基于服务器端的钻井工程计算的研究与运用

宋岩

摘 要：文章基于Oracle数据库平台而建立的一个钻井数据库，完善升级后的数据库，将显著减少现场人员的统计工作，实现同一区块内的资源共享，降低钻井风险和降本增效。

关键词：钻井工程；Oracle数据库；钻井数据库

中图分类号：TE21 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）26-0146-02

1 概述

钻井数据库的作用主要有：

（1）作为指导生产，施工决策的依据。

（2）实现数据资源共享。以固井作业为例，为保证安全钻井、油气测试与开采的顺利进行。

（3）節约增效，提高企业的竞争力。

1.1 国内钻井数据库的现状

我国石油企业自20世纪末开始了以钻井数据库应用为代表的钻井信息化建设。目前国内的油气服务公司都建立了钻井数据库，研发或配套部分应用软件。

1.2 国外钻井数据库的现状

国外钻井数据库普遍存在以下特点[2]：

（1）数据库信息量大，信息覆盖面广。

（2）网络健全，数据库应用系统丰富。

（3）数据库系统充分利用钻井行业的最新技术成果。

（4）数据库与生产实际结合紧密。

（5）钻井数据库系统基于一体化的解决方案。

2 钻井业务流程及数据采集

（1）钻井业务流程

在石油钻井中，无论是在陆上还是在海上，目前都是使用旋转方法钻井，这包括转盘旋转、钻井下动力旋转钻及顶部驱动旋转钻。一口井的建井过程，按其顺序均可分为三个阶段，即钻前准备、钻进和完井与固井，而每个阶段又包括许多具体工艺作业。

（2）钻井数据采集

a. 自动采集数据。钻井过程中自动采集的数据一类是钻井、地质、录井、钻井液等工程地质数据和井场数据。实时数据，通过数据接口程序等自动录入到数据库中，再利用软件工具实现网络环境下的钻井实时数据的浏览、数据回放、查询、统计报表、实时钻井监控等功能。钻井参数仪和综合录井仪实时采集的信息资料可大致分为两大类，一是地质资料，通过综合解释，可获得油气层参数等信息；二是工程资料，通过综合分析，可以获得钻井工况、事故、时效等信息，为安全、优质、快速钻井服务。另一类自动采集的数据是钻井数据库将收集到的数据录入数据库的过程中调用函数、存储过程而产生的统计数据。b. 人工采集数据。人工采集的数据主要包括两大类：一是作业记录；二是工程数据。

3 钻井数据库设计

3.1 数据设计原则

（1）数据的完整性

数据的完整性是指数据的正确性和相容性。在数据库的设计过程中将实际业务中的实体（包括业务单据，设备等承载信息的事物）映射到数据库中，在数据库中用数据库的对象“表”来存储实体的信息。需要设计表间关联来保证数据完整性，通过关联来降低冗余。

（2）数据的规范化

数据的规范化有利于消除数据库冗余。为了保证数据查询的效率，特别是在对综合性月报，季报和年报进行查询的时候，能够快速查询出结果来，就需要允许一定的数据冗余，来保证效率。

（3）数据的标准化

数据的标准化是对数据的名称、类型、值域等内容进行的标准化。“没有数据的标准化，就没有信息化”，因此，数据的标准化是保证数据质量，实现数据共享的前提。

（4）数据的编码化

由于在钻井业务中，涉及到大量的物资，就需要在数据库的设计过程中考虑物资编码问题。同样，其它的数据也可能涉及到编码的问题。在数据库的设计阶段就必须确定数据的编码规则。将需要编码的数据的编码规则确定下来，对提高数据库的性能具有很大的影响。

（5）命名的分类化

将数据库对象（表、索引、视图等）按照业务类型进行分类命名，即在对象名称中将代表业务的编码作为对象名称的前缀或者后缀。这样，对数据库操作的时候，一个业务的所有业务对象将集中到一起，便于操作，提高工作效率。所有数据库操作和开发人员都按照统一规范对数据库进行操作。

3.2 钻井数据库的分析

（1）需求分析

需求分析是所有工作的基础。需求分析工作的好坏直接影响到数据库范围的确定和业务数据是否完整。根据钻井的业务过程，对钻井业务进行分段处理，即将业务过程分为钻井设计前期阶段、设计阶段、钻井阶段、完井阶段。然后，再在每一个阶段中，从初始的业务开始逐步分解业务过程，并对每一个业务过程用数据流图和数据字典进行描述。数据流图描述业务中涉及到的数据以及数据的处理，数据字典则是各类数据描述的集合。它包括了数据名称，数据项含义，别名，长度，类型精度等信息。

（2）概念结构设计

通过对需求分析阶段产生的结果进行综合、归纳和抽象，形成一个独立于任何数据库管理系统的概念模型。在抽象和提取实体的过程中，业务人员和设计人员仍然可以对结果进行讨论和补充遗漏的信息。

（3）逻辑结构设计

逻辑结构设计阶段就是将概念结构设计的结果转换为某个数据模型上，如关系模型。这里计划将概念结构设计结果转换到关系数据库模型上，这样就可以将钻井数据库建立到Oracle数据库上。这里将通过工具如ERWIN等将概念模型转换到数据库上即生成表。生成表后，根据第三范式标准，对表的关系进行分析，以减少数据的冗余，同时对有限制条件的表列和表记录，在数据库中增加限制。

（4）数据库物理设计

这部分主要是为逻辑模型选取一个最适合应用环境的物理结构（包括存储结构和存取方法），根据处理要求，进行存储安排。本阶段对数据库进行的物理设置将对以后数据库性能的提高产生很大的影响。endprint

（5）数据库运行和维护

数据库系统经过试运行后即可投入到实际的使用中。实际运行过程中需要不断的对其进行评价、调整和修改。主要包括：a.数据库的备份和恢复。b.数据库的安全性、完整性控制。在数据库的运行过程中，由于应用环境的变化，对安全性的要求也会发生变化，比如原来的数据对一些操作员是保密的，现在对所有的业務员都可以查询了，那就涉及到对原来的安全性进行修改。c.数据库性能的监督、分析和改进。在数据库的运行过程中，通过数据库系统的工具，监督系统的运行，对检测的数据进行分析，提高系统的执行效率。d.数据库的重组织和重构造。在数据库运行一段时间后，由于对记录进行增、删、改、查后数据库的存储情况会变坏，降低了存储和查询的效率。需要对一些数据库对象，进行重构，最典型的例子就是索引，在数据库运行一段时间后，需要将所有的索引重新建立，以提高查询的效率。

（6）数据库安全性

a. 用户权限的管理。采取许多安全特色使得可以更好的控制用户对数据的访问；根据用户所属角色的权限来确定业务员所能操作的功能和维护的数据。b. 数据库的安全机制。充分利用Oracle数据库的安全机制，来对数据库的访问安全进行保护。数据库管理软件通过此数据库用户连接数据库，提高数据库访问的安全性。

4 钻井数据库实现

（1）钻井数据库表的字段算法。数据库表内的字段可分为两大类：一类为直接录入的字段，另一类需要进行一定关系转换的字段，即统计字段。对于简单的统计字段由于可以直接在数据字典中标定，故可在创建数据表时实现其算法。对于复杂的统计字段，由于需要调用其他数据表的数据进行计算，因此需要进行编程处理。

（2）钻井数据库表的创建。在Oracle数据库系统中，表是数据库的基本对象，也是存储数据的主要手段，与桌面数据库中的文件类似，不管应用中的表由多复杂，都可以使用（拆成）一个或多个表来表示，用以存放实体的数据。

（3）钻井数据库的实现。本文所讲的数据库实现主要是指利用PL/SQL编程语言和工具来实现数据库关系字段的算法，由于某些字段的算法比较复杂，需要使用存储过程、函数和视图等方式来实现。

5 结束语

通过以上研究和分析，可以得出如下结论：

（1）钻进数据库运用在钻井工程中可降低钻进风险，减少钻井成本，减轻现场作业人员的负担。

（2）钻井数据库基于Oracle开发的主要优点有：

a.用较少的资源就可以支持很多的用户，最大可支持上千个用户；b.Oracle提供了基于角色（ROLE）分工的安全保密管理。在数据库管理功能、完整性检查、安全性、一致性方面都有良好的表现；c.数据库支持大量多媒体数据，如二进制图形、声音、动画以及多维数据结构等；d.提供了新的分布式数据库能力。可通过网络较方便地读写远端数据库里的数据，并有对称复制的技术。

参考文献：

[1]杨传书.数字化石油钻井系统框架研究[J].数字化工，2004（12）：39-42.

[2]陈庭根，管志川.钻井工程理论与技术[M].东营：中国石油大学出版社，2000，6：3-4.endprint