孙 辉，马继兵，何成会, 李炎峰

(中国电子科技集团公司第二十二研究所 河南 新乡 453003)

0 引 言

石油钻探属于数据密集型行业，从物探到生产，大量数据被采集，但其中很多数据是孤立的，从未被使用过。将信息化技术应用在石油钻探领域，可以解决数据资源无法共享、多系统间信息孤岛等问题，为管理者提供辅助决策的依据，提升油田的数字化管理水平。井场信息系统是油田数字化管理的一种实现思路,也是石油服务行业与互联网的结合点。在大数据、人工智能蓬勃发展的今天，数据对油服行业的重要性不言而喻，通过计算机网络技术搜集整理各种录井、随钻、测井数据，并通过Web和手机端对各种信息进行直观的展示，对提高石油钻井的效率和安全性都有极大促进作用[1]。根据目前IT技术的发展趋势，本文提供了一种可行的解决方案：实时采集的数据用TCP协议数据传输、基于华为云的多线程数据接收和数据存储、跨平台远程调用技术WebService实现数据的分发、用SpringMVC和Android Native实现数据的可视化，设计开发了一个综合性的录井信息应用系统。该系统可以完成现场的数据采集、远程传输、云存储、基于Web和手机Android端的数据可视化、数据应用，文中重点介绍了各功能的实现过程。

1 系统总体架构设计

录井信息应用系统是融合数据采集、数据存储和数据可视化为一体的综合性油田数字化信息系统，将色谱原始数据、传感器原始数据、录井实时数据、随钻实时数据进行无缝整合，形成打破信息孤岛、实现资源共享的大数据云平台。系统总体架构设计如图1所示。

图1 系统总计架构设计

2 系统功能模块

录井信息应用系统共分为七个功能模块，分别为：录井设备、井场客户端、井场传输、数据交互、云处理、可视化和数据应用[2]。系统功能模块划分如图2所示。

图2 系统功能模块

1)录井设备

主要功能是制定相关数据输出到本系统设计接口规范，数据输出实现由录井仪设备制造商开发或者录井设备制造商提供接口第三方开发。可以提供接口规范的数据包括：色谱原始数据、传感器原始数据、录井原始数据、录井实时数据。

2)井场客户端

主要功能包括：使用TCP服务器、TCP客户端和串口方式接收WITS 0级的实时录井、随钻传输规范数据；提供界面编辑远程作业系统需要的各种报表。系统设计的需要手工输入的报表，在WITSML规范中都有定义，如井、井眼、日报、BHA等。

3)井场传输模块

数据转发的中间件，提供标准的WITS 0级数据接收标准，这样可以方便用户开发针对不同仪器的井场客户端，将数据解析后，按照WITSML规范重新包装，基于.NET通信框架NetworkComms，将不同种类的数据信息设置不同的消息类型，远程传输到井场服务端[3]。

4)数据交互

数据交互是通过消息系统管理数据处理消息，并通知订阅/发布系统，由发布系统根据订阅者需求推送数据到各虚拟机上。消息系统是把井场传输模块更新的数据通知WITSML发布系统。WITSML订阅系统是处理各虚拟机上运行的应用软件订阅内容。WITSML发布系统是根据各应用软件订阅内容，分发数据到各应用软件。

5)云处理

云处理负责虚拟机管理和虚拟机远程访问。为了实现应用软件的云计算，需要在数据中心后台启动大量虚拟机。虚拟机管理，是为了使云应用系统性能最佳。即需要把不使用的虚拟机关闭，因而需要判断虚拟机中应用软件工作状态，通过指令控制把其关闭；对于新增井应用程序，需要用指令控制其开启。NAT(网络地址转换)管理是把虚拟机的地址转换为可被互联网访问的地址。这样通过操作系统自带的远程桌面工具，就可以访问虚拟机，实现对虚拟机中运行的应用软件远程操作。

6)可视化

现场采集的原始数据在云端存储后，可在Web端和手机端进行信息的预览。Web端和手机端的可视化平台功能基本相同，都发布包括远程监控系统、远程录井系统、远程诊断系统。系统采用微服务框架，可以根据需要添加新的子系统。

7)云计算

云计算平台分为远程井涌井漏系统和远程地质导向系统。远程井涌井漏系统综合应用起下钻监测技术和多参数融合的模糊推理算法，从原始参数的变化入手，对现场的井涌井漏的事故和相关参数异常给出报警提示。远程地质导向系统根据现场数据，运用正反演等多种算法，实时显示井眼轨迹，对现场施工的过程有直观的展示。

3 系统主要功能的实现

系统平台采用多种技术开发。与录井设备相关的井场客户端、井场传输模块采用.NET技术开发，Web发布和安卓发布采用Java技术开发。系统平台遵循统一的数据接口，在技术开发时，参考和使用了大量的成熟或开源项目经验，如WinForm界面库Component One、.NET通信框架NetworkComms、JEECG框架、WITSML数据传输标准和MySQL数据库等。

1)规范化数据接口

系统的前端采集主要采用两种规范化数据格式：WITS 0级[4]和WITSML数据[5]。WITS 0级数据格式主要用来传输录井实时数据，系统实现了TCP客户端和TCP服务器端两种数据接收方式。WITSML用来传输色谱原始数据、传感器原始数据、录井原始数据，通过对数据组合打包、设置标志位等方式，制定了这三类型数据的规范化接口，每种仪器都可以根据这些接口，实现录井设备到系统的挂接。

下面用色谱原始数据举例说明，格式使用XML标准，数据体采用C#语言 DataSet数据集定义，对应WITSML类型为“Chromcfg”。定义如下：

2)井场传输

井场传输比较复杂，涉及高并发、低延迟、粘包等一系列技术难题。为节省开发难度，系统在实现时采用了.NET通信框架NetworkComms，该框架免费开源、运行稳定，可以很好的满足系统的传输需求，其独有的“消息类型”模式，可以很好地区分发送和接收的数据类型，井、井眼和日报等不同的数据可以设置不同的消息类型，接收时框架会自动识别存储。该通讯框架的使用，整体提高了系统的开发效率。使用NetworkComms.Net框架的相关接口如下。

发送数据接口：

public returnObjectType SendReceiveObject(string sendingPacketTypeStr, string expectedReturnPacketTypeStr, int returnPacketTimeOutMilliSeconds, sendObjectType sendObject)

参数说明：

sendObjectType：发送数据类型

returnObjectType：返回数据类型

sendingPacketTypeStr：发送数据类型标识

expectedReturnPacketTypeStr：希望返回的数据类型标识

returnPacketTimeOutMilliSeconds：返回超时

sendObject：发送参数

接收数据接口：

public static void AppendGlobalIncomingPacketHandler(string packetTypeStr, NetworkComms.PacketHandlerCallBackDelegate packetHandlerDelgatePointer)

参数说明：

packetTypeStr：进入的数据包的消息类型

packetHandlerDelgatePointer：相关的处理器

incomingObjectType：进入的数据对象

3)Web发布

采用JEECG框架。该框架具有的日志管理功能、权限控制体系和插件配置能力，可以极大提高开发效率，让开发更多关注业务逻辑。Web发布更多关注的是信息的展示，用EasyUI插件进行表格和树形列表框的制作，用Bootstrap插件将页面变为可响应式，用Echarts插件将数据进行图形化展示，用Rapheal插件进行数据曲线化展示等。该框架可以充分满足系统的设计需求。

4)Android发布

针对小屏幕展示做了专门优化，能够将录井信息应用系统的各类要素分屏展示。方便管理人员随时随地通过Android手机查看现场实时信息，使应急人员和专家在有手机网络信号的地方精准掌握现场的工况，给出及时有效的指导意见，为现场决策提供有效根据和信息保障，提高钻井效率和应对突发事故的能力。

5)远程井涌井漏

远程井涌井漏是录井信息应用系统的第一个应用[6]。在井场录井实时数据已经存储到公用数据库服务器的基础上，通过统一的数据读取插件，实时从公用数据库读取实时录井数据，综合运用参数异常分析、多参数融合判断和起下钻检测等手段，实时监控井场工况，对井涌井漏事故给出及时的预警提示信息，并将信息存储到数据库服务器。该应用可以部署到云端，也可以部署到本地。

6)远程地质导向

远程地质导向是录井信息应用系统的第二个应用[7]。在井场井斜数据已经存储到公用数据库服务器的基础上，通过统一的数据读取插件，实时从公用数据库读取井斜数据，综合正反演、轨迹模拟计算等手段，绘制井眼的3D实时轨迹和关联参数的变化曲线，同时提供临井的比较。该应用可以部署到云端，也可以部署到本地。

4 系统的主要特点

录井信息应用系统具有权限控制体系完善、数据标准统一、平台扩展性强的特点。

1)完善的权限控制体系

基于B/S架构的系统登录与权限管理实现了不同角色、不同组织结构的分级管理。通过对角色和数据的一致化管理，保证了系统数据的完整性和安全性。这种分级管理的功能具有较高的可定制性，可对角色和组织结构的权限进行更小颗粒度的划分和调整，满足不同的应用需求。

2)数据标准统一

平台为了提高兼容性，全部规范化数据接口都使用比较流行的数据交换格式WITSML和标准WITS，在系统内部也是如此。规范化的数据格式对数据的组装和解析都有极大的裨益，最大限度的减少因为数据的改动而导致软件代码的改变。虽然牺牲了一定的空间，但在计算机速度日新月异的今天，还是值得的。

3)平台扩展性强

平台建立在一个开放的技术体系上，采用全组件化设计，集成度高，可以根据用户需求灵活配置平台模块；所有的基础功能都预留接口，支持今后功能扩展调用；支持标准语言开发，可以方便的实现C/S、B/S应用。

5 系统应用情况

录井信息应用系统通过2年的开发与建设，顺利通过了验收，已于2019年成功在华为云端部署应用。由于系统采用开源成熟的网络通讯框架，它可以支持数百个客户端远程传输，但井场通讯的实时性依赖于井场特定的网络环境，具体的差别有待于进一步的实践检验。目前系统运行效果良好，无论是数据的多种可视化展示平台，还是数据的应用平台，都能稳定及时地反映现场的施工状况。

6 结束语

录井信息应用系统的成功开发，使信息化技术在录井行业得到了深化应用，“云计算”、“大数据”等技术应用到录井信息应用系统中，解决了井场现场和油田公司数据无法及时共享，系统间信息孤岛等一系列问题，同时也可以减轻现场人员和管理人员的工作强度，实现专业数据管理的有序化、规范化、标准化。录井信息应用系统建立了系统技术架构体系，可适应业务和技术的不断变革和弹性变化，通过建立的数据共享服务平台，支持跨专业、跨地域、跨系统的数据共享，为油田的数字化建立坚实的基础。录井信息应用系统在业务拓展和数据深入应用方面有待进一步开发，因此该系统仍需改进和完善，使其能够为提升油田的数字化管理水平、创造经济效益、节约管理成本提供强有力的技术支撑。