石油勘探开发主数据模型研究与设计

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1引言

进入20世纪以来，随着国家信息化带动工业化战略的持续推进，信息技术的成果已渗透到国民经济的各行各业。国内石油上游勘探开发企业，不同程度地建设了物探、钻井、采油、地面工程等各种业务信息系统。这些信息系统所建立的各类专业数据模型，涉及到的数据种类及数据项远远超出20世纪国内外石油上游勘探开发企业传统数据模型所定义的范畴，涵盖了数据采集、生产运行管理、采集数据处理和分析成果等数据内容。石油上游勘探、开发和生产是相互联系、不可分割的整体，勘探开发生产各业务过程所产生的数据信息既享有独立性和特殊性，又具有关联性、统一性和一致性。在石油企业信息化建设过程中，业务信息系统因专业分工不同而采取了分开独立建设的模式，并形成了与每个系统配套的数据管理模型。从整个企业信息系统体系结构角度来观察和比较发现，在各业务信息系统中都或多或少存在重复数据，而且这些重复数据原本应该保持一致，但实际上却出现不一致的问题，从而导致企业各业务系统之间无法实现数据的共享而形成信息孤岛的局面。在系统建设初期，站在目标任务的角度，通常仅关注了勘探开发业务信息系统的独立性、特殊性特点，未充分考虑勘探开发业务信息的关联性、统一性和一致性的重要特征，在信息化建设过程中将勘探开发生产等业务活动之间的信息联系割裂开来。为了消除系统间的信息壁垒，实现勘探开发专业间信息共享，从数据管理角度，需要进一步地研究当前石油勘探开发数据模型，分析并梳理出勘探开发业务系统中影响全局业务且必须保持数据高度一致性的基本数据（如井信息），以及具有一定共享价值的专业主体数据，在原有各专业数据模型的基础上，建立统一的勘探开发主数据模型，以解决新时期下石油上游勘探开发数据建设和应用所面临的诸多问题。

2业务分析及共享数据识别

2．1勘探开发业务分析

石油上游勘探开发可分为勘探、油藏评价、油田开发三个主要阶段，涉及到资源勘查、地球物理勘探、油藏发现和认识、油田开发过程。专业涵盖地震数据采集及处理解释、地质与油藏研究、地球钻井、地质录井、地球物理测井、油井试油、油水井测试、油水井作业、油田采油、油田注水、油气集输等业务。为便于对勘探开发专业共享数据识别，从数据管理专业角度，将勘探开发业务分为区域勘探与开发研究、钻井与井筒施工、油田开发与生产维护三大业务，再按照勘探开发技术服务公司业务范围，采油单位生产活动特征，在这三大类下对勘探开发业务进行专业划分，得到勘探开发研究与生产活动的业务概念模型。

2．2勘探开发共享数据的识别原则

传统定义的勘探开发数据模型包括地球物理、地质与油藏、井信息与井操作、样品检测与实验、油田注采、油田测试六个部分，这些数据是油田公司重要的企业资产，是勘探开发各专业共享数据的基础。进入21世纪以来，特别是“十一五”期间国内石油上游勘探开发企业建立了多个大型的信息系统，这些系统主要面向钻井、油田生产管理等专业信息管理。为支持这些系统的开发和运行，各专业系统都建立了系统数据模型。这些数据模型建设以数据采集和支持专业应用为目标，整体模型分为信息系统过程管理数据、支持专业系统报表生成数据、专业系统产生成果数据、软件系统运行数据四大类。根据对国内某大型石油公司统一建设的8个上游信息系统统计，共定义了约3000个数据类、250000个数据项。由于石油勘探开发数据具有数据类型繁多、数据关系复杂、与时间的关联性较强等特点，一个大型油田公司数据中心基于现有条件下的数据处理能力，经测算，至多可以维护500个左右实体数据类，大约10000个数据项。在新的形势下，油田公司数据中心除了要管理好传统勘探开发数据资产外，还需要解决油田各专业信息系统数据共享的问题。显然，数据管理人员需要从这些勘探开发信息系统海量数据中识别出具有共享价值的数据，构建新的勘探开发数据模型，以指导石油上游勘探开发各专业信息系统数据存储和应用，从整体上提高石油上游勘探开发数据管理和应用的水平。通过对石油上游勘探开发生产业务的分析，以及各业务信息系统数据的研究，基本明确了石油上游勘探开发共享数据识别的原则，即要找出勘探开发区域及井筒勘查、测试获得一次采样数据或分析处理后的认识成果数据，描述地质和油藏构造、储层、流体、压力等数据，各类井及油气举升及输送装置信息，油田开发生产过程中得到的油水井生产状态数据及计算后生成的区块生产状态数据，其它勘探开发业务间需要共享的数据。将勘探开发业务概念模型的钻井与井筒施工的井下作业、试井类业务，与开发生产维护的简单作业、低压试井合并，得到勘探开发业务十六类专业。将十六类专业划分到传统的地球物理、地质与油藏、井信息与井操作、样品检测与实验、油田注采、油田测试六大类中，根据共享数据识别的原则来确定石油上游勘探开发十六类专业共享数据内容。

3勘探开发主数据模型的设计

3．1主数据模型逻辑结构

3．1．1主数据模型的定义主数据模型：涵盖传统的勘探开发数据模型内容，增加勘探开发各专业之间需要相互引用的共享数据，建立起的规范数据模型，称为主数据模型。基本实体：引领和构成主数据模型实体联系的的井、地质单元等顶层实体，称为主数据模型的基本实体。专业实体类：将2．2识别的钻井、测试、地质、采油等16类专业共享数据，定义为主数据模型专业实体类。

3．1．2主数据模型的逻辑结构石油上游勘探开发主数据模型由九个基本实体和十六类专业实体类构成。基本实体作为顶层或引领实体是主数据模型的核心实体。专业实体类依赖于一个基本实体而约束存在。根据专业数据的特点，专业实体类的实体，可以直接作为基本实体的子节点实体，也可以是在专业实体类内构建的多层约束关系的实体。

3．2基本实体

基本实体部分由项目、业务单位、地质单元、生产单元、物探工区、井、井筒、站库、设备九个实体构成。这九个基本实体代表了石油上游勘探开发和使用的主要对象。其中，地质单元是被发现和认识的客观存在的对象，其它对象，包括生产单元和地震工区是人为划分构建的对象。为了便于管理，将基本实体属性分为主体部分和辅助描述部分，主体部分和辅助部分之间一般是一对多的关系。基本实体辅助部分描述基本实体的自身结构，状态变化信息，如地质单元的父子关联关系、井生命周期变化等内容。项目：记录区域勘探与油藏评价、油田开发产能建设等专项投资项目。将勘探与开发地质层系划分方案作为项目管理，以区分不同层系划分的层位数据。业务单位：记录油田公司各级油气生产单位，参与油田公司勘探开发施工作业的服务公司。地震工区：地震勘探所设定的数据采集工区。地质单元：勘探开发过程中所认识的、客观存在的各级地质构造单元。生产单元：油田开发过程中所划分的生产区块或单元，可以是地质单元，也可以是地质单元部分或组合。井、井筒：井和井筒是父子关系，井筒是井的若干分支，一口井有一个地理坐标，可以有多个地下井筒目的层坐标。站库：用于油田地面油气集输的处理单元。设备：勘探开发钻井、井筒施工或测试、油田采油和注水使用的移动设备和固定设备。

3．3专业实体类

在主数据模型逻辑结构上，以基本实体为引领，对十六个专业实体类，按照各专业产生和使用数据的方式和特点，针对性地进行内部数据逻辑结构设计。以地质油藏专业实体为实例，来阐述专业实体类的设计方案。区域地质的关键实体分层方案记录了对层位的认识，层位结构记录不同分层方案层位的上下关系。构造、圈闭、断层属性数据表描述区域的形态，储层、油气藏流体、小层评价等属性表描述区域单元内部特性。单井地质实体类以井筒基本实体展开。井筒地层存储单井钻遇的地层信息，包括界、系、统、组、段。井筒层位存储单井钻遇的油层组、砂岩组、小层、沉积单元、夹层等。井筒地层与层位受区域地质中所属分层方案下的层位约束。对比联通数据用来实现井筒层位的对比，描述其联通关系。

4结语

石油上游勘探开发数据是油田公司的重要企业资产，管理并应用好这些资产对于提高企业的经营效率和效益意义重大，而勘探开发数据模型的设计和建设是这项工作基础。勘探开发数据模型设计作为一项勘探开发业务和计算机结合的专业技术已有三十几年的发展历史，传统的勘探开发数据模型设计主要基于勘探开发资产数据的管理，注重模型的结构严谨和规范，适合油田数据中心应用。在信息技术不断进步的今天，需要指导石油上游勘探开发各专业信息系统数据模型建设并利用好这些数据，这就需要对传统的勘探开发数据模型进行扩展和改造，以适应勘探开发各专业对数据更有效的管理和应用。本文总结近年来在勘探开发数据模型设计上的方法及其实际应用的经验，提出了勘探开发主数据模型的定义，并给出具体的设计方案，该方案将对国内外石油上游勘探开发数据模型的建设具有重要指导和参考意义。

作者：陈付平 史浩 马涛 罗广华 单位：大庆油田勘探开发研究院 中国石油信息管理部 北京中油瑞飞信息技术有限责任公司