楊傳書 趙金海 張克堅(jiān)

中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院 （北京 100101）

新版WITSML井場(chǎng)數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)特征及應(yīng)用分析

楊傳書 趙金海 張克堅(jiān)

中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院 （北京 100101）

WITSML的廣泛應(yīng)用增加了企業(yè)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的依賴性，一旦數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)故障，將可能影響正常施工，因此,WITSML服務(wù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性尤為重要，可采取措施對(duì)該項(xiàng)服務(wù)進(jìn)行考核，提高服務(wù)質(zhì)量。國(guó)內(nèi)石油企業(yè)絕大多數(shù)尚未應(yīng)用該標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)盡快加入該行列，以便在企業(yè)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)井場(chǎng)信息的共享，消除信息孤島，減少重復(fù)開發(fā)，提高信息應(yīng)用效率。

井場(chǎng) 數(shù)據(jù)交換 WITSML實(shí)時(shí)模型

1 Energistics組織及其標(biāo)準(zhǔn)體系

Energistics（前身是POSC）是一個(gè)全球性的、非盈利、會(huì)員制的中立組織[1]，其職責(zé)是開發(fā)、管理和推廣石油和天然氣上游業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。Energistics針對(duì)不同的技術(shù)領(lǐng)域建立SIGs（特別興趣團(tuán)體），團(tuán)結(jié)全球的領(lǐng)域?qū)＜液蜆?biāo)準(zhǔn)愛好者來(lái)促進(jìn)本領(lǐng)域技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)。Energistics的會(huì)員包括石油公司、服務(wù)公司、軟件提供商和監(jiān)管機(jī)構(gòu)的代表，目前已有100多個(gè)，包括Shell、BP、Chevron、Total、ExxonMobil、Halliburton、Schlumberger、Weatherford、Microsoft、Baker Hughes、Paradigm、PPDM、CMG等國(guó)際著名公司。

1.1 E&P業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)模型

Energistics在某大型能源公司現(xiàn)行的業(yè)務(wù)流程基礎(chǔ)上，抽象制定了E&P業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)模型[2]，它不依賴于任何特定的組織架構(gòu)或技術(shù)工具。制定該模型的目的是幫助分析業(yè)務(wù)領(lǐng)域內(nèi)的通用業(yè)務(wù)流程、概念、詞匯等，進(jìn)而開發(fā)和應(yīng)用一致的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。該模型具有通用性和穩(wěn)定性，其優(yōu)點(diǎn)是：①不用再為每項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的研究來(lái)定義業(yè)務(wù)流程，從而節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)研究的時(shí)間；②這種關(guān)于業(yè)務(wù)流程、概念、詞匯等的明確的、通用的定義，有助于促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)、理解和實(shí)際應(yīng)用；③可作為定義新業(yè)務(wù)流程 （如基于internet新技術(shù)產(chǎn)生的新業(yè)務(wù)）的基礎(chǔ)；④可作為應(yīng)用軟件需求分析的基礎(chǔ)；⑤可促進(jìn)行業(yè)以及跨行業(yè)業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)的形成。

該模型將石油的勘探開發(fā)業(yè)務(wù)過(guò)程分為5個(gè)階段： 勘探 （Explore）→評(píng)估 （Appraisal）→開發(fā)（Develop）→生產(chǎn)（Produce）→廢棄（Abandon）。每個(gè)階段又包含若干業(yè)務(wù)過(guò)程，每個(gè)業(yè)務(wù)過(guò)程可在不同的階段中重復(fù)存在。這些業(yè)務(wù)過(guò)程的定義是相對(duì)獨(dú)立的，可根據(jù)實(shí)際需要將它們靈活“組裝”起來(lái)形成每個(gè)業(yè)務(wù)階段的完整業(yè)務(wù)流程。這些業(yè)務(wù)過(guò)程主要包括：①井設(shè)計(jì)與管理（E）；②測(cè)量（F）-井位測(cè)量、地球物理測(cè)量、測(cè)錄井等；③開發(fā)規(guī)劃（G）-處理解釋評(píng)價(jià)；④油田基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)與管理（H）；⑤物資供應(yīng)（I）；⑥后勤服務(wù)（J）；⑦金融服務(wù)（K）；⑧取得或出讓資產(chǎn)（L）；⑨石油與天然氣銷售（M）；⑩人力資源（N）；11○IT服務(wù)（O）；12○實(shí)驗(yàn)室（P）；13○生產(chǎn)（Q）；14○維護(hù)（R）。

1.2 Energistics標(biāo)準(zhǔn)體系

根據(jù)業(yè)務(wù)模型所識(shí)別的業(yè)務(wù)領(lǐng)域，Energistics目前已經(jīng)制定了WITSML、PRODML、RESQML、Asset& Data Management、 Industry Services、Geophysics、eRegulatory等SIG[3]，并相應(yīng)建立了 7大標(biāo)準(zhǔn)的路線，各標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展?fàn)顩r如表1所示。

近幾年在鉆完井、油田生產(chǎn)和油藏3個(gè)領(lǐng)域形成了基于XML的標(biāo)準(zhǔn)，其它標(biāo)準(zhǔn)尚無(wú)最新成果。其中WITSML是與鉆井、完井以及修井相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，PRODM是以WITSML為基礎(chǔ)延伸的與油井生產(chǎn)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，RESQML是與油藏相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。以WITSML為例剖析其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、應(yīng)用情況以及前景。

2 WITSML標(biāo)準(zhǔn)剖析

WITSML（井場(chǎng)信息傳遞標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)記語(yǔ)言）是一種數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，旨在促進(jìn)井場(chǎng)和基地之間鉆井?dāng)?shù)據(jù)的有效傳輸。WITSML標(biāo)準(zhǔn)由WITS（井場(chǎng)信息傳輸標(biāo)準(zhǔn)）開發(fā)而來(lái)，其目的是創(chuàng)建一種統(tǒng)一的XML格式標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)井?dāng)?shù)據(jù)的傳輸，以便能夠集成不同服務(wù)商的信息。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制可以整合新的工具和流程，這使得地質(zhì)學(xué)家和工程師可以在他們熟悉的桌面應(yīng)用程序中使用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

2.1 WITSML標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

WITSML標(biāo)準(zhǔn)包括2個(gè)可獨(dú)立版本化的組成部分：數(shù)據(jù)模型和應(yīng)用程序接口(API)。最新的v1.4.1版本（2011年發(fā)布）數(shù)據(jù)模型定義了27個(gè)對(duì)象[4]，如表2所示。

這些數(shù)據(jù)對(duì)象中，wellbore是 well的子對(duì)象，而其它絕大多數(shù)對(duì)象又是 wellbore的子對(duì)象，changeLog對(duì)象可作為其他對(duì)象的子對(duì)象（記錄該對(duì)象的變化情況），CRS是一個(gè)獨(dú)立對(duì)象（坐標(biāo)系），對(duì)象之間的關(guān)系如圖1所示。

表1 Energistics標(biāo)準(zhǔn)體系及研究團(tuán)體

表2 WITSML數(shù)據(jù)對(duì)象

WITSML基于XML文件格式，一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象定義了一組數(shù)據(jù)，可以用一個(gè)單一的XML文檔傳送，代表了一個(gè)領(lǐng)域（domain）邏輯模型內(nèi)的一組緊密相關(guān)的數(shù)據(jù)子集。比如，“井”這個(gè)邏輯模型包括井、井筒、鉆機(jī)等數(shù)據(jù)子集。數(shù)據(jù)對(duì)象包括屬性、元素和子組件 （component sub-schemas）。子組件是XML結(jié)構(gòu)，但不能代表完整的數(shù)據(jù)對(duì)象，而且可以屬于多個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象。一個(gè)子組件通常只定義一類數(shù)據(jù)，并且在這個(gè)類型名前面加上“cs_”作為這個(gè)子組件的文件名。比如，cs_drillingParams.xsd里面僅僅包含鉆井參數(shù)，而且它同屬于bhaRun和opsReport這兩個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象。WITSML還定義了大量常量數(shù)據(jù)類型和單位制符號(hào)。

2.2 WITSML標(biāo)準(zhǔn)的典型應(yīng)用架構(gòu)

利用WITSML標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)井場(chǎng)數(shù)據(jù)交換的典型架構(gòu)如圖2所示，其中WITSML服務(wù)器是核心部分，它將傳入的其它各類格式數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換之后，可向網(wǎng)絡(luò)上任何地方提供WITSML標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)服務(wù)。比如油公司、工程服務(wù)公司等相關(guān)各方可實(shí)時(shí)獲取這些數(shù)據(jù)，進(jìn)而開展數(shù)據(jù)展現(xiàn)、分析等應(yīng)用。

圖1 WITSML v1.4.1數(shù)據(jù)對(duì)象關(guān)系

圖2 WITSML數(shù)據(jù)交換典型應(yīng)用架構(gòu)

3 WITSML標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用

3.1 國(guó)外應(yīng)用情況及效果

多年來(lái)，很多地方的不同作業(yè)者都見證了FEWD數(shù)據(jù)在遠(yuǎn)程鉆井地點(diǎn)和中央基地之間實(shí)時(shí)傳輸?shù)膬r(jià)值。在過(guò)去，這類傳輸?shù)膯?wèn)題之一就是在眾多的數(shù)據(jù)傳輸方法中，有一部分是具有專利的，這使得終端應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)傳輸很不標(biāo)準(zhǔn)而且非常耗時(shí)。有了WITSML之后，可通過(guò)WITSML服務(wù)器直接將數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶端應(yīng)用程序上，這意味著作業(yè)者不再依賴于應(yīng)用供應(yīng)商或服務(wù)商就能得到現(xiàn)場(chǎng)傳回的數(shù)據(jù)，進(jìn)而針對(duì)這些數(shù)據(jù)開展工作。 因此，在世界各地，使用這項(xiàng)流程的作業(yè)者正變得越來(lái)越多。數(shù)據(jù)傳遞和傳輸方式的標(biāo)準(zhǔn)化使得作業(yè)者可以從眾多供應(yīng)商中獲得最佳服務(wù)和軟件解決方案的時(shí)候，還能保持?jǐn)?shù)據(jù)的有效流動(dòng)。

目前，大多數(shù)世界知名的外國(guó)石油公司、油田服務(wù)公司、儀器供應(yīng)商和軟件開服商均已應(yīng)用WITSML標(biāo)準(zhǔn)。以 Statoil、Schlumberger為例介紹WITSML的應(yīng)用情況及效果[5]。

（1）實(shí)時(shí)作業(yè)支持與協(xié)同決策。Statoil公司基于WITSML建立了實(shí)時(shí)支持中心（RTS）小組。 該小組負(fù)責(zé)世界各地所有Statoil作業(yè)鉆機(jī)和平臺(tái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳遞。該小組通過(guò)內(nèi)部工程數(shù)據(jù)庫(kù)，集中管理來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)工具和傳感器的地面和井下隨鉆地層評(píng)價(jià)（FEWD）數(shù)據(jù)，使得每個(gè)工作組都可訪問(wèn)任意時(shí)間的數(shù)據(jù)，及時(shí)作出鉆井施工決策。同時(shí)，WITSML的應(yīng)用大大強(qiáng)化了地質(zhì)和地球物理（G&G）與工程團(tuán)隊(duì)之間的交叉學(xué)科協(xié)作能力。例如，可利用WITSML標(biāo)準(zhǔn)中的風(fēng)險(xiǎn)（Risk）數(shù)據(jù)對(duì)象將鉆井風(fēng)險(xiǎn)同地質(zhì)模型有效融合，可以將一個(gè)學(xué)科中已知的問(wèn)題更好地與井設(shè)計(jì)和執(zhí)行情況相結(jié)合，從而對(duì)風(fēng)險(xiǎn)和不確定性進(jìn)行更有效地管理。

（2）從實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到實(shí)時(shí)控制。雖然WITSML并不一定能夠直接實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制更多的還得依靠遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)工具的開發(fā)，但實(shí)時(shí)控制還是和WITSML關(guān)鍵工作流程的發(fā)展結(jié)合到了一起。過(guò)去的幾年，Statoil各資產(chǎn)小組與其他作業(yè)者中的MWD和LWD工程師以及泥漿錄井工程師已經(jīng)可以在遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的地方進(jìn)行工作了。這不僅具有明顯的質(zhì)量健康安全環(huán)保（QHSE）管理體系優(yōu)勢(shì)，而且也可以讓個(gè)人與提供服務(wù)的資產(chǎn)小組進(jìn)行直接互動(dòng)。

（3）服務(wù)效率和質(zhì)量提升。WITSML支持更廣泛的數(shù)據(jù)類型，使得服務(wù)公司快速推廣應(yīng)用新型的工具和測(cè)量方法。

統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源類型可以縮短為了獲取和傳輸數(shù)據(jù)而進(jìn)行軟件升級(jí)的時(shí)間。 比如Schlumberger已經(jīng)采用了統(tǒng)一的WITSML客戶端軟件，只需要在軟件中更新WITSML發(fā)布的新標(biāo)準(zhǔn)代碼，即可立即實(shí)現(xiàn)對(duì)所有客戶的應(yīng)答升級(jí)，大大降低了軟件開發(fā)成本和時(shí)間，還有助于處理“方言問(wèn)題”。現(xiàn)場(chǎng)多專業(yè)、多來(lái)源數(shù)據(jù)的合并傳輸，使得服務(wù)公司可以通過(guò)內(nèi)部作業(yè)支持中心監(jiān)測(cè)這些數(shù)據(jù)，同時(shí)還可以使遠(yuǎn)程工作人員獲得集中的支持，提高了服務(wù)質(zhì)量。

3.2 國(guó)內(nèi)應(yīng)用情況

與國(guó)際發(fā)展現(xiàn)狀相比，國(guó)內(nèi)石油企業(yè)對(duì)于WITSML標(biāo)準(zhǔn)的研究和應(yīng)用明顯滯后，且主要限于少數(shù)軟件或儀器開發(fā)商[6]。盡管WITSML是個(gè)開放的標(biāo)準(zhǔn)，但要真正應(yīng)用它需要做很多細(xì)致的研究工作。比如，分析每個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象里面包含的所有數(shù)據(jù)項(xiàng)，從而與現(xiàn)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模型進(jìn)行對(duì)應(yīng)，是一件非常麻煩的事情。解決這個(gè)問(wèn)題的最好途徑就是加入Energistics組織，參與該標(biāo)準(zhǔn)的研究，使用他們的研究成果，包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換服務(wù)平臺(tái)。而目前，國(guó)內(nèi)僅有北京怡恒陽(yáng)光科技發(fā)展有限公司一家單位加入了該組織，并在其軟件中部分應(yīng)用了WITSML標(biāo)準(zhǔn)。中石油、中石化、中海油等三大石油公司均未正式參與該標(biāo)準(zhǔn)的合作，但在接受國(guó)外公司（如Schlumberger）的技術(shù)服務(wù)時(shí)，間接使用了基于WITSML標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)服務(wù)。

3.3 應(yīng)用WITSML的風(fēng)險(xiǎn)與對(duì)策

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可以使員工在基地就能完成原來(lái)需要在現(xiàn)場(chǎng)才能完成的工作，從而減少了現(xiàn)場(chǎng)總?cè)藬?shù)。但是，這種工作模式增加了對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的依賴性。一旦鉆井?dāng)?shù)據(jù)傳輸中斷，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)很可能必須終止，從而造成非工作時(shí)間的損失。因此，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃允荳ITSML推廣應(yīng)用的最大風(fēng)險(xiǎn)。

為了規(guī)避或降低這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)，Schlumberger公司的Deeks和StatoilHydro公司的Halland提出了一種“WITSML服務(wù)關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)(KPI)”的量化考核做法[5]，見表3。KPI是否有效的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)就是KPI不僅應(yīng)能度量WITSML服務(wù)器的可用性，還應(yīng)能度量服務(wù)器上高質(zhì)量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的可用性。

表3 WITSML服務(wù)關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)（KPI）

4 結(jié)論與建議

（1）以WITSML為代表的系列數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)關(guān)注于不同合作方、不同應(yīng)用系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換，成功回避了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模型難以統(tǒng)一的問(wèn)題，使得該標(biāo)準(zhǔn)具備推廣的可行性，已被業(yè)界廣泛認(rèn)可和采用，越來(lái)越多的石油公司、服務(wù)公司、軟硬件供應(yīng)商和相關(guān)研究機(jī)構(gòu)加入到Energistics組織。

（2）石油公司可實(shí)現(xiàn)從平臺(tái)到數(shù)據(jù)庫(kù)到公司總部的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享，強(qiáng)化運(yùn)營(yíng)商支持與決策；服務(wù)公司能夠更大程度地簡(jiǎn)化不同源數(shù)據(jù)的整合過(guò)程，提升數(shù)據(jù)處理效率；軟硬件開發(fā)商在開發(fā)新軟件時(shí)，可簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析環(huán)節(jié)，從而顯著減少?gòu)脑O(shè)計(jì)到交付的時(shí)間。

（3）國(guó)內(nèi)石油行業(yè)的信息化已經(jīng)到了整合集成階段，迫切需要WITSML這種應(yīng)該盡快加入到國(guó)際信息標(biāo)準(zhǔn)的合作中來(lái)，制定企業(yè)內(nèi)部甚至整個(gè)行業(yè)的井場(chǎng)信息交換標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而消除信息孤島，消除目前存在的“現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不一，只能利用錄井儀服務(wù)商的特定軟件才能傳輸展示該井實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)”等頑癥，實(shí)現(xiàn)大范圍的信息共享，減少重復(fù)開發(fā)，簡(jiǎn)化應(yīng)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,韋遠(yuǎn)發(fā).綜合錄井?dāng)?shù)據(jù)如何實(shí)現(xiàn)符合WITS要求的傳輸[J].錄井技術(shù),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

楊傳書(1972-),男,現(xiàn)主要從事石油工程信息技術(shù)研究工作。

路萍

2011-09-19