李興財，周超，馬常軍，王勤

1.中國石油集團長城鉆探工程有限公司工程技術研究院（遼寧盤錦 124000）

2.中國石油青海油田分公司監(jiān)督監(jiān)理公司（甘肅敦煌 736202）

1 國內(nèi)外鉆完井數(shù)字化現(xiàn)狀

1.1 國外鉆完井數(shù)字化現(xiàn)狀

通過多年的發(fā)展，國際石油公司以生產(chǎn)優(yōu)化與預警預測為目標，建立數(shù)據(jù)標準化采集、協(xié)作辦公環(huán)境、虛擬可視化等應用功能，目前普遍處于由數(shù)字化向智能化發(fā)展的階段[1]。

1）英國石油公司（BP)智能油田通過開發(fā)ISIS技術進行油井監(jiān)控和績效評估；通過開發(fā)D2D技術進行地面設施設備監(jiān)控和績效評估；關注運營和生產(chǎn)優(yōu)化，包括模型的運營支持、井下流量監(jiān)控、分布式溫度傳感器等[2]。

2）雪佛龍公司通過收集和存儲海底、井下和輸油管線數(shù)據(jù)，優(yōu)化數(shù)據(jù)集成；通過物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)事件監(jiān)測、確認和報警管理，對井下和地面設施進行自動檢測，并將發(fā)現(xiàn)的異常與問題及時通知相關人員，實現(xiàn)生產(chǎn)優(yōu)化。

3）殼牌智能油田關注數(shù)據(jù)標準化、信息架構(gòu)標準與IT 管控，并基于統(tǒng)一的標準化信息架構(gòu)，在全球范圍內(nèi)部署協(xié)同工作中心。

4）道達爾智能油田關注數(shù)據(jù)標準化，實現(xiàn)更高效的數(shù)據(jù)分析與理解應用，以提高油田生產(chǎn)與管理效率；通過基于數(shù)據(jù)的決策優(yōu)化，對油田規(guī)劃、生產(chǎn)優(yōu)化、開發(fā)鉆井和設備操作等業(yè)務提供支持。

5）巴西石油公司智能油田基于數(shù)字技術的一體化油田管理進行廣泛試點和應用；搭建遠程協(xié)作與虛擬環(huán)境，用可視化方法展現(xiàn)整個業(yè)務部門的關鍵運營情況，支持關鍵決策，實時更新共享地質(zhì)模型。

6）挪威石油公司智能油田重視針對深水領域的生產(chǎn)信息化系統(tǒng)遠程協(xié)作與虛擬環(huán)境，包括精密信息傳輸、海上遠程控制油田技術、深海拖纜地震數(shù)據(jù)采集實時現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)、平臺信息數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、船舶管理。

1.2 國內(nèi)鉆完井數(shù)字化現(xiàn)狀

中石油國內(nèi)工程技術生產(chǎn)運行管理歷經(jīng)“十五”前到“十四五”階段，長達16 年的建設過程（圖1），目前已經(jīng)基本成熟。先后上線了生產(chǎn)運行管理系統(tǒng)A7 1.0 和2.0、A12、EISS 系統(tǒng)，統(tǒng)建系統(tǒng)的運行使工程技術企業(yè)信息化工作取得了較大的進步[3]。但是，中石油海外項目的工程技術生產(chǎn)運行管理目前還停留在第二階段，大量報表手工錄入，使用傳統(tǒng)的報表、郵件的方式收集鉆完井數(shù)據(jù)，將作業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)報送到項目公司和總部對口部門，不能實現(xiàn)實時傳輸、監(jiān)控和支持功能[4]。目前，只有長城鉆探在海外的秘魯10 區(qū)、伊拉克格拉芙項目成功開展數(shù)字化轉(zhuǎn)型試點，具備海外鉆完井數(shù)字化服務能力。

圖1 國內(nèi)鉆完井信息化發(fā)展歷程圖

2 海外鉆完井數(shù)字化系統(tǒng)建設存在的困難與挑戰(zhàn)

2.1 數(shù)據(jù)標準和格式不統(tǒng)一

1）目前中油國際海外共有90個項目遍布全球五大洲33個國家，各國家都有自己多年形成的報表和數(shù)據(jù)格式。有的國家，如印尼將鉆井日報及其成本日報固化，日報上的每個單元格都有明確定義；另外各合作方也有各自習慣的日報格式[5]。

2）語言不統(tǒng)一，英語、俄語、法語、西班牙語等多種語言均在使用。全角和半角混用，數(shù)據(jù)名稱習慣于用縮寫，不便識別。

3）數(shù)據(jù)單位不統(tǒng)一，API、SI、混合API標準均在使用。

4）日期、時間格式的不統(tǒng)一，需求人工計算時差。

5）文件格式不統(tǒng)一，有Excel版的、有PDF版的、也有PowerPoint版的。

2.2 數(shù)據(jù)質(zhì)量保證難

1）數(shù)據(jù)填寫不完整。報表填寫不完整，造成有些關鍵數(shù)據(jù)收集不到的情況，比如井型、井別、或者搬遷時間、完井時間，經(jīng)常會在報表里收集不到相關數(shù)據(jù)。

2）缺乏統(tǒng)一規(guī)范的標準。數(shù)據(jù)質(zhì)量管理缺乏統(tǒng)一的規(guī)范標準和文件，不同類型數(shù)據(jù)的錄入標準不統(tǒng)一，導致各項數(shù)據(jù)內(nèi)容繁雜無序，在數(shù)據(jù)錄入和審核過程中，缺乏標準化的管理和控制，數(shù)據(jù)超出設定的值域范圍，輸入錯誤、傳輸錯誤等問題突出。

2.3 數(shù)據(jù)分析難

1）缺乏數(shù)據(jù)共享整體架構(gòu)設計，形成歷史數(shù)據(jù)孤島。由于缺乏整體架構(gòu)設計，數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)使用各系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)對接不完善，各應用之間數(shù)據(jù)孤島林立，相互獨立運行，數(shù)據(jù)共享效果甚微。

2）過分依賴Excel 工具對數(shù)據(jù)進行分析，數(shù)據(jù)分析方法和手段欠缺。Excel 分析的過程和方法無法固化，且數(shù)據(jù)量大時，無法滿足需求。遇到海量數(shù)據(jù)分析需求，都需要從原始數(shù)據(jù)開始分析加工，之前積累的大量分析方法未能整合為自動化程序分析，既浪費人力，效率也低。

3）數(shù)據(jù)統(tǒng)計過程繁雜，數(shù)據(jù)及時性差，數(shù)據(jù)的可接近方式單一。長期以來，數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計過程繁雜，數(shù)據(jù)很難實現(xiàn)共享，數(shù)據(jù)的獲取、處理、審核、加載、數(shù)據(jù)的返算更新等無法及時完成，直接影響下一步工作的進行。另外，數(shù)據(jù)可接近方式單一，用戶部門除郵件外，幾乎沒有其他可接近的方式[6]。

2.4 網(wǎng)絡傳輸條件差

中石油負責作業(yè)或主導作業(yè)的海外現(xiàn)場和作業(yè)基地、營地的主要通訊設備是VSAT系統(tǒng)，手持衛(wèi)星電話僅用于應急或遠離VSAT 站的作業(yè)。但是，VSAT 系統(tǒng)的致命缺點是頻道較窄，其最高速率只有2 Mbps，即3G 速度（4G 為100 Mbps）。加之無線網(wǎng)絡用戶和數(shù)據(jù)量劇增，網(wǎng)路經(jīng)常堵塞，發(fā)送郵件非常困難，語音交流嚴重受限，更無法進行視頻聯(lián)絡和實時數(shù)據(jù)傳輸。

3 海外項目鉆完井數(shù)字化轉(zhuǎn)型解決方案

根據(jù)上述調(diào)研結(jié)果，長城鉆探聯(lián)合中石油集團工程院，以尼日爾、乍得項目為試點，選用成熟先進的技術，充分利用已有投資建設成果，提供系統(tǒng)、完整且包含井場數(shù)據(jù)實時采集傳輸、歷史數(shù)據(jù)錄入、大數(shù)據(jù)庫建立、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)應用平臺、技術支持體系、數(shù)據(jù)質(zhì)量管理體系等一整套鉆完井數(shù)字化轉(zhuǎn)型解決方案，兼顧各方利益，保護已有投資，以較低成本獲得最大效果。滿足了中油國際總部、海外項目公司當前和今后一段時間的生產(chǎn)管理需要，率先實現(xiàn)了工程作業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

3.1 數(shù)據(jù)流架構(gòu)與數(shù)據(jù)庫解決方案

3.1.1 數(shù)據(jù)流架構(gòu)

基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準以及WITSML 國際標準，打通國外軟件數(shù)據(jù)與RTOC 庫接口，國外成熟專業(yè)計算軟件“即插即用”，實現(xiàn)不同廠家專業(yè)軟件建模成果共享應用。如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)流示意圖

3.1.2 現(xiàn)場服務器數(shù)據(jù)庫選擇

尼日爾、乍得項目每口井的作業(yè)周期大概15～30天，報表類型數(shù)據(jù)每天都錄入1次，錄井專業(yè)與隨鉆專業(yè)實時數(shù)據(jù)采集頻率約為1條/s，每口井可產(chǎn)生800～1 000 萬條數(shù)據(jù)，100 口井數(shù)據(jù)量為2.2～2.7 G?；跀?shù)據(jù)存儲量考慮，從技術方面基于系統(tǒng)兼容性、數(shù)據(jù)安全性、數(shù)據(jù)讀寫I/O 時效性、連接方式多重性考慮，服務器端數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)選擇使用Oracle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

3.1.3 數(shù)據(jù)庫共享推送方案

鉆井數(shù)據(jù)從現(xiàn)場實時傳輸至項目部服務器中，配套“客戶端+服務器”端模式數(shù)據(jù)服務，項目部審核后，將項目部數(shù)據(jù)實時同步至中油國際總部EISC服務器，保證國外現(xiàn)場和國內(nèi)基地端數(shù)據(jù)同步。如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)庫共享推送流程圖

3.1.4 數(shù)據(jù)庫備份機制

在國內(nèi)數(shù)據(jù)中心與國外項目部部署數(shù)據(jù)庫備份服務器，如生產(chǎn)服務器出現(xiàn)意外問題隨時將數(shù)據(jù)服務切換到備用服務器，國內(nèi)數(shù)據(jù)中心設置災備服務器，進行異地災備。利用Data Gurad 工具與GWDrilling Data Exchange 工具實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)實時備份。如圖4所示。

圖4 備份方案原理圖

3.1.5 數(shù)據(jù)庫設計

基于鉆井工程數(shù)據(jù)庫規(guī)范和國際井場數(shù)據(jù)傳輸標準（WITSML），研發(fā)鉆完井數(shù)據(jù)倉庫母子表結(jié)構(gòu)，建立井深、時間、數(shù)據(jù)三維關系型數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫底層模型與集團EISS 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫模型結(jié)構(gòu)保持一致，可實現(xiàn)與EISS 系統(tǒng)數(shù)據(jù)的共享。包含鉆修井、工廠化、側(cè)鉆井等多種作業(yè)方式以及控壓、分支井等特殊工藝的特定參數(shù)，共建表164 張，建立字段2 831 個，實現(xiàn)鉆井全業(yè)務周期的數(shù)據(jù)標準化管理。采用中英文兩個版本，可實現(xiàn)公制、英制、混合制單位的自動轉(zhuǎn)換?；谀崛諣栥@井設計、井史、DDR 報表優(yōu)化數(shù)據(jù)庫設計，為用戶需求定制開發(fā)打下基礎。

3.1.6 區(qū)塊歷史施工數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化處理

收集整理區(qū)塊歷史施工井井史，利用GW-Datist 系統(tǒng)，將半結(jié)構(gòu)化的EXCEL 井史處理至數(shù)據(jù)庫中，形成結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，豐富數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)內(nèi)容，實現(xiàn)區(qū)塊數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)對比分析、大數(shù)據(jù)診斷等功能。如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化處理圖

3.2 數(shù)據(jù)采集傳輸解決方案

3.2.1 全專業(yè)數(shù)據(jù)采集終端

針對海外現(xiàn)場網(wǎng)絡、電腦設備環(huán)境、多承包商數(shù)據(jù)輸入等需求，研發(fā)了海外現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集終端，采用工業(yè)化設計，配備雙電源（UPS備電半小時）、低功率元件、多接口設計，多用戶接入，集軟件、硬件為一體，具備現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、作業(yè)現(xiàn)場組網(wǎng)、視頻監(jiān)控、視頻會議等功能，建設現(xiàn)場數(shù)字化、信息化中心。如圖6所示。

圖6 海外現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集示意圖

3.2.2 統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準，建立標準化采集模版

按照WISTML、IADC數(shù)據(jù)標準，梳理尼日爾、乍得等區(qū)域性數(shù)據(jù)錄入模版，統(tǒng)一時效、工況等數(shù)據(jù)標準，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式（日期/時間、數(shù)字精度、全半角格式、標準縮寫），形成定制表格與慣用表格數(shù)據(jù)采集標準。

3.2.3 不同專業(yè)角色數(shù)據(jù)采集模塊

按照“數(shù)據(jù)誰產(chǎn)生，誰錄入”的原則，分配各專業(yè)用戶權(quán)限，分專業(yè)采集鉆修井、錄井、定向井服務（隨鉆數(shù)據(jù)）、測井、固井等基礎數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集平臺支持各模塊多用戶同時錄入，采集數(shù)據(jù)支持各層級日、周、月、季、年報表的自動生成。海外現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)如圖7所示。

圖7 海外現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.2.4 實時數(shù)據(jù)采集模塊

海外現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可自動采集斯倫貝謝、哈里伯頓、貝克休斯等13 種主流隨鉆儀器以及18種錄井及鉆參儀的各類參數(shù)，同時能夠為現(xiàn)場所有型號的綜合錄井儀和隨鉆儀器進行數(shù)據(jù)采集接口開發(fā)工作。實時數(shù)據(jù)在現(xiàn)場通過局域網(wǎng)絡將采集的數(shù)據(jù)先保存到本地采集機數(shù)據(jù)庫中，網(wǎng)絡暢通的情況下可以直接將本地數(shù)據(jù)直接發(fā)送到服務器數(shù)據(jù)庫中，支持斷點續(xù)傳。

3.2.5 數(shù)據(jù)質(zhì)量審核機制

制定海外數(shù)據(jù)質(zhì)量審核標準，定制數(shù)據(jù)質(zhì)量自動審核功能模塊，通過現(xiàn)場監(jiān)督審核每日審核、海外項目部每日審核、完井后井史數(shù)據(jù)審核3 層審核模式，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。

3.2.6 數(shù)據(jù)傳輸解決方案

應用Socket 異步通信技術、CRC32 校驗技術、MD5加密技術以及多核編程傳輸技術，建立以海外項目基地為數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)鏈路，實時同步至國內(nèi)外數(shù)據(jù)應用中心，實現(xiàn)現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)的壓縮加密與遠程傳輸。海外數(shù)據(jù)采集傳輸流程如圖8所示。

圖8 海外數(shù)據(jù)采集傳輸流程圖

3.3 井筒數(shù)字化管理解決方案

3.3.1 應用架構(gòu)

根據(jù)海外應用場景，以DrillingAnywhere系統(tǒng)為基礎，搭建了集客戶端自動更新、多單位制轉(zhuǎn)換、多語言轉(zhuǎn)換，表格控件封裝的井筒數(shù)字化管理系統(tǒng)（海外版）?？蓪崿F(xiàn)中英語言切換、單位制顯示定制、報表定制。并以圖表統(tǒng)計、指標統(tǒng)計、報表等方式展示鉆井工作量、鉆機動態(tài)和全年完成井指標，推送重點井、復雜井施工動態(tài)等功能。

3.3.2 單井數(shù)據(jù)管理功能

單井功能實現(xiàn)查詢與下載單井的鉆井信息，包含了單井DDR、DMR、DWR、工程地質(zhì)設計，鉆井，錄井，鉆井液，隨鉆，測井，固井數(shù)據(jù)。

3.3.3 多井數(shù)據(jù)管理功能

多井功能實現(xiàn)多維度鉆井數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。包括多井DDR、鉆井周期統(tǒng)計分析、時效統(tǒng)計分析、鉆頭螺桿統(tǒng)計分析、鉆井事故復雜統(tǒng)計分析、鉆機運轉(zhuǎn)統(tǒng)計、區(qū)塊鉆機技術指標對比，多井井徑、井斜、鉆井液統(tǒng)計。固化項目、區(qū)塊完成井KPI 分析模板和算法，實現(xiàn)了單日成本、井深&機械鉆速、單井工況時效，多井工況時效等部分關鍵KPI自動統(tǒng)計分析。

3.3.4 實時數(shù)據(jù)管理功能

實時數(shù)據(jù)實現(xiàn)單井實時施工跟蹤查看。包括工程參數(shù)、曲線、隨鉆測井數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)回放。

3.3.5 報表管理功能

對各項工作進行多維度統(tǒng)計分析，定期統(tǒng)計并發(fā)布數(shù)據(jù)質(zhì)量報告，同時支持各種標準規(guī)范及研究成果的發(fā)布管理，實現(xiàn)了中油國際生產(chǎn)運行報表及各項目部生產(chǎn)運行報表的自動生成導出。

3.3.6 電子井史功能

根據(jù)尼日爾、乍得井史版本要求，定制了鉆井井史自動生成模塊?？勺詣犹崛‖F(xiàn)場日常采集數(shù)據(jù)，按照井史模板生成井史文件，截至目前已為尼日爾、乍得項目自動生成36口井井史文檔。

3.3.7 井控管理功能

形成了以井控日常數(shù)據(jù)管理模塊、井控裝備管理模塊、溢流信息收集模塊、溢流壓井計算模塊、風險監(jiān)測模塊、井控突發(fā)事件應急指揮模塊、鉆完井井控技術支持模塊為基礎的井控綜合管理平臺，為各級單位領導專家在遠程應急救援時直觀把控井場設備布局、井口井控裝備、井下實時鉆具鉆合和井身結(jié)構(gòu)，快速制定應急搶險措施奠定基礎。

3.3.8 技術支持功能

遠程專家利用音視頻通信、移動應用等技術進行即時的技術支持，將縮短服務響應時間，提高支持協(xié)同效率，降低跑井風險；各級管理者利用移動端進行現(xiàn)場安全巡檢，提高現(xiàn)場安全管控水平。

3.3.9 設計與優(yōu)化功能

通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫共享調(diào)用，技術專家可利用配套的WellPlan、COMPASS 等專業(yè)軟件，對重點的正鉆井進行設計軌跡優(yōu)化分析、實鉆軌跡分析、摩阻扭矩分析、水力學分析等工作，可以有效規(guī)避潛在風險，實現(xiàn)鉆井的提質(zhì)提效。設計與優(yōu)化功能流程如圖9所示。

圖9 設計與優(yōu)化功能流程

4 尼日爾、乍得海外鉆完井數(shù)字化建設成果

2021 年，中油國際聯(lián)合長城鉆探、集團工程院在乍得、尼日爾開展鉆完井數(shù)字化轉(zhuǎn)型試點，開展了鉆井現(xiàn)場數(shù)據(jù)采傳和項目公司井筒數(shù)字化管理系統(tǒng)定制與部署工作。一年多來，項目組完成數(shù)據(jù)庫建設，服務器部署，數(shù)據(jù)采傳系統(tǒng)、井筒數(shù)字化管理系統(tǒng)研發(fā)，建成了乍得、尼日爾鉆完井工程技術生產(chǎn)管理系統(tǒng)，大大推進了中石油海外項目的工程技術生產(chǎn)運行管理進程，邁出了海外項目數(shù)字化轉(zhuǎn)型堅實的一步。

截至目前，系統(tǒng)在尼日爾、乍得累計部署11 支隊伍，開通應用賬戶34個（尼日爾27個、乍得7個），成功采集、傳輸、存儲、展示106口井（乍得54口、尼日爾52 口）鉆完井動靜態(tài)數(shù)據(jù)，與中油國際總部EISC 數(shù)據(jù)實時共享91 口井，實現(xiàn)了現(xiàn)場-項目基地-北京總部一體化數(shù)據(jù)實時共享，提升了海外工程技術的遠程支持、管理與決策能力。

5 結(jié)束語

1）統(tǒng)一標準是海外鉆完井數(shù)字化建設的基礎。應做到統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集標準、數(shù)據(jù)儲存標準；統(tǒng)一定制標準化報表格式和井史格式；統(tǒng)一數(shù)據(jù)技術標準、管理標準；明確傳輸、接口協(xié)議和組網(wǎng)標準，鉆完井行業(yè)技術標準，統(tǒng)一數(shù)據(jù)資源管理標準，統(tǒng)一資源類別目錄標準。

2）功能突出是系統(tǒng)生命的源泉。形成自動生成報表井史，自動生成展示可視化數(shù)據(jù)和圖像，協(xié)助技術人員進行分析優(yōu)化，遠程井控管理等適用于海外應用場景的特色功能，減輕海外人員工作量和工作風險。

3）保持業(yè)務開放設計是系統(tǒng)擴展的必要元素。系統(tǒng)提供對外接口與其他系統(tǒng)集成，能針對新需求快速調(diào)整。支持個性化應用自定義，適應不同范圍、不同層次、不同管理模式的業(yè)務拓展需要是系統(tǒng)發(fā)展壯大的必要元素。

4）良好生態(tài)是系統(tǒng)發(fā)展的堅實保障。采用成熟可靠的技術和成功經(jīng)驗，與集團公司RTOC兼容，軟硬件同步升級，持續(xù)改進和完善，構(gòu)建良好的應用生態(tài)是系統(tǒng)不斷發(fā)展的堅實保障。