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1、油田勘探开发信息一体化的发展趋势及构想胜利油田孤岛信息中心 刘新华摘要：根据勘探开发信息一体化的发展要求，以网格计算技术为基础，构建了油田数据网格，并设计了油田网格数据库元数据标准体系。简单介绍了大庆油田的数字油田总体结构框架，归纳了该架构的要点。从网格计算的角度，建立了基于网格的数字油田总体结构框架，并阐述了勘探信息一体化在基于网格的数字油田中的实现。关键字：集成化油藏经营管理；集群；网格计算；油田数据网格；元数据；油田元数据标准体系；数字油田；基于网格的数字油田油田勘探开发信息一体化的发展趋势及构想- 1 -引言以开发为主的采油厂对勘探信息的依赖是毋庸置疑的。目前，随着老油田新区块勘探的减
2、少，原油产量只能从高含水的老区块中挖潜，因此，对老区块勘探开发信息的掌握要求更加精细、准确。长期以往，勘探单位与开发单位都是森堡壁垒，即使现在，油田加快了信息化建设，各单位相继建立了自己的高速计算机网络及各种应用数据库，如勘探数据库（地震、测井数据库等） 、开发数据库，但这些数据库仍是相互独立的，彼此分隔的。放眼国外，国外石油公司信息化发展普遍经历了四个阶段：数据集成、 专业集成、部门集成和企业集成。90 年代中期，国外石油公司逐步实现勘探开发“一体化” ，建立公司、企业级数据管理中心，采用多学科协同工作的项目组方式，构建资源共享的地球模型，提高研究水平，缩短项目周期，降低成本。2000 年以
3、来，一些重要的石油天然气公司信息系统建设已经达到企业集成、智能决策阶段。 从采油厂的实际需求与石油行业信息发展的方向看，油田勘探开发信息一体化已经成为一个趋势。本文将从油藏管理中的协同作用、网格计算与油田数据网格、勘探信息和开发信息的接口标准、勘探开发信息一体化与数字油田建设四个方面探讨油田勘探开发信息一体化的发展趋势及构想。一、油藏管理中的协同作用现有油田的开发和扩展是增加可采储量的关键。除了新工艺以外，资料管理和分析对于成功开采变得越来越关键。培养地质工程师、油藏工程师、采油工程师等之间的相互配合、相关的技术和知识的共享，是改进资料管理和分析以及正确应用新工艺的关键。早在70 年代，国外就
4、提出：“为了进行石油勘探、开发和开采，工业经理的责任和义务就是要在地质学家、地球物理学家和石油工程师之间进行全面协调。 ”并建议地质学家、地球物理学家、石油工程师和其他专业工作者以项目团队的形式进行有效地工作，而不是以单个小组进行工作。成功的油藏管理需要集体的努力，在油藏管理的各个阶段，通过跨专业之间的相互配合，就能更好地利用公司的资源，达到共同的工作目标。油藏开采过程通常可分为：初探、评估、规划、勘探、开发、管理、结束七个阶段（图 1.1） 。对于象我国东部新生代断陷盆地内广泛分布的复杂断块油藏开发，一般采用的是灵活的滚动勘探开发流程(图 1.2)。图 1.1 传统的勘探开发管理流程初探 勘
5、探 开发 管理 结束评估 规划油田勘探开发信息一体化的发展趋势及构想- 2 -图 1.2 滚动勘探开发过程复杂断块的滚动开发，是以油气富集区为主要工作对象，采取详探与开发紧密结合的步骤，分步进行。在实践与认识多次反复、不断深化的基础上，逐步展开详探与开发。各个阶段工程师之间的协同关系如下：地层油气的含水层大小、出量、速度沉积环境岩相学古生物学地质工程师解释构造和含水层大小、地震测量数据地球物理工程师家分析测井、岩心、流体试样和试井数据油藏工程师图 1.3 评估阶段初探评估规划勘探开发管理。 。 。 。 。 。结束油田勘探开发信息一体化的发展趋势及构想- 3 -平台和油井的最佳衰竭方案、位置和数
6、量对比层、产层和页岩的连续性；构造图；剖面图；等厚图地质工程师解释构造和含水层大小、地震测量数据地球物理工程师家详细的油藏描述、油藏模拟、油井和平台的固定、经济效益油藏工程师图 1.4 规划阶段完井和修井方案，注入和采出流体的最佳分布产层分布的连通性及页岩的维数地质、地球物理工程师井眼的水力因素最佳完井方法采油工程师家油藏动态的计算机研究油藏动态的最新研究油藏工程师图 1.5 开发阶段油田勘探开发信息一体化的发展趋势及构想- 4 -从滚动勘探开发各阶段的协同关系可以看出，信息的交流与共享是完成每个阶段必备的条件。20 世纪 80 年代后期，国外提出“集成化油藏经营管理”(图 1.7)。集成化油
7、藏经营管理实际是将油藏经营的核心：数据、人员、技术、决策等要素进行集成，改变过去存在数据分散、技术壁垒、人员交流障碍的状况，从整体提高企业的经营管理水平。集成化油藏经营管理需要从多个层面上进行集成。1、 数据的集成需要集成的信息包括：（1）勘探信息包括：非震物化探数据、地震资料、测井数据、钻井资料、录井资料、试油试采数据、分析化验资料、综合研究成果资料等。（2）油田开发信息包括：油藏工程、采油工程、油田监测、生产管理四个方面的信息。其中油藏工程信息包括油田开发动态数据、静态数据、方案规划数据等；采油工程信息包括采油工程生产管理数据、规划方案数据等；油田监测信息包括油水井测井数据、试井数据、动态
8、监测数据等；生产管理信息包括油水井生产管理数据、作业施工管理数据、油田监测管理数据、地面集输管理数据、开发生产管理数据、油藏工程管理数据、采油工程管理数据等。（3）地面建设信息包括：地面工程基础资料、工程勘察数据、地面工程静态数据、地面工程动态数据、投资控制及经济评价数据等。2、 人员的集成停产停注井动态注采井网潜力分析地质构造特征储层特征温度及压力系统水驱油特征地 质 、地球物理工程师防砂换套大修补孔扶停井采油工程师家流体性质储量计算储量及储层动用评价能量状况分析产能评价措施效果评价油藏工程师图 1.6 管理阶段油田勘探开发信息一体化的发展趋势及构想- 5 -协同工作的人员:地质工程师、地球
9、物理工程师、采油工程师、油藏工程师、计算机工程师、数值模拟专业人员、地质统计人员、经济学专业人员等。3、技术手段的集成油藏经营管理的中心是资源的评估和储层的认识，它需要综合应用以下技术：3D 地震技术、岩石物理检测技术、测井解释技术 、地质统计技术、油藏工程技术、储层模拟技术、3D 可视技术、水平钻井技术、完井技术、采油工程技术4、 工具与方法集成物质平衡软件：估算可采储量及驱动机理。地质统计软件：建立储层模型，对有相应的测井及地震数据的地点，内插外推法赋值。油田动态拟合和预测软件：储层描述、试井分析、生产数据分析及黑油模型。地面工艺分析软件：通过井底参数计算井口压力值，设计地面工艺流程。3D
10、 可视化软件：将验证、拟合和计算结果进行三维显示。油藏本身及开发过程，是一个不断更新和变化的信息源。勘探开发的过程就是信息的采集、处理、分析和反馈过程。油藏经营管理的集成本质上是油藏经营管理信息的集成。实践证明，油藏经营管理的集成化是实现利润最大化的有效方法。通过技术优选、合理分工、科学分配工作时间可以使企业的人力、财力、物力得到最大限度的发挥。从以上论述中可以看出，不论是目前油田开发普遍运用的滚动开发流程，还是亟待发展的集成化油藏经营管理，都存在一个信息共享和交流的问题。油田已投入大量资金用于信息化建设，但信息技术只分散于不同的专业领域，不同领域之间的信息、数据很难甚至根本不能进行交流或转换
11、。中国石油天然气股份有限公司副总裁刘宝和曾强调：“勘探开发部门要实现信息共享，改变多头研究、各行其是的现状” ，正是针对这一问题的深刻认识而提出的倡议。实现油田勘探开发信息一体化的基础就是要解决目前勘探开发信息存在的“数据孤岛”问题。推动集成化油藏经营管理建设，实现各种勘探开发技术、方法，如油藏数值模拟、油藏管理工作组油藏地质法律经济评价土地、环保油田化学井下作业采油工程钻井、测井生产管理地球物理油藏工程油气处理油田维护地面集输图 1.7 集成化油藏经营管理油田勘探开发信息一体化的发展趋势及构想- 6 -地质统计分析、全三维一体化的应用与集成，是勘探开发信息一体化的目标和结果。二、网格计算与油
12、田数据网格油藏模拟在油藏管理有很大的实用价值，可用来预测不同的生产变量产生的情况。油藏模拟中既需要静态的地质、勘探数据，又需要动态的生产开发数据。以这些数据为基础，才能形成对油藏状况的连续模拟，找出油藏的演化规律，为以后的生产提供科学的依据。油藏模拟需要快速、容易地访问各种计算资源、共享信息和数据，油田勘探开发数据的分离，阻碍了油藏模拟在生产实际中的应用。目前，一个典型的黑油模型数值模拟的网络模拟的网络规格一般在几万数量级（25 万） 。对于一个油田规模的模拟，这只能保证井间一般有 12 个空网格。对于某些问题，这是不够的。例如要追踪地层内驱替前缘的运动情况，井间一般需要保持 1015 个空网
13、格。按照这样的标准，一个油田规模的模拟可以很容易达到百万节点的数量级。在 Sun490 上运行 vip 黑油模拟软件，完成 1 次 5 万节点的模拟运算，最快也得 7d。进行一次百万节点的实际区块模拟计算，得用几个月甚至一年的时间。高性能的计算是阻碍勘探开发信息一体化在生产中发挥效益的又一障碍。现在，实现大规模高性能计算通常采用两种方式。一种是采用高性能计算机，另一种是计算机集群。高性能计算机如 SMP(对称多处理器)计算机、MPP(大规模并行处理)计算机等，这些计算机有很高的配置(如大内存、海量存储、可多达上千个的处理器等)，具有很高的处理能力。但与这些计算机的高性能相对应的是它们高昂的价格
14、。相比之下，计算机集群是现在应用较广泛的技术。集群是一种分布存储的并行系统，各结点通信主要使用消息传递方式。集群与 MPP(大规模并行处理)计算机的主要区别有：集群的每个结点都是一个完整的计算机系统，包括CPU、内存、硬盘，可能没有显示器、键盘、鼠标等外围设备；MPP 的每个结点内不一定有硬盘。集群的结点间通常使用低成本的商品化网络相连，如以太网、ATM 等，而 MPP 使用专门定制的网络，这个是集群与 MPP 主要的区别。集群结点与系统级网络的网络接口是连接到结点内的 I/O 总线上的，属于松耦合；而 MPP 的网络接口是连到结点内的存储总线上的，属于紧耦合。集群的每个结点上驻留有完整的操作
15、系统；而 MPP 的结点内通常只有操作系统的微核。大庆油田 6 个采油厂的地质大队与研究院已经有 7 套高性能计算群集（HPCC） ，承担着油层数值模拟计算的任务，为大庆油田摸清地下储油情况、探明资源储量提供可靠的科学依据。胜利油田信息中心通过使用 Turbolinux Server、TurboLinux DataServer+Oracle、TurboHA、enFuzion 软件，基于 Intel 架构上的高端服务器，把现有的计算机网络变成一台高性能计算机集群（图 2.1、表 2.1） 。表 2.1 系统配置表说明 软件 硬件数据库服务器 1 turbolinux dataserver +or
16、acle +turbohacpu: intel 800mhz x 2, mem:1gb, raid 5,90gb local disk , scsi card, 磁带机数据库服务器 2 turbolinux dataserver +oracle + turbohacpu: intel 800mhz x 2, mem:2gb, raid 5,90gb local disk , scsi card磁盘阵列柜 800gb , raid 5并行计算集群(32 nodes)turbolinux server +enfuzioncpu: intel 800mhz x 1, mem: 512mb,45gb local disk, netcard (100mb)油田勘探开发信息一体化的发展趋势及构想- 7 -网关 100mb bandwidth, 4 1000mb modules, 40 ports集群技术可以满足我们现在的部分需求，但它还存在一些缺点：首先，现在集群技术没有实现底层对用户应用层的完全透明，
