运用信息技术构建数字油田

瓣规划瓣　石油规划设计２００７年３月　赵欣梅。黄光玉徐元柳　中国地质大学地球科学与资源学院　赵欣梅等．运用信息技术构建数字油田．石油规划设计，２００７，１８（２）：１　５～１８　摘要数字地球下的数字油田是油田信息管理基础设施的信息平台，为企业组织信息的最佳方　式。分析了石油行业信息化需求及存在的问题，系统介绍了数字油田的概念及数字油田构架的关键技　术，提出了实现数字油田系统平台的方法，并进行了趋势分析，为石油企业数字油田建设提供了基本　思路。　关键词数字地球数字油田地理信息系统架构数据库元数据平台建设趋势分析　石油企业信息化和数字油田　企业组织信息的最佳方式。它能够将地球物理、地质、　钻井、开发、生产、测井及经济评估等数据建立在一　１　石油行业信息化需求及存在问题　个共享平台之上，旨在模拟这些学科间的相关性，最　石油行业作为国家能源的支柱型企业，是一个多　大程度地实现信息共享，为勘探开发、经营管理及科　学科、多专业相互配合的知识和技术密集型企业。在　学决策提供强有力的信息技术支持，满足石油企业信　油田开发和生产过程中存在着诸多的不确定因素（如　息化建设的需求。数字油田系统框架结构见图１。　储层体积、储层能量开发方案、驱油策略等），而且始　终处于变化和调整的状态下。过去由于信息技术手段　的，勘探开发与生产的各个环节脱节，从而忽略　了地球物理、地质勘探、储油技术、钻井和工程作业　等学科之间的相关性，信息共享存在着许多弊端。石　油企业信息化是将油田立体空间内所有确定点的相关　数据和信息组织起来，在统一的信息平台上建立起不　同信息管理系统和专业软件应用系统，组成能包容地　上和地下、企业管理和地质工程在内的信息系统，同　图１数字油田的框架结构　时还能获得对行政区划、地形、水系及交通等标准空　间地理信息图层的支持。　数字油田架构分析　２数字油田及其功能　数字油田属于数字地球的应用范畴。数字地球下　数字油田由基础地理信息（包括国家基础地理信　的数字油田是油田信息管理基础设施的信息平台，为　息和油田地理空间信息）、油田企业的专业数据库、一　赵欣梅，女．１９７３＠ｚ￣，工程师。１９９５年毕业于石油大学自动化系，现在中国地质大学（北京）地球科学与资源学院攻读博士，主要从事地理信息系　统及遥感技术研究工作。通信地址：北京市海淀区中国国土资源航空物探遥感中心方法所，’１０００８３　维普资讯 http://www.cqvip.com

１６　石油规划设计第１８卷第２期　辩规划瓣　个ＧＩＳ（地理信息系统）产品或ＧＩＳ实现方案３个部　自动化系统、电子商务与物资管理信息系统、房产物　分组成。　业管理信息系统、油区人居环境规划管理信息系统及　１基础地理信息　其他行业的专业信息系统等（见图２）。　数字油田底层资源是空间数据体（即空间数据　数字油田　库），是由底层的国家基础地理信息、上层的油田空　间信息组成。用户也可以继续叠加信息图层。基础地　理信息包括：　（１）国家基础地理信息，是任何专业空间数据系　基础信息　专业应用方案　ＧＩＳ系统　油田专业　数据库　统的信息基础设施，大范围的数据利用国家的基础信　息。目前中国的国家基础地理信息系统（ＮＦＧＩＳ）提　供全国１：２５万地形数据库，以及后续要提供的１：１　万和１：５万的数据库。国家基础地理信息系统主要包　括：地形数据库、数字高程模型数据库、地名数据库、　栅格图形数据库、正射影像库、大地数据库和重力数　据库等。　＜２）全国基础地质空间信息，它是原地质矿产部　开发的全国性地质空间信息。目前可以提供１：５万区　域调查数字地质图。它可以作为油田空间信息的补充　和参照。　（３）油田基础地理空间信息，是叠加在国家基础　地理图层上的企业空间实体信息。油田地质信息包括　构造区划、地球物理工区、石油矿区区划、矿产登记　管理区、油田专用地名、岩石露头区和油气井（生产　井、探井、水文井）、地震测线、非地震物化探（测　线、测点）等。油田地面建设信息包括原油集输、天　然气集输、注水、给排水、污水处理、电力、通信、　道路及矿区民建等。　２油田专业数据　油田专业数据是中国石油数据管理计划的一项重　要内容，石油企业中的所有数据资源几乎都与中国石　油数据管理有关。作为矿产资源信息平台，主要包括　勘探数据库、开发数据库和地面建设数据库等。其数　据主要内容：一是井筒数据，井的综合录井图全部信　息，井的试油测试结果数据，岩石分析数据等；二是　测线数据，地震测线的测量数据和地震施工方法数据；　三是探区数据，盆地、坳陷、凹陷及构造的要素数据；　四是油田储量数据。储量和储量参数数据；五是测井　曲线数据，解释岩性、含油性的主要电测曲线；六是　地震勘探剖面数据，地震时间剖面；七是井采油数据　和井注水数据等。　３数字油田的系统组成　数字油田系统包括基础地理信息系统、勘探信息　系统、地面建设信息系统、开发信息系统、钻井信息　系统、生产管理信息系统、辅助决策支持系统、办公　国家基础　地理信息　勘探数据库　国家基础　空间数据仓库　地质信息　开发数据库　油田基础　地面建设　地理信息　数据库　图２数字油田系统逻辑组成　数字油田系统平台实现方法　及趋势分析　１　实现方法　（１）油田开发数据库　在油田开发生产中产生大量不同类型的开发数　据，生产和科研人员通过整理归纳、分析和计算等方　法对这些数据进行处理，用于指导油田开发生产和科　研，而这一过程是相当繁杂和无序的。总体来说，石　油勘探、开发为地震和井相关的两类数据，它们在地　面上又都归结为地理信息的一种。然后，分地面和井　眼两个方向进行设计，所有地震信息都与地震测网有　关，所有的井眼中的数据如：测井数据、不同深度段　的岩性数据、钻完井数据、生产数据等都与该井的地　面坐标有关。油气田数据库系统应该没有勘探、开发　等的界限。数据管理整体数据模型以地球为设计对象，　通过数据库使地震、测井、油井、地质、生产及管理　等数据资源共享，形成一体化的综合研究和工作平台。　基于数据库的应用软件技术包括油藏描述、地震解释、　测井解释、数据管理、综合绘图、油藏数值模拟、油　藏开发动态分析、剩余油分布、储量计算、经济评价　以及地质研究等方面。　在石油数据模型方面，国外有代表性的标准是　ＰＰＤＭ（公共石油数据模型协会）和ＰＯＳＣ（石油开放　软件协会）。具有代表性的商品化产品有：Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒ　ＦＩＮＤＥＲ数据库、ＬａｎｄＭａｒｋ　ＰｅｔｒｏＢａｎｋ。ＰＰＤＭ用于描　述、定义和支持的有关方面内容：可视化环境、地震　处理和解释、地质分析、油藏地球物理、地理信息系　维普资讯 http://www.cqvip.com

瓣规划瓣　石油规划设计２００７年３月　１７　统、计算机制图和建模、地质统计学分析、油藏数值　模拟、井位设计和井筒管理、钻井和生产工程、经济　评价及生产数据管理。ＰＯＳＣ是一个非盈利性国际会员　④关键词词典。是进行关键词检索的依据，所有　的索引关键词都要从关键词词典中选取，这样可以保　证查询、检索的可靠性。关键词的统一，便于用户的　组织，主要任务是开发石油综合软件集成平台技术，　理解和查询。建立一个关键词词典，最重要的是关键　发布相应的工业标准。设计符合ＰＯＳＣ标准的数据模　词的搜集与整理，先根据所涉及的学科，建立一个基　型结构，数据管理系统统一设计成开放式和模块化，　使信息管理在用户的建设过程中，便于开发和本地化。　同时，模块化功能使不同类型数据的管理在应用层避　本关键词词库，然后由用户在使用中不断补充。　２平台建设　数字油田另一个重要功能就是数据的共享，而平　免程序冗余，保证地层数据库管理系统与上层分析应　用系统数据服务的直接连接。　（２）元数据库建设　元数据是描述数据的数据；是信息化社会中地理　信息共享的关键。建设数字油田必须开发建立元数据　库，以便于系统不断更新和为其他系统提供明确的数　据接口，实现数据共享。元数据一般包含的内容：元　数据标准；指导用户编写元数据的元数据指南；关键　词词典和实现对元数据进行检索、查询和管理的元数　据管理系统４个部分。　①数字油田元数据标准。数字油田元数据标准框　架的主要内容为：一是管理信息。提供对元数据进行　管理所必须的信息，例如元数据作者、元数据编写日　期、元数据状态、元数据访问及数据负责人等；　二是数据标识信息。提供有关数据集的名称、数据集　的研究者、数据集标题、数据集的版权持有机构和学　科领域等；三是数据集内容摘要。主要说明数据采集　的目的、数据集质量控制、应用的主要科学理论、主　要结论、摘要、数据来源、相关数据集及参考信息等；　四是数据单元信息。包括数据单元标识信息和数据单　元内容摘要；五是关键词。是为了准确和快速地查询　元数据的内容，方便用户进行统一的检索，包括索引　关键词和参词；六是数据访问信息。提供访问数据信　息的方法以及访问数据的权限；七是参考文献。在编　写元数据标准的过程中所参考的文献资料，它不仅包　括图书和期刊参考文献，而且也包括在互联网上所引　用的参考文献。　②元数据指南。根据制定的元数据标准编写指南，　或者做成摸板的形式，用来指导用户正确填写元数据。　③元数据操作系统。提供对元数据的查询、浏览、　获取和管理功能，包括添加、删除和修改等操作，并　使用户可以发布自己的元数据。在数字油田　Ｃｌｉｅｎｔ／ＡｐｐＳｅｒｖｅｒ（客户／应用服务器）的前端建立元数　据服务器，用户先通过元数据服务器获得用户所需数　据的基本信息，从而进一步了解获得所需数据的方法　和方式。　台建设需要完全满足这方面的需求，这就要求平台建　设过程中考虑基于网络的数据管理与共享，如网络数　据库建设的标准、安全、用户、权限（分为不同级别）　等管理。平台建设应方便大的客户群体进行浏览查询，　同时也便于范围相对较小的专业技术人员交互工作，　其结构及配置方案可采用以Ｂｒｏｗｓｅｒ／Ｓｅｒｖｅｒ（浏览器／　服务器模式）体系结构为主、Ｃｌｉｅｎｔ／Ｓｅｒｖｅｒ（客户端／　服务器模式）体系结构为辅的混合技术架构（见图３）。　远程应用系统　数字中心　『ＷＥＢ查询ｈ　应　ＩＢ／Ｓ方式Ｉ　ＩＣ／Ｓ方式Ｉ　Ｉ计算机『Ｉ计算机　ＷＥＢ查询ｔ－－　服　用　Ｉ　　ｌ务　Ｊ　Ｊ　Ｊ　ＷＥＢ查询ｔ－　器　数据库服务器　计算机　计算机　Ｏｒａｃｌｅ　Ｏｒａｃｌｅ　ｓｐａｔｉａｌ　图３　Ｂ／Ｓ方式和Ｃ，Ｓ方式的混合体系结构系统方案配置　基于Ｂ／ｓ方式和ｃ／ｓ方式的混合体系结构，　Ｂ／ｓ方式具有广泛的信息发布能力和较好的工作流　程控制，在系统中用于属性数据的编辑、查询和浏览，　以及对空间数据和外挂数据库的查阅。Ｂ／ｓ方式对前　端的用户数目没有，客户端只需要普通的浏览器　即可。ｃ／ｓ方式具有良好的交互性，与Ｂ／ｓ方式相比，　对图形数据具有很强的编辑处理能力，对空间数据的　存储效率较高，同时也具有和Ｂ／ｓ方式相同的查询功　能。但是ｃ／ｓ方式对网络要求比Ｂ／Ｓ方式要高，一般　适用于局域网内部使用，用于数据表格、文档资料、　图形曲线及图像文件的维护管理。数字油田总体结构　构建见图４。　总体来说，数据库层与共享平台层为数字油田建　设的主体，而数据库建设部分一般是油田建设过程中　逐步积累的，一般不需要有大的改变，只是针对共享　的需要对现有数据进行部分数据抽取。而平台建设部　分则是重点，一方面需要兼顾现有部分系统及数据交　维普资讯 http://www.cqvip.com

１８　石油规划设计第１８卷第２期　Ｉ油田勘探ｌＩ油田开发ｌＩ油田地面ｌＩ油田信息ｌＩ油田综合ｌ　ｌ生　垫！Ｉｌ壁　茎！ｌｌ壅　垫！Ｉｌ量　垫！Ｉｌ查墨茎！Ｉ　ｌ　数据的共享发布服务　　ｌｌ　元数据管理　Ｉ　　Ｉ数据处理与分析　Ｊ　ｌ　数据库管理　Ｉ　Ｉ数据的可视化Ｊ　地理信息共享环境建设　Ｉ　数据管理　Ｉ　Ｉｆ数据库层Ｊ　ｌ　　Ｉ　数据管理　Ｉ　ｆ　软件平台：操作系统、数据库、平台软件等　ｆ　ｌ　硬件设施：网络设备、服务器等　Ｉ　图４数字油田总体结构　换标准；另一方面还对平台的结构、　功能、技术实现　等方面进行总体的设计实现。　３技术发展分析　根据早期数字油田的开发经验，　兼顾数字地球的　发展，数字油田的技术发展包括：　（１）集成多种显示方式的数字油田数据显示。平　台需要提供地层剖分工具，能够对资料详细的地区进　行地层的三维模拟及多种方式的三维剖面切分与显　示，并对地层组成、地质构造、油气水流动方式实现　基于历史数据或实时数据的显示与模拟。　（２）平台实现方式由集成式ＧＩＳ向Ｗｅｂ　ＧＩＳ（网　络地理信息系统）及网格ＧＩＳ发展。数字油田越来越　强调跨部门间的数据共享及协同分析，同时共享油田　基本地理信息数据，能够在Ｗｅｂ或Ｇｒｉｄ方式下实现　数据的多部门协同分析。　（３）应有ＯｐｅｎＧＩＳ（开放式地理信息系统）平台　特性，软件支持、兼容常用空间数据标准，制备空间　数据可在多种ＧＩＳ间自动转换，选择能接受三维、四　维数据体的平台或技术。　（４）有较强的空间数据处理和空间分析功能。有　遥感和图像处理三维模拟软件包，支持２．５Ｄ或３Ｄ分　析和显示功能。　（５）与ＲＤＢＭＳ（关系型数据库管理系统）紧密耦　合，可通过ＯＤＢＣ（开放式数据库互接）操作数据库，　提供ＯＣＸ（对象链接和嵌入用户控件）控件产品，支　持用户级的二次开发。　（６）除ＧＩＳ制图功能外，还应支持标准工程制图　输出。　辩规划瓣　４数字油田的发展趋势　（１）数字油田是国内外油田发展的必然趋势，也　是油田信息化、现代化的关键环节，它不仅仅是多种　技术的简单组合，而是一个复杂的工程系统。油田资　源和设施分散，数据的覆盖面积大，环境差异大，利　用数字油田的信息集成方式和能力，及其特有的虚拟　现实技术，利于及时掌握情况、客观分析问题和确定　处理决策，实现油田宏观管理和油田生产管理。　（２）数字油田为石油地质的研究提供了科学计算　的强大技术工具，为解决时间和空间大跨度的地质过　程实验提供了可能性。　（３）在数字油田支持下的油田自动监控系统，可　以将油井生产信息与地质信息叠加在三维空间模型　上，为油田开发的优化决策提供直观、动态的信息，　实现控制注水、稳定产量、均衡生产、提高采收率的　目标。　（４）数字油田系统具有对油气勘探、开发区范围　内任何一个地方进行研究的能力，也包括对信息资源　建设的指导、监督和辅助决策。　参考文献　［１】陈述彭等．地理信息系统导论．北京：科学出版社，１９９９　【２】杨崇俊等．地理信息系统与数字地球．３　ｓ世界编辑部，　２００１　［３】李晓池．地理信息系统（ＧＩＳ）在地质学中的应用，地学前　缘，１９９５（２）：１—２；２３６～２４３　［４】陈述彭等．地理信息系统的基础研究～地球信息科学．地　球信息，１９９７（３）：ｌ１　２０　［５】王卉等．浅析ＧＩＳ发展的几个热点技术．四川测绘，２００２，　２５（２）：５７　５９　［６】何生厚等．数字油田的理论、设计与实践．北京：科学出　版社，２００１　［７】胡　阁．地理信息系统及其在石油勘探中的应用．石油物　探，２００２。４（２）　［８】王子煜等．油田地理信息系统的基本框架及其实现．计算　机应用研究，２００４，５　［９】朱庆忠等．基于Ｃ／Ｓ和Ｂ／Ｓ体系结构的数字油田应用系　统．石油学报，２００４　［１０】梁　政等．油田地面数字化管理系统研究．石油规划设　计。２００５，１５（３）：ｌ１～１３　收稿日期：２００６－０７—０６　编辑：郭洁敏