WITSML自2000年开始就已成为国际上通用的井场信息传输规范标准, 其主要作用是实现信息的共享, 经过多次的版本升级, 已经形成了一个包括数据模式定义、数据自动化获取接口在内的完备体系^[3], 其应用渗透进各大石油公司的产品线中, 主要作用是为其他应用软件提供数据服务。

目前大型国际石油服务公司已基本形成各自的WITSML相关产品与技术服务, 如Schlumberger公司的井场监控与数据传输系统InterACT, Halliburton公司的实时支持中心（RTS）等, 均通过WITSML传输标准实现了专家和作业现场实时交互, 服务范围包括钻井、测井、随钻、固井等专业^{[3, 4]}。

与国际应用现状相比, 目前国内各石油企业也逐步开展了WITSML的应用研究, 例如北京蓝信天地研发了一套基于WITSML的传输服务系统, 但其只对外提供技术服务合作, 应用范围较为有限。尽管WITSML是个开放的标准, 但整体来看还处于探索阶段^{[5, 6, 7]}, 达到成熟应用还需要大量的深入研究和实践。

WITSML是一个开放的、非专有的, 为监控和管理钻井、完井和修井方面技术及软件提供标准数据接口的行业标准, 适用于在石油行业中各机构之间进行技术数据传输。WITSML服务是符合该标准的一套数据发布软件, 整个系统由中心数据库、WITSML服务发布软件和WITSML服务管理软件组成, WITSML服务总体架构参见图1。

图1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图1 WITSML服务总体架构

中心数据库结合WITSML标准进行改造, 用来存储井场采集的数据。中心数据库由多个子数据库组成, 主要包括地质数据库和实时数据库。WITSML服务发布软件主要负责建立客户端与数据库的通信, 以及将由WITSML标准转换模块转换而来的WITSML标准字符串转换成网络层能识别的格式, 并传送给客户端。WITSML服务管理软件主要用来设置数据库连接信息, 测试和查看授权用户、井清单、井眼清单、井数据以及井眼轨迹数据等。

WITSML标准要求数据按井眼来组织, 而现有井场数据模型是以井为主线, 不能描述每口井的不同井眼分支; 此外井场施工包括钻井、测井、录井、测试等多个专业, 但现有井场数据模型无法满足多专业的需求, 因此需要对现有井场数据模型进行对比重构。

根据多专业业务需求及处理流程, 在现有井场数据模型的基础上, 通过改造原有数据表110幅、增加新业务数据表50幅、增加与WITSML基础相关数据表85幅、修改数据项1532项, 使井场数据模型满足多专业需求。

按照WITSML标准中“ 井-井眼-作业活动” 的基本要求, 对所有数据表进行分级, 使其满足所有井场业务活动的实际需求, 并在数据库框架上进行全面系统地描述。分为以下3种级别数据表。

（1）井级别数据表：涉及井相关的数据表, 如井基础信息、坐标测量、定井位设计等数据表。

（2）井眼级别数据表：涉及井眼相关的数据表, 如井眼基础数据、分层数据、完井资料等数据表。这类数据表在划分时一定要和井级别数据表区分, 例如分层数据, 同一口井不同的井眼, 分层可能会不同; 完井资料是按井眼来整理, 所以同一口井的不同井眼, 提交的完井资料也会不同。

（3）作业活动级别数据表：由现场岗位承担的各项工作任务产生的作业信息, 如岩屑描述、分析化验、气测数据等。作业活动级别数据表所描述的是某一项作业任务的人物、时间、地点、方法或工具、事件、结果等内容, 它们都包含独立的具体工作内容, 充分体现了各项作业任务的时序关系和关联关系。

基于WITSML标准的井场数据模型将井场所有施工作业构建成一个有机统一的整体, 将孤立的描述融合在一起, 突破了各专业的界限。

井场数据从计算机处理数据来看主要分为两类, 即手工采集作业活动记录数据和仪器自动化实时采集数据。在井场数据模型重构过程中, 需对这两类采集方式下完全不同的数据进行不同的级别描述。

（1）手工采集作业活动记录数据：是由人工分析整理的, 覆盖了井所有的相关作业内容和流程, 主要形成的是归属于过程或结果的报表、图件类数据。

（2）仪器自动化实时采集数据：是由各专业在井场施工所用的仪器自动产生, 如录井仪、定向仪、压裂设备、测井仪等, 它们产生的数据具有实时、连续、不可重复、数据量大等特点, 记录了仪器测量参数的变化轨迹。

这两类数据主要对应于WITS标准的25种数据记录, 按采集单位可分为基于时间、深度、分析周期等类别; 按采集内容可分为钻井液、气体色谱、岩屑、井斜、压力、水力、油气显示、环境状况等类别。对于手工采集的作业活动记录数据, 虽然在WITS标准中也有描述, 但内容较少, 这类数据主要以各自形成的扩展表为主。对于仪器自动化实时采集数据, 原有的采集模型描述中只涉及到录井仪、定向仪等数据表, 因此需要在原有采集模型基础上先将录井、定向井数据表归类整理到WITS标准表中, 再整合钻井液、压裂等设备的采集数据表, 同时将这些表归置到井场数据模型的不同作业活动中。

WITSML标准主要目标是促进国际石油公司之间的数据共享, 多语系和量纲是提供国际化数据服务的先决条件。

多语系支持是将井筒数据模型中涉及到的所有数据项进行多语言描述, 对特定的语种标识与其语系相关联的所有注释内容构建映射关系, 在应用层系统中通过语种标识获取该语种的相关描述信息, 通过配置描述信息实现井筒数据模型对于多语系的动态可扩展。

常用计量单位主要包含两种, 即公制和英制, 每一套单位制中都有不同的度量分类, 一个度量种类对应多个单位, 单个度量种类内的各个单位之间可以自由转换, 形成一种3层结构。通过构建单位层级关系的映射, 将单位间的转换系数固化在模型中, 便于提取转换系数变换到用户指定的单位。单位制同样是动态可扩展的, 可以根据需要进行单位制和其中的计量单位自由添加。

随着业务扩展及新技术的发展, 井筒数据模型也会因适应不同时期的需求而发生改变, 这就要求模型本身具有一定的自适应能力, 在其发生变化时, 上层对应的软件系统能够感知这一变化。

通过添加数据字典实现模型的可扩展支持。数据字典描述了所有数据表和数据项的相关内容, 这种描述呈现给上层系统的是一种标准化操作, 这些标准化操作放在固定的地方便于查找, 只要掌握了这些操作方法, 其上层系统就可以直接抓取动态内容, 为用户呈现模型的更新内容。

原井场数据采集模型通过改造重构后, 已符合WITSML标准要求, 在此基础之上可以进一步开发WITSML数据服务技术。

3.1.1 建立WITSML对象映射

从数据库格式到WITSML标准规定格式的转换是技术核心和难点, 涉及的对象种类和算法繁多, 针对实际数据特点, 将所有数据表归纳为6种类型, 并与WITSML对象建立直接映射关系。主要完成了以下数据类型的格式转换：

（1）井和井眼基础数据：即井和井眼的基础信息, 例如地理位置、坐标、井身结构等信息。

（2）井眼轨迹类型数据：主要包括设计井眼轨迹数据、实际人工采集的井眼轨迹数据和仪器自动采集的定向数据。

（3）曲线类型数据：曲线类型数据是最常用的大类, 包括了所有能够生成曲线的数据库中的离散数据类型, 例如气测、钻井液、工程参数、测井参数等。

（4）时间序列类型数据：即时间基仪器自动采集数据, 需要提供时间和曲线集信息。

（5）深度序列类型数据：即深度基仪器自动采集数据, 需要提供深度和曲线集信息。

（6）地层序列类型数据：以地层为基准的曲线类数据。

3.1.2 WITSML格式转换的处理流程

当客户请求数据时, WITSML数据处理模块可以感知用户的标准查询信息, 并从数据库获取相关数据, 按照WITSML标准为客户生成WITSML格式数据（图3）。

图3

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图3 数据处理模块产生WITSML数据流程

WITSML数据处理模块产生WITSML格式的曲线数据并传送给用户, 这是一个复杂的数据分析、处理和转换的过程。此过程包括信息解析、数据获取、数据处理和归类、WITSML数据对象的创建与填充、数据类型转换、数据格式转换、WITSML数据对象与XML文档间的转换等^[5], 转换的结果是一系列符合WITSML要求的XML字符串, 再经过编码、传输, 由用户在远程获取后, 用统一的方式进行识别和处理, 最后形成曲线、文本等显示形式。

WITSML服务软件是专门针对中心数据库设计和开发的数据服务软件, 包括WITSML服务发布软件和WITSML服务管理软件。WITSML服务发布软件主要功能是实现WITSML服务的对外发布; WITSML服务管理软件主要功能是对用户登录信息、数据库和服务可用性进行检验以及服务授权等。

3.2.1 WITSML服务发布

GoSLWITSML 是一个基于WCF（适应性较强的构建面向服务的应用程序框架）的对外发布服务软件。客户端程序能用标准1.3或1.4版本WITSML格式访问服务程序, 服务程序以标准WITSML格式返回给客户消息。其主要包括以下功能：

（1）连接中心数据库：中心数据库包括地质数据库、实时数据库, 地质数据库存放手工资料信息, 实时数据库存放与日期和井相关的实时数据。

（2）用户连接：用户提供服务器的地址、用户名和指定的密码, 就能在互联网上按SSL（在传输通信协议（TCP/IP）上实现的一种安全协议, 采用公开密钥技术）安全标准完成与WITSML服务器的实时连接。

（3）授权内容查询：客户通过标准WITSML查询会得到授权井列表以及指定井下的井眼WITSML信息。

（4）互联网网络服务：基于客户端要求, 通过网络从数据库提取数据, 将服务核心模块转换而来的WITSML标准字符串, 以压缩和加密等方式安全传送给客户端。

3.2.2 WITSML服务管理

GoSLWITSML Studio 是一个WITSML服务管理软件, 其主要功能如下：

（1）用户登录认证管理：从数据库中获取该用户名和密码, 检验客户端的授权信息。

（2）服务内容授权：对用户可查询的数据进行井和表级别的内容授权, 被授权的井、井段、测井数据集和井眼轨迹数据, 能在管理软件界面内进行查看和变更。

（3）检验数据库可用性：测试服务与数据库的连接是否畅通, 同时能在可视化窗口中显示数据的可用性, 在窗口内可直观地观察数据是否有差错, 以检验原始数据的准确和完整性。

（4）检验服务可用性：测试当前的服务在服务器是否正常运行, 同时对用户的数据服务内容可以在界面上直观地展示出来, 实现业务数据的可视化展现和配置。