稠油熱采一體化數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

孫偉峰，戴永壽，王 艷，李立剛，謝騰騰

（1.中國(guó)石油大學(xué)（華東）信息與控制工程學(xué)院，山東 青島 266580；2.青島濱海學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，山東 青島 266555）

濱南油區(qū)單家寺稠油油藏至今已有近30年的開發(fā)歷史，目前主要采用蒸汽吞吐的開采方式進(jìn)行生產(chǎn)[1]。在周期生產(chǎn)過程中積累了大量數(shù)據(jù)，主要包括周期注汽數(shù)據(jù)、周期生產(chǎn)數(shù)據(jù)、汽竄數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)對(duì)于生產(chǎn)運(yùn)行分析、熱采效果評(píng)價(jià)、注汽參數(shù)優(yōu)化及生產(chǎn)決策等具有重要價(jià)值。目前，這些數(shù)據(jù)主要通過人工錄入Excel表格進(jìn)行保存和分析，生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)測(cè)和優(yōu)化決策主要依賴經(jīng)驗(yàn)、通過繁雜的人工計(jì)算完成，工作強(qiáng)度大、效率低且易出錯(cuò)；生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)缺乏實(shí)時(shí)性和可靠性，優(yōu)化決策和油井熱采效果預(yù)測(cè)周期長(zhǎng)、效率低且準(zhǔn)確性差，如何對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行有效組織與優(yōu)化管理成為亟待解決的問題。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，基于web的信息查詢與發(fā)布技術(shù)越來(lái)越多地應(yīng)用到各類系統(tǒng)的開發(fā)中[2]，而目前還沒有專門針對(duì)稠油生產(chǎn)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)稠油開發(fā)周期生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)的有效組織、管理與維護(hù)，設(shè)計(jì)開發(fā)了稠油熱采一體化數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用oracle數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)有效集成多種數(shù)據(jù)源形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，采用先進(jìn)的模型（Model）-視圖（View）-控制器（Controller）（即 MVC）三層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[3]，綜合利用 JSP動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)技術(shù)[4]、Ajax動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)技術(shù)[5]、JFreeChart圖表繪制技術(shù)[6]、POI報(bào)表生成技術(shù)[7]、MapXtreme動(dòng)態(tài)地圖技術(shù)[8]等，實(shí)現(xiàn)了周期數(shù)據(jù)管理、汽竄數(shù)據(jù)管理、井控管理及用戶管理4個(gè)主要功能。

系統(tǒng)在濱南采油廠服務(wù)器上安裝部署，半年多的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行表明，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)查詢動(dòng)態(tài)靈活，統(tǒng)計(jì)分析直觀形象，井控管理便捷高效。與其他系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)可擴(kuò)展性強(qiáng)，易維護(hù)，具有靈活性、實(shí)用性、專業(yè)性及針對(duì)性等特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)在B/S架構(gòu)下基于MVC模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。該模型將應(yīng)用邏輯、處理過程和顯示邏輯分成不同的組件來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些組件相互獨(dú)立，可以進(jìn)行交互和重用，使得整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，易于維護(hù)和擴(kuò)展，且便于移植，系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of the data management system

其中，Model層建立稠油熱采數(shù)據(jù)庫(kù)，主要包括油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)子庫(kù)、單井周期數(shù)據(jù)子庫(kù)和汽竄數(shù)據(jù)子庫(kù)，為每個(gè)數(shù)據(jù)子庫(kù)建立對(duì)應(yīng)的模型并封裝對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)的增、查、改、刪等操作，將對(duì)數(shù)據(jù)的操作轉(zhuǎn)換為對(duì)模型的操作；Controller層負(fù)責(zé)接收各功能模塊的用戶請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的主要功能并調(diào)用相應(yīng)的視圖顯示處理結(jié)果，主要功能包括：數(shù)據(jù)查詢與報(bào)表生成、數(shù)據(jù)錄入、審核、修改、刪除、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、井控管理及用戶管理。View層實(shí)現(xiàn)與用戶的交互，獲取用戶提交的參數(shù)并傳遞給Controller層，并顯示Controller層返回的處理結(jié)果。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，采用JSP+JavaBean+Servlet的開發(fā)模式，Servlet控制器負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)，并將有關(guān)的結(jié)果存儲(chǔ)到JavaBean中，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)與處理的分離；負(fù)責(zé)視圖功能的JSP頁(yè)面只要使用JavaBean標(biāo)記顯示其中的數(shù)據(jù)即可。這種組件式設(shè)計(jì)模型可降低開發(fā)工作量，提高系統(tǒng)運(yùn)行速度。

1.2 功能模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)際功能需求，系統(tǒng)需要建立稠油熱采數(shù)據(jù)庫(kù)，并具備周期數(shù)據(jù)管理、汽竄數(shù)據(jù)管理、井控管理及用戶管理4個(gè)主要的功能，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能模塊框圖Fig.2 Block diagram of the system functional module

稠油熱采數(shù)據(jù)庫(kù)集成多種數(shù)據(jù)源形成統(tǒng)一的生產(chǎn)及管理數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效組織、管理與維護(hù)，為系統(tǒng)運(yùn)行提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；周期數(shù)據(jù)管理及汽竄數(shù)據(jù)管理分別實(shí)現(xiàn)周期數(shù)據(jù)與汽竄數(shù)據(jù)的錄入、查詢、修改、刪除及統(tǒng)計(jì)分析等功能；井控管理實(shí)現(xiàn)不同類型油井間的井距計(jì)算、汽竄井控查詢、井位圖繪制及井控通知單生成功能；用戶管理負(fù)責(zé)系統(tǒng)用戶授權(quán)及操作權(quán)限管理分配。

根據(jù)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)的功能，系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為稠油熱采數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)模塊設(shè)計(jì)兩部分。

2 稠油熱采數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

稠油熱采數(shù)據(jù)庫(kù)是一體化數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，其設(shè)計(jì)是否規(guī)范將直接影響到系統(tǒng)中對(duì)數(shù)據(jù)的維護(hù)、查詢、分析等功能。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)依據(jù)第三范式設(shè)計(jì)規(guī)范[9]，同時(shí)考慮到數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行效率，適當(dāng)增加了冗余。設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到各類數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)性、數(shù)據(jù)的規(guī)范性與安全性、數(shù)據(jù)表的可擴(kuò)展性與易維護(hù)性。結(jié)合稠油開發(fā)生產(chǎn)運(yùn)行管理的實(shí)際需求，建立了油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)子庫(kù)、單井周期數(shù)據(jù)子庫(kù)與汽竄數(shù)據(jù)子庫(kù)。其中，油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)子庫(kù)由油井歸屬信息及油井坐標(biāo)數(shù)據(jù)組成；單井周期數(shù)據(jù)子庫(kù)由周期注汽數(shù)據(jù)、周期生產(chǎn)數(shù)據(jù)及作業(yè)大事紀(jì)要等組成；汽竄數(shù)據(jù)子庫(kù)按照目前稠油開發(fā)井控安全需求及油井正常生產(chǎn)分析需要建立，由生產(chǎn)井?dāng)?shù)據(jù)、停產(chǎn)井?dāng)?shù)據(jù)及汽竄井?dāng)?shù)據(jù)組成，該子庫(kù)的建立將最終形成一個(gè)井控安全運(yùn)行系統(tǒng)，為管理者和技術(shù)人員提供及時(shí)、可靠的油井汽竄井控安全預(yù)警平臺(tái)。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)選擇

單家寺稠油油區(qū)有上千口油井，需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量大。為了保證多個(gè)用戶同時(shí)訪問時(shí)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、高效運(yùn)行，從數(shù)據(jù)庫(kù)性能、運(yùn)行平臺(tái)、并行性與安全性等方面綜合考慮[10]，選用oracle 10g數(shù)據(jù)庫(kù)軟件進(jìn)行開發(fā)。該版本的數(shù)據(jù)庫(kù)管理開銷低，性能穩(wěn)定，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)庫(kù)配置與升級(jí)步驟，能夠進(jìn)行自動(dòng)存儲(chǔ)管理，可以自動(dòng)地完成基于磁盤的備份與恢復(fù)，為數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了技術(shù)保障。

2.3 數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊設(shè)計(jì)

平臺(tái)運(yùn)行所需數(shù)據(jù)有3個(gè)來(lái)源：1）采油礦現(xiàn)有的以Excel表格形式保存的歷史數(shù)據(jù)；2）采油廠數(shù)據(jù)庫(kù)中的油井生產(chǎn)日度數(shù)據(jù)；3）需要技術(shù)人員人工錄入的數(shù)據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的正確轉(zhuǎn)換、提取及錄入，系統(tǒng)利用POI技術(shù)集成了Excel表格轉(zhuǎn)換功能，能夠?qū)xcel表格數(shù)據(jù)導(dǎo)入相應(yīng)的數(shù)據(jù)子庫(kù)；利用oracle軟件的遠(yuǎn)程訪問功能實(shí)現(xiàn)了采油廠數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的正確提??；對(duì)需要人工錄入的數(shù)據(jù)，提供了相應(yīng)的人工錄入界面。

2.4 數(shù)據(jù)庫(kù)連接

為了解決頻繁地建立與斷開連接帶來(lái)的系統(tǒng)性能降低問題，提高數(shù)據(jù)庫(kù)連接的使用效率，保證多個(gè)用戶同時(shí)訪問網(wǎng)站時(shí)的響應(yīng)速度，系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫(kù)連接池技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的連接[11]。系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了DBConnectionManager類來(lái)管理數(shù)據(jù)庫(kù)連接池，數(shù)據(jù)庫(kù)的連接配置可以在db.properties文件中進(jìn)行配置，可靈活修改，使用方便。

稠油熱采數(shù)據(jù)庫(kù)的組成及連接如圖3所示。

圖3 稠油熱采數(shù)據(jù)庫(kù)組成與連接框圖Fig.3 Block diagram of the database parts and inter-connection

3 動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)模塊設(shè)計(jì)

3.1 功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

以稠油熱采數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)單井周期數(shù)據(jù)與汽竄數(shù)據(jù)的錄入、查詢、審核、修改、刪除、統(tǒng)計(jì)分析、報(bào)表生成以及井控管理、井位圖繪制、用戶管理等功能。

1）數(shù)據(jù)錄入。數(shù)據(jù)錄入模塊為單井周期數(shù)據(jù)及汽竄數(shù)據(jù)的錄入提供接口界面，錄入界面設(shè)計(jì)以保證錄入數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及方便錄入為準(zhǔn)則。為確保數(shù)據(jù)錄入的準(zhǔn)確性，對(duì)錄入字段作了合理性校驗(yàn)，包括：①記錄唯一性校驗(yàn)。對(duì)記錄進(jìn)行唯一性約束，違反唯一性約束條件的數(shù)據(jù)禁止寫入數(shù)據(jù)庫(kù)。比如，單井周期數(shù)據(jù)由井號(hào)與周期組成唯一性約束條件，對(duì)于同一井號(hào)同一周期的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫(kù)中僅允許一條記錄存在。②空值校驗(yàn)。對(duì)必填字段進(jìn)行空值判斷，當(dāng)字段為空時(shí)禁止提交并給出相應(yīng)提示。③數(shù)據(jù)格式與取值范圍校驗(yàn)。當(dāng)數(shù)值型數(shù)據(jù)字段錄入非數(shù)字字符或錄入數(shù)據(jù)超出正常取值范圍時(shí)，禁止提交并給出錯(cuò)誤提示。④邏輯校驗(yàn)。對(duì)相互關(guān)聯(lián)字段的邏輯關(guān)系正確性進(jìn)行了驗(yàn)證，比如射孔頂界必須小于射孔底界等。同時(shí)，為方便錄入，對(duì)周期間不經(jīng)常變動(dòng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了自動(dòng)關(guān)聯(lián)提取；日期數(shù)據(jù)從日歷控件中選擇，方便錄入的同時(shí)也規(guī)范了日期格式；對(duì)可枚舉數(shù)據(jù)以下拉菜單的方式提供選擇。錄入界面中僅提供必填字段，提交合法數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)會(huì)對(duì)需要計(jì)算得到的字段（如周期油汽比、累計(jì)采油等）進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算，并為每條記錄自動(dòng)添加錄入人及錄入時(shí)間信息。

2）數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)查詢。該功能實(shí)現(xiàn)對(duì)單井周期數(shù)據(jù)及汽竄數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)查詢，查詢功能具有如下特點(diǎn)：①多條件組合查詢?？梢园凑詹捎完?duì)、區(qū)塊、井組、井號(hào)及重要生產(chǎn)數(shù)據(jù)字段進(jìn)行組合查詢，其中，采油隊(duì)、區(qū)塊、井組、井號(hào)可多選，并采用Ajax技術(shù)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)級(jí)聯(lián)；井組可作個(gè)性化定制；數(shù)值及日期字段可進(jìn)行范圍限定。②查詢字段可動(dòng)態(tài)設(shè)定。可根據(jù)查詢需要?jiǎng)討B(tài)設(shè)定查詢字段，方便靈活。③查詢結(jié)果顯示靈活。可以按照周期、區(qū)塊及采油隊(duì)對(duì)查詢結(jié)果進(jìn)行排序及累計(jì)、平均統(tǒng)計(jì)，對(duì)查詢結(jié)果可按照詳細(xì)信息及統(tǒng)計(jì)信息的方式進(jìn)行顯示；為了便于查看多條記錄或多個(gè)字段，標(biāo)題欄可浮動(dòng)顯示。以單井周期數(shù)據(jù)查詢?yōu)槔?，其高?jí)查詢及查詢結(jié)果顯示界面如圖4所示。

圖4 周期數(shù)據(jù)高級(jí)查詢與結(jié)果顯示示例Fig.4 An example of advanced query and results display

3）數(shù)據(jù)審核與修改、刪除。系統(tǒng)審核人可對(duì)錄入數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行審核，高級(jí)管理人員可對(duì)查詢得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改及刪除操作。審核人審核之后的數(shù)據(jù)，高級(jí)管理人員不能再對(duì)其進(jìn)行修改，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

4）曲線圖形繪制?；贘FreeChart技術(shù)實(shí)現(xiàn)了查詢數(shù)據(jù)的曲線圖形繪制，能夠以曲線圖、柱狀圖、餅圖及多軸曲線等形式對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行直觀顯示。曲線顏色依照油田生產(chǎn)約定的風(fēng)格，如采油量用紅色顯示，注汽量用黃色表示等。

5）井控管理。實(shí)現(xiàn)了直井、斜井、水平井等不同類型油井之間的距離自動(dòng)精確計(jì)算，點(diǎn)擊一口井，可查詢其周圍一線井、二線井及汽竄井的井號(hào)、井?dāng)?shù)、井距及目前井控情況，自動(dòng)生成井控通知單，解決了人工計(jì)算井距時(shí)工作量大且計(jì)算不準(zhǔn)確的問題。

6）井位圖繪制。根據(jù)油井的實(shí)際經(jīng)緯度坐標(biāo)，基于MapXtreme技術(shù)實(shí)現(xiàn)了油井井位圖繪制；在井位圖上點(diǎn)擊一口井，能夠自動(dòng)標(biāo)示其周圍的汽竄井、一線井、二線井以及油井目前的井口狀況、生產(chǎn)情況，使井控查詢更為直觀，如圖5所示。井位圖可靈活地進(jìn)行平移、放大、縮小，并具有測(cè)距、查找等功能。

7）報(bào)表生成?；贏pache POI接口實(shí)現(xiàn)了查詢報(bào)表自動(dòng)生成，可將查詢結(jié)果以Excel表格的形式導(dǎo)出，便于打印分發(fā)。

8）用戶管理。為確保數(shù)據(jù)安全，平臺(tái)采用管理員、審核員、高級(jí)用戶與普通用戶四級(jí)用戶管理，為不同級(jí)別的用戶定制了不同的功能，防止數(shù)據(jù)丟失以及數(shù)據(jù)的越權(quán)訪問。管理員具有最高權(quán)限，負(fù)責(zé)平臺(tái)的管理維護(hù)，可以對(duì)平臺(tái)的數(shù)據(jù)信息及用戶信息進(jìn)行操作；審核員與高級(jí)用戶具有對(duì)平臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入、修改、刪除及查詢的操作權(quán)限；普通用戶只可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢及統(tǒng)計(jì)分析。

圖5 井位圖顯示示例Fig.5 An example of well location map display

3.2 系統(tǒng)的特點(diǎn)

1）靈活性。系統(tǒng)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是“動(dòng)態(tài)”、“靈活”，查詢與顯示字段可動(dòng)態(tài)設(shè)定，多種查詢條件可靈活組合，查詢條件動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)，顯示方式、排序與統(tǒng)計(jì)方式可動(dòng)態(tài)選擇，操作靈活方便。

2）實(shí)用性。系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)用戶實(shí)際需求，可以進(jìn)行個(gè)性化井組查詢功能，不同的用戶可以根據(jù)需要靈活設(shè)置井組；查詢結(jié)果以浮動(dòng)表頭的形式呈現(xiàn)，方便數(shù)據(jù)查看；能夠按井號(hào)、井組、采油隊(duì)、區(qū)塊等條件對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并以圖表的形式直觀顯示；查詢結(jié)果能夠以Excel報(bào)表形式導(dǎo)出；可以計(jì)算各類油井間的井距并生成井控通知單；井位圖可直觀顯示油井位置及井控信息等，實(shí)用性強(qiáng)。

3）專業(yè)性。數(shù)據(jù)庫(kù)及網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)都嚴(yán)格遵守相關(guān)技術(shù)規(guī)范，提供了專業(yè)的曲線圖、柱狀圖、餅圖等統(tǒng)計(jì)圖線圖形、Excel報(bào)表、動(dòng)態(tài)地圖等的快速生成工具。

4）針對(duì)性。系統(tǒng)專門針對(duì)稠油油藏蒸汽吞吐開采過程中數(shù)據(jù)的組織、管理、查詢與分析，區(qū)別于常規(guī)油藏的管理與查詢軟件。

4 結(jié)論

為了更好地利用稠油熱采過程中形成的歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，讓這些資源產(chǎn)生更好的經(jīng)濟(jì)效益和管理效益，設(shè)計(jì)開發(fā)了稠油熱采一體化數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確導(dǎo)入、多條件查詢、多功能顯示、統(tǒng)計(jì)分析、井控管理、報(bào)表下載等多項(xiàng)功能。系統(tǒng)操作靈活，可擴(kuò)展性強(qiáng)。系統(tǒng)的應(yīng)用使人們能夠及時(shí)、準(zhǔn)確、全面地掌握生產(chǎn)數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深層次的分析，優(yōu)化了生產(chǎn)過程，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)，為后續(xù)注采參數(shù)優(yōu)化、周期生產(chǎn)效果預(yù)測(cè)及生產(chǎn)優(yōu)化決策提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)保障，也為后續(xù)一體化運(yùn)行管理系統(tǒng)的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

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