32钻井信息管理系统的开发及应用

-1-钻井信息管理系统的开发与应用李振选，易靖宇，谢军，田茂法，王洪焱，刘于（华北石油管理局，河北任丘062552）摘要：近年来，国内钻井界一直在探索钻井数据远程传输的解决方案，利用卫星连接钻井现场和总部基地的卫星接受站，从而将现场计算机接入企业局域网，这种方法在海洋、沙漠腹地的钻井实践中已经得到成功运用，这种方法的费用是高昂的，是内陆油田钻井企业所无法承受的。“华北石油钻井信息管理系统”探索利用平原地区成熟的、覆盖广阔的、价格低廉的电信网络（GPRS/CDMA）搭建起钻井现场到后方基地的网络通道，实现了钻井现场数据的管理、无线传输、网上审核发布、网上统计查询、在线交流等功能，形成了一套较低费用的、完善的辅助生产管理系统。该系统的成功应用大大提高了科学管理水平，对安全、优质、高效的石油勘探开发提供了有力保障，同时也成为内陆油田利用电信网络构建钻井信息管理系统的成功实例。关键词：钻井、信息管理、无线终端、局域网、数据库、服务器石油钻井工程是一项高投入、高风险、资金密集、技术密集的系统工程，钻井施工涉及到钻机、钻具、钻井、泥浆、固井、完井等诸多环节，信息数据量大，管理烦琐，国内的钻井界专家早在80年代中期就已经认识到钻井实时汇报分析系统应用的重要性，并提出构想，但当时软、硬件及技术条件还不具备，直到80年代末，石油科技人员及部分高校才开始了远程数据传输的研究，首先是中原油田钻井院和机电部20所合作研制钻井参数采集设备并探索远程数据传输，当时采用微波方式利用有线通道，基台信号传输范围30公里，传输速率600bps，这远远不能满足钻井远程数据传输的要求。90年代塔里木油田先后与高校合作开发使用了“钻井数据无线通讯系统”、“钻井汇报传输系统”，前者由于设备老化、技术落后已经淘汰，后者通过卫星直接连接井场和总部基地的卫星地面站，信号要经过数/模、模/数转换后与基地网络连接。90年代末，中国海洋石油公司利用通信卫星建立起“数据集成服务系统”，该系统集成了油藏勘探开发技术、计算机网络技术，已经运用于两口井和三个作业区。塔里木油田与中海油的两套系统受其地理环境所限，都需要租用卫星频道、建立地面卫星接受站，整套系统的开发、维护费用很高。近年来，计算机技术、网络技术、通信技术迅猛发展，电子产品日趋成熟且价格低廉，为建设高效的信息网络系统提供了保障，国内部分内陆油田如大庆油田、胜利油田、华北油田、辽河油田等目前也在进行相关的研究和实验，尝试利用低费用的电信网络接入企业局域网进行现场数据传输，并已取得了初步成果。“华北石油钻井信息管理系统”探索利用了“中国移动”电信网络搭建起钻井现场到后方基地的网络通道，使现场的计算机成功地接入华北-2-石油信息网，形成了一套完善的辅助生产管理、辅助决策系统，该系统目前已经装配华北冀中探区的全部钻井队，并取得了良好的应用效果。1系统功能设计根据华北钻井系统管理体制的具体情况，以及井队现场、公司调度室的计算机配制、网络接入情况，设计信息管理系统包括七大子系统（图1）。图1系统功能结构图钻井参数采集系统采用智能总线传感器，实现多参数测量功能、内部数据处理功能、双向通讯功能、控制功能、自诊断功能、报警功能等。钻井现场数据管理系统采用本地ACCESS数据库进行钻井参数、日报、设备、井史数据的管理，提供数据的导入、导出功能，提供钻井工程辅助计算分析软件。远程无线数据传输系统由无线接入和专线传输两大部分组成。无线接入采用GPRS（通用分组无线业务）通信技术，实现数据的空中加密及分组发送和接受；专线部分通过光纤传输，实现多点数据业务的会聚转发，整个网络采用标准的网络通信协议，实现了不同传输方式的无缝连接及透明传输，具有实时性强、覆盖范围广、安全性高、拓展性好、便于快速组网等特点，保证用户可以全天侯在线。钻井现场采集数据加密后采用FTP方式传输到信息中心。网上审核发布系统采用C/S（客户端/服务器）模式，钻井公司调度室通过网络在异地的客户端审核数据，审核通过后的数据采用B/S（浏览器/服务器）模式发布到企业网站，供有权限的部门浏览。网上统计分析系统，根据不同部门需要生成不同报表的具体情况，采用C/S模式在客户端生成不同用户需要的复杂报表。在线交流系统采用实时交流的方式，所有在线的部门和用户可以随时进行文字、音频、视频、文件的交流。2数据结构-3-依据钻井现场及钻井企业在用全部报表、报告及井史需要的内容，设计了现场及数据仓库的数据库结构。现场使用ACCESS数据库，一口井建立一个以井号命名的数据库，库中包含四十余张数据表六百多数据项；数据仓库采用ORCALE9I数据库，与现场数据库相对应建立库结构，同时增添了用于统计、查询的数据表。现场采集数据首先保存入ACCESS数据库，然后根据需要导出加密的数据文件，通过FTP方式上传到信息管理中心，触发数据导入程序执行，完成上传数据入库。3系统实现钻井参数采集系统采用防暴型智能总线传感器，将模/数转换模块集成于传感器中，传感器直接输出数字化的数据，同时在一条总线上传输多项测量参数。该系统没有沿用传统的扭矩测量方法，研制了全新的智能扭矩测量传感器，利用应变型传感器，制作了扭矩测量短节安装在方钻杆的下部，实现了钻井过程中扭矩的直接测量，测量结果更为准确可靠。该系统的测量参数可以根据需要扩充。采集的数据可以在操作监控室、司钻控制台同时实时显示，可绘制连续曲线。钻井现场数据管理系统以微软的Windows98、2000、XP为运行环境，使用微软的集成软件开发环境开发完成主控程序，从而为用户提供了友好、便捷的操作界面。使用微软的ACCESS数据库、ADO.NET数据库管理技术，全面保证了软件的可移植性。在该系统中，用户可以建立、压缩数据库，进行钻井日报、重大情况汇报的数据管理及上传；进行日报数据编辑后导入钻井日志；进行钻井其他各个环节数据的管理，可以汇编、输出、上传井史。同时提供了连接其他应用程序的接口。远程无线网络系统利用GPRS无线传输技术,GPRS的核心层采用IP技术，底层可使用多种传输技术，因而较易实现端到端的、广域的无线IP连接，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。它特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。GPRS理论带宽可达171.2kbps，实际应用带宽大约在10～70kbps，在该信道上提供TCP／IP连接，可以用于Internet连接、数据传输等。利用该项技术，钻井队计算机对数据进行处理后传送给无线终端。无线终端（RTU）通过无线网络把数据发送到信息中心的FTP服务器上。FTP服务器将数据进行解密、解压后还原成原始数据，经数据处理软件进行有效性效验后导入ORACLE9I钻井数据库（图2）。-4-图2无线数据接入企业局域网的网络拓补图网上审核发布系统采用C/S模式开发，钻井队一线数据通过无线网络上传到FTP服务器，经解压缩、解密、有效性检验后导入ORACLE9I数据库，钻井公司调度室使用审核发布客户端软件浏览、校对、修改数据，审核通过后确认发布（图3）。同时调度室可以查看、打印每口井的日报数据，并形成每日的统计汇总数据上报公司主管部门。网上统计分析系统采用B/S模式开发，钻井公司、上级主管科室、相关单位科室均可以通过网页浏览器登陆钻井信息统计分析系统，查阅、统计、分析需要的日报、井史、钻具、设备、时效、事故及技术措施等数据，并将结果应用于各自的工作中。钻井队、井下作业队、钻井设计单位可以在线参考邻井的井史，从而为钻井设计、现场施工、油井后续产作业提供重要的基础数据。大大提高油井作业各个环节的科学性、安全性、经济性。图3审核发布系统网络拓补图在线交流系统采用C/S模式软件“华北钻井企讯通”，信息中心设置了专用的服务器全天候提供信息交流服务，在所有用户的计算机上安装客户端软件，登陆用户可以随时进行文字、音频、视频、文件的交流，有权限的用户还可以召开网上会议，完全满足了井队与公司基地、井队与井队、井队与技术支持单位间的在线交流。极大地提高了工作效率。系统辅助软件包含了与钻井信息管理系统相配套的软件，井队安装的无线终端包月限流量，如果井队上传、下载的流量过早达到额定流量，当月的剩余日期内将不能登陆无线网络，不能再进行网上生产汇报，针对这一问题，开发编制了“网络流量统计软件”，该软件可以-5-统计浏览网页、FTP文件上传下载、电子邮件收发等所发生的全部流量，从而满足了井队有计划地使用无线网络流量，保证了钻井生产信息及时上传。针对钻井现场技术人员工作特别忙，对计算机绘图软件使用不熟练的情况，开发编制了“钻井工程辅助绘图软件”，该软件采用模具化的制图方式，绘图过程类似于堆砌积木，把对操作人员的要求降到最低，同时又能快速、美观地绘制出钻井相关图件。钻井生产过程非常复杂，其中无形的涉及到理论计算、实践经验、规章制度等等，有形的涉及到地层、管柱、设备等等。工程技术人员需要了解、掌握大量的知识、数据，为此开发编制了“石油工程数据电脑手册”，软件采用数据库管理，收录了大量的实用工程数据，涵盖了管柱、设备、操作规程、事故处理等方方面面，同时包括了数本电子专业书，现场技术人员可以方便、快捷地查询到所需要的资料。4现场应用钻井信息管理系统的各个子系统均采用了边开发编制、边现场试用、边修改完善。充分考虑现场技术人员的习惯，尽量沿用在用软件的操作方式，提供了与不同软件进行数据交换的数据导入、导出功能。该套系统开发、测试完成后，于2003年在第一、二钻井工程公司的10个钻井队进行了整体现场试验，对试验中发现的软件问题进行了修改完善，针对无线终端工作不稳定经常掉线的问题，重新进行测试，优选出适合野外作业使用的、性能稳定且安装简单的无线终端。该系统目前已经装配冀中探区的全部钻井队，实现了网上汇报、网上审核、在线统计查询功能，满足了井队与公司全天候随时交流的要求，实现了公司生产指令在线上传下达的目标。5结论与认识（1）钻井信息管理系统充分利用了现代先进的计算机、网络、通信技术，是“数字化”时代的必然产物，该系统的成功运用必将引领钻井生产管理水平登上一个新的台阶。（2）钻井信息管理系统成功应用了电信网络接入企业局域网，较利用卫星频道和建立地面接受站的方法大大降低了费用，是内陆平原油田进行远程数据传输的首选方法。（3）钻井信息管理系统的成功运用，提高了石油企业的现代化、信息化水平及决策能力。为下一步进行基地专家事故会诊、网上视频会议奠定了基础。（4）GPRS信号在偏远地区和部分地区的交界处不稳定或较弱；实际应用中现场测试带宽在20-30kbps，音频、视频交流效果还不尽人意；需要与电信提供商协商解决信号覆盖和传输速率问题。-6-参考文献[1]宋永强，胡速，张进双.中国海洋石油的DTS数据集成服务.[2]王建华，李璞.GPRS通信在油井远程监控系统中的应用[J].石油钻探技术，2004，32(2)，67～69.收稿日期：改回日期：作者简介：李振选（1969-），男，2002年毕业于河北工业大学（函授）计算机科学与技术专业，获学士学位，现在攻读西安石油大学工程硕士，长期从事钻井技术研究和钻井应用软件开发工作，助工。联系电话：（0317）[e-mail]中石油集团公司技术开发项目：钻井工程数字信息系统开发应用（04B2101200）