（计算机应用技术专业论文）钻井信息协同数据仓库结构的研究.pdf

论文题目：钻井信息协同数据仓库结构的研究 专业：计算机应用技术 硕士生：孙全红( 签名)壁垒垫 指导教师：方明( 签名) 二豪l 摘要 钻井信息的管理和共享是实现钻井信息化和网络化的关键技术。传统单机版钻井信息 管理软件只是针对本地信息的管理，难于实现分布在各个油田信息的共享：而目前网络版 钻井信息管理软件通过网络实现信息资源的共享，但是不适应钻井信息管理中的协同工作， 其信息组织模式不利于钻井信息的决策分析，在信息管理方面存在困难；针对上述钻井信 息管理中的问题，结合c s c w ( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ) 和数据仓库技术的 优点，本论文建立钻井信息协同数据仓库对钻井信息进行分析、管理。论文创新之处可概 括为以下两点： 首先，提出钻井信息协同数据仓库体系结构模型。针对钻井信息管理的问题，在研究 和分析了钻井信息协同工作模型的基础上，建立了对钻井信息管理和组织的分布式数据仓 库，结合协同数据库模型，提出钻井信息协同数据仓库的体系结构模型，并在此基础上提 出钻井信息协同数据仓库的协同工作模型，实现了分布式数据仓库数据存储和访问的协同。 其次，在d i c d w ( d r i l l i n gi n f o r m a t i o nc o o p e r a t i v ed a t a w a r e h o u s e ) 体系结构的基础上 提出d i c d w 信息查询的结构、步骤及其实现算法。此算法针对钻井工程中数据的分布性、 异构性和信息管理的协作性等特点，通过多a g e n t 协同工作，实现了用户对分布式数据仓 库访问的透明性和用户之间操作的w y s i w i s ( w h a t y o u s e e i s w h a t is e e ) 。 关键字：协同数据仓库、钻井信息、协同工作、分布式数据仓库 论文类型：应用研究 s u b j e d ：as t u d yo nt h es t r u c t u r eo f c o o p e r a t i v ed a t aw a r e h o u s e o f d r i l l i n g s p e c i a l i t y ：c o m p u t e r a p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y n a m e ：s u n q u a nh o n g ( s i g n a t u r e ) 5 趔丝些幽e ! 蚋 i n s t r u c t 。r ：f a n g m i n g ( s i g n a t u r e ) 霉乒4 2 a b s t r a c t t h em a n a g e m e n ta n ds h a r eo ft h ed r i l l i n gi n f o r m a t i o na r ek e yt e c h n i q u e so n r e a l i z i n gt h e i n f o r m a t i o n a l i z a t i o na n dn e t w o r ko fd r i l l i n g t h et r a d i t i o n a ls o f t w a r ew i t hs i n g l ec o m p u t e r j u s t m a n a g el o c a li n f o r m a t i o na n da r ed i f f i c u l tt or e a l i z et h ei n f o r m a t i o ns h a r ei ns e v e r a lo i lf i e l d s ； a l t h o u g hp r e s e n t l ys o f t w a r eo nt h ei n t e m e th a sr e a l i z e di n f o r m a t i o ns h a r et h r o u g hn e t w o r k ，i t d o e sn o tf i t c o o p e r a t i v e w o r ki nt h e d r i l l i n g i n f o r m a t i o n m a n a g e m e n tv e r yw e l l ，a n d i t s i n f o r m a t i o nm o d em a k e a g a i n s tt h ed e c i s i o na n a l y s i so fd r i l l i n gi n f o r m a t i o n ，w h i c hl e a d st ot h e d i f f i c u l t yi nm a n a g i n gt h ed r i l l i n gi n f o r m a t i o n a i m i n ga tt h ei s s u e si nt h ed r i l l i n gi n f o r m a t i o n m a n a g e m e n t m e n t i o n e da b o v e ，a n dc o m b i n i n gt h ea d v a n t a g e so fs c o wa n dd a t aw a r e h o u s e t h i s p a p e re s t a b l i s h e sd r i l l i n gi n f o r m a t i o nc o o p e r a t i v ed a t aw a r e h o u s et om a n a g ea n d a n a l y z ed r i l l i n g i n f o r m a t i o n t h ei n n o v a t i v ep o i n t so ft h i s p a p e r a r e g e n e r a l i z e d a sf o l l o w s ： f i r s t ，t h i sp a p e rp u t sf o r w a r dt h es y s t e ms t r u c t u r eo fd r i l l i n gi n f o r m a t i o nc o o p e r a t i v ed a t a w a r e h o u s e - a i m i n ga t t h ei s s u e sb a s e do nt h e s t u d y a n da n a l y s i sf o rt h em o d eo fd r i l l i n g i n f o r m a t i o nc o o p e r a t i v ew o r k ，t h ed i s t r i b u t e dd a t aw a r e h o u s ew a se s t a b l i s h e dt o m a n a g ea n d o r g a n i z ed r i l l i n gi n f o r m a t i o n w i t ht h em o d eo f c o o p e r a t i v ed a t a b a s e ，t h i sp a p e rp u t sf o r w a r dt h e s y s t e ms t m c t u r eo fd r i l l i n gi n f o r m a t i o nc o o p e r a t i v ed a t aw a r e h o u s e b a s e do ni t ，t h em o d eo f d r i l l i n gi n f o r m a t i o nc o o p e r a t i v ew o r ki sp u tf o r w a r d ，w h i c hr e a l i z e st h ec o o p e r a t i o no fs t o r a g e a n d v i s i t i n gf o rd i s t r i b u t e dd a t aw a r e h o u s e s e c o n d l y ，b a s e do nt h es y s t e ms t r u c t u r eo fd r i l l i n gi n f o r m a t i o nc o o p e r a t i v ed a t aw a r e h o u s e ， t h i sp a p e rh a s p u tf o r w a r dt h es t r u c t u r e ，p r o c e s sa n dr e a l i z e da r i t h m e t i co fi n f o r m a t i o no u e r yf o r d i c 珊v a i m i n g a tt h ed i s t r i b u t i n g ，h e t e r o g e n e o u s n e s sa n di n f o r m a t i o n m a n a g e m e n tc o o p e r a t i o n t h i sa r i t h m e t i cr e a l i z e st h eu s e ro p e r a t i n g t r a n s p a r e n c eo fv i s i t i n gd i s t r i b u t e dd a t aw a r e h o u s ea n d w y s i w i so f o p e r a t i o nb e t w e e n u s e r st h r o u g h c o o p e r a t i v ew o r ka m o n g s e v e r a la g e n t s k e yw o r d s ：c o o p e r a t i v ed w ，d r i l l i n g i n f o r m a t i o n ，c o o p e r a t i v ew o r k , d i s t r i b u t e dd w t h e s i s ：a p p l i c a t i o ns t u d y 学位论文创新性声明 y 6 0 5 5 i 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 孙全主1 日期：丝生： 7 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。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：鸯d 、全组 导师签名 日期：丝竺：羔：锣 日期：趔! z 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 研究的必要性 石油钻井工程涉及到多个学科领域，是一个人员与技术高度密集，集技 术、管理与经济等为一体的系统工程；钻井投资大，风险高，所使用的技术 方法以及中、高层专业技术人员和管理人员所作出的各项决策分析和制定的 目标方案都直接关系着施工的效益和成败。另外，钻井作业地区从陆地到海 洋，从戈壁到沙漠，地域辽阔、复杂多变，有的自然条件极其恶劣，远离人 烟、偏远荒芜，给施工带来极大的不便，因此，若仍以石油工业的传统方式 组织会战，就将要耗费巨大的成本和代价【卜3 1 。 运用现代计算机科学和网络通信的技术手段，开发面向钻井工程的计算 机支持的协同式远程钻井系统，可充分利用现有的各种钻井技术及专家知识， 来使任何地点的钻井施工者都能够借助此系统，达到决策指挥的科学性和实 时陛，从而使各工种在网络上进行钻井大会战成为可能。这一系统通过i n t e m e t 或各油田企业的i n t r a n e t ，既可以把各个学科的专家、工程师们的最新技术方 法在各个生产现场及时实施，甚至能接受发明者本人的场外实时指导。这样， 把远在不同地点的任何相关技术与管理专家或软件系统聚集在网上起协同 工作，就可以花费最少的成本和代价、最快最直接地采用最新钻井技术、最 安全准确地打出最优质的油井。而要进行协同式远程钻井，必须具有完善的 信息平台，也既是建立钻井信息协同数据仓库，这样才能更好地支持企业或 组织的决策分析处理和信息共享，提高钻井决策的效率。由此可以看出钻井 信息协同数据仓库研究的必要性。 1 1 2 问题的提出 远程钻井信息的管理和共享是实现远程钻井和网络化钻井的重要组成部 分。远程钻井信息应用管理的目的是实现钻井信息的应用共享和大量钻井信 息基础上的决策分析。 钻井信息的共享在实际应用中表现有以下一些特点： 令数据量大：在钻井工程中，长期以来，积累了大量的数据，这些数据 1 西安t i 油人学硕士学位论文 包含有井史数据、设计数据、地质数据、历史数据等。 夺数据的分布性：在钻井工程中，钻井数据分布在各个的油田中，并且 以不同的格式存放在不同类型的数据库中，比如在s q ls e r v e r 、o r a c l e 之类的 大中型数据库系统中，数据以不同格式存放在不同的数据库中。同时，这些 数据库管理系统大多运行在大型机，小型机、工作站等u n i x 环境和微机 w i n d o w s 环境下；物理上这些数据库是分散的和分布式存放的，并且是异构 的： 夺多样性：钻井信息中的海量数据分别存在于井史数据、设计数据、地 质数据、历史数据等多种数据类别中，体现出了钻井信息共享数据的多样性。 钻井信息的管理在实际应用中主要有以下特点： 夺群体协同( 作) 性：由于钻井工程的复杂性，在进行管理时，需要多 个人共同协作完成对钻井信息的决策分析，实现用户操作的w y s i w i s ( w h a t y o us e ei sw h a tis e e ) ，体现出信息管理的群体协作性。 夺交互性：在钻井工程中，由于钻井设计的复杂性，在进行钻井项目设 计管理时，一个人完成设计任务是不太现实的，需要一个项目小组进行分组 设计，实时交换设计信息，参考每个成员的设计意见，更好地完成钻井设计 任务，在钻井信息管理中体现出成员的交互性。 有以上钻井信息管理和共享的特点可以看出，在钻井信息共享和管理时 需要进行协同式的信息交流。 在钻井工程中已积累了种类繁多的钻井历史数据，这些数据在信息共享 和管理时分别具有上述特点。为t n 用这些宝贵的信息，必须做到有效地管 理它们，并从众多数据中提取有效信息。但是由于钻井工程的复杂性，不同 油田甚至同一油田不同部门的信息往往是分布、异构的，即使同一数据在不 同钻井信息系统中也存在较大差异，信息共享程度低，信息管理的难度大。 传统单机版钻井信息管理软件只是针对本地信息的管理，难于实现分布在各 个油田信息的共享；而目前网络版钻井信息管理软件通过网络实现信息资源 的共享，但是不适应钻井信息管理中的协同工作，其信息组织模式不利于钻 井信息的决策分析，在信息管理方面存在困难：要充分利用钻井工程中大量 西安t i 油人学硕士学位论文 的历史数据，体现出历史数据的价值，让各个油田公司的相关部门充分共享 信息，并为公司的决策层提供准确、科学和合理决策信息，就需要把c s c w ( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ) 和分布式数据仓库技术结合起来应用 在钻井工程中解决这些问题。因此本文研究的重点就是从石油钻井工程作业 的全局出发，建立钻井信息协同数据仓库以满足协同式远程钻井系统对信息 共享和信息管理的需求。 1 2 计算机支持协同工作( c s c w ) 的概念 1 2 1c s c w 的定义 c s c w 是- - i 新兴的交叉学科，人们对于c s c w 的含义、研究的范围和 焦点并不是很清楚，这使得关于c s c w 先后有过不同的理解，以下是若干关 于c s c w 的不同定义和说法。 定义1 ：【b a n n o n 和s c h m i d t ，1 9 8 9 年】 c s c w 应致力于研究协同工作的本质和特征，并以此为基础来设计出具 有足够的计算机技术支持的协同工作的信息系统。 定义2 ： e l l i s ，i b b s 和r e i n ，1 9 9 1 年】 一个基于计算机的系统，能够使两个或更多的用户从事一个共同的任务 ( 或目标) ，并且为共享的环境提供接口。 定义3 ： m v h a r r i c k ，1 9 9 1 年】 c s c w 系统是用计算机和通信手段，支持分散用户进行各种形式协同工 作。 定义4 ： 史美林，1 9 9 5 年1 在计算机技术支持的环境下( 即c s ) ，特别是在计算机网络环境下，一个 群体协同工作完成一项共同的任务( 即c w ) 。它的目标是要设计支持各种各样 的协同工作的应用系统。 1 2 2c s c 、；v 的应用领域 c s c w 的研究范围是广义的“协同工作”，研究手段是广义的计算机支 持”，i 羽此c s c w 的应用领域相当宽广。凡是在计算机及网络环境下，涉及信 息共享和群体协同工作的领域都可属于c s c w 的范畴。 西安t i 油人学硕士学位论文 1 协同计算机辅助设计：在分布式网络环境支持下，设计小组进行协同计 算机辅助设计，将能提高设计效率、缩短周期、降低成本，进行远程协同设 计将具有更大吸引力。 2 远程教育：远程教育是计算机辅助教育的一个重要发展方向。它提供一 种新型的教学和授课方法：学生、教师和专家之间协作式学习、授课；可从 联机“教学式图书馆”中获取信息；甚至可不离开教室而到博物馆和展览会 进行“虚拟的”现场参观；在“虚拟现实”中接受教育。 3 i 厶作科学研究：现代科学研究越来越复杂和学科之间的相互交叉，许多 科学家都深感到开发所谓“协作体”的必要，这是一种“无墙”的研究中心。 在其问，各学科研究人员不论其地理位置分布如何，都可在计算机和计算机 网络环境的支持下，能共同从事其研究：与同事们相互交流、使用仪器、共 享数据资源、在数字式图书馆中存取信息、共同写出研究报告等。 l 。2 3c s c w 的研究现状 c s c w 研究涵盖了在复杂的组织结构内使用计算机和信息技术支持群体 工作的所有范畴，其研究范围是广义的协同工作和广义的计算机支持。目前 c s c w 研究正处予继续发展的阶段。 国外对c s c w 研究很感兴趣，发展势头十分强劲【4 5 , 6 1 。自1 9 8 4 年提出 c s c w 的概念后，c s c w 这一领域就为各方专家、学者和企业所关注。近年 来出版了专门刊物，如c s c wj o u r n a l 、c o m p t e rs u p p o r t e d c o o p e r a t i v e w o r k ( c s c w ) 、g r o u p a n d o r g a n i z a t i o nm a n a g e m e n t 以及j o u r n a lo f o r g a n i z a t i o n a lc o m p u t i n g 等，报道该领域的最新研究成果。从1 9 8 6 年起，a c m 每两年组织一次c s c w 国际会议。从1 9 8 9 年起，在欧洲的学术工作者也每两 年组织一次e c s c w 国际会议，专门讨论c s c w 的理论、技术与应用。从1 9 9 6 年起，亚洲国家的研究机构每年召开一次c s c w d 学术会议，其全称是c s c w i nd e s i g n ，主要讨论计算辅助设计中的协同工作问题。中国是该会议的主要成 员之一。此外，有些国家还召开了自己的全国性c s c w 学术会议，如d c s c w 为德国的c s c w 学术会议。我国于1 9 9 8 年1 2 月，在北京召开了第一次全国 c s c w 学术会议，建立了每两年一次全国c s c w 学术会议的开端，在通信、 西安t i 油人学硕士学位论文 计算机网络、信息系统、分布式系统、数据库系统、并行工程、多媒体信息 处理和人机界面等领域中也开展了对c s c w 应用的研究。 1 3 数据仓库的基本概念 1 3 1 数据仓库的定义 数据仓库概念的形成是被誉为数据仓库之父、现任p i n e c o n es y s t e m 公司 总裁的w h i n m o n 在1 9 9 3 年于建立数据仓库( b u i l d i n gt h ed a t aw a r e h o u s e ) ) ) 一书中正式提出的，他对数据仓库作了这样的定义：“数据仓库( d a t a w a r e h o u s e ，简称d w ) 是9 0 年代信息构架的新焦点，它提供集成化和历史化 的数据；集成种类不同的应用系统；数据仓库是从事物发展和历史的角度来 组织和存储数据，以供信息化和分析处理之用，是面向主题的、集成的、稳 定的、随时间变化的数据集合，用以支持管理决策的过程” - q 。 数据仓库不是数据的简单堆积，而是从大量的事务型数据库中抽取数据， 并将其清理、检验、加工和重新组织为新的存储格式，以满足决策目标。实 质上，是按不同的决策主题对已有数据库进行分类、综合与存储，并采用数 据挖掘( d m ) 技术和联机分析( o l a p ) 技术对决策中所需的数据进行深层 挖掘与分析，在已建立的各类数据库的基础上构造数据仓库。 数据仓库概念的提出，划清了数据处理的操作型环境与分析型环境之间 的界限。表1 - i 归纳了传统关系型数据库与数据仓库存储的数据之间的区别。 表卜1 传统数据库数据与数据仓库的数据比较 西安t i 油人学硕士学位论文 上述区别从根本上体现了事务处理与分析处理存在着的差异。说明传统 以单一数据库为中心的数据环境已不能很好的满足日益增长的分析决策要 求，事物处理环境与分析处理环境同时存在是企业m i s 系统新的发展方向。 数据仓库可以说是传统的数据库查询的一个有效补充，它利用现有的传统操 作数据，从中进行信息的集成，构造出满足不同需求的数据仓库，用于支持 企业高层决策分析，同时作为支持o l t p 的数据库依然在企业的信息环境中承 担日常操作性任务，两者在系统中是并存合作的。 1 3 2 数据仓库的研究现状 近几年来，数据仓库的概念已经被业界越来越多的人多关注，数据仓库 作为一种优化企业经营管理，并为企业经营决策提供有效支持的方法被业界 范围的广大企业所采纳。 从历史来看，数据仓库首先被应用于金融、电信、保险等传统的数据处 理密集的行业，国外大型的数据仓库基本上是1 9 9 8 年至1 9 9 9 年建立的，这 表明建立数据仓库首先必须有成熟的o l a p ( 在线事务处理) 系统，再者必须 面临足够的市场竞争压力。 从国外的现状来看，数据仓库在中国的推广应用已经初见端倪。越来越 多的企业正在面临着从传统的粗放型经营转向面向市场的决策支持经营的转 变，日益面临的国际一体化环境也让国内企业必须依靠现代化的信息管理手 段来完善企业的决策支持系统，而过去几年中i t 系统的持续投入所建立的业 务处理系统也积累了大量具有分析价值的历史数据，企业需要有效地处理这 些历史数据，从而在日趋激烈的竞争中保持一席之地。 近几年来，特别在国内许多数据仓库开发商的努力，已经有些成功的数 据仓库应用实例在金融、保险、电信等领域涌现出来。 1 4 钻井信息管理的研究现状 钻井是石油天然气勘探与开发的重要手段，钻井工程质量和钻井速度直 接影响到钻井成本和勘探开发的综合经济效益。提高钻井科学技术水平和管 理水平是保证优质快速钻井和降低钻井成本的根本途径。随着计算机技术的 迅速发展，钻井软科学的研究和应用已越来越受到重视。从地质勘探到油田 西安t i 油人学硕士学位论文 开发，计算机应用已日渐成为石油工业高科技发展的一个重要标志，并已经 取得良好的经济效益和社会效益埔j 。 白二十世纪5 0 年代起，石油钻井界就开始把计算机广泛应用于本行业， 并着手研制应用软件，探索钻井工程计算机辅助设计与分析：到8 0 年代中期， 随着新一代实时信息采集的方法、仪表( 如综合录井仪、随钻测量仪m w d 、 电子压力计等) 和技术的提高，钻井工程信息采集与处理的数量和质量都有 很大的拓宽和提高，同时在石油钻井领域开始使用微波和卫星等新的信息传 输手段与方法。新的问题是如何充分而有效地应用与开发这些丰富而宝贵的 信，g t g , 1 0 1 。1 9 8 0 年美国阿莫科( a m o c o ) 公司率先开始研制钻井计算机工程 仿真装置( e s d ) ，经过3 0 多人近五年的连续研究，初步实现了钻井过程的高 保真度仿真，并在此基础上建成了钻井实时决策控制中心，1 9 8 6 年能够从该 公司总部t u l s a ( 后来在h o u s t o n ) 通过卫星实时传输信息并监控远在阿拉斯 加的钻井作业，取得了显著的经济效益。继a r l o c o 公司之后，美国的s u p e r i o r 公司投入了3 5 0 万美元建立了一套比a m o c o 公司规模较小的具有钻井仿真装 置和通信网络的钻井仿真技术与监测分析中心。投入运行后，使网络覆盖地 区的钻井成本下降2 9 ，钻井的工作效率增加8 7 ，相当于平均每年可节约 钻井成本2 4 0 0 万美元。t e n n e e o 公司和m o b i l 公司也于8 0 年代中期先后建成 了钻井实时信息分析与决策监控中心。1 9 9 1 年日本国家石油公司( j n o c ) 通 过五年的努力，完成了石油钻井信息实时监控、决策系统的研制工作，这套 系统初步实现了钻井信息的实时采集与分析、数据实时入库与实时传输、钻 井工程实时决策与控制。目前，国外大的石油公司、钻井承包商和技术服务 公司都在向这一方向努力，并在各单项软件的开发中引入人工智能技术，构 造了各种专家系统。然而，由于钻井工程中不确定性因素较多，软件的智能 化水平还很低，远不能满足应用要求。较早得到商业化应用的是美国d 妨公 司( 后并入l a n d m a r k 公司) 9 0 年代后推出的钻井软件w e l l p l a n 。近 些年来，其它国外大的石油公司、钻井承包商和技术服务公司也都相继建立 了自己的钻井信息技术机构。目前计算机技术、信息技术、智能技术、网络 技术等全面进入钻井工程领域。钻井行业在软件研制和应用方面的现状可以 西安t i 油人学硕士学位论文 归纳为以下几点 1 1 , 1 2 , 1 3 , 1 4 i ： 1 一些单位根据自身的需要开发了针对钻井某些领域的应用软件，但缺乏 一个完整的包括钻井工程全部设计内容和数据库分析应用在内的钻井工程软 件系统，难于实现钻井信息的共享。 2 由于计算机技术的飞速发展和钻井技术的进步，早些时候开发的一些钻 井软件在内容上和操作使用上都已经表现出明显的不足和过时，一些新的计 算机功能无法得到体现和发挥。 3 大部分钻井数据库只是简单地用做数据的存储和简单数据查询，而数据 本身所包含的丰富信息资源没有得到充分的开发和应用。 4 钻井工程软件的开发和应用在总体上落后于勘探和开发领域，特别是在 集成软件系统的开发和软件平台的建立方面。 5 钻井工程的辅助决策软件主要集中在人工智能、专家系统、神经网络方 面。 6 _ 网络在钻井中的应用主要体现在进行数据传递和数据共享，不能体现出 信息管理的群体协作性和交互性。 目前钻井信息管理系统开发的发展趋势是在统一的软硬件平台下开发包 涵领域全部内容的综合集成软件系统，并将c s c w 技术应用在钻井集成软件 系统中。这一方面存在的问题是钻井信息管理系统大部分是协同式远程钻井 会议系统，该会议系统主要用来提供电子讨论白板和协作平台，而不能实现 信息管理系统的信息协同，提供信息共享平台。在钻井信息系统的管理方面， 由以往单机版发展网络版，然后又发展到i n t e m e t ，其数据管理由文件发展到 数据库，然后又发展到网络数据库、分布式数据库和w e b 数据库，由此看出 依靠单一的数据库和通过网络管理钻井信息已经不能适应现在信息管理的需 求，必须把c s c w 和数据仓库技术结合起来应用在钻井中，这样才能充分发 挥计算机在钻井设计、管理、分析决策和信息利用方面的重要作用。因此本 文在总结前有经验的基础上，针对以往钻井软件中的缺点，把c s c w 和分布 式数据仓库技术相结合，提出了钻井信息协同数据仓库( d r i l l i n gi n f o r m a t i o n c o o p e r a t i v e d a t a w a r e h o u s e ，简称d i c d w ) 结构的研究。本论文侧重于协同 堕窒型塑查堂堡主兰堡竺苎 数据仓库理论和应用的研究，侧重系统底层数据和协同工作平台的建立，以 解决协同式远程钻井系统实现中的关键技术问题。 1 5 论文的目的和意义 1 5 1 研究目的 其目的是对钻井信息协同数据仓库结构的研究。本文主要是以钻井液设 计为例，设计面向石油工程的丰富、全面、高效和庞大的不同主题的钻井信 息协同数据仓库系统，更好地支持企业或组织的决策分析处理和信息共享， 提高钻井决策的效率，为协同式远程钻井系统提供完善的信息平台。 1 5 2 研究意义 令利用分布式数据仓库技术建立面向整个石油工程的钻井信息协同数 据仓库。数据仓库是面向主题的、集成的、稳定的和随时间变化的数据集合， 主要用于决策功能。钻井工程的复杂性、生产信息的动态性、信息形式的多 样性、信息源的分散性以及需求的时效性决定了需要更合理的方法来组织和 获取数据源，特别是国内对于元数据的规范、标准、理论和实现方法以及手 段的研究尚不够，研究和建立适合钻井信息协同数据仓库的分布式数据仓库 数据模型是要解决的另一关键问题。 石油工程信息的庞大和作用是大家所共知的，信息管理也是决定协同 钻井是否能顺利进行的一个关键因素。因此，利用c s c w 和分布式数据仓库 技术在动态协作环境中有效地播发、组织和检索协作信息技术是非常重要的。 1 6 研究内容 本论文针对以上所述的钻井信息管理中存在的问题，把c s c w 和数据仓 库技术应用到钻井信息系统中，设计面向石油工程的丰富、全面、高效和庞 大的不同主题的协同数据仓库，为协同式远程钻井提供决策支持和信息共享： 用合理的方法来组织和获取分布在不同地方的数据源以解决钻进工程中的复 杂性、生产信息的动态性、信息形式的多样性、信息源的分散性以及需求的 时效性，建立一套高效、正确、丰富、全面的钻井信息协同数据仓库系统， 为协同式远程钻井系统的决策分析提供了科学依据和实用工具。 本论文所研究的内容共分为七章，各章的内容概述如下： 西安t i 油人学硕士学位论文 笫一章绪论 本章介绍了本系统的研究背景，说明了研究的必要性并提出研究的问题， 阐述了数据仓库和c s c w 等有关的概念，分析了钻井信息管理系统研究现状。 论述了本论文的研究目的与研究意义，对本论文的研究内容进行概括性的介 绍。 第二章钻井信息协同数据仓库的体系结构 本章介绍了钻井信息协同工作模式和分布式数据仓库等有关概念，在研 究和分析钻井信息协同工作模式的基础上，建立了对钻井信息管理和组织的 分布式数据仓库，提出了钻井信息协同数据仓库的体系结构，并在此基础上 给如了系统的协同工作模型、信息类型、用户管理和应用程序共享。 第三章钻井信息协同数据仓库的数据模型研究 本章分析了钻井信息数据的特点，以钻井液设计为例，给出了钻井液协 同数据仓库的主题。并在此基础上分析了钻井液协同数据仓库的全局数据仓 库和局部数据仓库的数据模型，简单介绍了数据仓库模型的数据存储结构。 第四章钻井信息协同数据仓库的多维分析 数据仓库的多微分析是建设数据仓库的重要步骤。本章在钻井信息协同 数据仓库体系结构的基础上，给出了以查询和分析为核心的操作代数，并在 此基础上给出系统多维操作和多维分析步骤。在多维分析的基础上给出了 d i c d w 多维查询的结构、步骤及其实现算法。 第五章钻井信息协同数据仓库的设计与实现 本章主要在前四章的基础上对d i c d w 的需求进行了分析，采用c s 模式 建立软件体系，采用a g e n t 和s o c k e t 技术实现系统的功能。 第六章结论 对本论文的研究内容进行了总结，指出了本论文的创新点，同时对论文 的后续工作进行了展望。 致谢 参考文献 第二章钻井信息协同数据仓库的体系结构 第二章钻井信息协同数据仓库的体系结构 协同数据仓库要从多个分布、异构的数据源中检索和集成数据，以支持 管理层用户更好的进行信息管理和信息共享。针对分布环境下信息资源共享 以及协同工作的特点，根据钻井信息数据的特点，本章首先给出了钻井信息 协同工作模式图和分布式数据仓库概述，其次在研究和分析钻井信息协同工 作的基础上，结合分布式数据仓库技术，提出了钻井信息协同数据仓库的体 系结构，最后在体系结构的基础上给出了钻井信息协同数据仓库的协同工作 模型、信息模型、用户管理和应用程序共享。 2 0 l 钻井信息的协同工作模型 钻井信息协同工作模式图见下图2 1 所示。 图2 1 钻井信息协同工作模式 在此图中分析了两个油田a 和b 的钻井液协同设计，此图体现出了钻 井信息的信息协同。在油田a 和油田b 同时进行钻井液设计的时候，油田 a 服务器中的的钻井液有关数据如果没有满足此设计过程中的需求，需要通 过协同工作服务器发出共享油田b 相关钻井液数据的请求，协同工作服务 器从油田b 中提取油田a 所需要的数据，并传送给油田a 服务器，这样通 过油田b 信息的共享实现了钻井液a 的设计，两者通过协同工作服务器实 现了钻井信息的协同；如果在油田b 的钻井液设计过程中，油田b 本身的 软件处理不了钻井液设计中的数据，此时需要共享油田a 中的软件来实现 油田b 中的钻井液设计。 西安t i 油人学硕士学位论文 以上体现出了在分布式环境下钻井信息协同工作模式。但是钻井信息协 同工作只是分布在各个地方的数据库中的信息的协同，在钻井设计中实现了 分析设计的透明性。由于钻井信息中长期以来积累了大量的历史数据，这些 历史数据结构复杂，而且比较分散，钻井信息协同工作模式只是基于分布式 数据库的，只能实现信息共享，而不能对大量的数据进行决策分析。如果要 实现在钻井信息协同工作模式的基础上对大量的钻井信息进行决策分析，就 需要在历史数据的基础上建立分布式数据仓库。因此要实现分布在各个地方 的信息共享，又要能对大量的数据进行分析决策，这就需要实现分布式数据 仓库之间的协同。 2 2 分布式数据仓库技术概述 数据仓库环境有单一中央集成和分布式两种类型。大部分企业建立和支 持单一的中央数据仓库环境，但是在某些特定场合，建立分布式数据仓库环 境可能更能满足需要，取得更高的经济效益。随着企业规模的扩大，业务不 断向多个地区扩展，企业兼并或小企业联合组成大集团等，许多企业的运作 模式自然形成一种分布式管理结构。另外，由于历史、地理、经济等诸多原 因，当前企业内部存在许多不兼容的相互独立的事务处理应用系统，需要对 分散在这些系统中的相关数据进行集成，以向分析人员提供统一的数据视 图。所有这些都说明研究分布式数据仓库技术是一项很有意义的工作，而这 些企业采用分布式数据仓库方案也确实是一种较好的选择。另外 c l i e n t s e r v e r 等技术的逐渐成熟也为它提供了可能。 2 2 1 分布式数据仓库技术的优点 采用分布式数据仓库技术有许多优点： 整个代价低。对于一个数据仓库，当最初采用分布式技术时，软、 硬代价要比最初采用大的、中央集成的技术代价低； 存放在数据仓库中的数据量理论上无限制。如果数据仓库中的数据 量将要超过分布式处理器的限制时，只要在网中加入另一个处理器即可。这 也符合企业的发展趋势； 研制、见效周期短。在短期内局部数据仓库就能建好、运行并使局 西安t i 油人学硕士学位论文 部组织受益； 具有实时性，每个局部群体具有独立的控制权，为数据仓库具有实 时性提供了保障。 2 2 2 分布式数据仓库体系结构 分布式数据仓库的形式有许多种，种典型结构如图2 2 所示。其中主 要包括局部数据仓库和全局数据仓库【1 5 1 。 图2 - 2 分布式数据仓厍结构图 局部数据仓库 局部数据仓库包含局部站点上历史的和集成的数据，来源于各自实际运 作系统。除了数据范围是局部的外，提供典型数据仓库的所有服务。不同的 局部数据仓库中的数据和数据结构可以不同。通常在不同地域或不同的技术 群体间建造局部数据仓库。 全局数据仓库 全局数据仓库包含的数据范围涉及整个企业或组织，是整个企业内部公 共的、历史的和集成的数据。与局部数据仓库的数据源不同，全局数据仓库 的数据除了来自实际运作系统外，主要来自局部数据仓库和外部数据源，不 是对局部数据源的简单堆积，而是对局部数据仓库中的数据的重组、综合和 集成后的信息。局部数据仓库间数据的重叠部分或公用数据必须协调一致。 但是在组建局部数据仓库时，一般不能区分这些数据，所以最好把这些数据 存放在全局数据仓库中。 数据模式 全局数据仓库中包含的是企业内部公共的和集成的数据，是对局部数据 1 1 西安t i 油人学硕士学位论文 仓库中数据进行加工、综合处理后的结果。如何将局部运作系统中的数据映 射到全局数据仓库中是成功建造分布式数据仓库环境的关键技术。全局数据 仓库拥有一个公共的数据结构，反映企业内所有的公用数据。由于不同的局 部数据仓库采用的逻辑模型、物理模型等很可能不同，所以从每个局部站点 到全局数据仓库的数据映射一般不同。从局部数据仓库到全局数据仓库的数 据映射的设计是一个逐步迭代的过程，初始时往往并不准确，但是随着时间 的变化，用户反馈知识的积累，局部层的映射将会逐步趋于合理。 2 3 钻井信息协同数据仓库的体系结构 根据上节所研究分析的钻井信息协同工作模式，建立了对钻井信息管理 和组织的分布式数据仓库，提出钻井信息协同数据仓库的体系结构，将其主 要分为用户层、应用层、协同工作层、通信层与数据层5 个部分，此体系结 构对所有油田用户提供标准接口，其基本体系结构见图2 。3 所示。 其中： 应用层是整个系统上所有钻井信息资源的统筹管理者，对全局资源进行 统一的管理和分配，并通过协同工作层提供的服务将用户和钻井数据仓库资 源联合起来。 协同工作层主要提供文档管理a g e n t 、应用程序共享a g e n t 、协作管理 a g e n t 和用户管理a g e n t ：其中应用程序共享a g e n t 负责协调、管理和分布 各个多方专家之间的应用共享的信息，在传输时，此类信息具有最高的优先 级；文档管理a g e n t 主要负责对系统中所有文档进行统一组织和规范化管 理。文档由各个协作活动小组来产生，在钻井管理层，主要是对数据仓库中 的所有文档从全局的角度出发进行档案管理，并统一指定相应的使用权限级 别，包括浏览权、修改权和写权，以便有效地共享文档资源；协作管理a g e n t 主要负责为所有成员提供通信资源的分配和服务质量的管理等。在传输时， 此类信息有最高的优先级：用户管理a g e n t 主要负责用户组及其权限管理， 针对每一个具体的成员，由管理层用户建立协作人员帐户及其相关信息。除 了常规成员帐户的增、删、修改以及查询之外，更重要的是需要仔细安排各 个成员的角色。钻井信息协同数据仓库通过几个a g e n t 之间的通信完成各个 西安t i 油人学硕士学位论文 成员的协同工作。 幽2 - 3 钻井信思协同数据仓库体系结构图 数据层是钻井信息协同数据仓库的数据源，它是提供系统运作的底层分 布式数据仓库系统，全局数据仓库的数据除了来自实际运作系统外，主要来 自钻井信息局部数据仓库和外部数据源，钻井信息全局数据仓库中的数据不 是对局部数据源的简单堆积，而是对局部数据仓库中的数据的重组、综合和 集成后的信息。根据不同的分析要求，数据按不同的综合程度存储。钻井信 息协同数据仓库具体的数据模型将在下一章中详述。 通信层是根据信息的重要程度，在有限的网络带宽中采用不同的控制策 略来建立全面交流的钻井专用多功能研讨厅，本系统主要采用基于t c p i p 协议的面向连接的具有可靠性的数据信息传输通道。 在此系统中，每个局部数据仓库的地位是平等的，系统内任何一个局部 数据仓库出现问题也不会影响整个系统的运作，对于系统的局部数据仓库节 点，它们必须首先向系统管理员提出加入资源提供方的申请，获得系统管理 西安t i 油人学硕士学位论文 员的确认后，才能成为此系统的一个节点( 局部数据仓库) 。 2 4 钻井信息协同数据仓库的协同工作 2 4 1 钻井信息协同数据仓库的协同工作模型 钻井信息协同数据仓库是由多个a g e n t 和多个人员相互协作完成钻井 数据的存储和访问。根据上述钻井信息协同数据仓库的体系结构模型，我们 可以得到一个多用户多a g e n t 钻井信息协同数据仓库系统的协同工作模型， 其具体协同工作模式图如图2 - 4 所示。 幽2 - 4 钻井信息协同数据仓库的系统工作模型图 上图所示的协同工作模型反映了在钻井工程中通过多用户和多a g e n t 相互协作共同完成钻井信息协同数据仓库的信息共享和多用户操作的 、v y s i w l s 。 人一人间协作：参与协作的人使用协同工具对分布式数据仓库进行决策 分析，并借助协同工具与其他的人员进行协同工作，协作地完成一个共同的 决策分析任务。 西安t