塔里木油田钻井工程实时数据质量管理方法探讨

卢忠沅 陈 蓉 黎 强 李英林 任慧宁 李 刚 雨 松

(①中国石油塔里木油田分公司油气工程研究院；②中国石油测井有限公司塔里木分公司； ③中国石油渤海钻探第一录井公司；④中国石油渤海钻探塔里木钻井分公司)

0 引 言

数据作为信息化建设的重要支撑，是信息化建设的核心基础，因此在信息化建设初期都是进行数据资源的建设，数据又被称为“金数据”，有些企业已经提出数据是企业核心资产这一概念，充分说明了数据的重要性。没有数据的信息化建设不是真正意义的信息化建设[1]，而没有质量保证的数据就是废数据，不仅不能指导生产，反而会误导生产。数据资源建设中数据质量如何保证，已经成为钻井工程行业的难点工作。实时数据大部分为秒数据，几秒一个数据，一天一项数据就近万个数据点，靠人工审核是根本不可能完成的任务，实时数据的质量也无法得到保证。因此，建立一套实时数据质量运行维护机制，实现实时数据的审核和纠错，对信息化建设变得异常重要。塔里木油田在进行信息化建设的初期就认识到数据的重要性，从一开始就对实时数据采集、传输系统进行完善，增加了几项实时数据质量控制功能。实时数据质量的计算机监测，使计算机成为数据质量保证的重要手段，在实现智能化钻井之前首先实现数据质量控制的智能化，为上层应用提供保障。

1 实时数据质量控制难点分析

对于特殊地域环境下，特殊管理体制下的塔里木油田，实时数据质量控制的问题更加突出，主要体现在以下3个方面。

(1)塔里木油田“两新两高”下的甲乙方体制，为企业带来活力的同时，也使现场施工队伍庞杂，采集设备厂商、类型多种多样，设备质量参差不齐，仅录井设备就有9个厂家30余种设备类型，给实时数据标准化采集带来一定难度。

(2)塔里木盆地面积广阔，其中有33.7×104km2为沙漠，占整个盆地面积的60%。盆地人烟稀少，干燥炎热，沙尘天气多，人文和气候条件十分恶劣。因此传输网络建设十分困难，目前以卫星传输为主的传输模式必然面临更多挑战，甚至在春秋沙尘暴严重的季节，传输网络常常处于“罢工状态”。实时数据传输链路长，传输节点多，任何一项数据从采集设备到达后方数据库都需要经过5个传输节点。传输节点需要硬件支撑，也使硬件设备随之增多，必然导致网络不稳定的影响因素增多。

(3)信息化建设初期的数据采集维护工作量的增加，必然给现场技术人员带来一定工作负担，对信息化数据采集产生排斥心理[2]，因此数据采集不及时，设备维护不到位问题频发，影响数据及时性和完整性。

在信息化建设初期，如何在如此恶劣的环境下进一步改善和提高数据质量，使数据质量达到企业要求的标准成为实现信息化的首要问题[3]。

2 钻井工程实时数据质量管理提升方法

2.1 数据采集源头质量控制

现场导致数据质量问题的源头因素主要有两个：一是油田采集设备类型多，设备质量参差不齐，很多采集设备还是20世纪90年代的硬件配置，采集设备死机情况时有出现；二是在实时数据采集前，现场采集设备都是脱网操作，现场人员对计算机网络防护软件缺乏必要维护[4]。实时数据采集后，井场采集设备进入互联网，网络病毒的传播，导致采集设备死机崩溃的问题进一步恶化。

为解决以上问题，首先采集设备硬件配置亟待与信息化建设匹配。油田行业管理部门制定了采集设备配置标准，完善了钻完井现场组网设备配套标准，规范钻完井现场组网设备。如综合录井仪服务器软/硬件设置最低配置门限，最低配置内存1 G，处理器微软E系列或其他品牌相当的配置，硬盘空间500 G，操作系统Windows 7以上(服务商还在进行维护的操作系统)。对工控机也进行了类似的规范，尤其是对一些配置过低的设备，要求服务方对设备更新换代，满足信息化建设要求后方能投入现场应用。后期进入市场的采集设备全部按照新规范进行验收，不符合验收标准的一律不准进入。其次，规范现场采集设备维护标准，采集设备必须配置网络安全防护软件，且安全防护软件病毒库必须进行周期性更新，保证防护软件的可靠性。有了规范的软硬件配置，同期的数据中断率由17.33%下降至目前的8.22%，大幅度降低了采集设备故障率，提高了数据采集的完整性。

2.2 两段式断点续传

针对网络原因导致的数据质量问题有两个：一是现场数据的汇总传输终端机硬件配置较低，运行维护机制的不健全，使传输终端机运行非常不稳定，宕机情况时有发生；二是由于传输网络易受恶劣天气影响，卫星小站至卫星总站，工控机至卫星小站网络频繁中断，导致数据中断严重，完整率低，不能满足上层工程异常报警，优化分析等功能的需求。

为了提高数据完整率，设计两段式断点续传功能。其一，在前端设备采集终端机增加断点续传功能，负责采集设备至工控机数据断点续传，如果采集端与工控机发生断网情况或工控机宕机，采集设备对数据进行缓存，网络或工控机恢复工作后，将采集终端机已经采集的数据全部发送至工控机；其二在工控机增加断点续传功能，负责工控机至后方数据库断点续传，如果工控机与卫星小站或卫星小站与卫星总站之间的网络断开导致数据不能传输，已经传输的数据在工控机进行缓存，网络恢复后，能将工控机收集到的数据完整传输至后方数据库。前端数据断点续传功能的实现，解决了网络中断后的数据中断问题，数据完整性得到保证。实时数据传输网路示意图见图1。

图1 实时数据传输网路示意

2.3 计算机智能监测+人工复核

庞大的实时数据量，依靠人工对实时数据进行检查，是不可能实现的，需要转变管理思路，探索一条依靠计算机自主实现数据质量监测的智能化方式，才能保证信息化建设的稳步推进。目前正在使用的钻完井决策支持系统中的数据质控模块和传输链路监测模块负责数据质量和传输链路监测与报警。数据质控原理就是根据梳理实时数据采集数据项、数据项值域范围、实时数据采集时间节点、实时数据采集井段节点等情况，为将要采集井的数据项、数据采集时间节点、数据采集深度节点等进行参数设置。一旦发生类似数据在设定的深度点未进行采集，或采集数据超过值域范围等问题，计算机将自动报警，提示监控人员及时关注相关数据项，再进行人工干预。人工数据的复核由计算机报警发起，发现报警进行数据质量报警原因分析，初步确定数据质量原因后与现场监督沟通数据问题，确定数据质量问题后通知数据运维人员，数据运维人员通过远程或者到现场解决数据质量问题。

2.4 数据三级审核制度

数据三级审核制度旨在保证现场施工、资料上交、资料入库三大环节的数据质量。第一级，数据采集完成后，利用可视化技术，数据成图成表。现场监督承担现场实时数据审核的第一级责任人，进行第一级数据抽检审核，主要利用实时数据的图形、曲线与现场采集设备数据进行对比，鉴别数据坏点，如果发生数据坏点及时进行纠正。第二级，数据回传至后方数据库后，数据监测人员承担事实数据审核的第二级责任人，对实时数据进行实时监测跟踪，发现问题数据立刻与现场监督沟通，纠正问题数据。第三级，在数据进入数据库前，专业人员承担实时数据第三级审核责任人，进行最后抽检，发现问题数据及时与数据监测人员沟通，数据监测人员将实时数据库数据与现场采集设备数据库数据进行对比，并确保实时数据库数据与现场采集设备数据库数据一致，最后存入实时数据库。三级审核制度的实施，能有效发现5 min以上接收的错误数据，提高实时数据准确率。实时数据质量控制流程见图2。

图2 实时数据质量控制流程

3 现场应用情况

塔里木油田计算机数据质控功能在2019年年初正式上线使用，对数据质量进行监控；2019年6月发布钻完井现场组网设备配套标准，对现场采集设备，传输设备进行规范化管理；2020年年初启动数据质量人工复核机制，实现数据质量的人工干预。从图3曲线来看，计算机监测初期时中断率有所下降，但没有配套的规章制度和人工干预的中断率仍然高于20%，后期相关的规章制度和规范标准实施后缺少人工干预的中断率略有下降，仍然徘徊在20%左右，加入人工干预后中断率从17%左右降至7%左右，效果十分明显。

图3 实时数据中断率曲线

4 结束语

合格且高质量的实时数据是生产应用的前提和基础，因此实时数据质量控制管理至关重要，建立一套适合企业实际情况的数据管理体系是信息化建设的重要基石。塔里木油田将数据作为油田重要资产，通过信息化初步建设，探索出一条适用于塔里木油田的数据管理方式。通过参数设置来控制数据质量，仍然存在一定的缺陷，不能真正实现数据质量的自动审核。本文作者认为，未来有必要继续提高自动化和智能化数据质量管理比例，例如借鉴气象进行实时数据管理办法，加入Madsen-Allerup采用的数据空间质量控制等方法，进行实时数据质量管理更加得心应手。也可利用神经网络等大数据算法，通过大数据分析进行数据质量控制，这可能成为数据质量控制的又一方向。