工程作業(yè)智能支持系統(tǒng)EISS 平臺技術(shù)架構(gòu)優(yōu)化實踐

錢浩東，王 鵬，張治發(fā)

（中國石油集團川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院，四川 德陽 618300）

1 EISS 系統(tǒng)概述

工程作業(yè)智能支持系統(tǒng)（Engineering Opertion Intelligent Support System，EISS）是中石油集團油田技術(shù)服務(wù)有限公司以“川慶鉆探一體化平臺”為藍本，在優(yōu)化鉆探企業(yè)各系統(tǒng)功能基礎(chǔ)上，經(jīng)過多年技術(shù)攻關(guān)，研發(fā)出具有中油技服特色、自主知識產(chǎn)權(quán)的信息化平臺［1］。EISS 系統(tǒng)是信息技術(shù)與鉆井完井工程技術(shù)的最佳結(jié)合技術(shù)成果，涵蓋的專業(yè)從鉆井逐步拓展到錄井、井下作業(yè)和測井等專業(yè)，擴大了應(yīng)用范圍和功能，功能項有66 項，功能點有936 個，核心功能實現(xiàn)了三維可視化［2］。截至目前，中油技服ZJ50 以上鉆機全面配套井場數(shù)據(jù)采集器，實現(xiàn)對鉆井完井作業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管控。同時，作業(yè)現(xiàn)場廣泛應(yīng)用視頻監(jiān)控和視頻會議，EISS 系統(tǒng)累計覆蓋中油技服18 349口井，3 517 個基層隊（鉆井8 249 口，部署940 個作業(yè)隊；錄井5 595 口，1 376 個作業(yè)隊；井下4 505 口井，1 201 個作業(yè)隊）。

EISS 系統(tǒng)始建于2013 年，使用C#語言和Oracle 數(shù)據(jù)庫和PI 實時數(shù)據(jù)庫開發(fā)了asp.net 架構(gòu)程序，系統(tǒng)架構(gòu)見圖1。該平臺在當(dāng)年具有一定的先進性［3］，但經(jīng)過多年的使用，特別是在2019 年中油技服大規(guī)模推廣使用后，平臺出現(xiàn)了以下問題。

圖1 現(xiàn)有EISS 系統(tǒng)架構(gòu)

①C/S 版系統(tǒng)采集端，軟件部署煩瑣，升級麻煩，數(shù)據(jù)同步穩(wěn)定性較差。②主平臺系統(tǒng)開發(fā)沒有進行前后端分離，代碼復(fù)用率較低，隨著后期更多應(yīng)用開發(fā)部署，會給后端系統(tǒng)造成更大的負(fù)荷。③在多年的版本迭代過程中，只是對軟件功能進行新增和優(yōu)化升級，并未對系統(tǒng)架構(gòu)進行更新升級。④隨著實時數(shù)據(jù)劇增，系統(tǒng)開銷不夠?qū)е抡麄€系統(tǒng)開銷過大，實時數(shù)據(jù)服務(wù)的存儲與發(fā)布采取集中處理方式，隨著用戶、作業(yè)井增加，數(shù)據(jù)變得滯后，數(shù)據(jù)刷新不及時，服務(wù)壓力增加，嚴(yán)重影響生產(chǎn)監(jiān)控，系統(tǒng)存在崩潰的風(fēng)險。⑤現(xiàn)有數(shù)據(jù)管理的格式較少，非關(guān)系數(shù)據(jù)格式利用率低，系統(tǒng)對接數(shù)據(jù)庫的程序開發(fā)量大。⑥系統(tǒng)語言跨平臺兼容性差。隨著計算機編程技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展，為了跟上信息技術(shù)發(fā)展的步伐，對EISS系統(tǒng)從系統(tǒng)架構(gòu)、數(shù)據(jù)管理模式和運行管理模式等方面進行轉(zhuǎn)變升級，實現(xiàn)云化部署，從而提升用戶體驗性能，并有效降低運維成本。

2 系統(tǒng)架構(gòu)的優(yōu)化方案

2.1 優(yōu)選系統(tǒng)架構(gòu)

當(dāng)前，微軟最新一代架構(gòu).NET 5 統(tǒng)一了.NET Framework和.NET Core，可以進行跨平臺應(yīng)用程序開發(fā)，同時新的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（Internet Technology，IT）時代已經(jīng)來臨，容器、Kubernetes、DevOps、微服務(wù)、云原生是技術(shù)發(fā)展的方向，其中容器技術(shù)是基石［4］。軟件系統(tǒng)采用.NET 5 架構(gòu)開發(fā)和Docker 容器部署的模式具有體積更小、占用資源更少、啟動速度更快、容器感知低配運行等先進特性（見圖2）。為此，EISS系統(tǒng)架構(gòu)升級選用微軟最新一代架構(gòu).NET 5，前端開發(fā)采用微服務(wù)、組件化和前后端分離的模式，在井場用Docker 容器進行部署，使系統(tǒng)升級部署和整個系統(tǒng)資源開銷更低；微服務(wù)可以實現(xiàn)復(fù)雜度可控、每一個模塊獨立部署、技術(shù)選型靈活、單個模塊發(fā)生錯誤不影響全局并滿足業(yè)務(wù)的橫向擴展；對一些公共模塊進行組件化開發(fā)，提高開發(fā)效率、復(fù)用效率和運行維護效率。例如，井結(jié)構(gòu)圖繪制可做成一個“微服務(wù)”，在平臺的其他系統(tǒng)中要用到此服務(wù)時可以直接調(diào)用，而不用再重復(fù)寫代碼，這可以很大程度上降低系統(tǒng)各個功能的耦合性，使數(shù)據(jù)相互獨立，從而提高功能內(nèi)部的聚合性。通過前后端分離開發(fā)可以優(yōu)化團隊資源配置，少量后端工程師配合大量前端開發(fā)工程師就可以完成軟件系統(tǒng)的開發(fā)，前端開發(fā)可以不涉及油田相關(guān)專業(yè)知識，通過調(diào)用后端的Web API 接口進行頁面開發(fā)；后端專注于油田相關(guān)專業(yè)知識、相關(guān)專業(yè)算法，優(yōu)化設(shè)計模式和程序架構(gòu)，為前端提供高效的接口；后端采用.NET 5 跨平臺開發(fā)，最終實現(xiàn)系統(tǒng)全面云化及跨平臺部署［3］。

圖2 新一代EISS 系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 改變數(shù)據(jù)管理模式

目前，EISS 系統(tǒng)管理了大量多元化的專業(yè)數(shù)據(jù)信息，較多非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)雖然入了庫，但不能有效利用，造成鉆井、錄井、測井、井下作業(yè)以及設(shè)備信息等很多非結(jié)構(gòu)化信息不能在管理平臺上得到深化應(yīng)用。對此，可以建設(shè)集鉆井、錄井、測井、井下作業(yè)、設(shè)備信息和生產(chǎn)流程于一體的EISS 數(shù)據(jù)湖，以原始格式存儲結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和二進制數(shù)據(jù)，滿足數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)搜索、數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)質(zhì)量和安全管控的核心需求。按照中石油勘探開發(fā)夢想云發(fā)布的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)將EISS 數(shù)據(jù)湖中的數(shù)據(jù)快速推送到總部夢想云平臺［5］。

2.3 建立數(shù)據(jù)中臺，改變傳統(tǒng)的運行模式

可通過建立數(shù)據(jù)中臺，改變傳統(tǒng)的前后臺信息處理模式，進一步提高開發(fā)效率。前端應(yīng)用通過井筒數(shù)據(jù)中臺獲取專業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)，數(shù)據(jù)中臺根據(jù)各專業(yè)的需求，對海量、多源的數(shù)據(jù)進行采集、計算、存儲、加工，建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和口徑，把數(shù)據(jù)統(tǒng)一之后，以標(biāo)準(zhǔn)形式存儲，形成大數(shù)據(jù)資產(chǎn)層。同時需要加強數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中臺的建設(shè)，可以將使用頻次較高的業(yè)務(wù)組件化，部署在中臺，前臺需求發(fā)出后，可以調(diào)用業(yè)務(wù)中臺各個公共的組件進行快速構(gòu)建。例如，建立區(qū)域性井漏數(shù)據(jù)中臺，可以對已入庫的鉆井和地質(zhì)信息進行抽取，并用人工智能（Artificial Intelligence，AI）技術(shù)找出井漏發(fā)生時的相關(guān)井筒數(shù)據(jù)的特征，建立區(qū)域井漏的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范信息層，方便數(shù)據(jù)預(yù)警時及時調(diào)用；建立井漏業(yè)務(wù)分析中臺，前臺請求發(fā)出后不再經(jīng)過后臺和前臺，在中臺就可完成相應(yīng)的業(yè)務(wù)處理，這樣系統(tǒng)的響應(yīng)速度將大幅提高。前臺應(yīng)用系統(tǒng)只需要投入少量人力成本，就可以快速完成新系統(tǒng)的研發(fā)和上線。同時還可以探索建立技術(shù)中臺，以進一步提高平臺的管理效率；后期隨著系統(tǒng)工作平臺陸續(xù)上線，繼續(xù)構(gòu)建技術(shù)中臺，進一步優(yōu)化調(diào)配平臺上的資源。

3 應(yīng)用效果

新一代的EISS 數(shù)據(jù)采集和工程作業(yè)智能支持系統(tǒng)使用.NET 5 架構(gòu)，采取微服務(wù)、組件化和前后端分離的模式，用搭積木的方式開發(fā)系統(tǒng)、云化部署系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)中臺服務(wù)訪問數(shù)據(jù)湖，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)、手工數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)的存儲。目前，新的系統(tǒng)測試平臺已建立，平臺響應(yīng)速度大幅提高，系統(tǒng)響應(yīng)速度提高了100%，系統(tǒng)崩盤的風(fēng)險基本解除。將來新平臺完全上線后將助力實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時監(jiān)測作業(yè)過程，及時發(fā)現(xiàn)工程異常的響應(yīng)速度，通過專家會診優(yōu)化技術(shù)方案，實現(xiàn)鉆完井作業(yè)前后方協(xié)同、安全管控、人員管控和輔助決策，提高生產(chǎn)組織和作業(yè)效率，為中油技服的數(shù)據(jù)化轉(zhuǎn)型、智能化發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。