EPDM模型引領油田數據管理新篇章

姜敏++程順順++周景偉++嚴佳佳++馬濤

[摘 要] 主要介紹了中國石油自推出EPDM模型之后，油田的數據管理模式由傳統的專業庫建設向勘探開發一體化主庫建設方向發生轉變，重點對EPDM模型的一體化架構及應用情況進行描述。為了更好地完善EPDM模型，提出了先進的模型頂層設計思想及擴展方法，對EPDM模型的發展趨勢和前景進行展望。

[關鍵詞] EPDM；POSC；第三范式；專業庫；勘探開發一體化

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 19. 088

[中圖分類號] TP311 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2017）19- 0205- 06

1 引 言

石油勘探開發數據是油氣企業的重要資源，如何管理和使用好這些數據資源，是當前國內外油氣企業關心的首要問題。國內的各大油氣田都依據自己的實際情況和業內的重要數據管理標準，建設勘探開發各個專業庫。隨著勘探開發技術的不斷發展，現有的專業庫已經不能適應勘探開發一體化的業務需求及應用。中國石油EPDM模型的誕生，使得油田數據管理方式出現了新的景象。中石油各統建系統的實施，又使得EPDM模型向著更高更統一的方向發展。

2 EPDM發展歷史

數據模型是對現實世界的抽象，EPDM[1]（Exploration and Production Data Model）模型是勘探與生產技術數據模型的簡稱，在介紹EPDM模型之前有必要先介紹什么是數據模型以及數據模型設計的方法論。

2.1 數據模型方法論

數據是描述事物的符號記錄，模型是現實世界的抽象。

數據模型是數據特征的抽象，數據模型應該滿足三個方面的要求：能夠比較真實地模擬現實世界；容易為人所理解；便于計算機實現概念數據模型也稱信息模型，它以實體一聯（Entity-Relationship，簡稱E-R）理論為基礎，并對這一理論進行了擴充。數據模型所描述的內容包括三部分：數據結構、數據操作、數據約束。

EPDM數據模型遵循第三范式設計標準，下面分別介紹第一范式、第二范式、第三范式。

第一范式（1NF）：無重復的列。每一個屬性都是原子項、不可分割。

第二范式（2NF）：屬性完全依賴主鍵。第二范式要求數據庫表中的每個實例或行必須可以被唯一的區分。

第三范式（3NF）：屬性不依賴于其他非主屬性。滿足第三范式必須先滿足第二范式。第三范式要求一個數據庫表中不包含已在其他表中已包含的非關鍵字信息。例如氣測后效數據，氣測ID為主鍵，表中含有多個檢測數據，如甲烷、乙烷等。根據第三范式設計思想，這些數據可以通過后效組分數據將其抽象，形成兩個不可再分的實體。

2.2 EPDM模型概述

中國石油行業很早就開始了石油勘探和開發的數據模型研究[2]，1989-1991年，中國石油從勘探和開發的業務角度，對油田的數據庫模型進行了初步的規范，對鉆探類、物探類、測井類、測試類、分析化驗類、儲量類、綜合研究類、動態類、綜合管理類等9大類數據制定了統一的標準，各油田基于此標準，開始進行專業數據庫的建設。2000-2002年，中國石油對勘探開發業務中各實體對象之間的邏輯關系進行了深入的分析，形成了中國石油勘探開發數據標準，油田結合業務進行了實際物理數據庫的創建，并在此基礎上開發了各類數據應用軟件，有力的推動了數據管理的進程。如圖1所示。

隨著信息技術的進一步發展，為了更好的滿足業務發展需要，2004年-2009年，中國石油在開展A1（中國石油勘探與生產技術數據管理系統）、A2（中國石油油氣水井生產數據管理系統）建設過程中，遵循POSC（Petrotechnical Open Standards Consortium，即石油技術開放標準協會）Epicentre 數據模型的理念和標準，在原有中國石油勘探開發數據模型研究與應用成果PCEMD的基礎上，借鑒和吸收了蘭德馬克公司的 EDM（Landmark Engineers Data Model）石油數據模型的設計思想，進行統一設計和開發，經過不斷地豐富和完善，形成了中國石油統一的石油勘探開發數據模型[1]（EPDM）。

3 EPDM模型應用情況及應用案列

EPDM模型推出之后，在中石油14家油田得到廣泛應用，使得各油田的數據管理方式發生了新的改變，EPDM模型整合了各個專業庫的數據，貫穿了勘探開發一體化全過程 ，打開了勘探開發一體化數據管理的新局面。

3.1 油田專業庫建設階段

20世紀初，國內各個油田都不同規模和不同程度的建立了各自的專業數據庫系統，專業數據庫建設的重點是數據的完整性、準確性控制，將數據劃分出層次，區分開本專業或部門產生的原始數據、分析解釋成果數據和派生數據，專業庫的建設在一定程度上取得了一定效果，但由于勘探手段的更新、新技術的接替引進、勘探工作業務流程的改變，數據庫建設中存在的問題日益凸顯。

（1）缺乏統一的數據標準：數據無法在全公司內暢通無阻，數據之間的關聯性差，難以支撐勘探開發一體化多學科協同工作。

（2）數據存儲分散[3]：由于大部分專業數據分布于鉆井、錄井、試油試采、井下、測井等勘探專業公司分散管理，數據格式、類別較多，研究人員收集數據費時費力，研究周期加長。

（3）數據沒有集成應用：數據應用大多處于非集成狀態，互相獨立。數據應用主要以專業為條塊進行，對公共應用考慮較少，缺少公共的數據服務。

3.2 EPDM模型實現一體化數據管理

伴隨著中石油A1/A2項目的實施，EPDM模型也應運而生，EPDM模型在各個油田得到廣泛應用。EPDM模型在橫向上能夠將各個專業數據整合在一起，使數據之間的聯系更加密切，更好的方便研究人員應用。EPDM模型的出現使得油田數據管理的重點由專業庫向勘探開發中心主庫方向轉變。endprint

3.2.1 EPDM模型覆蓋的業務范圍

EPDM模型基本覆蓋了勘探、開發、生產等絕大部分上游業務，如圖2所示按照業務流程可以劃分為油氣勘探、油藏評價、產能建設、開發生產、油氣儲運。按照專業可以分為物探、鉆井、錄井、測井、生產測井、試油試采、分析化驗、地質油藏、油氣生產、生產測試、采油工藝（井設備）、油氣集輸（站庫）、增產措施等。

3.2.2 EPDM模型一體化邏輯架構

EPDM模型的邏輯架構如圖3所示。其基本實體包括六個層次[2]：業務單位、地質單元、工區、井、井筒、完井層段。這六個基本實體之間存在著向下包含的父子約束關系，即業務單位、地質單元、工區、井、井筒、完井層段逐級向上關聯。通過這六個級別的基本實體可以將勘探開發的所有業務數據串聯起來，從而形成一個嚴謹的體系。

EPDM模型的邏輯框架體現了勘探開發一體化的思想，以實體為主線，將各專業數據有機、完整地結合在一起，形成一體化的勘探開發數據庫，從而滿足各個層面的應用研究需求。

3.2.3 EPDM模型一體化核心結構

EPDM的基本實體覆蓋了中國石油行業不同層面的實體信息。勘探方面：從構造單元、施工工區，到探井、完井信息；開發方面：從油氣區塊、井網，到開發井、生產層段等。并且將這些基本實體有機地組織在一起，形成了嚴謹的EPDM基本實體架構[2]。下面主要從四個方面來進行描述EPDM的勘探開發一體化設計思路。

3.2.3.1 地質單元

EPDM的地質單元實體既包括勘探的構造單元，也包括開發的油氣單元，構造單元分為盆地、一級構造、二級構造、三級（局部）構造[8]；油氣單元劃分為油氣田、開發區、大區塊、小區塊、井組，單井。

以大慶油田公司（以下簡稱大慶）為例，大慶的勘探業務范圍涉及到25個盆地，每個盆地內部劃分了一級構造、二級構造，以及圈閉等實體，根據研究程度的不同，不同盆地內部劃分的實體層次級別也有所差異。大慶的油氣區塊相對比較規整，一個油氣田往往由多個采油廠進行開發，因此，單獨劃分開發區，每個開發區下面又分為大區塊和小區塊單元，從而實現對開發井的分片管理，以及產量的精細控制。

3.2.3.2 井（Well）

井是石油行業最關心的實體，所有的勘探開發活動最終都通過井來實現其價值。井是地面上實實在在存在的一個實體。EPDM對井的管理也體現了勘探開發一體化的思想，從井的產生開始就指定了唯一的井ID號，該ID號將伴隨該井走過其整個生命周期（Life Cycle），直至報廢棄用也一直存在。這種一體化的思想突出體現在探井轉開發井的情況下，當一口井由探井轉成開發井時，EPDM通過記錄該井在此過程中發生的所有歸屬（地質單元變更、工區變更和組織機構的變更）和屬性變更（井別變更）情況來保證井的生命周期的連續性和完整性。

3.2.3.3 井筒（Wellbore）

井筒描述了井從井口到井底的軌跡信息，一口井可以包含多個井筒。中國石油以往的管理模式是將不同的井筒當作不同的井來進行管理的，主要目的是實現井的數量和產量的統計。而對于一個實實在在的實體而言，在地面位置上確實只有一口井存在，因此，EPDM引入了井筒的概念，用于區分地下與地面的不同概念，這也為更加精細的管理提供了可能

3.2.3.4 完井層位（Completion）

Completion在EPDM中也體現了勘探和開發上的兩層含義，一是勘探上的完井層段，即通過各種完井方法將井筒分成的多個流體通道，二是開發的生產層段，即根據井筒內油氣等流體性質，實際生產過程中使用分隔器將一個或多個完井層段隔成單獨的流體通道。在EPDM中對每個生產層段的狀態都進行了記錄，可隨時進行跟蹤查詢。完井層段決定了后期的生產層段，同時，生產層段又是對完井層段的延續。

3.3 EPDM模型應用效果

EPDM作為一個勘探開發綜合數據模型，在業務范圍上覆蓋了勘探生產領域各個專業的各個階段所產生的結構化數據和相關的文檔資料，通過對鉆井、錄井、測井、試油等專業大量實鉆數據的一體化管理、實現數據共享管理，規范模型標準，為各階段的應用人員提供了豐富、快捷以及方便的數據應用手段，為跨專業的綜合研究提供了基礎。以此為基礎，油田先后在EPDM模型基礎上建立了符合各自業務的勘探開發一體化主庫。

未建勘探開發主庫之前，研究人員大部分時間都是從各個專業庫或其它途徑搜集數據，目前80%以上的數據主要由主庫獲得，縮短項目數據準備時間70%以上，提高工作效率30%以上，數據資產管理也由孤島向集中統一方式轉變、項目研究環境也由分散到集中共享方式的轉變。

3.3.1 某油田應用案例

自A1系統在油田實施以來，通過西南油田、新疆油田、吉林油田、塔里木油田、吐哈等油田的具體應用，實現了專業庫與主庫數據交互與無縫連接。

[案例1] 西南油田采集監控系統實現了數據從產生到入庫的全過程，實現數據考核機制的完美應用。數據遷移和同步操作，更便捷地支持數據由專業庫到主庫的實施，從而實現了由傳統概念上的油田到數字化油田的轉變。

[案例2] T油田通過統一基準面校正和對全盆地地震解釋項目的支持，見圖4，建立了區帶級地震項目工區，大幅度提高了勘探開發研究項目工作效率、項目研究周期大大縮短。

2010年EPDM主庫為T油田公司30個研究項目提供持續的數據分發服務。其中，在勘探協同工作環境中開展幾個地區的油氣勘探研究工作，獲得了重大成果。在開發協同環境中開展油田二次開發等項目研究工作，其效果顯著。

4 EPDM模型發展方向及展望

近些年EPDM模型在各油田的廣泛應用和實施過程中，雖然取得了很大的成功，但是也呈現出一些問題和不足，特別是伴隨著中國石油各統建系統的建設與實施，系統之間的數據共享和應用集成問題也日益凸顯，為了更好的提升和完善EPDM模型，也提出了新的設計思想。endprint

4.1 EPDM模型存在不足

EPDM模型雖然在油田得到廣泛應用，并引領油田由專業庫向主庫方向發展，但是伴隨著業務和技術的發展，相繼也出現了一些問題與不足。

（1）實際的勘探開發主庫是由三個物理庫構成，即大塊數據、結構化數據、研究成果數據數據庫。EPDM模型未能完全整合大塊數據和結構化數據，這樣容易造成數據的不一致性，綜合展示及查詢效率也會降低。

（2）EPDM模型業務覆蓋面不全，新能源如煤層氣、頁巖氣等內容未覆蓋，EPDM模型重點關注技術數據，業務邏輯關注的少，過程和動態數據涉及的少，管理數據幾乎沒有，不能完全支持勘探生產運行管理的需要。

（3）EPDM模型還沒有完全覆蓋中石油各統建系統和勘探開發各專業公共數據的需求，EPDM模型與中石油其它各統建系統之間的模型統一的需求日益迫切。

4.2 EPDM模型頂層設計思想

為了保持EPDM模型的生命力和先進性，需要全面提升和完善EPDM模型，解決EPDM模型目前面臨的問題，有必要建立一個中石油全局型和科學型的公共數據模型。公共數據模型主要解決各系統之間的數據共享問題，并且在這個公共模型基礎上，其它統建系統都能找到其對應位置，能方便和快捷的進行擴展。EPDM模型自發布的1.0版本之后，經過多年的鉆研與實踐，推出了數據共享模型、主數據管理模型。用主數據模型進行約束，用數據共享模型實現油田數據無縫銜接，構建信息系統。在這里只能先提出設計思想，由于項目還在實施過程中，后續的工作還未完。

圖5是在原來EPDM模型基本實體基礎上進行簡化和擴展而形成的樹狀圖，基本實體是EPDM數據模型的樹干，核心實體主要包括9類實體：組織機構、地質單元（構造單元和油氣單元）、站庫、項目、服務公司、工區（工區和井組）、設備、井、井筒。12個專業實體類是EPDM數據模型樹的樹枝，分別對應于統建系統相關專業。

4.3 EPDM模型使用方法

中石油其他各統建系統參考EPDM模型建模時，一定要遵循EPDM數據模型的核心結構，專業數據在對應的核心實體下進行擴展，專業數據之間不重復、不交叉，各統建系統可以根據需要對EPDM模型樹進行裁剪。

以A1系統為例。由于A1系統主要管理的是勘探業務，不涉及開發和生產業務，那么A1系統就可以在圖6基礎上裁剪，裁剪掉2個核心實體分別是站庫、設備，裁剪掉4個專業實體類分別是地面集輸、試井、井下作業、油氣生產。

其他系統也根據各自的需要選擇相應的核心實體位置，找到其對應的核心實體位置，在專業實體類進行擴展。不同的核心實體由對應的業務部門來進行注冊和維護。

5 結 語

石油數據管理的趨勢是數據集成和應用集成，而集成的關鍵在于數據模型的統一，中石油EPDM模型將擔負起這一歷史使命，EPDM模型在油田的實際應用，反饋最實際應用信息，也是模型發展的源動力，數據模型的發展與油田的實際應用相輔相成，油田的應用推動著EPDM模型的發展，EPDM模型的發展引領著油田數據管理的方向。

6 致 謝

本論文借鑒了大慶油田的模型設計思想，受到了大慶油田勘探開發數據中心陳付平書記的大力支持。同時感謝在勘探開發一體化模型思想研究過程中熊方平給予的幫助。感謝中心領導馬濤，王榮德，劉景義，趙勝，許增魁，王學軍，同事孫慶，對本文的寫作給予的大力支持。

主要參考文獻

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