郭凱偉 劉文成 廖正毅 肖劍 楊小玲

中海油田服務(wù)股份有限公司 河北 三河 065201

數(shù)據(jù)是描述事物的符號記錄，而模型是對現(xiàn)實(shí)世界的抽象[1]。數(shù)據(jù)模型是對數(shù)據(jù)特征的抽象，故其既要結(jié)構(gòu)清晰、邏輯合理的模擬現(xiàn)實(shí)世界，又要滿足對數(shù)據(jù)管理與操作等方面的要求，包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)約束三方面的內(nèi)容。數(shù)據(jù)模型的設(shè)計需要對業(yè)務(wù)和行業(yè)的數(shù)據(jù)模型發(fā)展歷史足夠了解，同時還需要精通數(shù)據(jù)庫設(shè)計理論。

國際石油行業(yè)很早就開始了相關(guān)的研究，1988年建立的公共石油數(shù)據(jù)協(xié)會研究和發(fā)布了涵蓋上游勘探與開發(fā)、下游煉油與管道集輸業(yè)務(wù)的公共石油數(shù)據(jù)模型（PPDM）。1990年由英國石油勘探公司（BP Exploration）、雪佛龍股份有限公司（Chevron Corporation）、埃爾夫阿奎坦集團(tuán)公司（Elf Aquitaine）等公司發(fā)起成立POSC組織，發(fā)布了POSC Epicentre數(shù)據(jù)模型[2]。2019年，由多家國際領(lǐng)先的油氣公司、技術(shù)公司共同組成OSDU技術(shù)聯(lián)盟，旨在為石油和天然氣行業(yè)提供一個開放的、基于標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)平臺，實(shí)現(xiàn)對地下和油井?dāng)?shù)據(jù)的安全性、可靠性、全球性及高效性的訪問，加速油氣行業(yè)的深度融合與創(chuàng)新[3]。

中國國內(nèi)從1991年發(fā)布了第一版《油田勘探、開發(fā)數(shù)據(jù)庫字典》。中國石油借鑒POSC建模理念，結(jié)合勘探開發(fā)的實(shí)際需求形成了EPDM數(shù)據(jù)模型，以實(shí)體為主線，覆蓋勘探、開發(fā)、生產(chǎn)等大部分上游業(yè)務(wù)[4]。中國石化借鑒POSC模型的設(shè)計思想，以石油勘探開發(fā)業(yè)務(wù)對象為核心，研發(fā)形成了中國石化油氣勘探開發(fā)數(shù)據(jù)模型（SPDM）和中國石化勘探開發(fā)業(yè)務(wù)模型（SPBM）[5]。

1 研究思路與步驟

數(shù)據(jù)作為信息系統(tǒng)的核心，數(shù)據(jù)的共享是建立數(shù)據(jù)庫的最基本動因。雖然企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營和管理活動會經(jīng)常變化，但只要企業(yè)的目標(biāo)與業(yè)務(wù)范疇不變，數(shù)據(jù)本身是基本穩(wěn)定的，變化的只是數(shù)據(jù)的處理過程。數(shù)據(jù)獨(dú)立于程序，規(guī)范、穩(wěn)定、高效的數(shù)據(jù)模型由多個具有原子性、演繹性和規(guī)范性的“基本表”組成，保證數(shù)據(jù)從源頭采集、處理、使用和存儲，以達(dá)到“一次采集，無限應(yīng)用”的目的。

數(shù)據(jù)模型一般是為了某一具體的功能、應(yīng)用或系統(tǒng)而設(shè)計，故其首先要滿足業(yè)務(wù)的需要，參考同行對數(shù)據(jù)模型的建立方法與步驟，建模分為以下幾步：

業(yè)務(wù)調(diào)研與業(yè)務(wù)域劃分：開展鉆完井液業(yè)務(wù)調(diào)研，按照專業(yè)、管理職能或生命周期劃分業(yè)務(wù)域，再識別不同業(yè)務(wù)域下的主要業(yè)務(wù)活動。

數(shù)據(jù)采集情況分析：弄清相關(guān)數(shù)據(jù)填報的對象及主要頻率與內(nèi)容。

數(shù)據(jù)模型設(shè)計：采用實(shí)體聯(lián)系模式圖（E-R）圖的方式設(shè)計概念模型，并在此基礎(chǔ)上提煉出主數(shù)據(jù)模型，再開展邏輯模型設(shè)計和在數(shù)據(jù)庫中的物理化。

2 鉆完井液業(yè)務(wù)調(diào)研及分析

2.1 業(yè)務(wù)域劃分

基于上級公司對數(shù)據(jù)資產(chǎn)目錄的劃分，鉆完井液屬于井筒工程業(yè)務(wù)域，按照業(yè)務(wù)流程分為招投標(biāo)、設(shè)計、施工、完工總結(jié)四大階段，見圖1，人員、設(shè)備、物料貫穿所有的工作。

圖1 鉆完井液業(yè)務(wù)流程分析

招投標(biāo)主要包含項目招投標(biāo)和作業(yè)任務(wù)下發(fā)兩項業(yè)務(wù)活動，實(shí)際上相關(guān)的業(yè)務(wù)及數(shù)據(jù)量較少。設(shè)計階段主要包括設(shè)計方案編寫及審核、質(zhì)量策劃書編寫及審核和委托試驗三項業(yè)務(wù)活動。施工階段是所有流程的重點(diǎn)，主要包括作業(yè)準(zhǔn)備、施工作業(yè)、材料管理、復(fù)雜情況及處理、變更管理五項業(yè)務(wù)活動。完工總結(jié)階段主要包括項目完工總結(jié)編寫、技術(shù)案例編寫、費(fèi)用核算、資料收集與提交四項業(yè)務(wù)活動。

2.2 數(shù)據(jù)采集情況分析

目前鉆完井液的招投標(biāo)、設(shè)計與完工總結(jié)基本在線下進(jìn)行，主要以報告的形式體現(xiàn)。施工階段數(shù)據(jù)通過一個單機(jī)版的軟件采集，主要分為開鉆前填寫、每日填寫、按實(shí)際發(fā)生的故障填寫、按井段填寫、按現(xiàn)場作業(yè)情況填寫五部分，主要填寫的內(nèi)容和頻率，見圖2。

圖2 鉆完井液施工階段采集的數(shù)據(jù)情況

3 數(shù)據(jù)模型設(shè)計

數(shù)據(jù)模型設(shè)計分為概念模型設(shè)計、邏輯模型設(shè)計、物理模型設(shè)計。概念模型設(shè)計就是將調(diào)研分析得來的信息抽象為信息結(jié)構(gòu)的過程，一般采用E-R圖表示。邏輯模型設(shè)計就是把概念模型設(shè)計好的E-R圖轉(zhuǎn)換為與數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品所支持的邏輯結(jié)構(gòu)，最重要的工作就是將實(shí)體型和實(shí)體間的聯(lián)系轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式，并確定這些關(guān)系模式的屬性和碼，通常用PowerDesigner、Navicat等專業(yè)軟件設(shè)計。物理模型設(shè)計就是把一個給定的邏輯數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換最符合應(yīng)用要求的物理結(jié)構(gòu)的過程，常用的PowerDesigner等軟件可以直接將邏輯模型轉(zhuǎn)換為物理模型。

3.1 概念模型設(shè)計

對業(yè)務(wù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的調(diào)研、分析、劃分與歸類是概念模型設(shè)計階段最主要的工作，同時也是工作量最大、最繁瑣、最細(xì)則的工作。調(diào)研的任務(wù)是要調(diào)查現(xiàn)實(shí)世界要處理的對象、原系統(tǒng)的工作概況、用戶的需求等，同時分析清楚數(shù)據(jù)項的含義及處理過程，尤其要弄清用戶有無新功能的需求，因為新需求必然對應(yīng)著有新的數(shù)據(jù)需求，若不提前考慮可能存在的擴(kuò)充與改變，今后很可能面臨全部推倒重來的困境。

對鉆完井液核心業(yè)務(wù)實(shí)體、屬性及聯(lián)系（見圖3），油氣田是石油工業(yè)中最核心的資產(chǎn)，通過在地面打井來開采獲取地下的油氣資源。井是在地面位置確實(shí)存在的、具有唯一地理坐標(biāo)的實(shí)體，所有的勘探開發(fā)活動最終都通過井來實(shí)現(xiàn)價值。井筒描述了井從井口到井底的軌跡信息，用于區(qū)分地下與地面的不同概念。井段即通俗的開次，是鉆完井液的具體業(yè)務(wù)開展的對象，一個井段一般選擇同一種鉆完井液體系材料，現(xiàn)場也常以井段作為一次作業(yè)周期；同時井段也是核算人員費(fèi)率、物料消耗、設(shè)備使用時長等的最小單元。

圖3 鉆完井液核心業(yè)務(wù)實(shí)體、屬性及聯(lián)系圖

3.2 主數(shù)據(jù)模型設(shè)計

主數(shù)據(jù)作為企業(yè)中具有高業(yè)務(wù)價值的、跨越各業(yè)務(wù)部門被重復(fù)使用的數(shù)據(jù)，是企業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)共享的“語言”，一般在概念模型設(shè)計后進(jìn)行識別、提取與建立[6]。

鉆完井液業(yè)務(wù)屬于油田服務(wù)行業(yè)，作為生產(chǎn)施工單位，地質(zhì)、工程等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來自于甲方，在模型設(shè)計上應(yīng)該繼承甲方的結(jié)構(gòu)。本次主數(shù)據(jù)模型的設(shè)計以實(shí)體為主線，依次分為甲方業(yè)務(wù)單位、地質(zhì)單元、井、井筒、井段、完鉆層位。這六個基本實(shí)體之間存在著向下包含的父子約束關(guān)系，將鉆完井液的所有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)有機(jī)的、完整的結(jié)合起來，形成一體化的數(shù)據(jù)庫，滿足各個層級的應(yīng)用需求。

地質(zhì)單元實(shí)體主要參考甲方，既包括了勘探上的盆地、構(gòu)造、圈閉等構(gòu)造單元，也包括開發(fā)上的油氣田、開發(fā)區(qū)、區(qū)塊等油氣單元，各層級根據(jù)實(shí)際需求劃分，方便管理與統(tǒng)計分析[7]。井是石油行業(yè)最關(guān)心的實(shí)體，一口井可以包含多個井筒，以解決實(shí)際上存在的一井多筒的情況。完井層位包括勘探上的完井層段和開發(fā)上的生產(chǎn)層段，完井層段決定了后期的生產(chǎn)層段，共設(shè)計了主數(shù)據(jù)表15張，數(shù)據(jù)項213個。

3.3 邏輯模型設(shè)計

基于設(shè)計好的E-R圖和主數(shù)據(jù)模型，為了保證各個階段數(shù)據(jù)表不遺漏，在每張設(shè)計圖上先標(biāo)注清楚本圖中內(nèi)容所處的業(yè)務(wù)域、業(yè)務(wù)活動與業(yè)務(wù)對象，再對某一具體的業(yè)務(wù)對象開展分析，遵從數(shù)據(jù)庫設(shè)計的三大范式，依次開展相關(guān)數(shù)據(jù)表、字段、關(guān)系的設(shè)計，可以同時將相關(guān)附表設(shè)計出來，見圖4。

圖4 鉆完井液邏輯模型設(shè)計圖（部分）

邏輯模型設(shè)計經(jīng)歷兩輪，首輪先盡量列全所有的數(shù)據(jù)表、字段、關(guān)系，第二輪中再進(jìn)行合并、規(guī)范和優(yōu)化。邏輯模型的設(shè)計并不是唯一的，其規(guī)范化程度并不是越高越好，為了方便使用，通常會做一些適度的冗余與合并設(shè)計[8]，如將油田相關(guān)的信息都劃到了油田信息表中，本次共設(shè)計了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)表236張，數(shù)據(jù)項3329個。

4 結(jié)束語

通過對石油行業(yè)數(shù)據(jù)模型設(shè)計現(xiàn)狀與設(shè)計思路的理解，對鉆完井液業(yè)務(wù)的調(diào)研與梳理，采用E-R圖開展鉆完井液概念模型設(shè)計，并在此基礎(chǔ)上提煉出主數(shù)據(jù)模型，進(jìn)而完成邏輯模型設(shè)計，共設(shè)計主數(shù)據(jù)表15張，數(shù)據(jù)項213個；業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)表236張，數(shù)據(jù)項3329個。同時完成了邏輯模型在人大金倉數(shù)據(jù)庫中的物理化，遷入部分歷史數(shù)據(jù)，目前整套模型運(yùn)行良好，較好的支撐了業(yè)務(wù)的需求。