新版WITSML井场数据交换标准特征及应用分析

杨传书 赵金海 张克坚

中国石化石油工程技术研究院 （北京 100101）

新版WITSML井场数据交换标准特征及应用分析

杨传书 赵金海 张克坚

中国石化石油工程技术研究院 （北京 100101）

WITSML的广泛应用增加了企业对实时数据的依赖性，一旦数据传输出现故障，将可能影响正常施工，因此,WITSML服务系统的稳定性尤为重要，可采取措施对该项服务进行考核，提高服务质量。国内石油企业绝大多数尚未应用该标准，应尽快加入该行列，以便在企业范围内实现井场信息的共享，消除信息孤岛，减少重复开发，提高信息应用效率。

井场 数据交换 WITSML实时模型

1 Energistics组织及其标准体系

Energistics（前身是POSC）是一个全球性的、非盈利、会员制的中立组织[1]，其职责是开发、管理和推广石油和天然气上游业务数据交换标准。Energistics针对不同的技术领域建立SIGs（特别兴趣团体），团结全球的领域专家和标准爱好者来促进本领域技术标准的开发。Energistics的会员包括石油公司、服务公司、软件提供商和监管机构的代表，目前已有100多个，包括Shell、BP、Chevron、Total、ExxonMobil、Halliburton、Schlumberger、Weatherford、Microsoft、Baker Hughes、Paradigm、PPDM、CMG等国际著名公司。

1.1 E&P业务标准模型

Energistics在某大型能源公司现行的业务流程基础上，抽象制定了E&P业务标准模型[2]，它不依赖于任何特定的组织架构或技术工具。制定该模型的目的是帮助分析业务领域内的通用业务流程、概念、词汇等，进而开发和应用一致的行业标准。该模型具有通用性和稳定性，其优点是：①不用再为每项标准的研究来定义业务流程，从而节省标准研究的时间；②这种关于业务流程、概念、词汇等的明确的、通用的定义，有助于促进标准的开发、理解和实际应用；③可作为定义新业务流程 （如基于internet新技术产生的新业务）的基础；④可作为应用软件需求分析的基础；⑤可促进行业以及跨行业业务标准的形成。

该模型将石油的勘探开发业务过程分为5个阶段： 勘探 （Explore）→评估 （Appraisal）→开发（Develop）→生产（Produce）→废弃（Abandon）。每个阶段又包含若干业务过程，每个业务过程可在不同的阶段中重复存在。这些业务过程的定义是相对独立的，可根据实际需要将它们灵活“组装”起来形成每个业务阶段的完整业务流程。这些业务过程主要包括：①井设计与管理（E）；②测量（F）-井位测量、地球物理测量、测录井等；③开发规划（G）-处理解释评价；④油田基础设施设计与管理（H）；⑤物资供应（I）；⑥后勤服务（J）；⑦金融服务（K）；⑧取得或出让资产（L）；⑨石油与天然气销售（M）；⑩人力资源（N）；11○IT服务（O）；12○实验室（P）；13○生产（Q）；14○维护（R）。

1.2 Energistics标准体系

根据业务模型所识别的业务领域，Energistics目前已经制定了WITSML、PRODML、RESQML、Asset& Data Management、 Industry Services、Geophysics、eRegulatory等SIG[3]，并相应建立了 7大标准的路线，各标准发展状况如表1所示。

近几年在钻完井、油田生产和油藏3个领域形成了基于XML的标准，其它标准尚无最新成果。其中WITSML是与钻井、完井以及修井相关的标准，PRODM是以WITSML为基础延伸的与油井生产相关的标准，RESQML是与油藏相关的标准。以WITSML为例剖析其内部结构、应用情况以及前景。

2 WITSML标准剖析

WITSML（井场信息传递标准标记语言）是一种数据传输标准，旨在促进井场和基地之间钻井数据的有效传输。WITSML标准由WITS（井场信息传输标准）开发而来，其目的是创建一种统一的XML格式标准实现井数据的传输，以便能够集成不同服务商的信息。标准数据传输机制可以整合新的工具和流程，这使得地质学家和工程师可以在他们熟悉的桌面应用程序中使用实时数据。

2.1 WITSML标准的内部结构

WITSML标准包括2个可独立版本化的组成部分：数据模型和应用程序接口(API)。最新的v1.4.1版本（2011年发布）数据模型定义了27个对象[4]，如表2所示。

这些数据对象中，wellbore是 well的子对象，而其它绝大多数对象又是 wellbore的子对象，changeLog对象可作为其他对象的子对象（记录该对象的变化情况），CRS是一个独立对象（坐标系），对象之间的关系如图1所示。

表1 Energistics标准体系及研究团体

表2 WITSML数据对象

WITSML基于XML文件格式，一个数据对象定义了一组数据，可以用一个单一的XML文档传送，代表了一个领域（domain）逻辑模型内的一组紧密相关的数据子集。比如，“井”这个逻辑模型包括井、井筒、钻机等数据子集。数据对象包括属性、元素和子组件 （component sub-schemas）。子组件是XML结构，但不能代表完整的数据对象，而且可以属于多个数据对象。一个子组件通常只定义一类数据，并且在这个类型名前面加上“cs_”作为这个子组件的文件名。比如，cs_drillingParams.xsd里面仅仅包含钻井参数，而且它同属于bhaRun和opsReport这两个数据对象。WITSML还定义了大量常量数据类型和单位制符号。

2.2 WITSML标准的典型应用架构

利用WITSML标准实现井场数据交换的典型架构如图2所示，其中WITSML服务器是核心部分，它将传入的其它各类格式数据进行转换之后，可向网络上任何地方提供WITSML标准格式的数据服务。比如油公司、工程服务公司等相关各方可实时获取这些数据，进而开展数据展现、分析等应用。

图1 WITSML v1.4.1数据对象关系

图2 WITSML数据交换典型应用架构

3 WITSML标准在国内外的应用

3.1 国外应用情况及效果

多年来，很多地方的不同作业者都见证了FEWD数据在远程钻井地点和中央基地之间实时传输的价值。在过去，这类传输的问题之一就是在众多的数据传输方法中，有一部分是具有专利的，这使得终端应用程序的数据传输很不标准而且非常耗时。有了WITSML之后，可通过WITSML服务器直接将数据发送到客户端应用程序上，这意味着作业者不再依赖于应用供应商或服务商就能得到现场传回的数据，进而针对这些数据开展工作。 因此，在世界各地，使用这项流程的作业者正变得越来越多。数据传递和传输方式的标准化使得作业者可以从众多供应商中获得最佳服务和软件解决方案的时候，还能保持数据的有效流动。

目前，大多数世界知名的外国石油公司、油田服务公司、仪器供应商和软件开服商均已应用WITSML标准。以 Statoil、Schlumberger为例介绍WITSML的应用情况及效果[5]。

（1）实时作业支持与协同决策。Statoil公司基于WITSML建立了实时支持中心（RTS）小组。 该小组负责世界各地所有Statoil作业钻机和平台的实时数据传递。该小组通过内部工程数据库，集中管理来自现场工具和传感器的地面和井下随钻地层评价（FEWD）数据，使得每个工作组都可访问任意时间的数据，及时作出钻井施工决策。同时，WITSML的应用大大强化了地质和地球物理（G&G）与工程团队之间的交叉学科协作能力。例如，可利用WITSML标准中的风险（Risk）数据对象将钻井风险同地质模型有效融合，可以将一个学科中已知的问题更好地与井设计和执行情况相结合，从而对风险和不确定性进行更有效地管理。

（2）从实时监测到实时控制。虽然WITSML并不一定能够直接实现实时控制，要实现实时控制更多的还得依靠远程控制和监测工具的开发，但实时控制还是和WITSML关键工作流程的发展结合到了一起。过去的几年，Statoil各资产小组与其他作业者中的MWD和LWD工程师以及泥浆录井工程师已经可以在远离现场的地方进行工作了。这不仅具有明显的质量健康安全环保（QHSE）管理体系优势，而且也可以让个人与提供服务的资产小组进行直接互动。

（3）服务效率和质量提升。WITSML支持更广泛的数据类型，使得服务公司快速推广应用新型的工具和测量方法。

统一的数据源类型可以缩短为了获取和传输数据而进行软件升级的时间。 比如Schlumberger已经采用了统一的WITSML客户端软件，只需要在软件中更新WITSML发布的新标准代码，即可立即实现对所有客户的应答升级，大大降低了软件开发成本和时间，还有助于处理“方言问题”。现场多专业、多来源数据的合并传输，使得服务公司可以通过内部作业支持中心监测这些数据，同时还可以使远程工作人员获得集中的支持，提高了服务质量。

3.2 国内应用情况

与国际发展现状相比，国内石油企业对于WITSML标准的研究和应用明显滞后，且主要限于少数软件或仪器开发商[6]。尽管WITSML是个开放的标准，但要真正应用它需要做很多细致的研究工作。比如，分析每个数据对象里面包含的所有数据项，从而与现有数据存储模型进行对应，是一件非常麻烦的事情。解决这个问题的最好途径就是加入Energistics组织，参与该标准的研究，使用他们的研究成果，包括数据转换服务平台。而目前，国内仅有北京怡恒阳光科技发展有限公司一家单位加入了该组织，并在其软件中部分应用了WITSML标准。中石油、中石化、中海油等三大石油公司均未正式参与该标准的合作，但在接受国外公司（如Schlumberger）的技术服务时，间接使用了基于WITSML标准的数据服务。

3.3 应用WITSML的风险与对策

实时数据可以使员工在基地就能完成原来需要在现场才能完成的工作，从而减少了现场总人数。但是，这种工作模式增加了对实时数据的依赖性。一旦钻井数据传输中断，现场作业很可能必须终止，从而造成非工作时间的损失。因此，数据传输的可靠性是WITSML推广应用的最大风险。

为了规避或降低这个风险，Schlumberger公司的Deeks和StatoilHydro公司的Halland提出了一种“WITSML服务关键绩效指标(KPI)”的量化考核做法[5]，见表3。KPI是否有效的一个重要标准就是KPI不仅应能度量WITSML服务器的可用性，还应能度量服务器上高质量实时数据的可用性。

表3 WITSML服务关键绩效指标（KPI）

4 结论与建议

（1）以WITSML为代表的系列数据交换标准，重点关注于不同合作方、不同应用系统间的数据交换，成功回避了数据存储模型难以统一的问题，使得该标准具备推广的可行性，已被业界广泛认可和采用，越来越多的石油公司、服务公司、软硬件供应商和相关研究机构加入到Energistics组织。

（2）石油公司可实现从平台到数据库到公司总部的实时数据共享，强化运营商支持与决策；服务公司能够更大程度地简化不同源数据的整合过程，提升数据处理效率；软硬件开发商在开发新软件时，可简化数据结构分析环节，从而显著减少从设计到交付的时间。

（3）国内石油行业的信息化已经到了整合集成阶段，迫切需要WITSML这种应该尽快加入到国际信息标准的合作中来，制定企业内部甚至整个行业的井场信息交换标准，进而消除信息孤岛，消除目前存在的“现场采集数据标准不一，只能利用录井仪服务商的特定软件才能传输展示该井实时数据”等顽症，实现大范围的信息共享，减少重复开发，简化应用流程。

[1]Energistics.About Energistics[EB/OL].http://www.energistics.org/ about-energistics,2011-8-13.

[2]Energistics.E&P Business Process Reference Model[EB/OL].http://eand-p-business-process-reference-model,2011-8-13.

[3]Energistics.Special Interest Groups[EB/OL].http://www.energistics. org/special-interest-groups-sigs,2011-8-13.

[4]Energistics.WITSML Standards[EB/OL].http://www.energistics.org/ witsml-standard,2011-8-13.

[5]N.R.Deeks,Schlumberger,and T.Halland,StatoilHydro.WITSML Changing the Face of Real-Time[C].Paper SPE 112016 presented at the 2008 SPE/DOE.

[6]廖茂林,韦远发.综合录井数据如何实现符合WITS要求的传输[J].录井技术,2001,12(4):59-62.

The wide use of WITSML increases the dependence of enterprises on the real-time data.Once the data transmission gets into trouble,it is possible to affect the normal construction.Therefore,the stability of WITSML service system is so important that it is necessary to adopt some measures to examine this service and improve its quality.Now,most of domestic petroleum enterprises have hot used this standard yet,so they should step into this line as quickly as possible so as to realize the sharing of well-site data in the range of enterprise,eliminate the information isolated island,reduce the repetitive exploration,and thus improve information application efficiency.

well-site;data exchange;WITSML;real-time model

杨传书(1972-),男,现主要从事石油工程信息技术研究工作。

路萍

2011-09-19