基于众包的石油钻井物料清单系统的研究

周洁 方明

摘 要： 石油钻井物料清单的确定直接影响到石油钻井的效率及其成本。传统的石油钻井物料清单获取主要依靠人员经验，或构造数学模型来模拟以尽量降低石油钻井的成本。然而无论哪种方式，在实际操作过程中都存在有灵活性差，适应性差的问题。为了解决此问题，本文提出采用网络众包的方式，一方面充分利用企业多年建设所积累的数据库，另一方面，一定程度上充分借助大众的力量。这种新颖的商业模式，极大程度提高了石油企业的生产效益。

关键词： 众包；石油钻井； 物料清单

Abstract：The determination of petroleum drilling material bill directly affects the efficiency and cost of oil drilling. The traditional acquisition of petroleum drilling bill of materials mainly rely on personnel experience or mathematical models to simulate to minimize the cost of oil drilling. However in any case there are problems of poor flexibility and poor adaptability in actual operation. In order to solve this problem this paper proposes adopting the way of crowdsourcing. On one hand the design makes full use of the database accumulated by enterprises for many years；on the other hand makes full use of the power of the masses. This new business model has greatly enhanced the production efficiency of oil companies.

Key words： crowdsourcing；oil drilling；bill of materials

引言

石油鉆井器材具有种类繁多，价格高昂的特点，又因为钻井工程对象的油气藏结构复杂，所处地理位置环境各异，导致石油钻井物料清单存在相当大程度的不确定性。这种不确定性给石油钻井工程数据管理与决策分析带来了困难，高昂的成本也极大地降低了企业的生产效益。早年间钻井工程物料清单的制定多依靠钻井工作人员的实践经验或者以往的钻井器材订单记录，之后专家们开始利用数理统计等一些科学计算方法来对石油钻井物料清单进行建模。但无论是经验指引还是建模指引，其灵活性和适应性都比较差。本文采用众包的理论和方法，将传统物料清单处理方式与众包方式结合起来，提出一种基于众包的石油钻井物料清单处理方法，给出基于众包的石油钻井物料清单系统的工作过程以及众包模式，从而有效解决传统石油钻井物料清单面临的低效和高成本问题。

1 ]基于众包的石油钻井物料清单系统的工作过程

石油工业是中国的重要支柱产业之一。油气钻井工程是打开地下油藏通道，将深埋于地下岩层当中的石油与天然气开采到地面上的最根本途径[1]。油气钻井工程成本是石油工业各项成本中所占百分比最高，耗资最大的专业工程。油气钻井工程的作业对象—油气藏深埋于地下，且不同地区的地质条件各异，截然不同，且地理环境复杂多变，这就给油气钻井工程带来了许多不确定因素。油气钻井工程投资大，风险高，疑难问题多，其中使用的技术方法和制定的目标方案都直接关系着施工的成败和工程效益。

然而，影响油气钻井工程决策设计的因素繁多，涵盖地质、钻井、采油、油藏工程等众多专业，涉及施工工艺、生产管理和经济评价等多个方面，是需要综合丰富经验和系统知识的复杂决策任务，难以由某一方面人员和单一的决策方法来推导求解，往往需要参考借鉴来自不同专业领域众多人员的专业知识。

随着企业信息化建设的不断发展，企业积累了大量的数据，建立起各自的数据库。就油气钻井而言，历史积累的石油钻井物料清单数据在一些特定的条件下可以直接从企业自身数据库查找得知，但是，由实际考察则容易得知，此种完全对应的情况少之又少。而传统关系型数据库却基于封闭世界假设，不在数据库中的信息将会判定为是假的或者是不存在的，其本身可能暴露出数据缺失、语义不明、输入错误的问题弊端。绝大多数时候，出现的都是数据不确定的情况，而且往往仅是依凭某几个人的经验将很难得到结果满意的石油钻井物料清单。基于此，就需要在传统数据库的信息处理基础上，加入人工的过程，借助大众的力量来获得高质高效的石油钻井物料清单。众包是一种公开面向互联网大众的分布式的问题解决机制，是通过整合计算机和互联网上未知的大众来完成计算机单独难以完成的任务[2]。该机制由Howe于2006年第一次正式提出，是指一个公司或机构把过去由员工或者承包商执行的工作任务，以自由自愿的形式，外包给非特定的大众网络或者虚拟社区的做法，是一种在线的、分布式的问题解决模式。

基于众包的石油钻井物料清单系统的工作过程如图1所示。

当用户输入查询条件想要获取目标物料清单时，按照传统关系数据库精确查询的思想，若数据库可以根据已知的查询条件查到目标结果时，就是研究希望得到的理想预期。当数据库没有查询到完全匹配的数据记录时，会返回无结果或报错信息。很明显，这不是研究想要的。因此，本次研究设计的基于众包的石油钻井物料清单系统的优势即已呈现和突显出来。当按照传统关系型数据库的方法难以查询到想要的结果时，便开始进入众包查询系统，将查询请求提交到众包管理平台，经过众包处理，返回最初查询时想要的结果。

2 基于众包的石油钻井物料清单数据库设计实现关键解析

众包是继长尾理论后的又一重要商业概念，甫一面世，其别具一格的创新模式迅速引起了相关行业的关注与重视。然而，作为一个新概念，众包为解决问题提供了一个崭新思路，但在相关的文献中却只是给出了一种思想性、描述性的概念，而还未推出明确定义。众包作为一种独特而又高效的商业模式或者嵌入模块，探索其中关键技术，掌握聚敛资源，利用能力以及借势造势，互利共生的规律，成为企业在市场竞争中立于不败之地的强大实施策略及技术手段。总之，深入探索研究众包的本质属性及关键技术，对于企业重新审视、以至重新构建自身的商业模式，具有实践性的指导意义[3]。

人群可以看作是一套专门的处理器。人类善于执行某些任务（例如，图像识别），而在其他方面表现相对逊色（例如数字处理）。同样，机器也有其占据明显优势之处，相应地也存在某些劣势。似乎人和机器的能力总是能够达到匹配性的相辅相成，正是这种能力与特点即为研究构建基于众包的石油钻井物料清单系统的数据库设计创造了基础可能。在这里，拟将研究论述的是影响基于众包的石油钻井物料清单系统的关键问题，内容阐释可见如下。

（1）性能及稳定性分析。人员和机器无论从工作速度、成本、以及工作质量上，由于其本质属性的不同，都存在相当大的差异。从人员本体角度来说，不同的人与人之间，或者同一个人在不同的状态、不同的阶段下，其工作质量都会表现出差别。同时，恶意行为和垃圾邮件也是不容忽视的工程因素。这些问题对于想要得到的理想钻井物料清单都会产生莫大的作用影响。

（2）任务描述与歧义处理。由于自然语言可能存在的多重语义性和问题本身的主观需求，人群有时对于任务的接受会掺杂一定的模糊性。与编程语言命令不同，人群需要具有容易理解的可读指令的图形用户界面。界面的布局和设计会直接影响到人们对于任务的理解和完成任务的速度和准确度。因此，当进行基于众包的石油钻井物料清单系统的设计时，就需要仔细规划每一个任务，即使在无法确定答案的绝对准确性的情况下也必须创建完善的质量控制机制。

（3）众包结果质量控制。由于大众完成任务会获得一定的物质或精神奖励，因此有部分大众就可能会为了得到物质奖励进行欺诈，从而造成众包的结果并不具有信服力。针对这一问题，许多研究人员展开了研究，并通过各种有效机制来提高结果质量。

3 众包管理平台的总体结构

本文研发的基于众包的石油钻井物料清单系统，是在传统认知的关系型数据库系统中引入众包平台，众包管理平台的设计与执行是基于众包的石油钻井物料清单系统的核心与关键。与传统的众包方式相同，该平台是由发包方、众包引擎、接包方三部分组成。其中，发包方就是众包任务中的任务请求者，在本系统中即为石油钻井所属公司请求查询钻井物料清单的工作人员，接包方也就是接受任务、准备完成任务的人。

在基于众包的石油钻井物料清单系统中，就其众包管理平台部分而言，主要使用的是多Agent技术。Agent技术曾经一度被众多专家学者誉为将会是计算机领域一个卓具影响力和开创性的重大突破。其中的一个重要原因就在于，Agent技术在基于网络的分布计算这个当今计算机主流技术领域正在发挥着日益突出的现实作用。

本文在设计给出的基于众包的石油钻井物料清单的查询系统中，为了改善在过去相当长时间内的工作人员和数据使用始终被动的局面，就选择采用了多Agent的技术。将处理过程中涉及的各个组成部分各自构造成一个单独的Agent，以多个Agent协作和工作方式就可以实现相应的基于众包的石油钻井物料清单的信息查询。本文研究设计的平台的总体架构主要分为3个主要部分，也就是：发包方使用的数据处理任务的管理器、众包引擎以及接包方使用的众包数据处理执行器。

在基于众包的石油钻井物料清单系统中，发挥中枢掌控作用的就是众包管理平台。当面对地质环境的改变，石油钻井工作人员意图采用数据库查询的方式获得目标物料清单时，将其提交至基于众包的石油钻井物料清单系统，若其在本地数据库和服务器端数据库并不能寻找到与其完全匹配或是模糊匹配的数據查询处理任务的时候，系统会将发包方的任务发至众包管理平台区域内。而当探讨设计的基于众包的石油钻井物料清单管理平台收到一个由于数据不确定而产生的数据任务时，发包方的用于任务描述的Agent会结合具体的石油钻井的应用背景，将任务予以规范描述，再由任务发布Agent对任务进行描述。基于接包方的任务感知Agent参与到任务中来，并由结果感知Agent来获取相应的结果。众包引擎中的结果接受Agent进行结果的接受并由结果提交Agent返回到发包方。

4 基于众包的石油钻井物料清单的SQL语句设计

本文将特定的SQL语句定义为OlSql，一个支持众包的SQL扩展。研究中将OlSql设计为SQL的最小扩展，用来支持缺少部分数据或者缺少全部数据乃至数据项都无法确定的用例。这样的方法允许程序员以与传统数据库基本相同的方式编写代码。在基于众包的石油钻井物料清单系统中，主要包括2种形式的众包。一种是对于特定属性元素的众包，一种是对于全部清单元素的众包，下面将分别针对这2种众包给出分析与论述。

4.1 特定属性的众包

以石油钻井物料清单中的不同型号物料进行众包为例，研发可得如下代码：

Create Table DBOM{

Mat_Id int primary key，

Mat_Name varchar2（50），

Mat_Type Olvarchar2（50），

Mat_Num Ol int，

Mat_Price int，

}；

由石油钻井的实际背景可以知道，在钻井生产的过程中，一口井钻井物料的使用与消耗是由钻井设计所形成的的钻具组合、套管组合、钻井液和其它主要辅材的消耗来最终确定的。油井分3次开钻钻井，每次开钻的深度不同，所使用的钻头、管材大小、型号、强度等也各有不同，对于每次开钻，都需要分别设计有符合需求的钻井/钻具/套管组合。此处，可将各材料给出ID作为主键，各材料的名字也已知并确定，但是对应哪种材料，数量需要多少是不确定的，因而可将其作为众包数据。也就是说，当给定条件后，材料名称和材料价格及编码为确定元素，而需要查询的就是每次开钻应配备的材料数量，其为众包数据类型。换言之，在进行数据查询时，当本地数据库和服务器端数据库查询不到众包数据时，则不会象传统数据库一样直接返回报错或者空值，而是会将其传入众包查询系统借助大众力量给出恰当的答案。

4.2 全部属性的众包

对石油钻井物料清单所需物料项目全部众包，研发代码可见如下：

Creat OlTable DBOM{

ID int primary key，

Drills_id varchar（8），

Drills_num int（3），

Roller_bit_id varchar（8），

Roller_bit_num int（3），

.........}

在全部属性众包的过程中，设计的任务描述Agent会给出相应的任务描述，至于具体需要哪些钻具，如何将其进行组合，可对其进行全部的众包，从外界获得一系列整套的众包方案。但在实践中，要采用哪种众包方案则由众包质量控制机制得出最终的优选结果。

5 结束语

本文提出了基于众包的石油钻井物料清单系统的设计，从本质上来说，研究实现的是一个关系查询系统，与传统关系查询系统的不同主要在于其中强调了人工输入的内容，对于部分或者是全部数据均为未知的情况。本文设计的基于众包的石油钻井物料清单系统，确实可以利用人力投入来延伸扩展基于SQL查询处理的范围。当然，还有许多后续研究亟待完善，诸如设计评估和保存的答案质量等问题。答案质量将受到人力激励和技能以及设计要求研发的工作结构和定制界面等多重制约。在延迟和成本方面的表现也与众包系统和接包方互动方式有关。同时，缓存和管理众包的方案，如果能够趋于完备，就可显著提高系统性能，更为动态多变的石油钻井环境下物料清单的确定提供了有效实用的优势支持。

参考文献

[1] 张昊. 基于数据仓库的钻井ERP钻具需求分析系统的研究[D]. 西安：西安石油大学 2009.

[2] 冯剑红 李国良 冯建华. 众包技术研究综述[J]. 计算机学报 2015，38（9）：1713-1726.

[3] 朱雅杰. 众包商业模式要素模型及运行机制研究[D]. 济南：山东大学 2011.