（油气井工程专业论文）井筒信息系统开发及实时信息的应用研究.pdf

英文摘要 s u b j e c t ：w e l lb o r ei n f o r m a t i o ns y s t e md e v e l o p m e n ta n ds t u d yo na p p l i c a t i o no f r e a l t i m ei n f o r m a t i o n s p e c i a l i t y ：o i l & g a sw e l ld r i l l i n ge n g i n e e r i n g n a m e ：z h a n gy a n n a ( s i g n a t u r e ) 盈驾尬 i n s t r u c t o r ：l iq i ( s i g n a t u r e ) 左i 堡! a b s t r a c t t h eo p e r a t i o nd e p a r t m e n t s ( w e l ld r i l l i n g ，l o g g i n g ，d r i l l i n gs u p e r v i s i o n ，w e l lt e s t i n g ，e t c ) o fo i lw e l le x p l o i t a t i o na n de x p l o r a t i o nh a v ee s t a b l i s h e dt h e i ro w ni n f o r m a t i o ns y s t e m s ，w h i c h g i v er i s et ot h ep r o b l e m so fd e t a c h e di n f o r m a t i o ni s l a n d ，r e p e t i t i o no fs t o r a g e ，d i s a g r e e m e n to f i n f o r m a t i o n ，l a c ko fs h a r i n g ，a n dl o wu t i l i z a t i o nr a t i o a c c o r d i n gt ot h ec u r r e n ts i t u a t i o no f l i a o h eo i l f i e l d ，t h et h e s i ss u g g e s t se s t a b l i s h i n gas e to fs y s t e m sc o m b i n i n gw e l ld r i l l i n g ，w e l l l o g g i n g ，a n ds u p e r v i s i o ne n c i r c l i n gw e l lb o r eo p e r a t i o n ( d r i l l i n g ，l o g g i n g ，t e s t i n g ，c e m e n t a t i o n ) ， s o a st op u tf o r w a r dt h ei d e ao fw e l lb o r ei n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o n f u r t h e r m o r e ，t h et h e s i s p r o v i d e st h eo v e r a l ls t r u c t u r ea n dd e s i g no fw e l lb o r ei n f o r m a t i o ns y s t e mb yt h et h e o r yo f i n f o r m a t i o nd e v e l o p m e n ta n dd e s i g n ；d e v e l o p st h ec o n s t r u c t i o no fd a t a b a s ea n ds t u d i e st h e t r a n s m i s s i o na n da p p l i c a t i o no fr e a l t i m ei n f o r m a t i o na c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i so fw e l lb o r e d a t a f i n a l l y , t h et h e s i sr e a l i z e sw e l lb o r ei n f o r m a t i o ns y s t e ms o f t w a r eb a s e du p o nv i s u a l s t u d i o n e t ，a ne x p l o i t i n gp l a t f o r mf a c i n gn e t w o r ka n ds u p p o r t i n gv a r i o u su s e rt e r m i n a l ，a n d c 稃，t h em a j o rp r o g r a m m i n gl a n g u a g e h a v i n gb e e ni n s t a l l e da n dr u ni nl i a o h eo i l f i e l d t h e w e l lb o r ei n f o r m a t i o ns y s t e mr e c e i v e s s a t i s f a c t o r ye f f e c to ns i t e t h ed e v e l o p m e n to ft h e s y s t e mw i l lb e c o m ea ni n e v i t a b l et e n d e n c yf o rc o n s t r u c t i o no fo i l f i e l di n f o r m a t i o ns y s t e mb y a l lm e a n s ，b r i n gv e r yh a n d i n e s sa n d i m p r e s s i v e e c o n o m i cr e s u l tt os i t ep r o d u c t i o n ， s u p e r v i s i o na n dc o n t r o l ，p r o je c td e c i s i o n ，a n di n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ，h a v i n gar e a l i s t i c s i g n i f i c a n c et ot h ew h o l eo p e r a t i o no fo i le x p l o i t a t i o n ，e x p l o r a t i o na n dp r o d u c t i o n k e yw o r d s ：w e l lb o r ei n f o r m a t i o n ，r e a l - t i m ei n f o r m a t i o n ，s h a r i n go fi n f o r m a t i o n ， d i g i t i z e do i l f i e l d ，i n t e r n e t t h e s i s ：a p p l i c a t i o ns t u d y i i i 学位论文创新性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做 了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：缢亟塑臣 学位论文使用授权的说明 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、 公开阅览、借阅以及申请专利等权利，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录 到中国学位论文全文数据库并通过网络向社会公众提供信息服务。本人离校后发表 或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大 学。 论文作者签名：丝麴 导师签名：之垒笾 日期：口目，s 万 日期：o j ：堑 注：如本论文涉密，请在使用授权的说明中指出( 含解密年限等) 。 第一章绪论 第一章绪论 1 1 本文研究的目的和意义 二十世纪后期以来，信息已经成为一种公认的重要资源，已经渗透到人类生活的各 个角落，成为不可或缺的一部分。油气钻探开发历来是高风险、高投入、高技术密度行 业，因此也是最早采用先进技术的领域之一。自上世纪八十年代以来，“油田信息化”、 “油田信息管理系统”、“数字化油田”等一批和油田信息管理相关的信息系统随着信息 技术的飞速发展、石油需求急剧增加和经济信息全球化的逐步加深而竞相在国内外油田 领域出现。国内大多数油田各个部门都有自己独立的一套信息管理系统，受管理模式和 经营理念的影响，各部门之间信息资料彼此保密，互不交流，这就形成了“信息孤岛”。 油田勘探开发生产是一个系统工程，各部门之间应该是相互协作的，信息资料应该是共 享的，这种做法很不利于石油企业长远经济利益。据挪威d i s k o s 项目组( 石油数据银 行项目组) 的一份统计显示，在海上工作环境下，勘探和开发项日中数据管理的费用占 总投入的1 4 0 o - 1 5 左右。另据美国油气杂志报道：石油勘探开发数据量的急速膨胀和相 对落后的管理方式，使勘探开发科研人员每年大约花费6 0 7 0 的时间和精力去寻找和 整理所需的资料，甚至有时很难准确地找到所需要的数据。 随着时间的推移，人们逐步意识到数据管理的重要性，在系统建设初期也开始从整 体上考虑。“井筒信息系统”就是为了从根本上消除国内油田勘探开发各部门之间的“信 息孤岛”，实现“井筒信息一体化而开发设计的一套油田信息综合管理应用系统。该系 统旨在利用目前先进的计算机网络技术，结合辽河油田的实际情况，在“数字化油田” 建设的大前提和大背景下实现油田勘探开发系统的信息共享，使各部门信息资源得以充 分有效的利用，从技术上保证油气勘探开发的高效安全低成本。井筒信息就是围绕井的 钻探作业所获取的各类信息，主要包括：钻井资料、录井资料、测井资料、试油、监督、 开发等信息。井筒信息是石油企业宝贵的数据资源，是油田信息工作的核心和重要组成 部分，也是勘探开发决策的重要依据。“井筒信息系统”的开发建设，使“信息孤岛”变 为“信息大陆”，将彻底改变录井、钻井、监督、测井、试油等专业的工作模式，从根本 上实现智能化的现场作业、信息化网络办公以及实时远程管理；系统建成后将进一步充 分发挥计算机网络通信技术在石油工程作业管理、分析决策和信息应用方面的重要作用， 从数据源头规范加强对井筒数据的管理和应用，提高工程技术人员的工作效率和管理水 平，最终提高作业质量和经济效益，增强企业在国内外市场中的生存能力和竞争能力。 本系统的开发是油田信息化建设的一个必然发展趋势，也是实现“数字化油田”的关键 一步，将为现场生产、监督管理、工程决策及信息管理等各方面带来很大的便利和可观 的经济效益，对于整个油田勘探开发生产具有十分重要的现实意义。 西安石油人学硕士学位论文 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 信息化手段本身所具有的快捷性、准确性和可靠性，以及在管理上所能达到的规范 性、透明性和先进性等，是传统管理手段所无法比拟的。石油企业是一个跨学科、多专 业相互配合的技术密集型的高风险行业，信息化一直伴随着这个行业的发展，并发挥了 巨大作用，据统计全球近9 0 的石油公司实施了信息化管理。 早在上世纪5 0 至6 0 年代，信息技术已经在油田测并和地震领域得到广泛应用，通 过油藏描述技术改进了人们对地下构造的认识。 8 0 年代初，国际石油巨头埃克森一美孚公司整合了其全球加油站业务信息，同时进 行了欧洲和南美洲两个独立客户群的资源合并；斯伦贝谢集团的s i n e t 网当时也初具规 模，现在连接着约5 5 个国家和地区的1 9 0 0 0 个用户；b p 公司也开发了“虚拟工作组系统”， 使相距遥远的技术人员能直接讨论研究问题。 进入9 0 年代，积累的信息呈爆炸式增长；存储与维护这些信息的费用也越来越高， 以往面向应用的数据模式的应用已经满足不了需求，于是一种面向主题的联机分析与决 策应用便应运而生，产生了数据仓库技术。世界上一些国家的油公司、石油协会、石油 相关的组织联合先后建立了自己的数据仓库，为油田的勘探、开发等提供了可靠的、科 学的决策依据。如1 9 9 0 年1 0 月，英国石油、雪佛龙、埃尔夫、美孚、德士古等联合创 建了一个非盈利会员制组织p o s c ( 石油技术开放软件协会) 。1 9 9 8 年，c n p c 正式成为 其会员。 世纪之交，信息的集成程度进一步增加，石油信息系统从单个过程、单个领域延伸 到了勘探开发的整个过程，石油勘探开发技术以信息技术为主线向1 2 ( 信息化、集成化) 、 1 3 ( 信息化、集成化、智能化) 企业方向发展。同时一些新技术、新手段也开始在石油 信息领域应用，如“数字油田”、“虚拟现实技术”、“三维可视化”等。 “数字油田”是继1 9 9 8 年1 月3 1 日美国副总统戈尔在美国加利福尼亚科学中心发 表题为“数字地球”的讲演之后，全球范围内兴起的油田信息化建设的新目标。数字油田 作为勘探与生产信息集成的新框架，一般包括地表、低下、管理、决策信息、电子商务 等内容。数字油田本质上是一个巨大的集成的信息系统，其技术关键主要有：数据的获 取、处理( 特别是测井和地震数据采集、处理、解释技术) 和存储；信息的提取、分析 ( 特别是地质建模、地球物理建模、岩石物性建模的发展) 和传输；按照不同分辨率表 示地学对象，建立沉浸式可视化环境( i m m e r s i v er e s e r v o i rm o d e l i n g ) ；各种信息的共享； 各种综合决策的经济分析模型建立。数字化油田系统是近几年来随着信息技术的飞速发 展而逐步出现的一项新技术，也是“数字油田”的具体实现。无论是勘探、钻井、录井、 开发、决策还是销售、都可以利用数字化油田系统提高生产效率。数字化油田系统具有 信息数据集成化、支持决策跨部门、跨区域、信息共享、数据安全和数据海量存储等特 2 第一章绪论 点。随着“数字油田”等新的信息化理念被普遍接受，全球石油企业新一轮信息化竞赛 已经进入实力较量阶段。今天，“数字化油田系统”建设己成为众多石油企业，特别是上 游油田企业信息化建设的核心内容和战略目标之一，引领着新时期石油行业的发展。 v r ( 虚拟现实) 是当代信息技术最前沿领域之一，它是一种人机界面技术，可高度 逼真地模拟人在数据空间体中视、听、动、触行为而产生身临其境的感觉，而且双向反 馈，能不断修正与改进所研究对象的形态、结构与特征，使人机进一步交互，达到尽可 能理解和完善的境地。 三维可视化是在一个3 m x 3 m x 3 m 的房间中，高精度的投影器将计算机根据数据生成 的立体图象( 构造、油藏) 投影在面对观众的三面墙壁和地板上，使人产生一种所 谓的身临其境的沉浸效果，地质学家、地球物理学家和油藏工程师们在这样的环境中工 作、观察和分析，大大提高了工作的质量、效率和深度。 1 2 2 国内发展现状 国内油田信息化建设起步较晚，发展进程也较慢，与国外同期水平有一定差距。目 前，国内各大油田都在进行以“数字油田”为目标的油田信息化建设，传统的做法是以 作业部门为单位，钻井公司、录井公司、测井公司、工程院、设计院等单位单独建立各 自的信息系统。虽然信息系统很多，但是系统之间没有什么信息交换和共享，甚至彼此 信息保密，其结果是各单位之间形成独立的“信息孤岛”，出现了数据重复、不一致、信 息共享能力差、利用率低等诸多问题。 随着时间的推移和认识的转变，石油信息系统建设的趋势逐渐由横向分割的“信息 孤岛”朝着统一管理的“信息大陆”方向发展。石油天然气总公司组织编写了“石油勘 探开发数据库的总体规划”；塔里木油田、大庆油田等单位已经开始了“数字化油田系统” 建设，并取得了很好的示范效果。在井筒信息系统领域，胜利油田钻井院开发的“钻井 资料管理系统”；西安石油大学油开发的“钻井信息管理与工程服务系统”：湖北荆鹏软 件开发有限公司开发研究的“录井信息的远程传输和综合应用系统”；辽河油田录井公司 开发的“录井信息的远程传输和网络综合应用”系统等比较有代表性。 1 3 本文研究内容 本文在对国内外已有的信息系统进行分析研究的基础上，主要对下面内容进行了研 究： ( 1 ) 在大量阅读文献资料和现场实际考察的基础上，对国内外油田信息化的发展趋 势和现状进行分析和研究。 ( 2 ) 在分析研究辽河油田原有信息系统的基础上，应用信息系统的开发设计方法， 对本系统进行总体分析和设计，搭起系统的总体框架，选出系统的开发运行的软硬件环 境，和编程实现语言。 西安石油大学硕：l 学位论文 ( 3 ) 对“井筒信息系统”的数据共享、数据传输、网上信息应用等关键部分技术进 行研究。 ( 4 ) 对系统的实时信息传输和应用进行了分析研究。 ( 5 ) 对井筒信息的网上应用进行了分析研究，和部分软件实现。 全文共分为五个部分：第一部分介绍论文研究的目的、意义以及国内外研究现状； 第二部分，对信息系统的开发设计理论进行了简介并对系统进行了总体分析和总体设计； 第三部分，对系统数据库部分进行设计和研究，重点分析了数据的共享实现；第四部分， 对系统的远程传输和实时信息应用进行了研究，并结合辽河油田实际对系统的各种通信 方式和方法进行了研究和实现；第五部分，对井筒信息的应用部分进行研究，并对系统 网上应用部分进行软件编程实现；最后对研究工作做了总结，提出了自己的意见和建议。 1 4 论文创新点 ( 1 ) 在分析研究国内外油田信息应用管理系统的基础上，归纳总结出国内外油田信 息化的历程和发展方向，提出“井筒信息一体化”的观点。 ( 2 ) 在对比分析国内外信息系统的基础上，对“井筒信息系统”进行了总体分析和 总体结构设计。 ( 3 ) 提出了井筒数据共享的方法，建立了井筒信息数据库字典。 ( 4 ) 结合辽河油田实际，对系统的远程传输和实时数据应用部分进行研究。 ( 5 ) 在统一的软硬件环境下，进行了井筒信息网上应用系统的软件实现。 4 第二章井筒信息系统总体分析与设计 第二章井筒信息系统总体分析与设计 系统分析( 又称逻辑设计) 是信息系统开发的关键环节；系统设计又称系统物理设计， 解决“系统怎么做”的问题。本章将重点讲述井筒信息系统的总体分析与设计。 2 1 信息系统开发与设计理论概述 2 1 1 信息系统开发设计的理论与方法 目前常用的系统开发设计方法有：结构化系统分析与设计方法、面向对象方法、计 算机辅助软件工程方法等等。 结构化系统开发设计方法，是迄今为止开发方法中应用最普遍、最成熟的一种。用 结构化方法开发信息系统可分为系统分析、系统设计、系统实施三个阶段，各个阶段逐 步依次进行。结构化系统开发设计方法突出的优点是：强调系统开发过程的整体性和全 局性；强调在整体优化的前提下来考虑具体的分析设计问题；强调严格地区分开发阶段。 它最突出的表现是起点太低，所使用的工具落后，在实际工作中实施有一定的困难。 面向对象方法( 简称o o 方法) 认为，客观世界是由各种各样的对象组成的，每种对 象都有各自的内部状态和运动规律，不同的对象之间的相互作用和联系就构成了各种不 同的系统。面向对象方法学的出发点和基本原则，是尽可能模拟人类习惯的思维方式， 使开发软件的方法与过程尽可能接近人类认识世界和解决问题的方法与过程。该方法的 主要优点有：与人类习惯的思维方法一致；可重用性好；软件稳定性较好；易修改易理 解易调试。 在前面所介绍的任何一种系统开发方法中，如果自对象系统调查后，系统开发过程 中的每一步都可以在一定程度上形成对应关系的话，那么就完全可以借助于专门研制的 软件工具来实现上述一个个的系统开发过程，这就是c a s e 的思想。c a s e 这种辅助方 法主要体现在它能帮助开发者方便、快捷地产生出系统开发过程中各类图表、程序和说 明性文档。由于c a s e 环境的出现从根本上改变了我们开发系统的物质基础，从而使得 利用c a s e 开发一个系统时，在考虑问题的角度、开发过程的做法以及实现系统的措施 等方面都与传统方法有所不同，故常有人将它称之为c a s e 方法。 2 1 2 信息系统设计开发的原则 在系统开发设计的初期，我们必须对系统的整体性和易用性、技术先进性、开放性、 技术成熟性、经济性、可扩展性、安全性、易维护性等方面的因素做全面的考虑。其次， 还要充分考虑下面的细节：充分考虑石油信息系统的复杂、多变、不确定性及特殊性； 要充分考虑数据的逻辑组织，建立合理的数据库结构；要搭建统一的软件平台和计算机 网络环境，充分体现集成化的特点和设计思想；充分考虑现场数据的共享，并预留其他 现场已经广泛应用的数据来源及数据格式的数据接口，以增强软件的通用性；体现横向 西安石油大学硕士学位论文 专业分离、纵向业内集成的管理思想，做到各专业不重复录入数据，以实现各系统之间 充分的数据共享；系统满足工业应用要求。 2 1 3 信息系统建设流程 一个信息系统的建设一般包括业务流程分析、数据标准选择和制定、数据集成与管 理方案制定、数据中心建设、应用平台建设、系统运行维护这六个基本环节和流程( 如 图2 1 所示) 。下面结合信息系统建设流程概述一下井简信息系统的建设流程。 业务流程分析可以帮助我们了解该业务的具体处理过程，发现和处理系统调查工作 中的错误和疏漏，修改和删除原系统的不合理部分，在新系统基础上优化业务处理流程； 标准是系统建设的参照和依据，丰要是某个体系一些通用标准和协议的选择，如p o s c 标准、o s i 模型、t c p i p 协议( 如图2 2 所示) 、i n t e r n e t 协议、文件传输协议f t p 等；所谓系统集成，就是某种技术和手段将各个分离的设备( 如个人电脑) 、功能和信息 等集成到相互关联的、统一和协调的系统之中，使资源达到充分共享，实现集中、高效、 便利的管理( 如图2 3 所示) 。传统的系统应用集成方案有数据集成、业务流程的集成、方 法或函数级的集成等。目前，出现了面向对象的w e b s e r v i c e s 集成，可作为开放式企业 应用集成的规范和平台的主要有c o r b a 、j a v a 2 、n e t 这几种平台。 图2 - 1 信息系统建设流程图 图2 - 2o s l 模型和t c p i p 协议的对应 6 第章井筒信息系统总体分析与设计 系统1系统2系统3 系统l q 令今? 应用支撑平台环境 ( 应用服务器、中间件、w e b 服务) 基础平台及支撑环境 ( o s 、d b m s 、网络系统等) 应 用 集 成 框 架 图2 - 3 系统应用集成原理框架图 2 2 系统可行性分析 2 2 1 系统的经济可行性 几十年来，石油勘探开发过程中采集到的大量数据已成为今天石油工业发展极为宝 贵的财富，对石油工业的发展有着举足轻重的作用。勘探开发数据资料管理的是否有效， 直接影响到油气资源的评价、勘探开发的效果和效益。据悉，现阶段国内外各油公司不 得不投入大量的人力物力来运用科学的管理手段，努力改变数据存放混乱、检索数据花 费大量时间、降低了工作效率的现状。井筒信息包括钻井资料、录井资料、试油等围绕 井筒作业的各个部门的信息，是石油行业信息重要的组成部分和勘探开发决策的重要依 据；井筒信息系统建设是解决勘探开发各部门之间“信息孤岛”的具体方法之一，克服 了信息系统之间数据重复、不一致、信息共享能力差、利用率低等诸多问题，实现了井 筒数据的共享，使横向分割的“信息孤岛”变为统一管理的“信息大陆”，这将直接或间 接为企业节约大量人力物力。另外购买国外一套功能类似的系统动辄需要大量外汇资金； 本系统开发，则可以利用已有的信息系统和设备，费用主要是软件开发成本，显然要比 国外同类系统费用低很多。因此从经济方面考虑是可行的。 2 2 2 系统的技术可行性 计算机网络技术、数据管理技术和通信技术这三大技术可以说是2 0 世纪科学发展史 上发展最快的新事物，它们的发展和成熟为本系统的建设提供了强大的理论支持和可靠 的技术保障。这些技术的发展和成熟，使得本系统的建设在技术上基本没有较大的技术 障碍，因此在技术方面也是可行的。 2 2 3 系统的社会可行性 随着计算机的普及和信息化技术的推进，人们对石油信息管理系统的认识和态度发 生了很大的改变，现场和基地操作人员的计算机应用水平有很大提高，从主观上愿意接 受新生事物，这就为系统的应用和推广提供了可能性。经过分析和调查研究，系统开发 建设是是可行的。 综上所述，井筒信息系统建设在经济、技术、社会可操作性这些关键方面都是可行 两安石油大学颁二e 学位论文 的。因此系统建设是可行的。 2 3 系统总体功能分析 井筒信息系统包括现场采集、远程数据传输、信息共享、网上应用这四大基本功能( 如 图2 4 所示) 。 图2 - 4 井筒信息系统功能结构示意图 2 3 1 系统的现场采集功能 系统现场采集功能是指系统能够采集钻井、录井监督等井场各部门所产生的各种格 式的实时数据和非实时数据，如综合录井仪数据、记录仪数据、钻井多参数仪数据、设 计数据、监督管理数据等等。目前，井场已有的各种应用管理系统基本都具有采集功能， 因此不是本系统的研究重点。 2 3 2 系统的远程数据传输功能 系统的远程传输功能主要是指各种井筒数据信息从井场到基地之间的传输，主要包 括井场各种井筒数据的实时传输( 自动传输，如每分钟内刷新一次) 和非实时( 或定时 传输，如日报、班报、月报，电子邮件、文件上传下载、短信息等) 传输。对于那些通 信条件好的井场可以选用公网进行通信；对于那些偏远且距离遥远的井场可以各种无线 通信方式进行远程传输。 第二章井筒信息系统总体分析与设计 2 3 3 系统的信息共享功能 井筒信息共享，主要是指油田勘探开发各个部门之间的井筒数据交流和共享。井筒 信息共享主要是对各部门已有信息系统的各种异构数据进行数据集成，建立统一的数据 接口和访问平台，实现各部门各信息系统之间的互联互通。系统的互联互通框架平台如 图2 5 所示意。系统将软件层次结构设计为“三横两纵”。“三横”指软件基础层平台、 共享平台层、数据应用层；“两纵”指安全体系和运行保障机制，数据标准与技术规范。 软件基础层平台主要包括操作系统、数据库、平台软件等，和硬件一起构成开发信息系 统的支撑环境；共享平台层主要是指数据的共享环境建设和共享服务发布，一般要运用 数据库系统进行数据的采集、传输、存取和管理；数据应用层主要是指面向用户的专题 数据应用。信息共享互连互通平台的搭建实现了系统的独立性、耦合性以及可扩展性。 独立性是指平台内的“三横”可独立运行，独立使用，可以有针对性的解决信息共享和 信息集成管理中的问题。耦合性是指平台可以通过各系统提供的标准接口，既可将平台 内各系统集成为统一的信息共享互连互通平台，也可以实现不同平台的快速互连，从而 达到异构数据源信息的整合，实现信息共享、互通以及信息的综合使用。可扩展性是指 该平台的基础作用，它不仅可以使信息孤岛问题的解决方案，也对外提供接口，可以方 便、快捷的适应新的企业级应用。 一一觑歪缠鹰屋莛巳一一 三匠 至互 三互 至互 信息共享环境建设 硬件设施：网络设备、服务器等 图2 5 系统的互联互通示意图 9 一 安全体系和运行保障机制 一 西安石油大学硕十学位论文 2 3 4 系统的网上应用功能 系统网上应用实际上包括井场网上应用和基地网上综合应用两部分。井场网上应用 主要是各个部门独立信息系统的应用，也是已有的系统，不是本论文的研究重点。这里 主要指井筒信息在基地和其它油田系统的网上综合应用。系统的基地网上应用部分应包 括井筒数据查询浏览、图片查询浏览、统计分析、多井资料对比、事故诊断与决策等功 能。 2 4 系统总体设计 2 4 1 系统的数据流程示意图 系统的数据流程大致是现场自动采集的实时数据和人工录入的数据，通过井场信息 中心的各个专业数据库和远程无线传输系统，传回到基地的井筒数据库中，然后通过网 络发布进行共享和应用。系统的数据流程图如图：2 - 6 所示。 图2 6 系统数据流程示意图 i o 第二章井筒信息系统总体分析与设计 2 4 2 系统的i o 设计 系统输入输出( i o ) 设计是一个在系统设计中很容易被忽视的环节，但它又是一个 重要的环节，对于用户和今后系统使用的方便和安全可靠性来说都是十分重要的。 系统输入的质量决定输出的质量。输入设计包括输入方式设计、用户界面设计。输 入方式的设计主要是根据总体设计和数据库设计的要求来确定数据输入的具体形式。本 系统的输入方式有：键盘输入、模数( 如传感器输入) 、数模输入、网络数据传送等。 用户界面是系统与用户之间的接口，也是控制和选择信息输入输出的丰要途径。用 户界面设计应坚持友好、简便、实用、易于操作的原则，尽量避免过于繁琐和花哨。本系 统要界面简洁、明快、紧凑、布局合理、使用方便、菜单、工具条、快捷键、控件和对 话框的风格与标准的w i n d o w s 风格相吻合。系统支持8 0 0 6 0 0 、1 0 2 4 7 6 8 等显示器分 辨率，在这种分辨率下系统能提供美观的界面和良好的布局。此外，系统还提供了完整 的w i n d o w s 风格的联机帮助及动态提示，使用户在阅读动态提示或联机帮助后，即可对 本系统进行操作。界面输入方面应尽量为用户提供相同或相似的输入界面和快捷输入功 能，如同一用户需要输入多个数据表时，各表的数据输入方法应尽量相同，在用户输入 查询统计条件时，应尽可能的使用选项菜单、弹出菜单、滚动菜单等；系统输出反应快 捷，用户不能感觉有明显等待时间。界面输出应包括：正常操作提示，异常操作提示， 非法用户操作提示信息，动态帮助信息等。 系统的输出内容必须和输出方式联系，设计输出时，要考虑功能如何影响形式，预 定的用途如何影响输出方式的选择。本系统应具有报表输出、屏幕输出、多媒体输出等 几种常用输出功能。 2 4 3 系统的网络体系结构 2 0 世纪八十年代末九十年代初，计算模式从集中式( 数据和应用程序在一台主机上) 转向了分布式( 数据和应用程序跨越多个节点机) ，尤为典型的是c s 结构( c l i e n t s e r v e r 的简称，客户机服务器模式) 。两层结构的c s ，它由两部分构成：前端是客户机，通常 是p c ；后端是服务器，运行数据库管理系统，提供数据库的查询和管理。近来，随着网 络技术不断发展，尤其是基于w e b 的信息发布、检索技术以及网络分布式技术的飞速发 展，导致了很多应用系统的体系结构从c s 结构向更加灵活的多级分布结构演变，即b s 体系结构( b r o w s e r s e r v e r 的简称，浏览器服务器模式) 。 在系统的性能方面，b s 占有优势的是其灵活性，任何时间、任何地点、任何系统， 只要可以使用浏览器上网，再由系统管理员分配一个用户名和密码，或者在线申请通过 公司内部的安全认证后，系统自动分配给用户一个账号，就可以进入系统。不过，采用 b s 结构，客户端只能完成浏览、查询、数据输入等简单功能，绝大部分工作由服务器 承担，这使得服务器的负担很重。采用c s 结构时，客户端和服务器端都能够处理任务， 这虽然对客户机的要求较高，但可以减轻服务器的压力。c s 结构现在一般是建立在中 西安石油大学硕士学位论文 间件产品基础之上的，这使得应用程序的维护、移植和互操作变得复杂。c s 系统的各 部分模块中有一部分改变，就要关联到其它模块的变动，使系统升级成本比较大。对于 b s 而言，开发、维护等几乎所有工作都集中在服务器端，当企业对网络应用进行升级 时，只需更新服务器端的软件就可以，这减轻了系统维护与升级的成本。 本系统是一个大型信息系统，因此应采用混合结构模式，将c s 和b s 结构模式有 机结合起来，扬长补短。本系统在需要对数据库进行频繁操作( 例如添加信息、修改资 料) 的井场使用c s 结构模式，基地领导层则使用b s 结构模式。这样就克服了b s 结 构在安全性、保密性和响应速度以及c s 结构在维护和灵活性等方面的缺点，又充分发 挥了b s 结构灵活的优点。系统的网络体系结构示意图如图2 7 所示。 l 领导部门二级单位其它用户 大庆油田海南油田 长庆油f i i 等i 图2 7 系统的网络体系结构示意图 2 4 4 系统的硬件环境设计 ( 1 ) 服务器端作为支持系统数据存储、处理、分析、计算的主服务器而言，需要有 很高的性能( 特别是内存大小、磁盘容量及i o 吞吐能力等) ，所以应选用c p u 主频在 第二章井筒信息系统总体分析与设计 2 g 以上、内存l g 、大容量磁盘的计算机系统，充当w e b 服务器和数据库服务器。 ( 2 ) 客户端目前普通办公p c 机，基本都可以满足需要。 2 4 5 系统的软件环境设计 w e b 服务器端选用m i c r o s o f tw i n d o w s2 0 0 3s e r v e r ，i i s ；d a t a 服务器端选用m i c r o s o f t w i n d o w s2 0 0 3s e r v e r ，sq ls e r v e r2 0 0 0 ；客户端应选择m i c r o s o f tw i n d o w sx p 2 0 0 0 2 0 0 3 ， m i c r o s o f ti n t e m e te x p l o r e r 5 0 以上的操作系统。 2 4 6 系统安全设计 网络安全是指网络系统的硬件、软件及其系统中的数据受到保护，不受偶然或者恶 意的原因而遭到破坏、更改、泄漏，系统连续可靠正常的运行，网络服务不中断。本系 统安全设计分为三部分：软件安全、硬件安全、系统数据备份( 如图2 _ 8 所示) 。 ( 1 ) 软件安全 软件安全分为：用户验证和权限验证。用户验证就是用户在进入系统时需要输入用 户名和密码，只有通过验证的用户才能进入系统，非法的用户将被阻止进入系统。权限 验证就是用户在进入系统后系统会根据用户的权限对用户进行限制，用户只能看到或访 问到系统授权给他的功能，其他的功能对该用户进行禁用或屏蔽。 ( 2 ) 硬件安全 硬件安全主要是指服务器端的硬件安全，包括防火墙和硬件冗余两部分。防火墙是 一种形象的说法，其实它是一种计算机硬件与软件的组合，是阻挡内、外非法访问和不 安全数据传输的一种防护措施。硬件冗余可以降低或避免由于硬件自身或其他原因造成 的硬件损害带来的损失。 ( 3 ) 系统数据备份 为了最大程度的降低意外情况对系统带来的数据损失，数据应定时或不定时进行各 份。备份可以又计算机自动完成也可以管理员手动完成。 图2 - 8 系统安全示意图 簟簟爹 两安石油大学硕：= 学位论文 2 5 系统采用的关键思想和方法 2 5 1 系统集成的思想 近年来，随着信息技术的发展，我国石油企业信息化建设取得了长足的进步。但从 总体看，普遍缺乏信息化在企业应用中的整体观念，各信息系统相互独立运行，在企业 内部形成了一个个“信息孤岛”。“信息孤岛”中的多个信息系统之间通常有很多相互交 叉的内容，如重复录入的信息和数据。这将造成信息和数据的重复处理和更新不同步， 甚至不一致；此外，这些信息系统大多都是c s 应用模式的，不便于这些部门对外的信 息发布和外部对信息进行操作和管理；另一方面部门间交流与合作与日俱增，协同办公 等需求要求企业信息系统是一个高度集成和开放的系统，以便利用网络来提高办公效率。 为了实现这样的目标，一种办法是推倒现有系统，重新开发一个统一的系统替换掉 原有应用软件；另一种办法是从整体来考虑信息化需求，根据实际情况，对各个信息系 统进行总体规划，选择一个合适的集成平台，把各部门的各个“信息孤岛”有机的集成 起来，这就是集成的思想。这种解决方案不管是从实施难度，还是从实施成本、周期和 技术上考虑都是切实可行的。 系统集成实现的关键在于解决系统之间的互连和互操作性问题，它是一个多厂商、 多协议和面向各种应用的体系结构，这需要解决各类设备、子系统间的接口、协议、系 统平台、应用软件等与子系统、建筑环境、施工配合、组织管理和人员配备相关的一切 面向集成的问题。 2 5 2w e b s e r v i c e s 集成方法 传统的集成解决方案有：用户界面的集成；数据集成；方法或函数级的集成等。目 前出现了面向对象的w e bs e r v i c e 集成方法。 传统解决方案有其自身的优势，但也存在以下不足：基于供应商的专有协议，缺乏 工业标准支持；体系结构的可扩展性差；在技术方面存在一定缺陷；互操作性差。 与此同时，w e b s e r v i c e s 的发展逐渐成熟，w e b s e r v i c e s 的目的是创造一种开放的分布 式系统，任何企业和个人在任何地方，都可以快速和便宜地利用w e b s e r v i c e s 从事各种商 业或其他活动。正是由于w e b 服务的概念完全适应于电子商务的发展，w e b s e r v i c e s 受到 越来越多的关注。 w e b s e r v i c e s 是封装为单个实体并发布到网络上供其他程序使用的功能集合。它可以使 公司或个人迅速且廉价的向全世界提供其数据服务。w e b s e r v i c e s 可以理解为一种通过 w e b 进行数据及功能共享的方式，狭义上可以把它理解为一种通过w e b 及标准接口进行 调用的软构件。通过近几年的发展演变，它正在成为i n t e m e t 环境下一类新颖而重要的 应用体系。w e b s e r v i c e s 使用基于x m l 的标准协议进行服务描述、服务发现和相互调用， 独立于软硬件环境及编程语言，具有跨平台可集成能力。 1 4 第二章井筒信息系统总体分析与设计 w e b s e r v i c e s 在解决一体化信息集成时的主要优势有：真正的跨平台，解决了传统分布 式对象技术不能解决的构件互用性问题；数据松散耦合，数据服务的提供者可以选择将 全部数据作为服务向外提供，也可以只提供数据的一部分，方便灵活容易更改，数据随 时使用随时部署；w e b s e r v i c e s 能彻底地改变传统的点对点的集成处理方式，具有极大的 灵活性和可扩展性；基于h t t p 传输协议，很好的解决防火墙问题，方便对分散信息资 源的集成。 本系统将采用w e b s e r v i c e s 方法和传统集成方法相结合的系统集成方案对系统进行集 成，运用系统集成的思想，将各个独立子系统的各种异构数据集成在统一的s q l 数据库 和n e t 平台中，从而实现了系统之间的互联互通。 2 6 小结 本章从可行性、功能、i 0 设计、网络体系结构、安全、软硬件环境等方面对井筒 信息系统进行了总体设计，并对实现系统的关键思想和技术作了简要的概述。 两安石油大学硕二l 学位论文 第三章数据库系统建设 数据库是一个信息系统的数据核心，它设计的好坏直接关系着系统的建设成败。本 章重点对系统的数据库部分进行研究。 3 1 数据库系统概述 3 1 1 数据集成方式 传统的石油信息系统，数据分散在众多具有不同格式和接口的系统中，系统之间瓦 不关联，所包含的不同内容之间瓦不相通。为了解决油田信息系统的“信息孤岛”，就必 须实现各种异构数据之间的共享。数据集成是现有企业集成方案中最普遍的一种形式， 它运用一定的技术手段将各个独立系统中的数据按一定规则组织成为一个整体，使得其 它系统或者用户能够有效的对数据进行访问。目前数据集成通常采用联邦式、基于中间 件模式和数据仓库等方法来构造集成的系统。 ( 1 ) 联邦数据库系统f d b s ( f d e e a r t d e d a t b a a s e s y s e t m ) 是由一组互相协作的但保持各 自自治性的成员数据库系统组成，这些成员数据库系统可以不同的程度集成。对这些成 员数据库的操作进行控制和协调的软件，称为联邦数据库管理系统f d b m s ( 如图3 1 所示) 。f d b m s 是一个管理中心，它能把各成员数据库模式映射到一个公共的联邦模式， 负责各种模式之间的转换工作，自动解决网络传输问题和异构数据库操纵问题，接受联 邦用户的数据请求，把这个请求翻译后送到各个目的数据库引擎，并将收到的结果数据 集成后返回给用户。 联邦数据库通常建立在某一种具体的数据库管理系统之上，它的底层数据源相互独 立，甚至与本身系统是对等的，通过任何一个数据源都可以访问其他数据源中的数据信 息，每个参与系统的成员数据库，具有很强的自治性，成员数据库既是联邦系统的数据 提供者，也是用户；既可以继续自主地操纵自己的数据库，又可以访问联邦数据库系统 的其它成员。 图3 1 联邦数据库系统 1 6 第三章数据库系统建设 ( 2 ) 由于中间件技术正处于发展过程之中，因此目前尚不能对它进行精确的定义。 比较流行的定义是：中间件是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应用软件借助这 种软件在不同的技术之间共享资源。中间件位于客户机月艮务器的操作系统之上，管理计 算资源和网络通讯。中间件模式的示意图如图3 2 所示。中间件满足大量应用的需要； 运行于多种硬件和o s 平台；支持分布式计算，提供跨网络、硬件和o s 平台的透明性 的应用或服务的交互功能；支持标准的协议；支持标准的接口。中间件分为：数据访问 中间件、远程过程调用中间件、消息中间件、交易中间件、对象中间件等。 数据访问中间件是为了建立数据应用资源互操作的模式，对