基于数据中心的数字化钻井施工模式的构建

王 雷

（中国石油集团川庆钻探工程有限公司，成都 610051）

0 引言

现如今，我国正处于信息化时代，大数据与科技的发展日新月异。为了提升自身市场竞争力，各行业企业正在不断提升自身技术与管理水平。大数据与科技的融合是各企业实现创新发展的关键。钻井施工技术是我国重要的工业技术，数字化钻井施工模式的转变十分关键。为此，相关研究人员将数字化融合到钻井施工模式的构建中，作为提高钻井施工效率的关键技术。

目前，我国钻井施工模式以人工为主，工作人员通过钻井设备监控钻井施工过程，并提出相关决策。此种方式的钻井效果差，石油开采量低，市场竞争力弱。随着社会向信息化、智能化方向转型，钻井设备已经难以满足如今的石油开采需求，导致市场需求与供给之间出现矛盾。

数据中心是利用大数据技术对大量的数据进行挖掘，并集成一个较大的数据存储环境，在数据使用过程中，能够最大限度缩短寻找时间，提高工作效率。应用数据中心可以同时管理多个目标对象，大数据技术以数据中心为原点，处理和分析各个阶段的施工数据，从而保证各个施工点数据的真实性。

基于此，本文借助数据中心构建数字化钻井施工模式，旨在消除石油供给与使用之间的矛盾，进一步提高石油开采效率，为石油钻井业的发展提供一定帮助。该钻井施工模式以数字化钻井信息平台为主体，人工辅助施工，通过构建钻井系统，结合数据中心，采用辅助系统，并且阐述各个组成的具体应用，实现数字化钻井施工模式的构建。

1 数字化钻井信息平台的框架及应用

近年来，各个企业逐渐应用数字化钻井施工模式。该模式中采用了数字化技术，设计了信息平台，通过钻井信息平台显示和分析施工数据，为安全钻井施工等提供保障。一般情况下，钻井信息平台需要详细地采集井内施工指重、钻压、钻深等参数，并对相关参数设置上下限，保证数据的真实有效性。但传统的钻井平台数据化与信息化技术效果较差，难以满足实际需要，在实际施工过程中极易出现较大的施工误差，从而影响施工安全。

因此，本文在设计数字化钻井信息平台的过程中，以钻井数据为主，通过钻井设备采集井内施工的相关数据，并将采集的井作业相关数据实时上传，将详细的相关参数在数字化钻井信息平台中显示，通过动态曲线选取出最佳设备配置位置，为钻井作业提供安全施工环境。该钻井信息平台由数字化钻井系统、钻井数据中心和数字化钻井辅助决策平台系统组成。

在钻井施工过程中，平台提供实时通信网络，通过通信模块分析和处理钻井施工数据，保证井下作业施工过程的稳定性与安全性。数字化钻井信息平台的框架具体如图1 所示。

图1 数字化钻井信息平台框架

在钻井施工过程中，采集到的井下施工数据分为两个部分。第一部分：通过数字化钻井信息平台辅助钻井施工模式的决策，并利用远程通信网络，将平台与施工现场相连，二者协作，实时处理施工数据。第二部分：将决策后的施工数据与数据中心的数据对比，降低实际施工中出现误差的概率，对比数据后导出数据，完成数字化钻井信息平台的工作。其中，远程通信网络和钻井施工信息属于数字化钻井系统，数据库数据和数据导出属于钻井数据中心，辅助决策平台属于数字化钻井辅助决策平台系统。

在钻井作业前、后均需要利用信息平台进行辅助决策，通过信息化技术与大数据技术，利用数据中心的数据，不断完善钻井过程。在该信息平台的设计中，以数据中心数据为核心，施工人员可以根据施工环境对不同的钻井信息进行选择，随机选取钻井信息，并通过信息平台的辅助决策作用确定钻井施工的信息，通过不同的施工环境选取合适的施工参数，实现钻井施工的顺利完成，从而实现数字化钻井信息平台的高效应用。

2 数字化钻井系统设计及应用

本文在构建数字化钻井施工模式的过程中，以数字化钻井信息平台的框架为核心，以数字化钻井系统中硬软件的设计为基础，共同提升钻井施工效果。数字化钻井系统是通过施工装备与井下相连接，利用上述钻井信息平台有效采集井下数据；通过系统中的通信网络连接数据采集仪器、数据处理仪器、现场监控仪器等，实现数据采集、处理、录入、传输和监测等工作。该系统能够为钻井信息平台提供数据支持，并为数字化钻井施工提供参考依据。

钻井系统硬件设施的设计以数据采集仪为主，其主要作用为井下数据采集。首先，在信息平台内将其他数据初始化，并在系统中选择新的空间，用来存储钻井作业中的实时数据；其次，在信息平台界面上将不同的功能上传至数据采集仪，接收施工人员的相关指令数据，保证数据采集仪实时采集的效果；再次，将采集到的数据进行数据一次处理，将其转换成共享数据，根据当前数据采集的参数，判断此时井内是否适合作业，并将结果上传至信息平台中，判断此时数据采集仪的运行状态；最后，通过通信网络，将数据进行用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）拆分，并标记出原始数据与一次处理后的数据，将其上传至存储空间，便于后续的查找与应用。

通过数据处理软件的应用，最大限度减小数据采集误差，并实时回传数据。鉴于数据的格式与信息平台之间的联系较弱，在软件的设计中，通过数据传输模块的设计，加密处理采集的数据，并转换相关格式，将转化后的数据传输至平台，实现数据的精准采集、处理与传输。

3 钻井数据中心的建设及应用

在数字化钻井施工中，通过数字化钻井系统采集大量钻井数据后，需要进行处理、汇总和分析数据等操作，因此需要建立一个数据库，即钻井数据中心。在保证井下作业钻井数据采集、处理与传输的基础上，本文将进一步分析钻井数据中心的建设与应用效果。钻井数据中心包括钻井施工的综合数据、数据传输，以及平台钻井数据加载效果、数据处理软件等部分内容。

钻井施工综合数据库是在数据中心的基础上，以钻井施工为主要研究对象的新型数据库。其中存在较多的钻井数据参数，不同的场地面临的实际井内采集参数均不相同。在此数据库的建设中，数据更加全面，对钻井前、中、后期的数据进行整合，在全生命周期的基础上，将多次、完整的施工数据整理归纳入数据库中，方便施工人员把控钻井模式，提高钻井效率与石油开采效率。

在数据传输和加载效果方面，相关人员在施工前对施工现场数据进行采集，并将施工现场的数据上传至数据中心，经过企业内部人员分析鉴定，计算现场可施工率，在数据中心对比数据，从而保证钻井数据的有效性。在此过程中，可以通过数据中心对数据进行对比、转换、存储以及传输，并利用钻井系统，将数据对比、转换、存储以及传输等项目进行自动化处理，保证数字化钻井施工的高效性。与此同时，在数据转换的过程中，需要将数据中心的数据导出，综合对比本次施工的各项数据，从而确定最佳的施工模式与施工方案，保证钻井施工顺利安全进行。

在数据处理软件方面，钻井数据中心是在数据中心的基础上建立，其数据对比效果较好，可以保证稳定的数据对比效果，提升数据采集的真实水平。在数字化钻井施工模式的构建中，数据处理软件可以发挥出较强的作用。由于数据中心的数据均为真实有效的数据，通过数据分析与数据对比，可以确定最佳的施工模式与施工方案。在此过程中，数据处理软件是重中之重，通过数据中心对钻井相关数据的处理，可以保证数据远程传输参数的真实性，并根据此时的数据进行工况判断，为实际施工提供稳定的施工条件。

4 数字化钻井辅助决策平台系统及应用

数字化钻井辅助决策平台系统在数字化钻井施工模式中能够保证数字化平台具有查询、使用、删改、分析、统计等作用，并生成相关图像与数据包，使数字化钻井施工的界面具有二维、三维等显示效果，共同辅助钻井施工，进一步提高钻井施工模式的数字化程度。数字化钻井辅助决策平台系统包括钻井施工现场设计系统、现场监测系统、安全监测系统、数字化模拟系统以及判断工程可行性系统等。其中，钻井施工现场设计系统通过绘制现场施工场景，形成一个施工二维图像，在其中添加或删改相关钻井信息，辅助施工人员对现场进行施工指导，保证施工现场的实际施工效果。

现场监测系统通过钻井系统硬软件，采用井下数据绘制相关的曲线图，并利用远程交流的方式多角度分析仿真数据，判定此时钻井的可行性。

安全监测系统是对钻井现场进行三维描述的系统，通过施工现场的平面绘图，将现场进行三维模型展示，保证此三维动画为1 ∶1 还原的动态模型。在此模型中，分别对井内轨道采取分支、侧式、定向、直向等方式进行井内钻井轨道规划，从而保证施工安全。

数字化模拟系统是在安全监测系统的前提下设计的，通过模拟出现场施工模型，将井内施工轨迹规划出来，并通过信息化技术、数字化技术将钻井工程的理论与实际相结合，建立出最佳的数字化钻井施工模式。

判断工程可行性系统是以钻井工程专家为核心的系统，通过专家对钻井情况的分析，结合相关数据与数据中心的对比程度，评定钻井可能出现的风险，并对复杂风险进行相关管制，从多个角度判定此时施工效果是否为最佳。经过多种角度的计算，再利用现场的三维模型，对可能出现的风险进行推演，从而最大限度避免可能出现的风险。针对此系统，数据处理模块至关重要，需要将数据共享，在进程间通信（Inter-Process Communication，IPC）中确定数据相关范围，在此范围内，数据处理效果最佳。因此，在系统设计过程中需要划定范围，从而完成系统对钻井细节方面的推演，使数字化钻井施工模式可以更加灵活，保证钻井施工模式高效，为石油钻井开采提供条件。

5 结语

近年来，钻井施工模式日新月异，为石油井下现场施工提供了有力的技术支撑。钻井施工技术是在密闭空间内确定井内压力等施工数据，从而进行钻井施工的技术。此项技术可以在不同工况下确定井下施工相关参数，因此在施工过程中被广泛应用。但随着社会的发展，以往的钻井施工模式已无法适应当下需求。传统钻井施工模式以人工为主、设备为辅，危险性较大，施工效果也不佳。基于此，本文利用数据中心构建数字化钻井施工模式，旨在提升数字化钻井效果，为石油产业的发展提供条件。