EPDM模型引领油田数据管理新篇章-文档资料

EPDM模型引领油田数据管理新篇章doi：10.3969/j.issn.1673-0194.2017.19.0881引言石油勘探开发数据是油气企业的重要资源，如何管理和使用好这些数据资源，是当前国内外油气企业关心的首要问题。国内的各大油气田都依据自己的实际情况和业内的重要数据管理标准，建设勘探开发各个专业库。随着勘探开发技术的不断发展，现有的专业库已经不能适应勘探开发一体化的业务需求及应用。中国石油EPDM模型的诞生，使得油田数据管理方式出现了新的景象。中石油各统建系统的实施，又使得EPDM模型向着更高更统一的方向发展。2EPDM发展历史数据模型是对现实世界的抽象，EPDM[1]（ExplorationandProductionDataModel）模型是勘探与生产技术数据模型的简称，在介绍EPDM模型之前有必要先介绍什么是数据模型以及数据模型设计的方法论。2.1数据模型方法论数据是描述事物的符号记录，模型是现实世界的抽象。数据模型是数据特征的抽象，数据模型应该满足三个方面的要求：能够比较真实地模拟现实世界；容易为人所理解；便于计算机实现概念数据模型也称信息模型，它以实体一联（Entity-Relationship，简称E-R）理论为基础，并对这一理论进行了扩充。数据模型所描述的内容包括三部分：数据结构、数据操作、数据约束。EPDM数据模型遵循第三范式设计标准，下面分别介绍第一范式、第二范式、第三范式。第一范式（1NF）：无重复的列。每一个属性都是原子项、不可分割。第二范式（2NF）：属性完全依赖主键。第二范式要求数据库表中的每个实例或行必须可以被唯一的区分。2.2EPDM模型概述中石油行业很早就开始了石油勘探和开发的数据模型研究[2]，1989-1991年，中国石油从勘探和开发的业务角度，对油田的数据库模型进行了初步的规范，对钻探类、物探类、测井类、测试类、分析化验类、储量类、综合研究类、动态类、综合管理类等9大类数据制定了统一的标准，各油田基于此标准，开始进行专业数据库的建设。2000-2002年，中国石油对勘探开发业务中各实体对象之间的逻辑关系进行了深入的分析，形成了中国石油勘探开发数据标准，油田结合业务进行了实际物理数据库的创建，并在此基础上开发了各类数据应用软件，有力的推动了数据管理的进程。如图1所示。随着信息技术的进一步发展，为了更好的满足业务发展需要，2004年-2009年，中国石油在开展A1（中国石油勘探与生产技术数据管理系统）、A2（中国石油油气水井生产数据管理系统）建设过程中，遵循POSC（PetrotechnicalOpenStandardsConsortium，即石油技术开放标准协会）Epicentre数据模型的理念和标准，在原有中国石油勘探开发数据模型研究与应用成果PCEMD的基础上，借鉴和吸收了兰德马克公司的EDM（LandmarkEngineer’sDataModel）石油数据模型的设计思想，进行统一设计和开发，经过不断地丰富和完善，形成了中国石油统一的石油勘探开发数据模型[1]（EPDM）。3EPDM模型应用情况及应用案列EPDM模型推出之后，在中石油14家油田得到广泛应用，使得各油田的数据管理方式发生了新的改变，EPDM模型整合了各个专业库的数据，贯穿了勘探开发一体化全过程，打开了勘探开发一体化数据管理的新局面。3.1油田专业库建设阶段20世纪初，国内各个油田都不同规模和不同程度的建立了各自的专业数据库系统，专业数据库建设的重点是数据的完整性、准确性控制，将数据划分出层次，区分开本专业或部门产生的原始数据、分析解释成果数据和派生数据，专业库的建设在一定程度上取得了一定效果，但由于勘探手段的更新、新技术的接替引进、勘探工作业务流程的改变，数据库建设中存在的问题日益凸显。（1）缺乏统一的数据标准：数据无法在全公司内畅通无阻，数据之间的关联性差，难以支撑勘探开发一体化多学科协同工作。（2）数据存储分散[3]：由于大部分专业数据分布于钻井、录井、试油试采、井下、测井等勘探专业公司分散管理，数据格式、类别较多，研究人员收集数据费时费力，研究周期加长。（3）数据没有集成应用：数据应用大多处于非集成状态，互相独立。数据应用主要以专业为条块进行，对公共应用考虑较少，缺少公共的数据服务。3.2EPDM模型实现一体化数据管理伴随着中石油A1/A2项目的实施，EPDM模型也应运而生，EPDM模型在各个油田得到广泛应用。EPDM模型在横向上能够将各个专业数据整合在一起，使数据之间的联系更加密切，更好的方便研究人员应用。EPDM模型的出现使得油田数据管理的重点由专业库向勘探开发中心主库方向转变。3.2.1EPDM模型覆盖的业务范围EPDM模型基本覆盖了勘探、开发、生产等绝大部分上游业务，如图2所示按照业务流程可以划分为油气勘探、油藏评价、产能建设、开发生产、油气储运。按照专业可以分为物探、钻井、录井、测井、生产测井、试油试采、分析化验、地质油藏、油气生产、生产测试、采油工艺（井设备）、油气集输（站库）、增产措施等。3.2.2EPDM模型一体化逻辑架构EPDM模型的逻辑架构如图3所示。其基本实体包括六个层次[2]：业务单位、地质单元、工区、井、井筒、完井层段。这六个基本实体之间存在着向下包含的父子约束关系，即业务单位、地质单元、工区、井、井筒、完井层段逐级向上关联。通过这六个级别的基本实体可以将勘探开发的所有业务数据串联起来，从而形成一个严谨的体系。EPDM模型的逻辑框架体现了勘探开发一体化的思想，以实体为主线，将各专业数据有机、完整地结合在一起，形成一体化的勘探开发数据库，从而满足各个层面的应用研究需求。3.2.3EPDM模型一体化核心结构EPDM的基本实体覆盖了中国石油行业不同层面的实体信息。勘探方面：从构造单元、施工工区，到探井、完井信息；开发方面：从油气区块、井网，到开发井、生产层段等。并且将这些基本实体有机地组织在一起，形成了严谨的EPDM基本实体架构[2]。下面主要从四个方面来进行描述EPDM的勘探开发一体化设计思路。3.2.3.1地质单元EPDM的地质单元实体既包括勘探的构造单元，也包括开发的油气单元，构造单元分为盆地、一级构造、二级构造、三级（局部）构造[8]；油气单元划分为油气田、开发区、大区块、小区块、井组，单井。以大庆油田公司（以下简称大庆）为例，大庆的勘探业务范围涉及到25个盆地，每个盆地内部划分了一级构造、二级构造，以及圈闭等实体，根据研究程度的不同，不同盆地内部划分的实体层次级别也有所差异。大庆的油气区块相对比较规整，一个油气田往往由多个采油厂进行开发，因此，单独划分开发区，每个开发区下面又分为大区块和小区块单元，从而实现对开发井的分片管理，以及产量的精细控制。3.2.3.2井（Well）井是石油行业最关心的实体，所有的勘探开发活动最终都通过井来实现其价值。井是地面上实实在在存在的一个实体。EPDM对井的管理也体现了勘探开发一体化的思想，从井的产生开始就指定了唯一的井ID号，该ID号将伴随该井走过其整个生命周期（LifeCycle），直至报废弃用也一直存在。这种一体化的思想突出体现在探井转开发井的情况下，当一口井由探井转成开发井时，EPDM通过记录该井在此过程中发生的所有归属（地质单元变更、工区变更和组织机构的变更）和属性变更（井别变更）情况来保证井的生命周期的连续性和完整性。3.2.3.3井筒（Wellbore）井筒描述了井从井口到井底的轨迹信息，一口井可以包含多个井筒。中国石油以往的管理模式是将不同的井筒当作不同的井来进行管理的，主要目的是实现井的数量和产量的统计。而对于一个实实在在的实体而言，在地面位置上确实只有一口井存在，因此，EPDM引入了井筒的概念，用于区分地下与地面的不同概念，这也为更加精细的管理提供了可能3.2.3.4完井层位（Completion）Completion在EPDM中也体现了勘探和开发上的两层含义，一是勘探上的完井层段，即通过各种完井方法将井筒分成的多个流体通道，二是开发的生产层段，即根据井筒内油气等流体性质，实际生产过程中使用分隔器将一个或多个完井层段隔成单独的流体通道。在EPDM中对每个生产层段的状态都进行了记录，可随时进行跟踪查询。完井层段决定了后期的生产层段，同时，生产层段又是对完井层段的延续。3.3EPDM模型应用效果EPDM作为一个勘探开发综合数据模型，在业务范围上覆盖了勘探生产领域各个专业的各个阶段所产生的结构化数据和相关的文档资料，通过对钻井、录井、测井、试油等专业大量实钻数据的一体化管理、实现数据共享管理，规范模型标准，为各阶段的应用人员提供了丰富、快捷以及方便的数据应用手段，为跨专业的综合研究提供了基础。以此为基础，油田先后在EPDM模型基础上建立了符合各自业务的勘探开发一体化主库。未建勘探开发主库之前，研究人员大部分时间都是从各个专业库或其它途径搜集数据，目前80%以上的数据主要由主库获得，缩短项目数据准备时间70%以上，提高工作效率30%以上，数据资产管理也由孤岛向集中统一方式转变、项目研究环境也由分散到集中共享方式的转变。3.3.1某油田应用案例自A1系统在油田实施以来，通过西南油田、新疆油田、吉林油田、塔里木油田、吐哈等油田的具体应用，实现了专业库与主库数据交互与无缝连接。[案例1]西南油田采集监控系统实现了数据从产生到入库的全过程，实?F数据考核机制的完美应用。数据迁移和同步操作，更便捷地支持数据由专业库到主库的实施，从而实现了由传统概念上的油田到数字化油田的转变。[案例2]T油田通过统一基准面校正和对全盆地地震解释项目的支持，见图4，建立了区带级地震项目工区，大幅度提高了勘探开发研究项目工作效率、项目研究周期大大缩短。2010年EPDM主库为T油田公司30个研究项目提供持续的数据分发服务。其中，在勘探协同工作环境中开展几个地区的油气勘探研究工作，获得了重大成果。在开发协同环境中开展油田二次开发等项目研究工作，其效果显著。4EPDM模型发展方向及展望近些年EPDM模型在各油田的广泛应用和实施过程中，虽然取得了很大的成功，但是也呈现出一些问题和不足，特别是伴随着中国石油各统建系统的建设与实施，系统之间的数据共享和应用集成问题也日益凸显，为了更好的提升和完善EPDM模型，也提出了新的设计思想。4.1EPDM模型存在不足EPDM模型虽然在油田得到广泛应用，并引领油田由专业库向主库方向发展，但是伴随着业务和技术的发展，相继也出现了一些问题与不足。（1）实际的勘探开发主库是由三个物理库构成，即大块数据、结构化数据、研究成果数据数据库。EPDM模型未能完全整合大块数据和结构化数据，这样容易造成数据的不一致性，综合展示及查询效率也会降低。（2）EPDM模型业务覆盖面不全，新能源如煤层气、页岩气等内容未覆盖，EPDM模型重点关注技术数据，业务逻辑关注的少，过程和动态数据涉及的少，管理数据几乎没有，不能完全支持勘探生产运行管理的需要。（3）EPDM模型还没有完全覆盖中石油各统建系统和勘探开发各专业公共数据的需求，EPDM模型与中石油其它各统建系统之间的模型统一的需求日益迫切。4.2EPDM模型顶层设计思想为了保持EPDM模型的生命力和先进性，需要全面提升和完善EPDM模型，解决EPDM模型目前面临的问题，有必要建立一个中石油全局型和科学型的公共数据模型。公共数据模型主要解决各系统之间的数据共享问题，并且在这个公共模型基础上，其它统建系统都能找到其对应位置，能方便和快捷的进行扩展。EPDM模型自发布的1.0版本之后，经过多年的钻研与实践，推出了数据共享模型、主数据管理模型。用主数据模型进行约束，用数据共享模型实现油田数据无缝衔接，构建信息系统。在这里只能先提出设计思想，由于项目还在实施过程中，后续的工作还未完。图5是在原来EPDM模型基本实体基础上进行简化和扩展而形成的树状图，基本实体是EPDM数据模型的树干，核心实体主要包括9类实体：组织机构、地质单元（构造单元和油气单元）、站库、项目、服务公司、工区（工区和井组）、设备、井、井筒。12