, , , , 宗堡

(1.東北石油大學(xué) 計算機與信息技術(shù)學(xué)院,黑龍江 大慶 163318; 2.中國移動通信集團黑龍江有限公司雞西分公司,黑龍江 雞西 158100; 3.中國石油技術(shù)開發(fā)公司,北京 100028; 4.大慶油田第一采油廠信息中心,黑龍江 大慶 163318; 5.東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院,黑龍江 大慶 163318)

近年來,石油產(chǎn)業(yè)的勘探開采技術(shù)得到了很大的提高,也促進(jìn)了計算機技術(shù)在油田領(lǐng)域中的應(yīng)用。石油技術(shù)開放標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(POSC)的Epicentre 數(shù)據(jù)模型[1-2]通過對油田勘探開發(fā)數(shù)據(jù)的整理及分析,采用面向?qū)ο蟮姆治龇椒▽τ吞飻?shù)據(jù)進(jìn)行抽象及歸類。

Epicentre數(shù)據(jù)模型基本能滿足石油勘探與開發(fā)工業(yè)活動中對各種數(shù)據(jù)的需求[3]。通過對該模型進(jìn)行擴展,給出實體可視化的描述,實現(xiàn)業(yè)務(wù)模型的可視化。業(yè)務(wù)模型被可視化后,不但展現(xiàn)了業(yè)務(wù)與其他業(yè)務(wù)活動之間的關(guān)系，還展現(xiàn)了業(yè)務(wù)活動所包含的相關(guān)業(yè)務(wù)活動以及該業(yè)務(wù)活動的流程。通過這些流程信息,相關(guān)技術(shù)人員可以快速理解一些業(yè)務(wù)流程?？梢暬軌蛘故緲I(yè)務(wù)活動的相關(guān)場景以及施工活動所涉及的設(shè)備等元素,可使相關(guān)技術(shù)人員更好地了解施工場景及施工設(shè)備。

1 油田勘探開發(fā)業(yè)務(wù)模型

1.1 Epicentre數(shù)據(jù)模型概述

Epicentre數(shù)據(jù)模型采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)定義的網(wǎng)狀層次結(jié)構(gòu)。該模型主要是為了定義勘探開發(fā)數(shù)據(jù)模型而提出的,在邏輯上完全與底層的物理存儲分離并相互獨立[4-6]。Epicentre的格式包括實體名稱、實體描述、實體屬性的定義、實體規(guī)則的描述、實體超類路徑的描述以及實體圖表相關(guān)引用的描述。

Epicentre數(shù)據(jù)模型采用面向?qū)ο蟮姆椒▽δＰ椭械膶嶓w進(jìn)行描述[3]。根據(jù)面向?qū)ο蟮乃枷?它首先定義了一個根基類實體e_and_p_data。e_and_p_data包含過程數(shù)據(jù)(process_data)、地質(zhì)過程(geologic_process)、關(guān)注對象(object_of_interest)、參考數(shù)據(jù)(ref_data)、關(guān)系(association)、活動(activity)等6個高層子實體。每個子實體又包含相應(yīng)的子實體,如此便構(gòu)成了一個高層模型。這個高層模型主要描述實體的分類以及實體間的相互關(guān)系。

Epicentre數(shù)據(jù)模型和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的理念不同,它不是以對象為中心,而是以活動為中心。在油田勘探開發(fā)的整個生命周期中,通過對象、活動、特性以及它們?nèi)咧g的關(guān)系合理地構(gòu)建具有特定結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)體系,可有效再現(xiàn)勘探開發(fā)領(lǐng)域中涉及到的業(yè)務(wù)活動及其所產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)。活動、對象以及特性三者間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 活動、對象及特性三者之間的關(guān)系Fig.1 Relationship among activities,objects and features

1.2 活動分析

活動是指為了共同的目的而聯(lián)合起來完成一項工作的一些動作的集合。在油田勘探開發(fā)過程中,涉及到許多項業(yè)務(wù),每一項業(yè)務(wù)由一個或多個活動構(gòu)成,因此活動是建立油田勘探開發(fā)業(yè)務(wù)模型及數(shù)據(jù)模型的一個非常重要的因素。

業(yè)務(wù)模型所體現(xiàn)的是一組有序的活動及其之間的關(guān)系,而業(yè)務(wù)單元是對某一業(yè)務(wù)活動的具體描述,說明了業(yè)務(wù)活動所涉及的對象及產(chǎn)生的結(jié)果等。

由于企業(yè)業(yè)務(wù)模型的多樣性,因此活動的定義采用元數(shù)據(jù)法,即每一個活動都由一個元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來描述。元數(shù)據(jù)法在可擴展性方面表現(xiàn)尤為突出,能夠在模型結(jié)構(gòu)不變的情況下對實體進(jìn)行擴展,從而保持了模型結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

1.3 勘探開發(fā)業(yè)務(wù)模型分析

勘探開發(fā)業(yè)務(wù)的劃分是建立在對油田詳細(xì)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行整理及分析的基礎(chǔ)上,并按照POSC業(yè)務(wù)參考模型進(jìn)行劃分[3-7]。本文根據(jù)實際需求把油田勘探開發(fā)生產(chǎn)周期劃分方法作為主要劃分方法,并盡量符合油田勘探開發(fā)生產(chǎn)過程中一直沿用的一些習(xí)慣,最終把油田勘探開發(fā)業(yè)務(wù)劃分為井筒工程、綜合研究、分析化驗、物化探、開發(fā)生產(chǎn)、地面工程、公共等7大業(yè)務(wù)領(lǐng)域。

業(yè)務(wù)劃分后還要對每個業(yè)務(wù)領(lǐng)域進(jìn)行更詳細(xì)劃分,即形成細(xì)化業(yè)務(wù)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)單元。對于業(yè)務(wù)活動的劃分,應(yīng)該充分保證所劃分業(yè)務(wù)活動涵蓋了勘探開發(fā)涉及的所有業(yè)務(wù),沒有業(yè)務(wù)疏漏。同時,還要保證不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域之間的業(yè)務(wù)活動不能重復(fù),對于業(yè)務(wù)的描述要清晰,符合油田業(yè)務(wù)命名規(guī)定。

業(yè)務(wù)劃分后對業(yè)務(wù)模型進(jìn)行構(gòu)建。構(gòu)建過程中最重要的就是對業(yè)務(wù)單元下數(shù)據(jù)項的提取,確定數(shù)據(jù)項時要完全體現(xiàn)出該業(yè)務(wù)活動所涉及的所有數(shù)據(jù),并且不能出現(xiàn)重復(fù)的數(shù)據(jù)項。同一數(shù)據(jù)項可以出現(xiàn)在不同的業(yè)務(wù)單元中?？碧介_發(fā)業(yè)務(wù)模型如圖2所示。unit標(biāo)識業(yè)務(wù),業(yè)務(wù)的屬性含義如下所示:id為業(yè)務(wù)的唯一標(biāo)識,name為業(yè)務(wù)的名字,detail為業(yè)務(wù)的描述。dataItem標(biāo)識數(shù)據(jù)項,數(shù)據(jù)項的屬性含義如下所示:id為數(shù)據(jù)項的唯一標(biāo)識;name為數(shù)據(jù)項的名字,de為數(shù)據(jù)項所對應(yīng)的數(shù)據(jù)元標(biāo)識,op為數(shù)據(jù)項的操作。

圖2 勘探開發(fā)業(yè)務(wù)模型Fig.2 Exploration and development business model

2 油田勘探開發(fā)業(yè)務(wù)模型可視化

2.1 油田勘探開發(fā)數(shù)據(jù)模型可視化屬性擴展

Epicentre數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)是一種規(guī)范,適用于大多數(shù)油田勘探開發(fā)領(lǐng)域?？碧介_發(fā)數(shù)據(jù)模型完全以Epicentre為參考模型,但Epicentre數(shù)據(jù)模型中不存在與可視化相對應(yīng)的實體。本文實現(xiàn)了基于Epicentre數(shù)據(jù)模型的勘探開發(fā)數(shù)據(jù)模型可視化實體添加以及可視化屬性擴展。

在不影響現(xiàn)有模型穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上,新增實體SPR_VISUAL_TYPE和SPE_VISUAL。實體SPR_VISUAL_TYPE為參考實體,定義并添加了2個描述屬性,分別為visual_type_name和path。其中,visual_type_name表示SPR_VISUAL_TYPE的名稱,path描述可視化實體的保存路徑。SPE_VISUAL 實體的基本定義如下所示:

visual _name ( M,K∶ndt_identifier )

description( O,I∶ndt_comment )

visual _type( M,K∶spr_visual_type(spe_visual ) )

visual_source ( O,K∶spe_object_of_interest(involved_visual ) )

part_of_visual( O,V∶spe_visual(part_of_visual ) )

involving_object( V,set[0∶?]∶spe_object_of_interest(involved_visual ) )

增加SPE_VISUAL實體后,相關(guān)實體的屬性也要做相應(yīng)變化。其中,根基類實體e_and_p_data添加屬性visual_description( V∶set[0 ∶ ?]spe_visual( visual_description ) ),這樣根基類下所有繼承子類也相應(yīng)增加了擴展屬性visual_description( V,I∶set[0 ∶ ?]spe_visual( visual_description ))。此處添加的引用屬性為集合類型,即該屬性所描述的實體可以沒有可視化屬性,也可以有多個可視化屬性。

2.2 數(shù)據(jù)項可視化分析

本文主要分析數(shù)據(jù)項所對應(yīng)數(shù)據(jù)元的核心實體、約束實體以及源實體。核心實體是對數(shù)據(jù)元最主要的描述,而約束實體是對數(shù)據(jù)元最主要的限制,源實體則表示業(yè)務(wù)單元中數(shù)據(jù)項的來源。按照核心實體是否能夠可視化的原則對數(shù)據(jù)項進(jìn)行一次劃分,可分為可視化和非可視化2類。結(jié)合核心實體、約束實體以及源實體對一次劃分后的數(shù)據(jù)項進(jìn)行分析,進(jìn)一步進(jìn)行可視化劃分并抽取出可視化對象。

以數(shù)據(jù)項“循環(huán)攜砂液泵壓”為例進(jìn)行分析,它的核心實體為SPE_ACTIVITY,源實體為SPP_TRANSIENT_PRESSURE,約束實體如下所示:

SPP_TRANSIENT_PRESSURE.ACTIVITY=SPE_ACTIVITY

SPP_TRANSIENT_PRESSURE.TYPE[SPR_PROPERTY_TYPE].IDENTIFIER=^循環(huán)攜砂液泵壓^

通過分析可以得出“循環(huán)攜砂液泵壓”來自于SPP_TRANSIENT_PRESSURE實體,并且是一個具有瞬時壓力屬性的實體,它被一個活動實體SPE_ACTIVITY約束,類型標(biāo)識符為“循環(huán)攜砂液泵壓”。通過以上分析,把“循環(huán)攜砂液泵壓”數(shù)據(jù)項劃分到可視化活動類中。最終可以把數(shù)據(jù)項的可視化分類劃分為活動類、材料類、設(shè)施類、角色類、綜合類。

2.3 業(yè)務(wù)流程及描述分析

本文以“繞絲割縫篩管防砂施工”為例,應(yīng)用6W模型對其進(jìn)行描述,具體如下所示:

發(fā)起者(WHO):SPE_BUSINESS_ASSOCIATE。

操作地點(WHERE):SPE_WELL。

活動時間(WHEN):SCHEDULE78357。

操作對象(WHICH):SPE_WELLBORE、SPE_WELL_OPERATION_FLUID、SPE_WELL_OPERATION_SOLID、SPE_EARTH_FEATURE_CLASS。

活動原因(WHY):防止采油過程中堵砂。

產(chǎn)生對象(WHAT):SPP_ABSOLUTE_ABUDANCE、SPP_BUCK_VOLUME_TOTAL、SPP_TRANSIENT_PRESSURE。

結(jié)合勘探開發(fā)數(shù)據(jù)模型中活動的存儲結(jié)構(gòu)確定該流程的數(shù)據(jù)庫實例表。發(fā)起者( WHO )由instance_creator項表示,活動時間( WHEN )由schedule_activity、constraint_for和constrained_by表示。schedule_activity表示一個活動進(jìn)度表,也就是一些有序活動的集合;constraint_for表示該活動所約束的活動;constrained_by表示約束該活動的活動。操作地點(WHERE)由activity_context表示,活動原因( WHY )由description表示。操作對象( WHICH )由involved_object表示,產(chǎn)生對象( WHAT )由pty_general_property和process_data表示。其中,pty_general_property表示活動過程中所產(chǎn)生的特性,process_data表示活動過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。

通過對“繞絲割縫篩管防砂施工”業(yè)務(wù)單元的分析,結(jié)合防砂施工作業(yè)規(guī)范及數(shù)據(jù)模型,得出和繞絲割縫篩管防砂施工相關(guān)的施工活動,包括下管柱施工、試壓施工、洗井施工、座封施工、試擠施工、填砂施工、起管柱施工、探?jīng)_砂作業(yè)施工。施工活動的工序由活動的constraint_for和constrained_by 2個屬性控制。constraint_for屬性表示該活動具有一個限制行為,該限制行為是對施工計劃中其他施工的限制,即只有該施工活動完成后,其他施工活動才能啟動。constrained_by屬性表示該活動被施工計劃中的其他施工活動所限制,即只有其他施工活動完成后,該施工活動才能啟動。

2.4 業(yè)務(wù)模型可視化

本文對油田勘探開發(fā)業(yè)務(wù)模型的可視化采用可擴展標(biāo)記語言(XML)可視化描述文件[8],獲得用于繪制二維圖的節(jié)點、邊以及節(jié)點與邊的關(guān)系,然后進(jìn)行繪制。具體流程如下所示:

(1)創(chuàng)建了XML空文件,為其添加根節(jié)點。從描述活動的數(shù)據(jù)庫中查詢是否存在父活動,如果存在則在XML的根節(jié)點下插入一個父活動節(jié)點,并設(shè)置其與根節(jié)點的關(guān)系。查詢發(fā)起者是否存在,如果存在則在XML的根節(jié)點下插入一個發(fā)起者節(jié)點,并設(shè)置其與根節(jié)點的關(guān)系。查詢操作地點對象是否存在,如果存在則獲取操作地點對象的個數(shù)并設(shè)置其與根節(jié)點的關(guān)系。然后,根節(jié)點個數(shù)減1,判斷根節(jié)點是否為空,如果不為空則獲取下一個根節(jié)點。如此循環(huán),直到場景元素為空,那么所有的操作地點對象與根節(jié)點關(guān)系設(shè)置完成。

(2)按照操作地點對象的設(shè)置方式設(shè)置操作對象。

(3)判斷是否存在相關(guān)的活動。如果不存在則該施工活動只有一個相關(guān)活動,然后保存可視化描述文件并進(jìn)行繪制。如果存在則通過constraint_for屬性判斷其是否約束了其他活動,即它的下一個活動是否存在。如果存在下一個活動則將該活動插入到根節(jié)點下,并設(shè)置其與根節(jié)點以及下一個活動間的關(guān)系。如此循環(huán),直到讀取并設(shè)置完所有相關(guān)的活動狀態(tài)后,保存以上過程生成的可視化描述文件。

(4)對此可視化描述文件進(jìn)行解析,并結(jié)合二維圖繪制方法,生成一個以所查詢業(yè)務(wù)活動為中心并與操作地點對象、操作對象、相關(guān)活動等相關(guān)聯(lián)的可視化顯示結(jié)果,如圖3所示。

圖3 基于XML的業(yè)務(wù)活動二維圖形Fig.3 Two-dimensional graphics for business activities based on XML

3 基于業(yè)務(wù)場景模板的虛擬場景

模板是具有相似性一組事物的通用模型或框架模式,它包含了客觀事物的基本結(jié)構(gòu)及基本內(nèi)容。場景模板是基于模板思想對某類業(yè)務(wù)或業(yè)務(wù)活動的一種場景描述,本文基于不同業(yè)務(wù)活動定義了幾種適用于油田勘探開發(fā)的場景模板。通過對場景模板的解釋生成虛擬場景,從而提高編輯和制作虛擬場景的效率。

3.1 基于業(yè)務(wù)描述的場景模板生成

由于很多業(yè)務(wù)涉及的操作地點對象、操作對象以及活動過程所產(chǎn)生的相關(guān)施工活動是相似的[9],因此通過對與業(yè)務(wù)相關(guān)對象的分析與抽象,提出了油田場景模板。以“濾砂管防砂施工”為例,做如下定義:WELL表示井,WB表示井筒,T表示防砂工具,CY表示儀表車,CB表示泵車,CS表示混砂車,CW表示水罐車,CZ表示作業(yè)車,P表示施工單位,STR表示地層;FQ表示前置液,FB表示后置液,FX表示攜砂液,FW表示洗井液,SS表示砂子。施工工序如下所示:A1為下防砂管柱施工,A2為試壓施工,A3為座封施工,A4為填砂施工,A5為洗井施工,A6為起管柱施工。通過以上方法所生成的防砂場景模板的描述如下所示:

R(WELL);

D(WELL,WB,p);

D(WELL,STR,p);

R(WB);

I(WB,T,p);

I(WB,FQ,p);

I(WB,FB,p);

I(WB,FX,p);

I(WB,FW,p);

I(WB,SS,p);

W(WELL,CY,p);

N(WELL,CB,p);

E(WELL,CS,p);

S(WELL,CW,p);

S(WELL,CZ,p);

N(WELL,P,p);

AS (A1,A2,A3,A4,A5,A6);

該場景模板描述以井WELL和井筒WB為參考實體,在井口的下方位置p處有井筒WB,在另一個位置p處有地層STR,在井筒內(nèi)位置p處有防砂工具T。此外,在井筒內(nèi)相應(yīng)的位置處有前置液、后置液、攜砂液、洗井液和砂子。在井口的西面位置p處有儀表車CY,在井口的北面位置p處有泵車CB,在井口的東面位置p處有混砂車CS,在井口的南面位置p處有水罐車CW;另一個位置p處有一個作業(yè)車CZ,在井口的北面位置p處有施工單位P(一般是施工人員)。防砂施工的施工工序為A1到A6。這樣,后期通過對場景模板的解析,就可以生成相應(yīng)的虛擬場景。

3.2 基于場景模板的虛擬場景生成

對于濾砂管防砂虛擬場景的實現(xiàn),首先從場景模板數(shù)據(jù)庫中取出參考對象及其相關(guān)參數(shù),然后判斷當(dāng)前參考對象是否為基本參考對象[10]。如果是則初始化基本參考對象,設(shè)置其位置等信息;如果不是則繼續(xù)判斷是否存在與當(dāng)前對象相關(guān)的其他對象及對象間的關(guān)系。如果存在與當(dāng)前對象相關(guān)的其他對象及對象間的關(guān)系則提取與當(dāng)前對象相關(guān)的其他對象及其關(guān)系,并設(shè)置這些關(guān)系;如果不存在則判斷當(dāng)前對象是否為最后一個對象。如果不是最后一個對象則讀取下一個參考對象及其參數(shù),并對其進(jìn)行初始化設(shè)置;如果是則完成了場景的構(gòu)建。生成的虛擬場景如圖4所示。

圖4 濾砂管防砂場景Fig.4 Sand control scene of sand filter tube

4 結(jié)語

本文通過對Epicentre數(shù)據(jù)模型以及油田勘探開發(fā)數(shù)據(jù)模型和業(yè)務(wù)模型的分析,結(jié)合可視化技術(shù),實現(xiàn)了油田勘探開發(fā)業(yè)務(wù)模型的可視化。同時,通過模板思想的引入并結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù),構(gòu)建了油田虛擬場景。本文研究表明,業(yè)務(wù)模型可視化可以對油田勘探開發(fā)領(lǐng)域中業(yè)務(wù)活動的流程進(jìn)行形象展示,同時也可使相關(guān)技術(shù)人員對油田勘探開發(fā)過程產(chǎn)生形象認(rèn)識。基于模板的虛擬場景實現(xiàn)有助于油田開發(fā)人員快速生成場景,降低開發(fā)難度。

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