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数据管理的地震勘探论文

2015/04/30 阅读:

1国内外相关系统研究现状

1.1本领域行业发展历史EPDM(ExplorationandProductionDataModel)模型的基础是符合POSC(PetrotechnicalOpenStandardsConsortium)行业标准的EDM(EngineersDataModel)数据模型。在此基础之上,结合中国石油的勘探开发生产业务,以及中国石油内部在用的数据模型和数据标准,对EDM数据模型进行扩展,最终形成符合POSC行业标准的中国石油勘探开发综合数据模型[3]。POSC标准是一个勘探生产一体化数据模型的国际标准,中国委派了相关部门参与了该模型的建设工作。国际上现有的许多系统大多以此为基础,然后再针对各自特点进行相关修改或扩充。EPDM模型的逻辑架构实体包括六个层次:业务单位、地质单元、工区、井、井筒、完井层段。这六个基本实体之间存在着向下包含的父子约束关系,即逐级向上关联。通过这六个级别的基本实体,可以将勘探开发的所有业务数据串联起来,从而形成一个严谨的体系。EPDM模型的逻辑框架体现了勘探开发一体化的思想,以实体为主线,将各专业数据有机、完整地结合在一起,形成一体化的勘探开发数据库,从而满足各个层面的应用需求[3]。从技术层面上说,EPDM模型采用面向对象的思想进行设计,与面向过程设计不同的是:采用面向过程设计注重的是业务中的步骤,以及各步骤产生的结果,数据模型表结构和用户实际使用的表结构直接对应。而采用面向对象的设计,注重的是业务中的实体及实体的活动和属性[3]。2000年,为实现主流解释软件间的数据共享和交换,国际石油界成立了Openspirit组织,主要解释软件提供商如Landmark、斯伦贝谢等公司加入了该组织,编写数据交换格式标准与代码,实现数据交换与共享,一直发展到今天。Openspirit仍以此为基础进行发展,并以公司方式存在于石油行业中。2004年,中国石油启动了勘探与生产技术数据管理系统(A1系统),采用EPDM数据模型,实现勘探开发主数据库数据的综合管理[4]。2010年,中国石油发布了勘探开发一体化数据模型EPDM1.0。总体来看,石油行业围绕勘探数据管理和使用,有两个方面的进展:(1)基于POSC标准和PPDM模型,从国际石油公司的角度出发,建立勘探生产数据模型。Landmark公司并购开发PPDM模型,并在中国石油实施勘探与生产技术数据管理系统(A1系统),该系统由PetrobankMDS大块数据管理(包括地震和井数据)和CDM文档数据管理两部分组成。斯伦贝谢公司开发了Finder系统,该系统的特点是数据仓储化、跨专业、大而全、投入大、见效难,需要专门人员收集和整理数据并加载入库。(2)以主流应用软件为基础,建立成果数据库。Landmark公司在Openwork2003的基础上,采纳了Petrobank的技术思路,重新构建底层数据库,提出并实现了项目工区、解释工区及版本管理等概念,基本满足盆地级的成果数据管理需要。PetroBank是数据银行系统,主要存储地震、测井等数据,客户能够方便访问系统。斯伦贝谢公司在Geoframce、Openspirit的一体化研究环境的基础上,结合PPDM、Geoframe和Openspirit交换数据结构,研制了Seabed数据模型库,在此基础上开发了Prosource成果管理系统,该系统架构的主要特点是以应用和研究成果为中心,项目库与成果库互连并兼顾多种模型需求,具有专门分析与展示功能,可与ArcGis系统集成。通过该系统中的数据桥Openspirit,可以实现成果数据库和项目数据库的无缝连接。

1.2国内外推广应用情况Landmark公司的Petrobank系统、斯伦贝谢的Finder系统目前都不再发展;PPDM模型到2008年后未再升级。中石化在2009~2011年实施ProSource成果管理系统应用。中海油实施ProSource成果管理系统应用,采用数据基本集中管理方式。但鉴于昂贵的软件许可费用,应用范围受到限制。ProSource系统的Sea-bed模型中有55个子模型,1136张表。中石油自EPDM数据模型开发以来,在国内14家油田推广并投入生产运行[3]。A1(勘探与生产技术数据管理系统)中有173张表、4355个数据项;A2(油气水井生产数据管理系统)有341张表、8041个数据项。大庆油田执行A1数据库标准,并根据油田需要做了适当扩充,全面实现数据建设正常化。经过6年多的建设,初步形成了大庆油田勘探开发数据中心,已建成包括近400个地震工区的地震处理与解释数据库,以及近10万口井的测井数据、勘探开发地质数据、实验分析数据等18大类数据库,数据总量达31万亿字节,已成为国内外最大油田勘探开发数据存储中心[6]。2009年,大港油田利用A1系统协同工作环境,提供如下数据支持:地震数据1.7TB;录井187639次;测井312768次;电子档案1.1万次;试油4532次[7]。总体而言,勘探开发数据库是一个非常复杂和庞大的系统工程,其专业跨度大,需求差异大,成功难度大;具有投入大、建设周期长、成功风险大、应用效果不理想等特征。

2系统整体建设方案设计

地震勘探成果数据管理及综合展示系统,通过以“所见即所得”的方式,查看各探区的采集、处理、解释成果、地质图件、研究报告、卫星照片、人文地理等信息。系统采用分区建设方案,这样便于应用;实现互联互通、便于共享;数据直接取自应用软件,大幅度减少数据整理工作量。

2.1系统功能基本定位(1)使用对象:决策层、专业管理人员和科研生产人员。(2)主要应用:决策部署、成果归档、GIS导航、综合展示、数据下载等;资料归档、辅助决策、辅助研究、数据管理等。(3)系统扩展性:具备与主流解释软件和集团公司专业数据库连接的能力。(4)平台特点:独特数据模型、非商业化集成、注重成果二次扩展应用;完全自主开发、便于大规模部署和后续功能扩充。(5)基于Seisbase模型,利用格式转换器完成数据加载与维护,实现数据综合展示功能;基于GIS设计优势、GIS属性及其关联关系直接利用GIS内核,无需再定义。

2.2关键技术调研过程详细的技术调研是做好、做精系统研发的前提和基础。需要分析中国石油EPDM1.0模型;详细研究斯伦贝谢公司的ProSource技术路线、数据模型和实施情况;研究DecisionSpace的技术思想和主要策略;了解GIS平台的组件、调用方式及环境等。2.3数据格式分析过程了解并掌握目前主流解释软件的数据格式,特别是东方公司内部使用的主流解释软件的数据格式,开发与这些软件相适应的插件,是系统顺利投入使用的前提和基础。需要研究和掌握GeoEast的数据模型;分析和解剖OpenworksR5000的数据库结构;分析和解剖Openworks2003的数据结构,特别是外部文件的格式(如断层文件、层位文件、测井文件等);分析和解剖Openworks砖块数据文件(地震数据)的数据结构;分析和解剖Openworks工区文件等;识别成果数据库需要连接的表、字段等。

2.4需求分析与总体设计设计和开发地震勘探成果数据管理及综合展示系统,实现从主流解释软件直接导入解释成果数据;以文件方式导入和管理处理成果数据;以示意图或观测系统方式导入采集信息;以外部文件方式导入成果报告、地质图件、卫星照片、人文资料等;通过GIS方式进行数据查询;并以准专业方式展示地震剖面、断层、层位、测井曲线等成果数据。通过总体设计,确定系统的基本架构、数据模型、选用的中间件和主要的技术路线,通过分析系统架构、中间件等,实现一些具有“亮点”的系统功能,从更长远、更高的层次来描述该系统的前景,即GeoEast、Openworks、Geoframe等主流解释软件数据直接入库;虚拟地球导航查询;地震、层位、断层联合展示;井震联合展示;三维数据体切割显示;虚拟剖面展示;虚拟工区数据导出;超长剖面展示分析;解释成果对比及展示;具有与集团公司A1、A2系统等预留接口直接连接的能力。系统总体设计要达到系统定位准确、界面清晰;按需设计开发、紧密结合科研生产;简化数据收集过程,保证数据质量;系统适应性、扩充性、扩展性强;既满足基本需求,又不乏技术亮点;力争自主独立研发,不受制第三方约束。

2.5模型设计与代码实现数据库模型是本系统研究的核心,该模型的有效性、扩展能力等决定了这套系统的生命周期及对未来需求的满足能力。从行业发展来看,解决这类问题有两个基本思路:(1)走大而全的研发思路,即以尽可能完全的、包罗万象的数据模型实现全覆盖,以更加复杂的办法,如利用Openspirit的交换数据格式、Decisions-pace的数据格式及斯伦贝谢公司Seabed数据模型。这种数据模型会使系统非常复杂和庞大,对应用软件的版本非常敏感,在系统应用规模变大时,其效率、性能会大幅度降低。(2)针对系统具体需求,建立与之对应的数据模型,配套开发连接器和转换器,面向应用和数据,通过连接器和转换器,将应用软件的复杂情况和数据模型进行适当简化。因此,构建系统的数据模型基本要求为:严格界定地震勘探成果数据库需求范围;精干、简化数据模型,提升数据库性能,保证模型兼容性和扩展性。

2.6连接器与转换器实现系统数据库模型遵循“简单”原则,需要通过连接器和转换器来解决不同应用软件、同一软件不同版本之间数据格式的差异性,面向应用软件、面向数据,从技术上赋予连接器和转换器特殊使命。其大致功能包括:能够以模板或数据字典的方式,实现连接器与不同应用软件的连接,并能获取相应的数据。转换器能够获得连接器读取的数据,重新编排来自外部的数据文件,能够把数据库中的数据,转换成特定格式的文件存放在外部;转换器能够把外部文件解编后提供给连接器,并写入到系统数据库中。

3数据类型与系统架构设计

3.1地震勘探数据类型地震数据是进行地质构造解释、油气勘探开发等工作的基础资料,也是各种地震解释软件的主要研究对象。地震数据文件格式复杂多变,是一种典型的非结构化数据,各种地震软件一般都提供专门的模块实现地震数据加载。同时,地震数据的一个突出特点就是数据量大,是一种海量数据,特别是随着地震勘探技术不断发展,地震数据作为海量数据所面临的问题是访问速度下降。地震数据最基本的存储格式就是Segy格式,其他的地震数据存储格式,一般都是在Segy格式的基础上演变而来。地震勘探数据主要包括导航数据、地震处理偏移成果数据和偏移纯波数据、叠加速度数据、前期解释层位数据、前期解释断层数据、特殊处理数据、VSP数据(时深关系、合成记录)等;地质成果数据有地质分层数据、砂岩数据、单井小层数据、等值线数据、断裂系统数据、网格数据等;钻井基础数据包括井名、井分类、坐标、井别、开钻日期、完钻日期、完钻井深、补心海拔、钻遇断点数据、井斜数据、试油数据、分析化验数据等;各种测井曲线数据、测井解释成果数据等。

3.2系统架构设计系统采用多层体系架构设计,每一层之构成单元可为其上层构成单元提供相关服务。整个系统分为“数据层”、“系统层”和“应用层”三部分。其中数据层又包括数据中心和数据维护系统,数据维护系统中的数据有地震数据、测井数据、录井数据、钻井数据、试油数据、分析化验数据、储量数据、矿产数据、规划数据及地理信息数据等。系统层分核心层和服务层,在核心层内有WEB服务器、数据库服务器、系统定义和管理系统,系统定义和管理系统主要包括数据关联、数据字典、用户管理、数据备份和安全控制等项目,在服务层内有服务子系统和地理信息GIS、管理信息MIS、资源管理ERP和安全认证等。应用层主要是数据应用系统,主要用于数据收集与打包下载、数据呈现、统计和报表、数据处理等,以及各种成果图件展示,如井的综合柱状图、2D数据显示、3D数据体显示、解释成果、GIS图件等[2]。

3.3成果数据管理实现研究成果的过程管理与协同工作支持;实现随时对项目研究过程数据及成果进行备份;研究人员可以随时查看、调用其他人员的研究过程数据和成果数据;实现项目一体化协同研究。(1)数据导出:可以导出各种原始数据;也可按照用户需求定制各种数据导出格式,系统提供基本数据格式,如地震Segy、测井Las及各种散点数据格式等;(2)智能搜索:按照项目时间、区块、参与人员及成果分类等属性快速搜索。(3)成果共享:各个部门、项目组、成员之间协同工作,成果共享。(4)版本管理:实现研究成果的多版本控制与管理,成果库中的版本控制管理器,可控制不同版本的研究成果,使各分系统向总库提交成果能同步更新,保存不同版本数据。(5)数据质量控制:数据质量控制是一个复杂过程,工作量大,而且不能一次完成,需贯穿整个数据库建设过程中,也不仅靠手工方式就能完成,而必须通过相应技术辅助,实现数据质量控制自动化。系统采用元数据管理体系保存勘探数据及基础数据。如一致性分析中涉及到的语义关系,完整性分析中衡量数据完整性的标准等;在数据采集过程中加入相关约束判断和校验,以实现数据质量监控。

3.4勘探成果展示(1)勘探成果数据库系统中的成果显示功能,将依托于数据平台及数据平台中数据服务,通过实现各个专业的数据接口,来实现统一的平台展示、统一的项目管理及统一的数据共享平台。(2)勘探成果数据库系统中的成果展示平台,将整个系统与办公系统连接,管理人员可通过成果发布系统查寻、调用、显示各种数据,包括原始数据如地震数据(2D/3D地震数据)、测录井曲线等;成果数据如构造图、油藏剖面、地质模型等;各种汇报文档,如开题报告、汇报材料等。(3)为了通过浏览器远程动态管理和查阅第三方服务成果,还可选择特定软件的数据发布工具,将其分析结果发布到成果库中,然后通过WEB浏览器方式查看由生产动态数据直接生成的分析图表,有利于领导和决策者随时检查和分析项目进度,并及时制定后续方案。(4)本系统完全支持国际流行的三层结构,即Browser(客户浏览器)、WebServer(网络服务器)和DatabaseServer(数据库服务器)。3.5GIS系统应用随着地震勘探技术的不断发展,地震资料的累积速度急剧增长,这些资料有文字、表格、多媒体、矢量图、位图等多种格式。从数据获取到数据存储、分析与操作等过程,都离不开其固有的空间地理位置。利用地理信息系统(GeographicInformationSystem简称GIS)的相关功能,建立图文数据库,实现资料的高效管理、数据的规范分类、安全存储及资源共享等应用。GIS系统是用C++语言开发的AactiveX控件模块,它自身不能独立运行,必须嵌入到容器程序(如IE)里运行。GIS系统的主要功能是显示地理图件、生成地理图件、地理信息查询、通用信息查询、空间数据关联、空间几何运算、空间对象数据处理等。地震勘探的数据种类很多,而基于GIS系统的应用平台,可以使我们直观的查看和选择数据,使各类数据成为一个有机整体。我们可以通过基于GIS的应用平台来查看测线基础数据长度、位置等;关联属性如剖面、班报、处理流程、观测系统等。

4结束语

当前,国内油气勘探工作面临十分复杂的难题,迫切需要多学科、多专业技术人员密切配合,采用多学科综合研究方法来解决生产中的重大课题。综合应用多学科的方法和技术已成为主要手段。因此,勘探成果数据库的建立和应用具有重要的实际意义。地震勘探成果数据管理及综合展示系统,是一个涵盖整个地震勘探与开发过程的综合系统,从早期的油气勘探施工设计、野外数据采集到室内地震资料处理、解释以及油藏开发及综合描述等方面,其综合了石油勘探的多个领域,所涉及的数据类型十分庞大与复杂。因此,与之相适应的数据库的建设是非常困难的。任何数据库或数据模型都有其生命周期和适应环境,我们建立的数据模型也同样如此,在数据模型建设过程中,我们充分调研了国内外已有的数据库综合应用情况,使数据模型与企业的科研生产需求相一致,使其具有实用性、先进性、前瞻性,并尽可能保证其具有较长的生命周期。地震勘探成果数据管理及综合展示系统,是东方公司广大科研人员的迫切需求,它从科研生产的实际需求出发,与科研生产深度融合,充分发挥公司一体化的整体技术优势;建成更接近地震勘探成果实际情况的数据模型;具有丰富的地震勘探成果数据综合展示功能,并具有针对地震勘探成果二次应用开发的可扩展性功能。

作者:李成艳张进铎张俊舒德新马迅飞单位:中国石油东方地球物理公司北京凤凰意创科技有限公司

数据管理的地震勘探论文

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