1? ? ? 引? ? 言

目前，頁巖氣的開發(fā)利用已成為全球油氣勘探開發(fā)的新亮點。加快頁巖氣資源勘探開發(fā)和利用，對于改變中國油氣資源格局，甚至改變整個能源結構，緩解中國油氣資源短缺，保障國家能源安全，促進經濟社會發(fā)展都具有十分重要的意義[1]。全國各地區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)也在如火如荼地進行。中石化、中石油等企業(yè)在頁巖氣勘探開發(fā)過程中充分依托完整產業(yè)鏈，整合內部資源，引進國內外先進技術和管理經驗，對風險作業(yè)區(qū)塊實行勘探開發(fā)一體化管理，保障頁巖氣效益開發(fā);在提供鉆前、鉆井、測井、錄井、固井、壓裂、地面建設等一體化工程服務的同時，加強基礎理論研究，加快核心技術攻關。形成了頁巖氣地質綜合評價技術、頁巖氣水平井快速鉆井技術等勘探開發(fā)關鍵技術，并推廣應用于實際生產中，促進頁巖氣勘探開發(fā)的順利進行。

其中，中石油為了保障一體化工程技術服務與勘探開發(fā)關鍵技術研究及推廣的順利開展，充分利用A1、A2、A7等信息化系統(tǒng)[2]，為頁巖氣勘探開發(fā)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲、管理提供信息化支撐。但上述系統(tǒng)也存在相互孤立、數(shù)據(jù)重復采集、數(shù)據(jù)源眾多但結構不同、數(shù)據(jù)共享困難等不足，影響了管理層對數(shù)據(jù)及系統(tǒng)的利用率及效率。要想給頁巖氣勘探開發(fā)人員提供更加及時、高效的數(shù)據(jù)查詢、調用、管理、應用服務，就需要利用數(shù)據(jù)集成把分散于各個源頭及系統(tǒng)的專業(yè)數(shù)據(jù)集成到一起，使得用戶能更加方便、快捷地訪問和使用這些數(shù)據(jù)[3]（見圖1）。

2? ? ? 國內外數(shù)據(jù)集成現(xiàn)狀

隨著計算機技術飛速發(fā)展和信息化推進，企業(yè)或社會組織建立起大量的信息系統(tǒng)及數(shù)據(jù)源，從而使更多的人更充分地利用已有的數(shù)據(jù)資源，減少資料收集、數(shù)據(jù)采集等重復勞動和相應費用。然而，這些為不同應用服務的信息都存儲在許多不同的數(shù)據(jù)源之中，其管理系統(tǒng)也各不相同。為更有效地利用這些信息，往往需要從多個分布、異構和自治的數(shù)據(jù)源中集成數(shù)據(jù)，同時還需要保持數(shù)據(jù)在不同系統(tǒng)上的完整性和一致性。因此，如何對數(shù)據(jù)進行有效的集成管理已成為增強國內外企業(yè)競爭力的必然選擇，尤其是對于石油行業(yè)擁有多部門多數(shù)據(jù)源的大型企業(yè)來說，數(shù)據(jù)集成更是至關重要。為了各部門間更好的合作和數(shù)據(jù)共享，并且為用戶提供更好的搜索查詢質量，建立一個完善的數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)是極有應用價值且尤為重要的[4]。

通過十幾年的摸索實踐，國內外油氣田及技術服務公司也逐漸摸索出一套通過單一系統(tǒng)平臺對企業(yè)所有信息資產實現(xiàn)集成和管理的數(shù)據(jù)集成方法。通過單一系統(tǒng)提供給用戶一個統(tǒng)一和透明的數(shù)據(jù)訪問接口，在為用戶提供更好的搜索查詢質量的同時，也為企業(yè)各部門之間更好的合作通過數(shù)據(jù)共享奠定基礎。

斯倫貝謝Studio E&P; knowledge environment軟件提供了一個統(tǒng)一勘探開發(fā)生產數(shù)據(jù)信息環(huán)境，與Petrel軟件相結合，使得地質學家及工程師在Petrel操作中可以及時獲取、檢查和利用有價值的信息，從而大大提高工作效率。

國內中油氣田及工程服務公司也相繼開展了企業(yè)級的數(shù)據(jù)集成信息化建設，在原有多專業(yè)多系統(tǒng)分布數(shù)據(jù)庫基礎上通過構建統(tǒng)一平臺，實現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，高效共享及應用，如中石油A11，A12系統(tǒng)，中石油川慶鉆探工程有限公司工程信息服務一體化平臺等。國內油氣田企業(yè)也在大力開展數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)建設[5-6]。

3? ? ? 頁巖氣數(shù)據(jù)集成

頁巖氣勘探開發(fā)也可以通過構建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)集成平臺更加有效地集成企業(yè)數(shù)據(jù)及信息，實現(xiàn)了對不同部門、不同領域數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。在數(shù)據(jù)集成的同時實現(xiàn)應用集成，進一步發(fā)揮信息系統(tǒng)與數(shù)據(jù)源對業(yè)務的支撐作用。

3.1? ?數(shù)據(jù)集成模式

從頁巖氣勘探開發(fā)一體化管理出發(fā)，就需要將傳統(tǒng)單獨存儲管理的油氣服務、工程技術、石油工程等專業(yè)數(shù)據(jù)源按照頁巖氣勘探開發(fā)生命周期進行數(shù)據(jù)集成，避免形成信息孤島，為頁巖氣勘探開發(fā)提供全局化的數(shù)據(jù)服務，從而支持頁巖氣滾動勘探開發(fā)。

按照油氣田勘探開發(fā)程序，應將區(qū)域普查、圈閉預探、油氣藏評價、產能建設、油氣生產階段的關鍵數(shù)據(jù)源都進行數(shù)據(jù)集成，按照區(qū)塊、單井、項目等業(yè)務模式進行統(tǒng)一管理，為滾動勘探開發(fā)的規(guī)劃設計、跟蹤評價、優(yōu)化調整、統(tǒng)籌安排提供數(shù)據(jù)查詢、共享、調用等數(shù)據(jù)服務（見圖2）。

3.2? ?數(shù)據(jù)集成方法

3.2.1? ?模式集成

模式集成[7]是企業(yè)數(shù)據(jù)集成采取的主要方式之一，通過將各數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)視圖集成為全局視圖，可使企業(yè)用戶更加便捷地訪問各數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)。根據(jù)頁巖氣勘探開發(fā)數(shù)據(jù)源之間的關系，采取中間件集成或者聯(lián)邦數(shù)據(jù)庫模方法建立基于整個頁巖氣勘探開發(fā)過程的數(shù)據(jù)全局視圖，滿足不同用戶數(shù)據(jù)查詢請求。根據(jù)油氣田開發(fā)經驗，基于GIS系統(tǒng)展示發(fā)布的數(shù)據(jù)全局視圖更加有效。

3.2.2 數(shù)據(jù)復制

數(shù)據(jù)復制是為了進一步提高數(shù)據(jù)共享利用的效率，減少對異構數(shù)據(jù)源的訪問量，通過將各數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)復制到與其相關數(shù)據(jù)源的一種數(shù)據(jù)集成方法。例如將各專業(yè)日報數(shù)據(jù)復制到生產運行數(shù)據(jù)庫中，以便進行快速的數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析。最常見的數(shù)據(jù)復制方法就是數(shù)據(jù)倉庫法，通過對分散數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)的抽取、加工、整理、匯總，保障數(shù)據(jù)的一致性且同時滿足生產統(tǒng)計、決策分析等業(yè)務數(shù)據(jù)管理訪問需要。

要保障頁巖氣勘探開發(fā)數(shù)據(jù)集成管理應用的效果，通過將模式集成與數(shù)據(jù)復制兩種方法混合使用，形成綜合集成，可同時滿足不同用戶對數(shù)據(jù)訪問的需求。

3.3? ?頁巖氣數(shù)據(jù)集成平臺設計

按照頁巖氣勘探開發(fā)數(shù)據(jù)集成實際需求構建頁巖氣數(shù)據(jù)集成平臺。

3.3.1? ?平臺總體框架

頁巖氣數(shù)據(jù)集成平臺采用三層架構設計（見圖3）[8]，利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫資源，通過數(shù)據(jù)訪問層查詢調用各數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，再根據(jù)頁巖氣勘探開發(fā)數(shù)據(jù)服務需求在業(yè)務邏輯層對數(shù)據(jù)進行控制和處理，表示層再通過WEB 方式進行數(shù)據(jù)發(fā)布與服務。三層結構也便于數(shù)據(jù)集成平臺的設計與開發(fā)，特別是在業(yè)務數(shù)據(jù)源可能隨著業(yè)務發(fā)展而變化時。

（1）數(shù)據(jù)源：各大企業(yè)基本建成了一系列的結構化、非結構化數(shù)據(jù)采集傳輸存儲系統(tǒng)，只需通過數(shù)據(jù)訪問層對各類數(shù)據(jù)源進行接口調用，數(shù)據(jù)抽取進行數(shù)據(jù)集成，建立分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)[9]。

（2）數(shù)據(jù)訪問層：針對勘探開發(fā)多專業(yè)數(shù)據(jù)源，專門進行與數(shù)據(jù)源交互，同時執(zhí)行針對頁巖氣勘探開發(fā)數(shù)據(jù)服務所需數(shù)據(jù)的查詢、抽取、修改等操作，通過數(shù)據(jù)接口進行數(shù)據(jù)調用和抽取，結合ETL工具[10]提高數(shù)據(jù)訪問調用效率。

（3）業(yè)務邏輯層：對數(shù)據(jù)訪問層查詢抽取到的數(shù)據(jù)進行處理，進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析推送給表示層進行發(fā)布，采用JSP，PHP等編程語言進行實現(xiàn)。

（4）服務/表示層：負責數(shù)據(jù)發(fā)布展示，采用通過Html5+CSS前端架構可為頁巖氣勘探開發(fā)不同崗位人員提供個性化的數(shù)據(jù)發(fā)布與操作界面，滿足不同用戶的需要。

3.3.2? ?功能設計

頁巖氣數(shù)據(jù)集成平臺的功能是為頁巖氣勘探開發(fā)所需三種必要信息服務。

（1）生產監(jiān)控：通過數(shù)據(jù)集成平臺快速查詢調用頁巖氣勘探開發(fā)過程中實時、動態(tài)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對油氣田勘探開發(fā)過程各個階段生產作業(yè)的集中、重點監(jiān)控，以便對生產過程進行優(yōu)化控制和調度，保障生產作業(yè)過程的安全、穩(wěn)定、高效。功能界面分為鉆井施工監(jiān)控，生產動態(tài)監(jiān)控等不同界面。

（2）成果管理：在動態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控的同時，對勘探與開發(fā)過程中勘探評價、開發(fā)方案、研究報告等數(shù)據(jù)進行整理與分析，減少數(shù)據(jù)的重、錯、漏，提高數(shù)據(jù)質量，為頁巖氣滾動勘探開發(fā)提供充實的歷史成果數(shù)據(jù)存儲和查詢服務。

（3）決策支持：在生產監(jiān)控與成果管理的基礎上為管理決策人員提供所需數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行挖掘提取，幫助明確決策目標和進行問題的識別，建立或修改決策模型，從而更好地輔助頁巖氣勘探開發(fā)[11]。

4? ? ? 展? ? 望

通過數(shù)據(jù)集成平臺進行頁巖氣勘探開發(fā)數(shù)據(jù)集成，實現(xiàn)對各數(shù)據(jù)源之間的整合利用，為勘探開發(fā)人員提供更加統(tǒng)一、精確的生產科研數(shù)據(jù)服務。利用數(shù)據(jù)集成平臺業(yè)務人員可快速查詢、調用頁巖氣勘探開發(fā)各專業(yè)數(shù)據(jù)，對整個氣田的勘探評價開發(fā)生產過程進行監(jiān)控與管理，通過進一步的數(shù)據(jù)挖掘分析還可以為頁巖氣勘探開發(fā)提供成果管理、工程分析、進度管理、智能預警等決策支持服務，更好地助力頁巖氣勘探開發(fā)工作。

主要參考文獻

[1]張大偉.加快中國頁巖氣勘探開發(fā)和利用的主要路徑[J].天然氣工業(yè)，2011，31（5）：1-5.

[2]王秀霞，錢波. 基于 SOA 的中國石油檔案管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成研究[J].電腦知識與技術，2011，7（15）：3582-3584.

[3]陳躍國，王京春. 數(shù)據(jù)集成綜述[J].計算機科學，2004，31（5）：48-51.

[4]A Halevy，A Rajaraman，J Ordille. Data Integration： The Teenage Years[C]//International Conference on Very Large Data Bases，2006：9-16.

[5]甘臘梅.某油田勘探開發(fā)數(shù)據(jù)庫建設及應用——某油田開發(fā)動態(tài)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)采集、傳輸、質量控制與應用技術研究[C]//2013數(shù)字與智能油氣田（國際）會議暨展會，2013.

[6]趙洪芳.采油廠數(shù)據(jù)中心ETL系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[D].上海：上海交通大學，2009.

[7]Batni C，Lenzerini M.A Comparative Analysis of Methodologies for Database Schema Integration.[J].ACM Computing Surveys，1986，18（4）：323-364.

[8]王英. 三層軟件架構在Web系統(tǒng)中的應用[J].硅谷，2013（11）：76-77.

[9]尹航，謝汶姝，劉俊濤，等.企業(yè)級大數(shù)據(jù)平臺框架設計方法研究[J].計算機與網絡，2018（11）：65-68.

[10]劉夢蘇. ETL 技術在數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)中的應用初探[J].信息通信，2013（8）：202-203.

[11]陳德春，李靜，顏曉. 基于數(shù)據(jù)挖掘的油氣開采決策支持技術[J].油氣地質與采收率，2009，16（2）：67-69.