基于云平臺的油氣勘探規(guī)劃與部署系統(tǒng)設(shè)計(jì)

梁 衛(wèi)

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司 科技信息部，廣東 深圳 518067）

0 引 言

目前石油天然氣勘探規(guī)劃與部署研究中存在一些問題，例如，缺乏完善的數(shù)據(jù)平臺，歷史數(shù)據(jù)分析難以深入；數(shù)據(jù)來源缺乏統(tǒng)一性，絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)由個(gè)人保管，不同類型數(shù)據(jù)保存在不同部門，無法保證數(shù)據(jù)的正確性；勘探規(guī)劃的關(guān)鍵數(shù)據(jù)即儲(chǔ)量數(shù)據(jù)歸口比較復(fù)雜，年報(bào)儲(chǔ)量數(shù)據(jù)與實(shí)際儲(chǔ)量數(shù)據(jù)之間存在差異；勘探規(guī)劃涉及投資、儲(chǔ)量、工作量、成本、效益等多種指標(biāo)，專業(yè)上涉及鉆井、物探、測井等，管理上涉及盆地、區(qū)帶、目標(biāo)、項(xiàng)目等。勘探規(guī)劃指標(biāo)預(yù)測存在的問題：儲(chǔ)量增長趨勢預(yù)測是關(guān)鍵，實(shí)際研究過程中建立的十幾種模型尚未形成成熟模型，需要深入研究確定。資源量指標(biāo)是勘探規(guī)劃編制的基礎(chǔ)，尚需深入研究細(xì)化資源量預(yù)測、劈分的方法和模型。開發(fā)的投資優(yōu)化組合軟件因可操作性不強(qiáng)，使用頻率較低。目前勘探規(guī)劃與部署工作主要以Excel 為主。A2 數(shù)據(jù)庫目前主要管理規(guī)劃計(jì)劃的成果文檔，后面可以將規(guī)劃形成的成果回存到A2 中。十大庫中與規(guī)劃相關(guān)的數(shù)據(jù)是動(dòng)態(tài)庫中的地震、鉆井?dāng)?shù)據(jù)，按日、月進(jìn)行管理。如果要統(tǒng)計(jì)計(jì)算，滿足規(guī)劃基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的需要，還要核對數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與完整性。

通過開發(fā)勘探規(guī)劃與部署系統(tǒng)，研發(fā)完成相應(yīng)的成果輔助編制工具，提高勘探規(guī)劃、計(jì)劃方案編制效率；利用信息化手段將規(guī)劃編制與計(jì)劃編制等工作結(jié)合、保證前后一致性；實(shí)現(xiàn)規(guī)劃編制流程、報(bào)告、圖表等規(guī)范化管理；實(shí)現(xiàn)規(guī)劃數(shù)據(jù)及成果的完整性、系統(tǒng)性、繼承性管理；實(shí)現(xiàn)勘探規(guī)劃與計(jì)劃方案編制工作與其他勘探業(yè)務(wù)口在工作流、數(shù)據(jù)流、業(yè)務(wù)流等方面的互聯(lián)互通，同時(shí)從工具支撐層面提升規(guī)劃與部署研究工作的智能化程度。

1 總體架構(gòu)

1.1 設(shè)計(jì)思路

本系統(tǒng)基于智慧油田建設(shè)成果，集成現(xiàn)有平臺，利用現(xiàn)有成熟的、先進(jìn)的容器化、虛擬化、微服務(wù)、大數(shù)據(jù)、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大中臺、小前臺，使前端可任意擴(kuò)展、便利高效建立微應(yīng)用、微程序。遵循“總體規(guī)劃、整合資源、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、安全可靠”的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行。

總體思路見圖1，系統(tǒng)包括Iaas 層、IPaas 層、Daas層、APaas 層和Saas 層。Iaas 層是基礎(chǔ)設(shè)施層，包括計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、網(wǎng)絡(luò)資源和安全防護(hù)，該層由各基礎(chǔ)設(shè)計(jì)平臺廠商提供對應(yīng)的解決方案；IPaas 層包括數(shù)據(jù)倉庫、A2+數(shù)據(jù)庫及通用服務(wù)和微服務(wù)框架幾個(gè)部分。平臺的數(shù)據(jù)來源以中海石油的A2 數(shù)據(jù)庫、十大庫、中法庫、FileNet 數(shù)據(jù)庫等為主，利用業(yè)務(wù)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)描述，形成數(shù)據(jù)倉庫。

圖1 設(shè)計(jì)思路

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

圖2 是勘探規(guī)劃與部署系統(tǒng)框圖，其中“安全服務(wù)”和“業(yè)務(wù)中臺”中的業(yè)務(wù)流程、項(xiàng)目工作、協(xié)同工作、信息推送等功能是與其他系統(tǒng)共用的。業(yè)務(wù)功能主要通過對資源基礎(chǔ)、工作量投資情況從橫向縱向上進(jìn)行分析，為后面中長期（滾動(dòng)）規(guī)劃、年度計(jì)劃提供參考依據(jù)。通過數(shù)據(jù)集成實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通、通過成果管理，實(shí)現(xiàn)勘探規(guī)劃計(jì)劃資源的統(tǒng)一管理。

圖2 勘探規(guī)劃與部署系統(tǒng)框圖

2 主要模塊設(shè)計(jì)

勘探規(guī)劃與部署系統(tǒng)主要包括微服務(wù)框架、中臺服務(wù)、系統(tǒng)通用服務(wù)、平臺管理等?？碧介_發(fā)服務(wù)平臺提供系統(tǒng)接入服務(wù)，可以將外部系統(tǒng)的用戶、權(quán)限、業(yè)務(wù)模型、工具軟件對接或集成到勘探開發(fā)服務(wù)平臺中?？碧介_發(fā)服務(wù)平臺采用微服務(wù)框架開發(fā)（Spring Cloud），中臺服務(wù)以微服務(wù)的形式進(jìn)行注冊部署、對外訪問。

2.1 數(shù)據(jù)中臺設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)中臺的主要作用是將一切數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)化。數(shù)據(jù)中臺包含以下內(nèi)容，數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、后臺服務(wù)、對外服務(wù)。其中，數(shù)據(jù)接入可以對以A2 數(shù)據(jù)庫為主的歷史成果數(shù)據(jù)、中法庫為主的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行接入。數(shù)據(jù)接入后，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和數(shù)據(jù)建模，貼上元數(shù)據(jù)標(biāo)簽，形成數(shù)據(jù)倉庫。在此過程中，需要后臺服務(wù)提供的業(yè)務(wù)模型、標(biāo)簽識別服務(wù)、數(shù)據(jù)萃取、知識生成等后臺服務(wù)。數(shù)據(jù)倉庫以MongoDB 數(shù)據(jù)庫、MySql進(jìn)行存儲(chǔ)，對于需要進(jìn)行搜索的數(shù)據(jù)，同步到ES。數(shù)據(jù)中臺建設(shè)完成后，可以提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)、語義服務(wù)、搜索服務(wù)、大數(shù)據(jù)服務(wù)、對象服務(wù)、KID 關(guān)系、知識關(guān)聯(lián)等服務(wù)。

2.2 業(yè)務(wù)中臺設(shè)計(jì)

業(yè)務(wù)中臺包括四大板塊：業(yè)務(wù)功能管理、事務(wù)定義功能、業(yè)務(wù)系統(tǒng)框架輔助生成和個(gè)人工作平臺生成。業(yè)務(wù)功能管理主要包括業(yè)務(wù)功能管理、業(yè)務(wù)組件和技術(shù)組件的管理。業(yè)務(wù)人員都是通過具體的業(yè)務(wù)功能完成某項(xiàng)任務(wù)，產(chǎn)生具體的成果。不同的業(yè)務(wù)包含眾多的業(yè)務(wù)功能點(diǎn)，并且這些業(yè)務(wù)功能點(diǎn)差異很大，但是從業(yè)務(wù)抽象的角度，任何一個(gè)業(yè)務(wù)功能點(diǎn)都是由IPOM四個(gè)部分組成，也就是在一個(gè)業(yè)務(wù)點(diǎn)上包括設(shè)計(jì)輸入、業(yè)務(wù)處理、數(shù)據(jù)輸出、業(yè)務(wù)管理等四個(gè)部分。業(yè)務(wù)組件和技術(shù)組件管理主要是對信息系統(tǒng)建設(shè)中經(jīng)常用到的組件包括圖形類、報(bào)表類、報(bào)告類、專業(yè)圖形類等組件進(jìn)行注冊和配置。

2.3 微服務(wù)管理平臺設(shè)計(jì)

主要是提供對所有服務(wù)的管理功能，基于微服務(wù)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，提供整套服務(wù)治理解決方案。采用Spring Boot 開發(fā)功能，Spring Cloud Ribbon 實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，使用alibaba 開源工具Nacos 作為配置中心，Spring Cloud Gateway 做API 網(wǎng)關(guān)、Eureka 做服務(wù)注冊發(fā)現(xiàn)、Histrix 熔斷限流、Spring Cloud Admin實(shí)現(xiàn)服務(wù)監(jiān)控，Rabbitmq處理消息、Redis處理緩存、前端采用Nginx 實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡和緩存，LCN 處理分布式事務(wù)，使用jenkins+Openshift 實(shí)現(xiàn)Docker 程序打包發(fā)布部署。

2.4 數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

A2 數(shù)據(jù)庫為業(yè)務(wù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中臺等提供模型的標(biāo)準(zhǔn)、A2 數(shù)據(jù)采集服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)。對于項(xiàng)目而言，如果要用A2 的數(shù)據(jù)，就直接調(diào)用A2 提供的數(shù)據(jù)服務(wù)，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)和數(shù)據(jù)庫，都需要在項(xiàng)目上開發(fā)和建設(shè)。同時(shí)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)也可以通過A2 的數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)到A2 數(shù)據(jù)庫中。圖3 是數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì)。

圖3 數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

3 主要功能

勘探規(guī)劃與部署管理系統(tǒng)的主要功能包括展示綜合信息的項(xiàng)目首頁、單個(gè)項(xiàng)目詳細(xì)內(nèi)容及進(jìn)展的項(xiàng)目詳情功能；業(yè)務(wù)功能主要通過對資源基礎(chǔ)、工作量投資情況從橫向縱向上進(jìn)行分析，為后面中長期規(guī)劃、年度計(jì)劃提供參考依據(jù)；通過數(shù)據(jù)集成實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通、通過成果管理，實(shí)現(xiàn)勘探規(guī)劃計(jì)劃資源的統(tǒng)一管理。系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)是通過數(shù)據(jù)中臺的數(shù)據(jù)服務(wù)獲得功能所需要的數(shù)據(jù)，通過業(yè)務(wù)中臺的圖形、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)組件展示圖表內(nèi)容。

3.1 項(xiàng)目概覽

項(xiàng)目概覽實(shí)際上是項(xiàng)目首頁，主要展示方案數(shù)量統(tǒng)計(jì)、方案進(jìn)展信息、方案編制動(dòng)態(tài)信息及勘探狀態(tài)統(tǒng)計(jì)。包括項(xiàng)目的研究時(shí)間、類型、所屬部門、項(xiàng)目描述，項(xiàng)目的分配、提交、審核過程，勘探現(xiàn)狀、項(xiàng)目投資、資源量情況、預(yù)測探明儲(chǔ)量等。具體如圖4 所示。

圖4 項(xiàng)目概覽

3.2 項(xiàng)目詳情

主要展示單個(gè)方案編制工作信息，包括項(xiàng)目概況、任務(wù)分配、個(gè)人工作、項(xiàng)目文檔、項(xiàng)目動(dòng)態(tài)及工作看板功能。如圖5 所示，在工作看板里顯示項(xiàng)目各個(gè)任務(wù)的時(shí)間安排及完成情況相關(guān)信息。

圖5 工作看板界面

3.3 中長期（滾動(dòng)）計(jì)劃

主要進(jìn)行中長期規(guī)劃和滾動(dòng)規(guī)劃相關(guān)工作，包括基礎(chǔ)研究、方案編制和資源管理三大類功能，具體包括：勘探現(xiàn)狀分析、資源潛力分析、執(zhí)行情況分析、規(guī)劃方案分析、參數(shù)設(shè)置、指標(biāo)預(yù)測、報(bào)告編制和資源管理功能。例如，“指標(biāo)預(yù)測”功能主要通過歷史數(shù)據(jù)，研究使用龔帕茲、HCZ、瑞利、翁式回旋等方法實(shí)現(xiàn)指標(biāo)數(shù)據(jù)預(yù)測及規(guī)劃參數(shù)（二維地震作業(yè)費(fèi)率、三維地震作業(yè)費(fèi)率、探井作業(yè)費(fèi)率、探井成效、技術(shù)采收率及儲(chǔ)量動(dòng)用率）和規(guī)劃數(shù)據(jù)（工作量、儲(chǔ)量、投資等）錄入功能（見圖6）。

圖6 指標(biāo)預(yù)測界面

3.4 年度勘探計(jì)劃

主要涉及年度計(jì)劃相關(guān)工作，包括數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計(jì)分析和計(jì)劃編制三大類功能，具體包括：目標(biāo)進(jìn)度跟蹤、年度計(jì)劃及跟蹤、探井進(jìn)度數(shù)據(jù)上報(bào)、地震進(jìn)度數(shù)據(jù)上報(bào)、勘探費(fèi)用上報(bào)、其他數(shù)據(jù)、勘探形勢圖GIS 分析、勘探任務(wù)執(zhí)行情況、勘探作業(yè)費(fèi)用執(zhí)行情況、勘探作業(yè)成本、地震采集作業(yè)時(shí)效、完鉆探井作業(yè)時(shí)效分析、測井作業(yè)時(shí)效分析和報(bào)告編制功能。地震采集作業(yè)時(shí)效按時(shí)間范圍統(tǒng)計(jì)，包括作業(yè)時(shí)效分析、生產(chǎn)時(shí)效分析、等待時(shí)效分析及故障時(shí)效分析等（見圖7）。

圖7 地震采集作業(yè)時(shí)效界面

4 關(guān)鍵技術(shù)選型

第一，開發(fā)環(huán)境選擇JDK1.8，有助于提升開發(fā)效率，用更少的代碼完成更多的工作，可以使用函數(shù)式思維編程。

第二，安全框架選擇Spring Security，其基于Spring 開發(fā)，項(xiàng)目若使用Spring 作為基礎(chǔ)，配合Spring Security 做權(quán)限更加方便，而Shiro 需要和Spring 進(jìn)行整合開發(fā)；Spring Security 功能比Shiro 更加豐富些，例如，安全維護(hù)方面；Spring Security 社區(qū)資源相對比Shiro 更豐富；Spring Security 對Oauth、OpenID也有支持，Shiro 則需要自己手動(dòng)實(shí)現(xiàn)，而且Spring Security 的權(quán)限細(xì)粒度更高。

第三，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)選用MongoDB，MongoDB 支持HDFS 所沒有的索引的概念，所以在讀取上更加快，MongoDB 支持的增刪改功能比HDFS 更加易于修改寫入后的數(shù)據(jù)，HDFS 的響應(yīng)級別為分鐘，而MongoDB通常是毫秒級別，如果現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫已經(jīng)是MongoDB的話，那就不用再轉(zhuǎn)存一份到HDFS 上了，可以利用MongoDB 強(qiáng)大的Aggregate 做數(shù)據(jù)的篩選或預(yù)處理。

5 安全與保密

5.1 網(wǎng)絡(luò)安全

采用網(wǎng)絡(luò)安全審計(jì)系統(tǒng)，對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行狀況、網(wǎng)絡(luò)流量、用戶行為等進(jìn)行日志記錄；網(wǎng)絡(luò)邊界處采用入侵檢測和防火墻產(chǎn)品監(jiān)視攻擊行為，包括端口掃描、強(qiáng)力攻擊、木馬后門攻擊、拒絕服務(wù)攻擊、緩沖區(qū)溢出攻擊、IP 碎片攻擊和網(wǎng)絡(luò)蠕蟲攻擊等。

入侵檢測系統(tǒng)集入侵檢測、網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視功能于一身，能實(shí)時(shí)捕獲內(nèi)外網(wǎng)之間傳輸?shù)乃袛?shù)據(jù)，利用內(nèi)置的攻擊特征庫，使用模式匹配和智能分析的方法，檢測網(wǎng)絡(luò)上發(fā)生的入侵行為和異?，F(xiàn)象，并在數(shù)據(jù)庫中記錄有關(guān)事件，作為網(wǎng)絡(luò)管理員事后分析的依據(jù)；如果情況嚴(yán)重，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出實(shí)時(shí)報(bào)警。

5.2 保密措施

采用數(shù)據(jù)傳輸加密技術(shù)，對傳輸中的數(shù)據(jù)流加密，以防止通信線路上的竊聽、泄漏、篡改和破壞。數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾酝ㄟ^數(shù)字簽名的方式來實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)的發(fā)送方在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)利用單向的不可逆加密算法Hash 函數(shù)計(jì)算出所傳輸數(shù)據(jù)的消息文摘并作為數(shù)字簽名隨數(shù)據(jù)一同發(fā)送。接收方收到數(shù)據(jù)及數(shù)字簽名，接收方使用相同的算法計(jì)算出接收到的數(shù)據(jù)的數(shù)字簽名，并把該數(shù)字簽名和接收到的數(shù)字簽名進(jìn)行比較，若二者相同，則說明數(shù)據(jù)在傳輸過程中未被修改，數(shù)據(jù)完整性得到了保證。核心數(shù)據(jù)加密保證數(shù)據(jù)即使被竊取之后，也無法了解數(shù)據(jù)的內(nèi)容。加密技術(shù)對數(shù)據(jù)的保密和安全要求極為嚴(yán)格，因此除了在數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸過程的保密和安全采取有效措施外，還要對數(shù)據(jù)庫中的靜態(tài)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)配置信息等核心數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，在顯示時(shí)通過用戶程序進(jìn)行解密。這樣，防止有人直接讀取數(shù)據(jù)庫表數(shù)據(jù)，獲知核心數(shù)據(jù)的內(nèi)容，甚至可以防止站點(diǎn)管理員、數(shù)據(jù)庫管理員對數(shù)據(jù)的窺視。

6 結(jié) 語

勘探規(guī)劃與部署系統(tǒng)是智慧油氣田、智能勘探建設(shè)的成功實(shí)踐，該系統(tǒng)采用了云平臺、大數(shù)據(jù)、信息化等先進(jìn)手段。研發(fā)完成的成果輔助編制工具，極大地提高了勘探規(guī)劃、計(jì)劃方案編制效率，從而提高勘探效益；將規(guī)劃編制與計(jì)劃編制等工作相結(jié)合，并保證工作完整性、前后一致性；實(shí)現(xiàn)規(guī)劃編制流程、報(bào)告、圖表的規(guī)范化；實(shí)現(xiàn)勘探規(guī)劃與計(jì)劃方案編制工作與其他勘探業(yè)務(wù)口，包括工作流、數(shù)據(jù)流、業(yè)務(wù)流等方面的互聯(lián)互通，同時(shí)從工具支撐方面提升規(guī)劃計(jì)劃研究工作的智能化程度，更好地支持相關(guān)工作的開展。