井筒工程“大数据”的建立与应用实践

钱浩东， 温 馨， 甘红梅， 陈思锦， 李丰成

(1中石油川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院 2中石油川庆钻探工程有限公司工程技术处 3 中石油川庆钻探工程有限公司信息管理部 4中石油测井有限责任公司)

国际石油公司均实现了井筒工程数字化，成立远程支持决策中心，提供多专业一体化解决方案，智能化钻井、勘探、开发是大势所趋。国内多数油气田公司处于智能钻井初期阶段，为了实现智能钻井，首要任务是建立数字化井筒。井筒工程数据包括了钻井、录井、测井、井下作业等多专业作业形成的数据，为了在生产、研究工作中实现数据资源共享，促进各专业技术融合和业务协同，为决策者、技术人员提供多种方式、多角度的数据，应改变以往数据应用和查询模式，要从多维度、跨专业地去进行分析与应用数据，这样“大数据”才能发挥更好的作用，有助于工程技术服务向科学化、一体化解决方案方向发展。

一、数字井筒技术发展概况

数据库技术是上世纪八十年代末九十年代初在我国各个行业开始推广应用的，并极大地推动了各行业的管理水平和技术进步。中石油最早开展数据库研究的是钻井专业，在90年代中期国内各油田兴起了一次建立钻井专业数据库的热潮，但是持续研究的时间很短。2002年前后国内各油田中塔里木、四川和长庆等少数几个油田有较完整的钻井数据库，其他油田有零星的钻井数据库，除此以外开发的钻井数据库基本都被废弃[1]，造成这种局面的有以下几个原因：①受当时通讯条件以及计算机科学水平的制约，钻井数据库开发完成后并未到达人们预期的效果；②对数据库信息科学发展规律认识的偏差，因为数据库信息工程是一个系统工程，需要持续的资金支持和人员维护，而很多油田都是作为科研项目，项目验收后就再没有资金投入；③受机构重组的影响，对钻井专业数据库的认识差异，很少有油田公司愿意继续在钻井数据库中投入资金，致使重组后很多油田的钻井专业数据库没能继续发挥它的功能。

随着计算信息技术的日新月异，特别是通讯技术的迅速发展的影响，2008年后中石油又迎来了新一轮的数据库建设热潮，启动了A1、A2、A7等项目，各地区公司也建立了自己的专业数据库。这个阶段开发的数据库与上世纪九十年代开发的数据库的最大区别，在于各专业建库的目的都为实现各自的专业管理目标，造成在施工现场同一井筒作业有很多不同数据采集与填报系统，给现场施工队带来大量的重复填报工作，增加了一线技术人员的负担，且数据源错误率高，严重阻碍生产管理[1]。以某公司为例，井场形成的数据采集情况如图1所示。

图1 井场形成的数据采集示意图

专业数据库适用范围小，虽然具有便于管理、升级等优点，但专业信息系统缺乏统一规划和建设，各专业基础数据编码不一致，重复建设现象多，系统与系统之间、专业与专业之间无法共享信息数据和资源，内部信息孤岛严重，信息源利用率非常低，如何整合专业数据库资源，形成可以利用一体化“大数据”，减少现场数据填报的负担，推动数据化井筒建设进程。为此通过多专业联合攻关,打通专业限制壁垒，建立井筒工程数据一体化管理平台，构建了一个以井筒生产为基础的，满足多专业需求的油气勘探生产管理平台[1]。

二、井筒数字化的搭建

1.井筒一体化数据库技术构架

一体化数据库的数据集必须满足各种不同专业数据库的需求，要以实现“一次填报、多系统共享”的核心建设目标，达到减轻基层作业填报、成果资料整理工作量的目的。

为了涵盖全井筒相关的各专业并实现数据一体化，主体技术框架设计由两条主线构成，第一种主线以井的生命周期为主线，通过井这条主线，把井的物理属性进行了详细的描述，井的各种物理变化数据通过井进行有效串联，能充分满足成果数据的管理；第二种主线以作业ID(包括各专业的作业ID)这条主线把围绕井筒各种作业事件也进行了有效关联，通过关联把井筒工程的各个专业数据紧密地整合在一个数据库中，井筒工程数据库得到最大化扩充，同时提高了数据库的灵活性，能满足各专业的数据需求。井筒一体化数据库技术构架图如图2所示。

图2 井筒一体化数据库技术构架图

2. 清理交叉数据源、规范数据标准

钻井、录井、测井、井下作业各专业间存在数据重复采集、数据源交叉的问题，为确保数据的一致性和准确性。为了减少数据的重复录入，为一线技术员减负，对川庆一体化数据源进行了清理，共清理数据表近20个，交叉数据项数百项，同时还制定了各专业的数据采集标准，规范了采集数据，确保了数据采集的质量及数据的兼容性。

3. 一体化数据采集系统的开发

基于一体化数据库开发的数据采集系统，兼顾了物探、钻井 、录井、测井、井下作业、钻井液等多专业的施工数据采集系统，可实现分专业分用户填报，避免重复录入，所有专业的数据的填报量都比过去大大减少。同时提高了数据质量和数据利用率，确保了数据的完整性、唯一性和规范性[2]。

4. 实时数据的统一采集

实时数据也是井筒工程的一项重要数据资源，实时数据进入一体化数据库进一步丰富了数据资源；同时实时数据通过一体化平台方便的被更多的用户群使用；现场数据采集遵循WitsML国际标准格式对作业现场的工控数据进行采集、存储和传输，将钻参仪、综合录井仪、测井、随钻仪器、增产改造数据等实时数据都被对接输入一体化数据库[3]，这些数据的纳入也进一步减少了现场的数据手工录入量，同时提升了现场数据展示的实时性，且满足中石油A1、A5、A7、A12等多个系统的工程技术数据需求，并在中石油内网环境下通过研发一体化远程传输系统，为远程决策奠定了基础。

5. 井筒工程移动APP的建立

井筒大数据平台是基于Windows系统开发，数据查询方式主要依赖于办公电脑。利用已有的大数据平台，在中国石油企业移动应用平台上开发一套基于安卓系统的井筒工程移动APP，采用移动平台统一的数据编码格式，确保APP的稳定性和适应性。用户身份认证设置实现口令认证和移动加密机两种安全认证方式，并根据移动应用安全级别进行访问权限控制，满足移动平台统一的信息安全管理。实现了管理人员不受时间和地点的制约，通过使用手机或平板电脑方便快速的钻完井工程信息，为管理人员提供及时、可靠的决策依据，从而建立一种全新的“移动办公”模式，使大数据平台发挥更大的功效。

三、“大数据”在钻井工程的应用实践

一体化数据库形成的随钻工程地质数据、勘探开发研究数据等实现了资源共享、促进了各专业技术融合和业务协同，是集数据采集、远程监控、实时预警、辅助决策为一体的综合展示发布平台[4]，决策者、和业务人员面对“大数据”进行应用时，应改变以往数据应用和查询模式，要从多维度跨专业地去考虑数据的分析与应用，这样“大数据”才能发挥更好的作用。

基于一体化数据库开发跨专业的数据查询、统计、分析、数据挖掘到最终的辅助决策，是一体化数据采集平台的主要开发目标，目前已实现了三方面的应用，有效地指导了安全生产。

1. 在快速钻井中的应用

提速一直是钻井工作者的追求的目标，提速的主要手段主要是利用新工具、新技术，在现有条件下进行钻井参数优选，钻井参数数据的优选要依赖实钻资料，过去钻井数据分析时主要集中在钻井专业数据库，如钻头使用、钻具组合、钻井性能、事故复杂分析等，但在“大数据”的背景下，可利用录井数据库的整米数据、实时岩屑数据分析回归钻速的趋势线，来分析钻速和岩性，利用测井数据库的井径、补偿声波、岩性密度等数据来分析岩石的可钻性，通过多个专业的数据融合的综合分析影响和制约钻速的因素，建立新的钻速方程或优化钻井参数、钻具组合，新的钻井参数又可以通过可实时数据及时验证和优化调整，这样使提速方案更科学更合理，见图3。

图3 “大数据”在钻井方案优化中应用示意图

2. 安全钻井中的应用

2.1 实时预警

“大数据”在钻井现场的应用为钻井提供了有效的工程监测：综合录井仪、钻参仪，能够直接监测钻井工程、钻井液、气体和地层压力等多项参数，实现对钻井工程事故的连续监测和量化分析判断，进而指导安全优化钻井，达到保障钻井施工安全、减少投入、提高勘探开发整体效益的目的。通过对实时数据和钻井设计数据以及钻井现场数据的统计、分析和挖掘，形成溢流、井漏、钻具刺漏等主要钻井工程事故复杂的预报方法，实现了对钻井参数的自动监测、分析和异常报警。涉及录井参数包括入口流量、总泵冲、总池体积、出口流量、立管压力、出口密度、出口温度、全烃等。例如，在钻进过程中，大数据平台监测出钻时、出口密度异常下降，总池体积、出口流量、全烃值异常上升，可初步判断溢流情况发生。

“大数据”在钻井作业过程中能为工程安全提供保驾护航，但同时也受钻井工艺、传感器性能及现场环境所影响，在实际现场作业中，也需综合考虑多方面原因以确定井下复杂情况的发生，有效保障钻井作业安全。

2.2 地层压力预测

准确预测地层压力，一直是安全钻井中的一项主要工作，利用井场实时一体化数据库，可进行实时数据分析；前瞻性的建立地质模型，同时结合随钻参数，油藏数据模型，实时进行地层压力预测以及井壁稳定性分析，并可以利用软件图示化地实时展示三维模型和地层压力曲线；提高了钻井可视化程度，用户可以做到未雨绸缪及时做出针对性的钻井施工方案，有效地降低了地质和钻井不确定性，避免井下异常和井壁不稳定性等复杂，从而节约时间成本。

3. 在地质导向中的应用

工程地质的一体化数据是地质导向的基石，“大数据”为地质导向的成功提供了丰富的数据资源，利用多种岩石物理、测井数据、地震/地质面等数据，以邻近地层趋势为控制条件建立预测模型，在施工过程中可以根据实时录井数据、LWD数据，对地质目标和井岩轨迹进行分析和调控，从而提高储层钻遇率并保证地质目标的实现，“大数据”在三维导航中应用示意图4。

图4 “大数据”在三维导航中应用示意图

四、结论与建议

(1)通过搭建物探、钻井、录井、测井、井下作业等各专业一体化数据库，实现了跨专业数据关联与共享，减少了重复录入，数字化井筒已经形成，不断丰富和完善大数据平台的功用，为钻完井专家系统的形成奠定了坚实的基础。

(2)“大数据”是未来企业信息技术创新发展的基础，也是石油企业向信息化、智能化管理转变的必经之路，应用“数据挖掘”、“云计算”等技术，对海量的、多专业的工程数据进行组织和处理，有效的指导了生产和管理工作。

(3)不断完善丰富“大数据”资源。信息化时代的一个最重要的特征就是信息的多样性，井筒工程一体化信息资源既要不断吸收井筒工程各专业迅速发展的新技术、新工艺并逐步形成新的数据元素，同时也要不断整合历史上与井筒相关的各种数据与信息资源，甚至大量的非结构化信息资源，来不断丰富完善一体化库的数据资源，才能使这个“大数据”更好地服务于井筒作业。

(4)“大数据”与国外先进软件的对接。用好“大数据”仅仅停留在数据挖掘和统计分析是远不够的，若能把这些“大数据”与国外先进的外购软件实现对接，能进一步拓展“大数据”的应用,充分体现“大数据”的价值；近年来川庆钻探公司围绕井筒工程的各专业都购买了大量的国外先进软件，这些软件大都需要大量的数据支撑，这些软件基本都无法与国内的数据库对接，造成这些软件的使用率非常低，开发这些软件与一体化数据库直接对接技术，使外购软件发挥最大潜能，以更好地服务于生产。