基于數(shù)據(jù)中心的數(shù)字化鉆井施工模式的構(gòu)建

王 雷

（中國石油集團川慶鉆探工程有限公司，成都 610051）

0 引言

現(xiàn)如今，我國正處于信息化時代，大數(shù)據(jù)與科技的發(fā)展日新月異。為了提升自身市場競爭力，各行業(yè)企業(yè)正在不斷提升自身技術(shù)與管理水平。大數(shù)據(jù)與科技的融合是各企業(yè)實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的關(guān)鍵。鉆井施工技術(shù)是我國重要的工業(yè)技術(shù)，數(shù)字化鉆井施工模式的轉(zhuǎn)變十分關(guān)鍵。為此，相關(guān)研究人員將數(shù)字化融合到鉆井施工模式的構(gòu)建中，作為提高鉆井施工效率的關(guān)鍵技術(shù)。

目前，我國鉆井施工模式以人工為主，工作人員通過鉆井設備監(jiān)控鉆井施工過程，并提出相關(guān)決策。此種方式的鉆井效果差，石油開采量低，市場競爭力弱。隨著社會向信息化、智能化方向轉(zhuǎn)型，鉆井設備已經(jīng)難以滿足如今的石油開采需求，導致市場需求與供給之間出現(xiàn)矛盾。

數(shù)據(jù)中心是利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對大量的數(shù)據(jù)進行挖掘，并集成一個較大的數(shù)據(jù)存儲環(huán)境，在數(shù)據(jù)使用過程中，能夠最大限度縮短尋找時間，提高工作效率。應用數(shù)據(jù)中心可以同時管理多個目標對象，大數(shù)據(jù)技術(shù)以數(shù)據(jù)中心為原點，處理和分析各個階段的施工數(shù)據(jù)，從而保證各個施工點數(shù)據(jù)的真實性。

基于此，本文借助數(shù)據(jù)中心構(gòu)建數(shù)字化鉆井施工模式，旨在消除石油供給與使用之間的矛盾，進一步提高石油開采效率，為石油鉆井業(yè)的發(fā)展提供一定幫助。該鉆井施工模式以數(shù)字化鉆井信息平臺為主體，人工輔助施工，通過構(gòu)建鉆井系統(tǒng)，結(jié)合數(shù)據(jù)中心，采用輔助系統(tǒng)，并且闡述各個組成的具體應用，實現(xiàn)數(shù)字化鉆井施工模式的構(gòu)建。

1 數(shù)字化鉆井信息平臺的框架及應用

近年來，各個企業(yè)逐漸應用數(shù)字化鉆井施工模式。該模式中采用了數(shù)字化技術(shù)，設計了信息平臺，通過鉆井信息平臺顯示和分析施工數(shù)據(jù)，為安全鉆井施工等提供保障。一般情況下，鉆井信息平臺需要詳細地采集井內(nèi)施工指重、鉆壓、鉆深等參數(shù)，并對相關(guān)參數(shù)設置上下限，保證數(shù)據(jù)的真實有效性。但傳統(tǒng)的鉆井平臺數(shù)據(jù)化與信息化技術(shù)效果較差，難以滿足實際需要，在實際施工過程中極易出現(xiàn)較大的施工誤差，從而影響施工安全。

因此，本文在設計數(shù)字化鉆井信息平臺的過程中，以鉆井數(shù)據(jù)為主，通過鉆井設備采集井內(nèi)施工的相關(guān)數(shù)據(jù)，并將采集的井作業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)實時上傳，將詳細的相關(guān)參數(shù)在數(shù)字化鉆井信息平臺中顯示，通過動態(tài)曲線選取出最佳設備配置位置，為鉆井作業(yè)提供安全施工環(huán)境。該鉆井信息平臺由數(shù)字化鉆井系統(tǒng)、鉆井數(shù)據(jù)中心和數(shù)字化鉆井輔助決策平臺系統(tǒng)組成。

在鉆井施工過程中，平臺提供實時通信網(wǎng)絡，通過通信模塊分析和處理鉆井施工數(shù)據(jù)，保證井下作業(yè)施工過程的穩(wěn)定性與安全性。數(shù)字化鉆井信息平臺的框架具體如圖1 所示。

圖1 數(shù)字化鉆井信息平臺框架

在鉆井施工過程中，采集到的井下施工數(shù)據(jù)分為兩個部分。第一部分：通過數(shù)字化鉆井信息平臺輔助鉆井施工模式的決策，并利用遠程通信網(wǎng)絡，將平臺與施工現(xiàn)場相連，二者協(xié)作，實時處理施工數(shù)據(jù)。第二部分：將決策后的施工數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)對比，降低實際施工中出現(xiàn)誤差的概率，對比數(shù)據(jù)后導出數(shù)據(jù)，完成數(shù)字化鉆井信息平臺的工作。其中，遠程通信網(wǎng)絡和鉆井施工信息屬于數(shù)字化鉆井系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)導出屬于鉆井數(shù)據(jù)中心，輔助決策平臺屬于數(shù)字化鉆井輔助決策平臺系統(tǒng)。

在鉆井作業(yè)前、后均需要利用信息平臺進行輔助決策，通過信息化技術(shù)與大數(shù)據(jù)技術(shù)，利用數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)，不斷完善鉆井過程。在該信息平臺的設計中，以數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)為核心，施工人員可以根據(jù)施工環(huán)境對不同的鉆井信息進行選擇，隨機選取鉆井信息，并通過信息平臺的輔助決策作用確定鉆井施工的信息，通過不同的施工環(huán)境選取合適的施工參數(shù)，實現(xiàn)鉆井施工的順利完成，從而實現(xiàn)數(shù)字化鉆井信息平臺的高效應用。

2 數(shù)字化鉆井系統(tǒng)設計及應用

本文在構(gòu)建數(shù)字化鉆井施工模式的過程中，以數(shù)字化鉆井信息平臺的框架為核心，以數(shù)字化鉆井系統(tǒng)中硬軟件的設計為基礎，共同提升鉆井施工效果。數(shù)字化鉆井系統(tǒng)是通過施工裝備與井下相連接，利用上述鉆井信息平臺有效采集井下數(shù)據(jù)；通過系統(tǒng)中的通信網(wǎng)絡連接數(shù)據(jù)采集儀器、數(shù)據(jù)處理儀器、現(xiàn)場監(jiān)控儀器等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、錄入、傳輸和監(jiān)測等工作。該系統(tǒng)能夠為鉆井信息平臺提供數(shù)據(jù)支持，并為數(shù)字化鉆井施工提供參考依據(jù)。

鉆井系統(tǒng)硬件設施的設計以數(shù)據(jù)采集儀為主，其主要作用為井下數(shù)據(jù)采集。首先，在信息平臺內(nèi)將其他數(shù)據(jù)初始化，并在系統(tǒng)中選擇新的空間，用來存儲鉆井作業(yè)中的實時數(shù)據(jù)；其次，在信息平臺界面上將不同的功能上傳至數(shù)據(jù)采集儀，接收施工人員的相關(guān)指令數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)采集儀實時采集的效果；再次，將采集到的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)一次處理，將其轉(zhuǎn)換成共享數(shù)據(jù)，根據(jù)當前數(shù)據(jù)采集的參數(shù)，判斷此時井內(nèi)是否適合作業(yè)，并將結(jié)果上傳至信息平臺中，判斷此時數(shù)據(jù)采集儀的運行狀態(tài)；最后，通過通信網(wǎng)絡，將數(shù)據(jù)進行用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（User Datagram Protocol，UDP）拆分，并標記出原始數(shù)據(jù)與一次處理后的數(shù)據(jù)，將其上傳至存儲空間，便于后續(xù)的查找與應用。

通過數(shù)據(jù)處理軟件的應用，最大限度減小數(shù)據(jù)采集誤差，并實時回傳數(shù)據(jù)。鑒于數(shù)據(jù)的格式與信息平臺之間的聯(lián)系較弱，在軟件的設計中，通過數(shù)據(jù)傳輸模塊的設計，加密處理采集的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換相關(guān)格式，將轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)傳輸至平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的精準采集、處理與傳輸。

3 鉆井數(shù)據(jù)中心的建設及應用

在數(shù)字化鉆井施工中，通過數(shù)字化鉆井系統(tǒng)采集大量鉆井數(shù)據(jù)后，需要進行處理、匯總和分析數(shù)據(jù)等操作，因此需要建立一個數(shù)據(jù)庫，即鉆井數(shù)據(jù)中心。在保證井下作業(yè)鉆井數(shù)據(jù)采集、處理與傳輸?shù)幕A上，本文將進一步分析鉆井數(shù)據(jù)中心的建設與應用效果。鉆井數(shù)據(jù)中心包括鉆井施工的綜合數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)傳輸，以及平臺鉆井數(shù)據(jù)加載效果、數(shù)據(jù)處理軟件等部分內(nèi)容。

鉆井施工綜合數(shù)據(jù)庫是在數(shù)據(jù)中心的基礎上，以鉆井施工為主要研究對象的新型數(shù)據(jù)庫。其中存在較多的鉆井數(shù)據(jù)參數(shù)，不同的場地面臨的實際井內(nèi)采集參數(shù)均不相同。在此數(shù)據(jù)庫的建設中，數(shù)據(jù)更加全面，對鉆井前、中、后期的數(shù)據(jù)進行整合，在全生命周期的基礎上，將多次、完整的施工數(shù)據(jù)整理歸納入數(shù)據(jù)庫中，方便施工人員把控鉆井模式，提高鉆井效率與石油開采效率。

在數(shù)據(jù)傳輸和加載效果方面，相關(guān)人員在施工前對施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行采集，并將施工現(xiàn)場的數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)中心，經(jīng)過企業(yè)內(nèi)部人員分析鑒定，計算現(xiàn)場可施工率，在數(shù)據(jù)中心對比數(shù)據(jù)，從而保證鉆井數(shù)據(jù)的有效性。在此過程中，可以通過數(shù)據(jù)中心對數(shù)據(jù)進行對比、轉(zhuǎn)換、存儲以及傳輸，并利用鉆井系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)對比、轉(zhuǎn)換、存儲以及傳輸?shù)软椖窟M行自動化處理，保證數(shù)字化鉆井施工的高效性。與此同時，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的過程中，需要將數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)導出，綜合對比本次施工的各項數(shù)據(jù)，從而確定最佳的施工模式與施工方案，保證鉆井施工順利安全進行。

在數(shù)據(jù)處理軟件方面，鉆井數(shù)據(jù)中心是在數(shù)據(jù)中心的基礎上建立，其數(shù)據(jù)對比效果較好，可以保證穩(wěn)定的數(shù)據(jù)對比效果，提升數(shù)據(jù)采集的真實水平。在數(shù)字化鉆井施工模式的構(gòu)建中，數(shù)據(jù)處理軟件可以發(fā)揮出較強的作用。由于數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)均為真實有效的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)對比，可以確定最佳的施工模式與施工方案。在此過程中，數(shù)據(jù)處理軟件是重中之重，通過數(shù)據(jù)中心對鉆井相關(guān)數(shù)據(jù)的處理，可以保證數(shù)據(jù)遠程傳輸參數(shù)的真實性，并根據(jù)此時的數(shù)據(jù)進行工況判斷，為實際施工提供穩(wěn)定的施工條件。

4 數(shù)字化鉆井輔助決策平臺系統(tǒng)及應用

數(shù)字化鉆井輔助決策平臺系統(tǒng)在數(shù)字化鉆井施工模式中能夠保證數(shù)字化平臺具有查詢、使用、刪改、分析、統(tǒng)計等作用，并生成相關(guān)圖像與數(shù)據(jù)包，使數(shù)字化鉆井施工的界面具有二維、三維等顯示效果，共同輔助鉆井施工，進一步提高鉆井施工模式的數(shù)字化程度。數(shù)字化鉆井輔助決策平臺系統(tǒng)包括鉆井施工現(xiàn)場設計系統(tǒng)、現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)、安全監(jiān)測系統(tǒng)、數(shù)字化模擬系統(tǒng)以及判斷工程可行性系統(tǒng)等。其中，鉆井施工現(xiàn)場設計系統(tǒng)通過繪制現(xiàn)場施工場景，形成一個施工二維圖像，在其中添加或刪改相關(guān)鉆井信息，輔助施工人員對現(xiàn)場進行施工指導，保證施工現(xiàn)場的實際施工效果。

現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)通過鉆井系統(tǒng)硬軟件，采用井下數(shù)據(jù)繪制相關(guān)的曲線圖，并利用遠程交流的方式多角度分析仿真數(shù)據(jù)，判定此時鉆井的可行性。

安全監(jiān)測系統(tǒng)是對鉆井現(xiàn)場進行三維描述的系統(tǒng)，通過施工現(xiàn)場的平面繪圖，將現(xiàn)場進行三維模型展示，保證此三維動畫為1 ∶1 還原的動態(tài)模型。在此模型中，分別對井內(nèi)軌道采取分支、側(cè)式、定向、直向等方式進行井內(nèi)鉆井軌道規(guī)劃，從而保證施工安全。

數(shù)字化模擬系統(tǒng)是在安全監(jiān)測系統(tǒng)的前提下設計的，通過模擬出現(xiàn)場施工模型，將井內(nèi)施工軌跡規(guī)劃出來，并通過信息化技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)將鉆井工程的理論與實際相結(jié)合，建立出最佳的數(shù)字化鉆井施工模式。

判斷工程可行性系統(tǒng)是以鉆井工程專家為核心的系統(tǒng)，通過專家對鉆井情況的分析，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)中心的對比程度，評定鉆井可能出現(xiàn)的風險，并對復雜風險進行相關(guān)管制，從多個角度判定此時施工效果是否為最佳。經(jīng)過多種角度的計算，再利用現(xiàn)場的三維模型，對可能出現(xiàn)的風險進行推演，從而最大限度避免可能出現(xiàn)的風險。針對此系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理模塊至關(guān)重要，需要將數(shù)據(jù)共享，在進程間通信（Inter-Process Communication，IPC）中確定數(shù)據(jù)相關(guān)范圍，在此范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)處理效果最佳。因此，在系統(tǒng)設計過程中需要劃定范圍，從而完成系統(tǒng)對鉆井細節(jié)方面的推演，使數(shù)字化鉆井施工模式可以更加靈活，保證鉆井施工模式高效，為石油鉆井開采提供條件。

5 結(jié)語

近年來，鉆井施工模式日新月異，為石油井下現(xiàn)場施工提供了有力的技術(shù)支撐。鉆井施工技術(shù)是在密閉空間內(nèi)確定井內(nèi)壓力等施工數(shù)據(jù)，從而進行鉆井施工的技術(shù)。此項技術(shù)可以在不同工況下確定井下施工相關(guān)參數(shù)，因此在施工過程中被廣泛應用。但隨著社會的發(fā)展，以往的鉆井施工模式已無法適應當下需求。傳統(tǒng)鉆井施工模式以人工為主、設備為輔，危險性較大，施工效果也不佳。基于此，本文利用數(shù)據(jù)中心構(gòu)建數(shù)字化鉆井施工模式，旨在提升數(shù)字化鉆井效果，為石油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供條件。