基于“井工厂”模式的井场一体化决策支持平台的研发与应用
[贾鹏
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引用本文
贾鹏. 基于“井工厂”模式的井场一体化决策支持平台的研发与应用[J]. 录井工程, 2024,35(4): 1-7.
JIA Peng. Research and development of wellsite integration decision support platform based on "Well Factory" model[J]. Mud Logging Engineering, 2024,35(4): 1-7.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2024.04.001
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JIA Peng. Research and development of wellsite integration decision support platform based on "Well Factory" model[J]. Mud Logging Engineering, 2024,35(4): 1-7.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2024.04.001
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基于“井工厂”模式的井场一体化决策支持平台的研发与应用
作者简介：贾鹏 高级工程师,1989年生,2012年毕业于山东科技大学计算机科学与技术专业,现在中石化经纬有限公司胜利地质录井公司从事石油工程信息技术相关工作。通信地址：257064 山东省东营市东营区乐园路1号。电话：13561081397。E-mail：tianxiang198963@163.com
摘要
随着页岩油气勘探开发持续获得突破,为满足页岩油气钻井工厂化施工模式以及钻测录定等一体化施工需求,“井工厂”模式应运而生。但在井场施工、后方管理、数据应用等多个方面,钻测录定等专业还是独立运行,缺少协调管理手段,存在业务运行比较分散,软件难以集成、数据难以共享共用等问题,缺少统一的综合应用平台满足“井工厂”模式的需求。基于“井工厂”模式,通过构建一种跨专业、跨区域、跨组织的可实现各专业技术之间有机融合、多方实时共享、协同联动的一体化决策支持平台,满足了地质工程一体化施工需求,对智能油气田建设与智慧油气田发展也具有借鉴意义。
关键词:
井工厂; 一体化; 决策支持; 跨专业; 融合; 协同联动
中图分类号:TE132.1
文献标志码:A
Research and development of wellsite integration decision support platform based on "Well Factory" model
Abstract
With the continuous breakthroughs in shale oil and gas exploration and development, the "Well Factory" model came into being in order to meet the needs of the shale oil and gas drilling factory construction model and the integrated construction of drilling, well logging, mud logging, and directional well. However,in many aspects such as well site construction, rear management and data application, the profession of drilling, well logging, mud logging, and directional well operates independently and lacks coordination and management methods. Therefore, business operations are scattered, software is difficult to integrate, data is difficult to share, and there is a lack of a unified comprehensive application platform to meet the need of "Well Factory" model. With the help of the "Well Factory" model, a cross-professional, cross-regional, and cross-organizational integrated decision support platform has been built, which can realize the organic fusion of various professional technologies, real-time sharing, and collaborative linkage among multiple parties. The platform meets the needs of integrated geological engineering construction and has reference significance for the construction and development of intelligent oil and gas fields.
Keyword:
Well Factory; integration; decision support; cross-professional; fusion; collaborative linkage
0 引言
随着新一轮科技和产业革命加速演进, 运用云计算、大数据、物联网、人工智能等新兴技术, 以数字为核心驱动的油服行业解决方案正在全球落地[1, 2]。钻测录定等专业始终贯穿于勘探开发整个过程, “ 井工厂” 模式是勘探开发的全新探索, 也是打造智能油气田的必经之路。虽然各专业公司通过多年的信息化建设, 满足了自身生产应用需求, 但也由于长期采用专业化管理及按业务域划分的分散建设模式, 导致油田公司及油服企业均面临着以下问题：一是业务管理分散, 缺少协同管理手段; 二是软件难以集成, 无法直接扩充集成其他专业的软件; 三是数据难以共享共用, 无法直接跨平台共享公用; 四是缺少统一的综合应用平台, 无法满足井筒工程全过程的应用需求, 难以满足企业级勘探开发一体化、地质工程一体化、动静态一体化资源共享需求, 不能很好地支撑智能油气田建设与智慧油气田未来发展[3]。
国际化油服公司及专业技术公司十分重视井场信息化建设及跨专业的一体化整合运行。斯伦贝谢公司已经在美国、加拿大、挪威等地分别建立了决策支持中心; 贝克休斯公司在其远程作业中心开展实时数据分析, 远程指导地质导向; 哈里伯顿公司在远程实时作业中心通过随钻实时地质建模优化地质导向, 引导钻头在薄储层中精确钻进[4, 5]。
根据钻测录定等一体化运行的业务要求, 亟需建立钻测录定等专业综合应用平台实现各专业的资源整合、集中管理, 为今后地质工程一体化施工提供强有力的支撑。为此, 基于“ 井工厂” 模式, 构建研发井场一体化决策支持平台。
1 总体架构
按照“ 数据+平台+应用” 的设计原则, 梳理分析“ 井工厂” 模式中各专业的信息需求及业务流程, 按照“ 井工厂” 模式, 构建多专业、多岗位协同办公的软硬件环境。通过统一的数据服务系统打通各专业的数据壁垒, 对现有数据资源梳理整合, 实现专业间数据共享、应用共用、跨应用的数据联动[6]。
面向井筒工程的复杂性、业务应用的多样性、用户使用的重复性, 以“ 一体化” 的理念构建系统平台。在功能架构上, 基于组件技术自由定制工作场景的设计思想, 采用面向业务主题, 通过功能的组件化拆分、场景化组合、定制化应用满足不同用户需求; 在平台应用上, 根据业务应用需求, 集成“ 成熟应用+自主开发” 软件, 实现业务间一体化协同应用。系统总体框架如图1所示。
 | 图1 系统总体框架 |
2 环境搭建
实现井场多专业、多岗位协同办公以及前后方联动决策, 需搭建一定的环境才能建立面向石油工程业务全过程的集“ 采-存-用-传-共享” 于一体的井场一体化决策支持平台, 环境搭建主要包括硬件环境和软件环境。
2.1 硬件环境
硬件环境主要包括仪器采集房、决策指挥房、分析化验房、井场网络机房的设计及部署方案（图2）。
 | 图2 井场一体化决策支持平台硬件环境设计及部署示意 |
（1）仪器采集房主要负责采集各专业仪器设备产生的所有钻井监测参数, 井场信息采用有线、无线、总线多模式采集进入。安装部署录井设备、数据服务、视频服务器、高速网络集线器等仪器设备, 实现井场数据的全面采集。
（2）决策指挥房作为全新的井场一体化决策服务中心, 主要负责钻井、测井、录井、定向井等多专业的实时监测、综合显示和决策指挥。
（3）分析化验房配备了油气检测、钻井液分析、岩屑分析等相关设备, 建立井场实验中心, 实现地质分析化验数据的现场全面采集。
（4）井场网络机房采用“ 井场局域网+互联网” 组合模式, 井场局域网主要用于井场各仪器设备间的传输通信; 互联网主要用于实现井场数据的互联网传输以及远程共享。井场网络机房通过主干链路、备用链路、无线覆盖实现高速组网和井场区域全覆盖。
2.2 软件环境
软件环境主要包括钻测录定等配套的专业软件、多井同步施工流程控制、井场数据传输模式设计。
（1）专业软件主要实现各专业在钻井施工过程中数据的采集、传输以及指挥决策功能。
（2）在多井同步施工中, 基于虚拟网络控制台技术和同屏多显技术, 实现钻测录定等软件系统的远程控制操作, 同时实现仪器采集房的无人值守以及在决策指挥房内的远程决策和多专业、多岗位协调办公。
（3）在井场数据传输模式上, 根据井场网络环境及各仪器房的部署, 考虑到数据传输效率、数据容灾、软件应用等方面, 设计了“ 4+1+1” 数据传输模式, 即4个井场数据采集中心、1个井场数据中心、1个基地后方数据中心（图3）。
 | 图3 井场一体化决策支持平台井场数据传输模式设计 |
3 一体化决策支持平台设计与实现
一体化决策支持平台主要包括数据服务系统、系统基础架构、应用系统集成、决策应用场景开发4部分（图4）。数据服务系统主要实现井场间以及前后方数据的共享共用; 在系统基础架构上建立专业应用组件库, 实现常用组件的封装发布以及组件间通信; 应用系统集成将成熟应用以及自主开发应用软件统一集成到该系统架构中, 实现地质工程一体化应用; 决策应用场景开发是根据不同专业、不同岗位的需求, 建立所需的业务场景, 实现多专业协同办公, 联合决策。
 | 图4 系统框架设计 |
3.1 数据服务系统
统一的数据服务系统是井场一体化决策支持平台的基础和关键。统一数据服务为前端业务系统与后端数据中心建立交互通道, 通过数据模型映射和建立通用式的数据调用接口等方式实现数据远程调用交互以及各个系统之间数据的共享和使用, 使井场各专业的数据在各个系统之间流转起来（图5）。
 | 图5 统一数据服务系统 |
在梳理钻测录定等各专业数据来源及应用需求的基础上, 进行数据处理、数据服务接口定义, 开发井场数据的提取、处理、整合等功能, 建立高效的数据服务引擎。在统一服务系统下, 构建多级微服务, 实现跨专业、跨结构、跨系统之间数据共享应用, 从而达到不同类型应用的整合及一体化运行。
3.2 系统基础架构
结合系统功能和模块化软件开发模式, 搭建功能稳定、扩展灵活、安全可靠的系统架构, 实现基础数据展示、基础图件绘制、自定义布局等功能, 以灵活适应不同岗位、不同用户的需求。
在系统的基础功能架构上, 实现主题管理、布局管理、组件管理、模板管理、权限管理, 从而支撑平台的应用场景定制功能。
3.2.1 主题管理
主题管理包括主题添加、修改、删除, 缩略图, 主题分类。主题可以灵活定制, 也可集成第三方系统。主题分类是通过对业务场景的分类, 实现不同用户权限对应不同业务场景, 具有钻测录定等所有场景查看权限才能看到所有场景及分类。
3.2.2 布局管理
场景布局设计采用自由表格布局方式, 将不同的功能展示组件嵌入到表单元格中。布局设计器提供任意网格的拖动、拆分、合并, 实现业务组件的关联（图6）。每个网格组件除在指定网格展示外, 也可以放大到整个布局窗口或拖动到外部, 同时也可以通过多标签页实现多个布局的共同展示。
 | 图6 布局设计器功能示意 |
3.2.3 组件管理
组件管理主要实现所有组件的集中统一管理, 可对组件进行添加、删除、修改。组件管理可以按照专业、功能及技术类型进行分类管理, 按专业分为测井、录井、定向井、钻井等; 按功能分为绘图组件、报表组件、图片组件、矩阵统计组件等; 按组件技术类型分为WPF组件、WinForm组件、WebKit组件、网页组件、EXE组件等。
3.2.4 模板管理
模板管理主要是针对各地区、各专业的图件及报表的定制模板进行管理, 可以对模板进行添加、删除、修改, 并将所有模板统一入库管理。模板管理可以按照地区、专业、岗位的不同需求进行分类管理。
3.2.5 权限管理
权限管理主要分为操作权限、井访问权限两种。操作权限采用基于角色的权限管理, 能够通过权限授权给用户, 规定其允许访问场景及访问级别; 井访问权限采用基于角色的访问井号授权管理, 能够通过油气田单元、井归属单位、井别等多种方式组合配置角色能够访问的井。
3.3 应用系统集成
应用系统集成是通过基础框架的统一管理, 实现第三方专业应用组件或系统软件在平台的深度集成。
3.3.1 集成软件分类
集成软件主要分为成熟应用软件和自主开发应用软件。成熟应用软件一般都经过多年的完善开发, 暂时无法用其他软件取代, 如地质导向软件、地层压力监测软件、井场地震可视化系统等; 自主开发应用软件是各专业公司为满足自身生产需求研发的软件, 如录井实时发布监控系统、工程预警系统、钻井液智能坐岗系统等。因此在一体化决策支持平台集成“ 成熟应用+自主开发” 软件, 从而保证平台的高可用性、高实用性、高适应性。
3.3.2 集成架构
集成架构主要包括前端应用层和后端资源层（图7）。
 | 图7 第三方系统集成架构 |
前端应用层主要包括应用程序和主框架程序。
（1）应用程序：分为本地集成和网络集成两部分。本地集成即和主框架目录一起存放, 不需要下载, 直接通过组件调用; 网络集成即通过AppLoad协议, 利用网络下载应用程序资源, 再通过组件调用。
（2）主框架程序：为了调用EXE, 需要将EXE变为组件, 将EXE父窗体由空改为主框架窗体, 调用方式采用本地集成调用和网络集成调用两种类型, 通过内存文件传递参数。
后端资源层主要为AppLoad服务, 包括应用程序资源、集成应用管理和环境注册3部分, 部署在服务器中发布, 便于其他应用程序访问。
（1）应用程序资源：主要是将第三方EXE程序存放在服务器相应目录, 包括绿色版应用程序和安装版应用程序两种类型。
（2）集成应用管理：主要是提供应用程序登记注册、应用程序更新、参数传递、类型管理。
（3）环境注册：提供AppLoad自定义网络协议的环境注册, 因EXE不能用于网络发布, 通过自定义协议, 绕过浏览器安全限定, 下载并自动部署可执行程序。
3.3.3 集成方法
通过提供数据接口和调用规范, 实现第三方应用软件的集成应用, 对于无法进行任何修改的软件, 可以通过链接或跳转的方式实现。在性能方面按照资源占用最小化原则实施：（1）对于少量数据, 如结构化数据、常规曲线数据直接一次读入缓存, 常规曲线数据只读取绘图深度范围内数据; （2）采用即显示即读技术, 所有数据只有在屏幕需要显示的时候才开始读入, 对于大数据只读取要刷新显示的数据; （3）采用数据压缩技术, 当读入数据超过一定大小后, 先压缩传输再由客户端解压。
在集成第三方应用时, 需要针对该应用进行参数传递程序改造, 将井号或其他参数直接传递到该应用内, 从而实现仅需一次选井就可以在平台上展现该井的所有钻测录定等相关资料, 无需每打开一个应用选择一次井号。
3.3.4 组件通信
集成的不同类型的组件需要相互通信, 从而实现组件级的对话及联动。例如组件1的属性改变会自动触发其他组件同时改变。各类型组件通信方式如下。
（1）WPF组件通信：通过WPF公共组件发送接口或事件, 通过WinProc接收消息。
（2）WinForm组件通信：通过WinForm公共组件发送接口或事件, 通过WinProc接收消息。
（3）EXE组件通信：通过EXE公共组件发送COPYDATA数据, 通过COPYDATA接收消息。
（4）WebKit组件通信/网页通信：通过网址拼接参数传递, 或通过网页脚本桥接接收JSON数据, 或启动网页监听接收数据。
3.4 决策应用场景开发
针对建设方应用、外部接入、内部管理、生产运行等不同的应用需求, 通过业务场景的可视化研究, 为不同专业、不同岗位的应用建立所需的业务场景。
3.4.1 “ 业务+岗位” 协作应用场景开发
按照业务和岗位不同角度的应用需求, 定位于井筒工程全过程, 按钻前准备与预测-钻中随钻跟踪与分析-钻后总结与成果展示主线展开。利用智能设备等辅助手段, 为现场监督、分析化验、解释评价、生产管理等业务主题建立多专业协同、数据联动的场景化应用。通过对各专业不同业务需求及数据流程应用分析, 实现多专业综合应用场景开发, 并建立钻测录定等专业应用场景。
3.4.2 随钻可视化应用系统集成展示
针对随钻过程中, 地面设备仿真、井筒模拟预测等系统的应用需求, 通过系统集成、一体化应用的方式, 实现安全监控系统、钻井工况模拟系统、井下数字仿真系统的集成展示。通过对各应用系统的技术结构进行分析、研究并建立应用系统接口通信方法, 实现一体化集成运行。
3.4.3 井场决策指挥中心应用场景开发
本着“ 联合作战、一体高效” 原则, 井场决策指挥中心实现“ 两地四方” 多专业协作施工, 专家全天候在线支持、前后联动, 对地质层位卡取、靶点着陆、井身轨迹控制等关键环节进行技术决策, 带动了生产施工和管理效率的提升[7]。通过分析研究决策指挥业务的运行需求, 以平台为基础建立现场运行及后方管控的协作施工方式, 为施工方、监督方、建设方和关联方提供在线支持、前后联动的技术手段, 保障井场一体化决策支持平台的高效运行。
4 应用效果分析
按照“ 整个井场一个平台” 的大思路, 通过组件化开发框架, 建立平台体系结构, 通过数据融合、构建微服务接口和多组件动态集成框架。基于井场一体化决策支持平台自主开发了决策分析、电子档案室、即时通信、录井井控坐岗、多井监测等应用软件, 集成了井震可视化、地质导向、井场数字孪生等成熟应用系统共计18个专业软件, 汇聚物探、地质、油藏、钻井、定向、录井、测井等10个专业数据（图8）。
 | 图8 井场一体化决策支持平台界面 |
截止到2024年5月, 该平台在牛页1区、华东、重庆南川区、西南綦江区丁山湖、江汉武隆区长坝5个油页岩示范区28口井进行了示范应用, 应用效果显著, 充分发挥了平台的协同化作业优势, 提高了整个建井周期内的技术服务效率及质量, 助推井筒工程技术服务向平台化、智能化方向发展, 进而建立新的技术服务模式, 实现创收创效。
5 结束语
由于页岩油勘探开发力度的加大, 多专业同台的批钻作业实施, 工厂化、大平台生产组织模式的随之产生。基于“ 井工厂” 模式的井场一体化决策支持平台实现了跨专业、跨区域、跨组织的各专业技术的有机融合, 支撑井场多专业数据共享共用、协同施工, 实现了生产施工和管理效率的有效提升, 对智能油气田建设与智慧油气田未来发展具有重要意义。
编辑 郑春生
参考文献
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