油田生產數(shù)據(jù)一體化管理平臺關鍵模塊研發(fā)模式探究

一、前言

信息技術飛速發(fā)展，數(shù)字化已成為各行各業(yè)轉型升級的必然趨勢[。油田生產管理與數(shù)據(jù)應用模式正在向實時化和智能化方向轉變。雖然油田單位生產數(shù)據(jù)建庫早、體量大、門類全，但在數(shù)據(jù)治理及數(shù)據(jù)資產化管理方面起步晚，存在缺乏海量實時數(shù)據(jù)管控方法、缺少支撐數(shù)字化轉型的數(shù)據(jù)底臺環(huán)境、統(tǒng)一的層級管理體系建設不健全等問題。因此，圍繞主營業(yè)務，探究油田生產數(shù)據(jù)一體化管理平臺關鍵模塊研發(fā)模式，建立一體化管理平臺，解決數(shù)據(jù)庫應用性能監(jiān)控、實時數(shù)據(jù)匯集及跨網間轉儲、多源異構數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)全流程資產化管理以及數(shù)據(jù)質控應用五大關鍵模塊問題，為生產管理提供精準、及時的數(shù)據(jù)支持，提升油田在數(shù)字化時代的核心競爭力，促進油田數(shù)字化轉型。

二、一體化管理平臺關鍵模塊研發(fā)模式

為解決五大關鍵模塊中的技術問題，深入分析、、、、等諸多相關單位一體化管理平臺研發(fā)模式，提出油田生產數(shù)據(jù)一體化管理平臺關鍵模塊研發(fā)模式。平臺關鍵模塊研發(fā)以“需求分析、流程設計架構搭建、功能實現(xiàn)”為設計思路，采用系統(tǒng)工程方法進行研發(fā)，即依據(jù)各模塊業(yè)務流程進行技術研發(fā)與集成。

（一）流程設計

數(shù)據(jù)一體化管理平臺關鍵模塊開發(fā)整體業(yè)務流程設計如圖1所示。平臺業(yè)務流程可分為基礎業(yè)務流程和智能化業(yè)務流程。基礎業(yè)務流程主要體現(xiàn)在多源異構數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)全流程資產化管理兩個模塊中，主要實現(xiàn)了API管理和資源管理申請、審批工作的信息化。智能化業(yè)務主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫應用性能監(jiān)控模塊中，應用數(shù)據(jù)庫監(jiān)測技術（如監(jiān)測腳本）實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫性能參數(shù)采集。實時數(shù)據(jù)匯集及跨網間轉儲中采用通信協(xié)議與訪問技術實現(xiàn)油水井、站庫時序數(shù)據(jù)采集，并利用批處理技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效采集。同時，應用DMZ區(qū)完成時序數(shù)據(jù)由生產網向辦公網的跨網傳輸，以及引入數(shù)據(jù)清洗算法開展時序數(shù)據(jù)治理。多源異構數(shù)據(jù)管理模塊通過數(shù)據(jù)匹配算法進行多源異構數(shù)據(jù)對齊與轉換。數(shù)據(jù)全流程資產化管理模塊使用圖算法等智能算法完成數(shù)據(jù)血緣分析。數(shù)據(jù)質控應用數(shù)據(jù)采用專家系統(tǒng)、模糊匹配及自然語言處理技術進行數(shù)據(jù)治理等業(yè)務流程，主要實現(xiàn)業(yè)務流程數(shù)據(jù)的智能化分析、傳輸和治理。

（二）平臺總體架構搭建

油田生產數(shù)據(jù)一體化管理平臺關鍵模塊開發(fā)總體設計采用4層架構模式，平臺總體架構圖分為應用層、服務層、數(shù)據(jù)層、基礎設施層四個部分，如圖2所示。

基礎設施層：主要指物聯(lián)網硬件設備、網絡資源以及計算存儲資源8。物聯(lián)網硬件設備包括傳感器設備、數(shù)據(jù)采集終端、網絡傳輸與交換設備等。網絡資源包含生產網、DMZ區(qū)、辦公網。計算存儲資源包含大容量存儲、高性能計算、通用計算。

數(shù)據(jù)層：負責應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)提供，主要分為數(shù)據(jù)服務和數(shù)據(jù)接口兩部分。數(shù)據(jù)服務包含基礎數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)庫和生產數(shù)據(jù)庫，用于存儲系統(tǒng)的基礎數(shù)據(jù)、實時采集數(shù)據(jù)和應用層規(guī)則與運行結果數(shù)據(jù)。

圖1整體業(yè)務流程

服務層：涵蓋基礎服務與業(yè)務服務，采用微服務架構開發(fā)，利用帆軟、前端組件庫和腳本組件庫等工具，提供認證鑒權、文件、接口文檔、報表、監(jiān)控等基礎服務，并通過Docker和Kubernetes實現(xiàn)容器化管理。業(yè)務服務則專注于智能預警、工作流、數(shù)據(jù)流、消息流、文檔、報表及API定制等，兩者緊密協(xié)作，共同確保系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運行與靈活定制能力。

應用層：包含數(shù)據(jù)庫應用性能監(jiān)控模塊、實時數(shù)據(jù)匯集及跨網間轉儲模塊、多源異構數(shù)據(jù)管理模塊、數(shù)據(jù)全流程資產化管理模塊和數(shù)據(jù)質控應用模塊5個業(yè)務模塊，為用戶提供應用界面，采用統(tǒng)一的門戶入口。同時，通過大屏幕、PC等多種顯示終端，擴展應用場景。

（三）平臺功能實現(xiàn)

油田生產數(shù)據(jù)一體化管理平臺關鍵模塊開發(fā)包含數(shù)據(jù)庫應用性能監(jiān)控模塊、實時數(shù)據(jù)匯集及跨網間轉儲模塊、多源異構數(shù)據(jù)管理模塊、數(shù)據(jù)全流程資產化管理模塊和數(shù)據(jù)質控應用模塊五大關鍵功能模塊，共計35項主要業(yè)務功能。

1.數(shù)據(jù)庫應用性能監(jiān)控模塊

采用集成化的技術思路，將數(shù)據(jù)庫監(jiān)控集成、服務器系統(tǒng)性能監(jiān)控、網絡連接監(jiān)控等多種監(jiān)控技術進行整合。通過數(shù)據(jù)庫監(jiān)聽管理實時掌握數(shù)據(jù)庫的運行狀態(tài)，利用日志管理和分析技術對數(shù)據(jù)庫操作記錄進行深度挖掘，發(fā)現(xiàn)潛在問題。運用運行進程管理和運行授權管理確保數(shù)據(jù)庫運行的安全性與穩(wěn)定性，通過數(shù)據(jù)庫白名單管理、解鎖管理和會話管理優(yōu)化數(shù)據(jù)庫的訪問控制。同時，對數(shù)據(jù)庫文件IO進行監(jiān)控，利用數(shù)據(jù)庫AWR監(jiān)控技術獲取數(shù)據(jù)庫性能指標，并將運維操作界面圖形化，方便管理人員直觀地了解數(shù)據(jù)庫運行情況，系統(tǒng)效果如圖3所示。

2.實時數(shù)據(jù)匯集及跨網間轉儲模塊

搭建廠時序實時數(shù)據(jù)庫環(huán)境，作為數(shù)據(jù)匯集與轉儲的核心基礎。針對油水井和站庫的時序數(shù)據(jù)特點，分別制定相應的數(shù)據(jù)轉儲策略，確保數(shù)據(jù)能夠準確、及時地從生產現(xiàn)場傳輸至數(shù)據(jù)庫。在數(shù)據(jù)轉儲過程中，引入時序數(shù)據(jù)治理技術，對數(shù)據(jù)進行清洗、去噪等預處理，提高數(shù)據(jù)質量，為后續(xù)的數(shù)據(jù)應用提供可靠的數(shù)據(jù)來源。

3.多源異構數(shù)據(jù)管理模塊

從接口定制及擴展人手，開發(fā)適應不同數(shù)據(jù)源的接口，實現(xiàn)多源異構數(shù)據(jù)的接入。采用可視化管理技術，將復雜的數(shù)據(jù)以直觀的方式呈現(xiàn)，便于管理人員進行數(shù)據(jù)查看與分析。建立數(shù)據(jù)分級分類訪問管理機制，確保數(shù)據(jù)的安全訪問。規(guī)范API權限申請流程管理，對API運行進行監(jiān)測及統(tǒng)計分析，同時加強對API終端數(shù)據(jù)的監(jiān)管與清洗管理，保障數(shù)據(jù)在傳輸與使用過程中的質量與安全。

4.數(shù)據(jù)全流程資產化管理模塊

搭建廠數(shù)據(jù)資產地圖，清晰展示數(shù)據(jù)資產的分布與關聯(lián)關系。通過資產目錄管理對數(shù)據(jù)資產進行分類整理，定期進行資產目錄校驗與同步，確保數(shù)據(jù)資產信息的準確性。實施數(shù)據(jù)庫用戶全生命周期管理，從用戶創(chuàng)建到注銷進行全過程管控。規(guī)范數(shù)據(jù)模型創(chuàng)建、授權與控制流程，保障數(shù)據(jù)模型的科學性與安全性。建立數(shù)據(jù)流轉與審批機制，確保數(shù)據(jù)在各部門、各環(huán)節(jié)之間的合理流動與有效利用。資產門戶效果如圖4所示。

圖2平臺總體架構圖

圖3數(shù)據(jù)庫監(jiān)測可視化界面

5.數(shù)據(jù)質控應用模塊

針對油水井月報數(shù)據(jù)中的關井代碼、措施代碼、生產參數(shù)、產量及注入量等數(shù)據(jù)，以及井下作業(yè)數(shù)據(jù)，分別制定數(shù)據(jù)治理方案。通過數(shù)據(jù)清洗、規(guī)則校驗等手段，對數(shù)據(jù)進行質量控制，確保數(shù)據(jù)的準確性、完整性與一致性，為生產決策提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

圖4數(shù)據(jù)資產門戶可視化界面效果圖

三、平臺應用效果

第一，數(shù)據(jù)庫應用性能顯著提升，通過數(shù)據(jù)庫應用性能監(jiān)控模塊的實施，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)庫全方位、實時的性能監(jiān)控，關鍵指標得到有效監(jiān)測與優(yōu)化。管理人員能夠快速掌握數(shù)據(jù)庫運行狀況，提高數(shù)據(jù)庫管理的效率與質量，保障了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定獲取與處理。

第二，實時數(shù)據(jù)高效匯集與轉儲，建立時序實時數(shù)據(jù)庫環(huán)境，實現(xiàn)了油水井時序數(shù)據(jù)和站庫時序數(shù)據(jù)的高效轉儲，數(shù)據(jù)質量得到顯著提高，為后續(xù)的數(shù)據(jù)實時分析與應用提供了可靠的數(shù)據(jù)基礎。

第三，多源異構數(shù)據(jù)有序管理，通過接口定制及擴展，實現(xiàn)了各類數(shù)據(jù)源的順利接入。API權限申請流程的規(guī)范以及對API運行的監(jiān)測與統(tǒng)計分析，有效提高了數(shù)據(jù)傳輸與使用的安全性與效率。API終端數(shù)據(jù)監(jiān)管與清洗管理確保了數(shù)據(jù)在終端使用過程中的質量。

第四，數(shù)據(jù)資產全流程規(guī)范化運作，建立數(shù)據(jù)資產地圖，清晰呈現(xiàn)了數(shù)據(jù)資產的全貌。數(shù)據(jù)資產分類明確，數(shù)據(jù)模型創(chuàng)建、授權與控制以及數(shù)據(jù)流轉與審批機制，確保了數(shù)據(jù)資產在整個生命周期內的合理利用與有效管理，提高了數(shù)據(jù)資產的價值。

第五，數(shù)據(jù)質量得到有效控制，針對油水井月報數(shù)據(jù)和井下作業(yè)數(shù)據(jù)，經過治理后，準確性、完整性與一致性得到顯著提升。數(shù)據(jù)質量的提高為生產決策提供了可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)，提高了生產管理的科學性與精準性。

四、結語

本研究圍繞油田生產主營業(yè)務，提出了適用于油田生產數(shù)據(jù)一體化管理平臺研發(fā)模式，開發(fā)了數(shù)據(jù)一體化管理平臺。通過解決數(shù)據(jù)庫應用性能監(jiān)控、實時數(shù)據(jù)匯集及跨網間轉儲、多源異構數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)全流程資產化管理和數(shù)據(jù)質控應用等關鍵模塊技術問題，促進了油田生產數(shù)據(jù)管理從傳統(tǒng)模式向數(shù)字化模式轉型，為油田生產數(shù)字化與智能化發(fā)展提供了數(shù)據(jù)驅動。研究成果表明，開展數(shù)據(jù)一體化管理平臺的建設與關鍵模塊研發(fā)模式探究，對于提升油田生產數(shù)據(jù)管理水平、優(yōu)化生產管理流程、提高生產決策的科學性具有重要意義。

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作者單位：大慶油田第一采油廠數(shù)字化運維中心

■責任編輯：王穎振鄭凱津