（计算机软件与理论专业论文）石油测井解释系统的关键技术研究.pdf

摘要 “数字油田源于1 9 9 8 年前美国前副总统戈尔提出的“数字地球 的概念，旨在 最大程度地实现信息共享，为勘探开发、经营管理以及科学决策等提供强有力的信息技 术支持，从而满足石油企业信息化建设的需求。石油测井解释系统是“数字油田 信息 系统的重要组成部分。 国内的石油测井解释系统往往会在生产测井、测井解释和评估预测等环节间相互脱 节，不利于信息和数据的共享。国外的系统虽然比国内系统较为成熟，然而由于其主要 针对国外油田企业服务，照搬至国内可能会出现“水土不服 现象。因此，有必要通过 对国内的石油生产进行系统的领域分析，开发出国内油田企业通用的、具有自主知识产 权的新一代石油测井解释系统。 本文首先基于d a d p 方法对石油生产领域进行了系统的领域分析，设计出相关的领 域模型，并完成了石油企业领域元数据的设计。接着，对实现石油测井解释系统的关键 技术进行了研究，主要包括：结构化测井数据分布式数据库技术的研究；基于a d o b ep d f 智能文档技术实现非结构化测井数据存储与管理的研究；基于句子向量空间模型的文本 相似度检索技术实现案例相似度检索技术的研究；测井解释方法库系统的研究。最后， 对具体的石油测井解释系统“生产测井的综合解释支持系统平台 的主要模块给出 了具体的实现原型。 “生产测井的综合解释支持系统平台是由陕西石油产学联盟和国内石油服务公司 联合开发的一个综合信息共享平台，采用c s 架构设计，在m i c r o s o f tv i s u a ls t u d i o2 0 0 8 环境下使用c + + 语言开发，实现了结构化数据的分布式存储与访问，非结构化数据的文 档形式管理和案例形式管理，并实现了结构化数据和非结构化数据的快速转换。此外， 系统平台还实现了文件的加密和解密、系统权限管理等功能，是一个综合性的石油测井 解释系统软件，它的出现必将大大降低石油企业的生产成本。 关键词：数字油田，领域分析，测井元数据，分布式数据库，智能文档 r e s e a r c ho nt h ek e yt e c h n o l o g i e so fo i ll o g g i n g i n t e r p r e t a t i o ns y s t e m a b s t r a c t ”d i g i t a lo f l f i e m ”i sf r o mt h ec o n c e p to f ”d i 西t a le a r t h p r o v i d e db yt h eu s f o r m e r p r e s i d e n tg o r ei n l9 9 8 ”d i g i t a lo i l f i e l d ”r e a l i z e si n f o r m a t i o ns h a r i n gm o s t ，i no r d e rt o p r o v i d em o r et e c h n i c a ls u p p o r tt oe x p l o r a t i o n ，d e v e l o p m e n t ，m a n a g e m e n ta n ds c i e n t i f i c d e c i s i o n - m a k i n g ，t h a ti t c a nm e e to i le n t e r p r i s e s n e e d so fi n f o r m a t i z a t i o nc o n s t r u c t i o n l o g g i n ga n di n t e r p r e t a t i o ns y s t e mi s a ni m p o r t a n tp a r to f ”d i s t a lo i l f i e l d ”i n f o r m a t i o n s y s t e m d o m e s t i cl o g g i n ga n di n t e r p r e t a t i o ns y s t e m sw e r eo r e no u to f j o i n tb e t w e e ne x p l o r a t i o n ， d e v e l o p m e n t ，p r o d u c t i o n ，e v a l u a t i o n ，e t c t h a t sa g a i n s ti n f o r m a t i o ns h a r i n ga n dd a t as h a r i n g t h o u g ho v e r s e a ss y s t e m sw e r em a t u r e rt h a nd o m e s t i cs y s t e m s ，m e ym a yl i k eaf i s ho u to f w a t e ri fc o p i n gt od o m e s t i c t h a t sb e c a u s et h c yw e r em a i n l ya i m e da tf o r e i g no i le n t e r p r i s e s t h e r e f o r e ，i ti sn e c e s s a r yt oe x e c u t es y s t e m i cf i e l da n a l y s i si nd o m e s t i co i lf i e l dt od e v e l o pa n o wg e n e r a t i o nl o g g i n ga n di n t e r p r e t a t i o ns y s t e mo fi n d e p e n d e n ti n t e l l e c t u a lp r o p e r t yr i g h t s f i r s t , t h i st h e w su s e sd a d pm e t h o dt oe x e c u t eas y s t e m i cf i e l da n a l y s i s0 no i l p r o d u c t i o nf i e l di no r d e rt og e tp e r t i n e n td o m a i nm o d e l s ，a n dc o m p l e t e sd e s i g n i n gf i e l d m e t a d a t a t h e n ，t h et h e s i ss t u d i e st h ek e yt e c h n o l o g i e so fl o g g i n ga n di n t e r p r e t a t i o n s y s t e m m a i n l yi n c l u d e s ：s t r u c t u r e dl o g g i n gd a t a sd i s t r i b u t e dd a t a b a s e sr e s e a r c h ，u s i n ga d o b ep d f i n t e l l i g e n td o c u m e n tt e c h n o l o g yt or e a l i z eu n s t r u c t u r e dl o g g i n gd a t a s t o r a g ea n dm a n a g e m e n t r e s e a r c h ，u s i n gt h ei n f o r m a t i o ns e a r c h e st e c h n o l o g yb a s e do ns e n t e n c ev e c t o rs p a c e m o d e lt or e a l i z ec a s es i m i l a r i t ys e a r c h e s ，t h el o g g i n ga n di n t e r p r e t a t i o nm e t h o dl i b r a r y s r e s e a r c ha n dd e s i g n f i n a l l y , t h et h e s i sg i v e ss o m ep r o t o t y p e so fs p e c i f i cl o g g i n ga n d i n t e r p r e t a t i o ns y s t e m ：”p r o d u c t i o nl o g g i n gi n t e r p r e t a t i o ns u p p o r ts y s t e mp l a t f o r m ”p r o d u c t i o nl o g g i n gi n t e r p r e t a t i o ns u p p o r ts y s t e mp l a t f o r m i sd e v e l o p e db ys h a a n x i o i la l l i a n c ea n dd o m e s t i cp e t r o l e u ms e r v i c ec o m p a n i e s i tu s e sc sa r c h i t e c t u r ea n di sd e s i 一 班e db yc + + l a n g u a g ei nm i 凹o s o f lv i s u a ls t u d i o2 0 0 8 i tr e a l i z e ds t r u c t u r e dd a t a sd i s t r i b u t - e ds t o r a g ea n da c c e s s i n g ，u n s t r u c t u r e dd a t a sm a n a g e m e n ti ni n t e l l i g e n td o c u m e n tf o r ma n d c a s ef r o ma n dt h er a p i dt r a n s i t i o nb e t w e e ns t r u c t u r a ld a t aa n du n s t r u c t u r e dd a t a i na d d i t i o n , i t r e a l i z e df i l ee n c r y p t i o na n dd e c r y p t i o n , s y s t e ml i m i t sa n dr i g h t sm a n a g e m e n t , e t c i na d d i t i o n , p l i s s pr e a l i z e df i l ee n c r y p t i o na n dd e c r y p t i o n ，s y s t e ml i m i t st or i g h t sm a n a g e m e n t ，c t c i ti s ac o m p r e h e n s i v el o g g i n ga n di n t e r p r e t a t i o ns y s t e ma n di t sa p p e a r a n c e sw i l lg r e a t l yr e d u c et h e c o s to fp r o d u c i n gp e t r o l e u me n t e r p r i s eo fo i l k e y w o r d s ：d i 百t a lo i l f i e l d ，d o m a i na n a l y s i s ，l o g g i n gm c t a d a t a , d i s t r i b u t e dd a t a b a s e ， i n t e l l i g e n c ed o c u m e n t 西北大学学位论文知识产权声明书 本人完全了解西北大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。学校 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许 论文被查阅和借阅。本人授权西北大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所等机构将本学位论 文收录到中国学位论文全文数据库或其它相关数据库。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：盘五= 燧指导教师签名：差三! 歹叫0 年莎月2 1 日j b r 口年6 月2 日 西北大学学位论文独创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 本论文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 北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作了明确的说明并表示谢 = 把 恧。 学位论文作者签名：轰小彤乙 弘少年石月z 1 日 西北大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 石油是世界上的主要能源之一，也是国民经济的主要产业。经过数十年的发展，各 大油田在勘探、开发、地面工程等方面已经颇具规模，各种数据信息数以海量计，传统 的管理与决策方法已经不能够适应现代石油企业发展的要求。 进入2 1 世纪以后，我国的油田勘探和开发数据库较以前有了长足的发展和进步。 自从加入w t o 以来，我国的石油企业面对国外各大石油巨头的激烈竞争，信息的重要性 和信息处理的紧迫性空前提高。对于多系统、多层次并错综复杂的勘探静态数据、勘探 动态数据、勘探图件、开发静态数据、开发动态数据、开发图件等信息资源，迫切需要 新型的现代化手段来管理、分析和应用【l 】。 1 9 9 8 年1 月3 1 日，美国前副总统戈尔提出“数字地球叫人识2 1 世纪我们这颗星球 ( t h ed i g i t a le a r t h ：u n d e r s t a n d i n go u rp l a n e ti nt h e2 1 s tc e n t u r y ) ，第一次提出了“数字地 球 的概念，“数字油田便是由“数字地球 的概念引发而来【2 】。“数字油田是油田 信息管理基础设施的信息平台，能够将地球物理、地质、钻井、开发、生产、测井及经 济评估等数据建立在一个共享平台之上，旨在模拟这些学科间的相关性，最大程度地实 现信息共享，为勘探开发、经营管理及科学决策提供强有力的信息技术支持，满足石油 企业信息化建设的需求【3 】。“数字油田技术能大幅度降低石油生产成本，油田平均采收 率可从现在的3 0 提高n 5 0 以上。 石油测井解释系统是“数字油田 信息系统的重要组成部分，为石油勘探开发中对 油气层进行定量评价与描述提供信息支持，主要和油田的测井和测井解释两个活动相 关，集中处理这两个环节的相关数据信息，实现测井解释的数据信息共享。 西北大学在地质石油领域和信息科学领域都有着长期的积累和发展。2 0 0 8 年7 月， 作为陕西省石油产学联盟的重要成员之一，西北大学牵手地方石油仪器企业和软件开发 企业联合承接了“生产测井的综合解释支持系统平台 ( p r o d u c t i o nl o g g i n gi n t e r p r e t a t i o n s u p p o r ts y s t e mp l a t f o r m ，简称p l i s s p ) 研究开发项目，负责为国内石油服务企业开发出 一个具有自主知识产权的、行业通用性强的综合化测井解释的数据共享平台。 第一章绪论 1 2 国内外研究现状 总体而言，由于从事石油测井解释方面的研究比较早，国外的测井解释系统暂时走 在了前面，主要以美国斯伦贝谢( s c h l u m b e r g e r ) 测井解释系列软件为代表。s c h l u m b e r g e r 是全球著名石油服务商，也是世界上最积极的解释服务公司之一，其服务范围遍及勘探 开发各领域，主要有数据归档、传输、接收、处理和解释等。s c h l u m b e r g e r 提供的软件 和工作流程覆盖了从油田勘探到废弃的各个阶段，涉及地质和地球物理研究、钻井、油 藏、生产管理、信息管理、经济评价等各个领域，为企业及时准确的决策制定和持续增 储生产提供先进的技术和服务。 1 ) g e o f r a m e 测井资料评价系统：包括岩石物理软件包、井眼微地质学软件包、地 质办公室，能够开展单井测井资料精细分析与多井评价、测井岩相分析、成像测井资料 的处理分析、油藏剖面制作等测井解释与地质评价研究 4 1 。 2 ) a t l a n t i s 解释系统：是为了处理和解释井下测量资料，包括井眼地震资料的处 理与时深转换、岩石物理、孔隙度和饱和度、试井、生产测井、多层油藏测试及储层评 价等大部分领域均有的软件模块，并引入全面数据管理系统即多井数据库，用于解释和 管理油田范围的资料【5 】。 3 ) c h a r i s m a 油藏特性系统：为科学家提供了一个人机对话的环境，在这个环境 中建立的油藏模型最终成为三维多相储层模拟程序的输入值，其成果通过各种测井资 料，如：岩性测井资料、解释油藏几何形状而设计的倾角测井成果等加以证实。 c h a r i s m a 能够进行多井对比，图示储层的石油物理特性，通过解释测井、岩心分析、 表面地震和井眼地震资料，描述储层的几何形状和物理性斛5 1 。 4 ) c h a r i s m a s 系统：是c h a r i s m a 油藏特性软件的变型。它能提供多而全的二 维、三维剖面特性成果，揭示油气的分布规律，帮助于用户有效的完成解释任务【5 】。 5 ) f i n d e r 系统：用于管理勘探开发数据，其结构有利于支持项目数据库。地震解 释、模型、测井资料分析、地质解释及绘图等程序包以及用户与的应用软件或其它商业 性软件都可以通过专用接口并入f i n d e r 。无论是原始数据的输入( 如采油数据、测井 资料等) ，还是最后解释绘图，f i n d e r 系统都提供了一个易于各步骤执行的良好环境【5 】。 近些年来，由于国内油气勘探开发技术、测井解释技术以及信息科学技术的高速发 展，国产测井解释系统也在不断地进步，并逐步缩小着同国外测井解释系统间的差距。 国内测井解释系统主要以f o r w a r d 系统、s m a r t 2 0 0 0 系统和l e a d 系统为代表。 2 西北大学硕士学位论文 1 ) f o r w a r d ：f o r w a r d 是我国第一套完全采用面向对象思想设计和开发的测井 解释平台，在其开发过程中大量应用了程序自动生成和挂接、分层精细解释、数据一致 性、面向对象测井绘图、所见即所得、单一源程序跨平台等先进技术，平台开放性好、 操作简单、功能强大。f o r w a r d 的开发缩小了我国测井解释软件与国外同类软件之间 的差距，并在数据自动加载、分层精细解释、面向对象测井绘图、跨平台等诸多方面保 持先进【6 】。 2 ) s m a r t 2 0 0 0 ：s m a r t 2 0 0 0 测井解释预处理软件是大庆油田公司测试分公司第四 大队自行开发编制的，工作效率高、准确率高、操作简便，平均单井可节省解释时间近 2 0 分钟，省去了大量手动工作。该平台提供了全系统的生产测井解释模块，包括注入剖 面、产生剖面、工程测井以及地层参数测井，其中包括多种成像处理软件。平台具有丰 富的数据接口，可加载u s 、l a s 、l a 7 1 6 、g i f 记忆多种国产小数控数据格式，挂接 的解释模块有产生剖面、注入剖面、工程测井和地层参数【7 】。 3 ) l e a d ( l o g g i n ge v a l u a t i o n & a n a l y s i sd e v e l o p m e n t ) ：l e a d 测井资料综合处理 解释软件是基于w i n d o w s 操作系统的新一代测井资料处理解释系统软件，由中国石油集 团测井有限公司技术中心联合北京华油数码公司共同开发，该系统集成了多学科的优秀 研究成果，将成熟的测井处理解释方法与先进的计算机技术完美结合，实现多种仪器类 型测井资料的快速准确处理和解释。l e a d 软件具有开放化的底层平台、集成化的应用 模块、交互式可视化的处理解释流程，能处理包括常规测井、成像测井和特殊测井资料， 满足快速直观处理、储层精细解释及综合评价的需要【8 】。 1 3 现有测井解释系统的不足 目前，石油测井解释系统仍然在不断地向前发展，国内外的油田企业也一直在研究 如何将更多、更先进的勘探开发技术、测井解释技术等融入到测井解释系统中，但是， 这些系统在领域通用性和测井数据资料的管理方面还存在许多问题。 研究发现目前的石油测井解释系统普遍存在着以下方面的不足： 1 ) 国外的测井解释系统在国内并不完全适用。国外的石油测井解释系统( 如美国 斯伦贝谢系列软件) ，虽然其在测井解释技术和系统的设计开发技术等方面较国内系统 可能比较先进和稳定，但是这些系统往往只是根据各自国家内某些油田的地球物理现 状、油气层现状和信息管理等现状编制而成，如果照搬至国内油田中，可能会在国内油 田的特定地质环境和信息环境中，引发“水土不服 现象，使系统不能正确和稳定的工 3 第一章绪论 作。 2 ) 现有的测井解释系统通常只是针对企业应用或是生产中遇到的问题，而设计的 一种专门性的软件平台，设计人员往往没有对整个石油测井解释领域进行系统的领域分 析和领域元数据设计，其产品只能供特定企业某个阶段内使用，当需求发生改变时需要 对软件进行大的改动，甚至是结构上的重新设计，不能成为行业级标准。 3 ) 由于以住信息技术的限制，现有测井解释系统在勘探开发、生产、测井解释、 评估等各个环节相互脱节，只是集中地处理某一个或几个环节的数据，忽略了地球物理、 地质勘探、储油技术、钻井和工程作业等学科之间的相关性，非常不利于信息和数据的 共享。 4 ) 现有测井解释系统多是针对单井单次测井数据的处理，或是多井数据处理刚刚 处于起步阶段，通常只依据本次测井数据对油井现状进行解释，没有通过对单井历史数 据或相邻油井历史数据的共享与重用，来提供对测井解释结果进行校正和对油井产能或 可能出现的问题进行预测的功能。 5 ) 数据和信息多以非结构化形式存储和管理，不便于检索、共享和重用。同时， 这些非结构化文件通常格式多样，内容丰富，传统的电子文档管理形式已经不能适用。 6 ) 缺乏对测井解释过程中案例知识的有效管理。案例知识是石油测井解释活动中 的重要参考信息，案例知识的存储、管理与有效检索，对提高石油企业的利益与生产效 率有着重大意义。 1 4 研究目标 石油测井解释系统的设计与开发需要诸多学科，特别是信息技术的支持，这其中包 括计算机网络技术、大容量数据存储与处理技术、空间信息技术、可视化及虚拟实现技 术等。本文将针对现有石油测井解释系统的不足，结合石油勘探领域专家的专业性技术 支持以及研究团队学术研究方面的积累，设计和开发出一个融入了分布式数据库技术、 智能文档技术、案例知识管理与案例相似度检索等先进技术的地球物理、生产、测井、 解释综合展现与数据管理的共享平台p l i s s p ，为勘探开发、经营管理及科学决策提 供信息支持。 具体研究目标如下： 1 ) 研究领域分析相关知识，对石油的测井解释进行系统的领域分析，设计相关领 域模型。 4 西北大学硕士学位论文 2 ) 研究元数据技术，设计和描述石油测井元数据和其他相关元数据。 3 ) 研究分布式数据库技术，设计并实现结构化测井数据的分布式数据库系统。 4 ) 研究智能文档技术和案例知识的管理与检索技术，设计并实现对非结构化测井 数据的存储管理模型。 5 ) 研究方法库技术，设计并实现用于管理单井时域解释方法、多井区域解释方法 和综合解释方法的方法库系统以及研究方法的动态调用技术。 6 ) 设计和实现石油测井解释系统p l i s s p 。 1 5 本文工作 石油测井解释系统是一个综合性的多学科穿插的系统，其设计与开发过程需要众多 相关领域内专业人士的协同，特别是地质领域专家。在p l i s s p 开发过程中，合作单位中 参与协作的地质领域专家在研究算法、数据需求、数据来源、数据结构及数据交换标准 等方面都给予了很大的帮助。本文将围绕p l i s s p 在设计与开发过程中的主要技术需求展 开研究，具体有以下几项工作t 1 ) 领域分析与建模：运用科学的领域分析方法，对石油测井解释进行系统的领域 分析，生成相关领域模型。 2 ) 设计元数据标准：采用元数据方法，对测井数据和其他相关领域数据进行分析 和建模，提出可用的元数据标准，为数据的科学管理、共享及不同系统间的数据互操作 提供理论基础。 3 ) 分布式数据库技术研究：通过对结构化测井数据的数据模型和数据分布要求的 研究，设计结构化测井数据的分布式数据库系统。 4 ) 智能文档技术的研究：主要研究基于a d o b ep d f 技术的智能文档技术，设计出一 种应用于非结构化测井数据管理的智能文档系统模型。 5 ) 案例知识管理的研究：采用研究团队提出的c b r 2 模型，设计出石油测井解释案 例知识的案例管理系统，重点研究基于句子向量空间模型的文本相似度检索技术，解决 案例相似度检索的问题。 6 ) 方法库技术的研究：主要研究基于方法库的软件进化技术，设计并实现一种测 井解释方法库系统原型。 5 第一章绪论 1 6 特点及创新 石油测井解释系统是一个综合性的数据信息管理平台，为数据共享及信息决策提供 支持，其最大特点就是数据量大、实用性以及行业通用性强。 本文的创新点主要有： 1 ) 应用科学的领域分析方法对石油测井解释活动的业务流及数据流进行分析，生 成领域模型；采用元数据方法进行分析和建模，提出可用的领域元数据标准，为数据的 科学管理、共享及不同系统间的数据互操作提供理论基础，具有应用创新性。 2 ) 首次在测井解释信息系统中采用智能文档技术，把原始数据、数据可视化展示 和规范文档表示等有机地结合在一起，使文档能集成几乎现有的大多数数据处理和数据 展现技术，体现出一定的“智能特点。研究该项技术，可以减少数据展现和处理结果 输出的程序设计难度，最重要的是能将结构化数据库与非结构化数据库融合在一个系统 中，实现两种数据库之间的数据交换，在领域软件实现中具有智能文档应用创新及混合 数据库应用的结构创新的双重特点。 3 ) 知识管理理论与方法是目前跨计算机科学、人工智能、情报学、管理科学、数 学等多学科的研究领域。研究既涉及具有普遍意义的知识库系统、知识检索方法，又涉 及面向测井解释等具体实际问题专项知识的表示和检索技术，对促进知识管理的基础研 究和对领域及相关领域的应用研究，有较大的促进作用。本文基于研究团队的研究成果 叫b r 2 模型设计测井解释的案例知识管理系统，并将研究团队提出并经过实验验证 的基于句子向量空间模型的文本相似度检索技术应用其中，实现案例知识的相似度检 索，具有理论创新特点。 钔首次在测井解释的软件系统中采用方法库技术。以方法元数据为基础，通过方 法库，使系统的解释方法、数据展现方法等具有动态增加与修改功能，使软件系统具良 好的进化功能，具有应用创新特点。 6 西北大学硕士学位论文 第二章领域分析与建模 领域知识在逻辑上紧密相关，可以通过有限的、相对较少的可复用信息把握那些可 以解决大量问题的知识，这称为领域的内聚性。领域知识在一定时间内不会发出大的变 化，表示和获取信息所付出的代价，可以较长时间内通过多次复用得到补偿，这称为领 域的稳定性。领域的内聚性和稳定性使得特定领域内的软件复用相对容易获得成功【9 1 。 1 9 8 1 年，n e i g l l o t i s 在其博士论文“使用部件的软件构筑中首次提出领域分析( d o m a i n a n a l y s i s ) 的概念，指“识别、捕获和组织特定领域中一类相似系统内对象、操作等 可复用信息的过程，【1 0 】。无论在领域工程中，还是在应用工程中，领域分析都至关重要。 相对于应用工程，领域工程处在一个较高的抽象级别，是对领域中相似的系统的抽象， 而不局限于某个系统。领域工程对特定领域中的应用进行分析，识别这些应用的共同特 征和可变特征，进行选择和抽象，形成领域模型，依据领域模型产生出领域中应用共同 具有的体系结构或生成过程，并以此为基础识别、开发和组织可复用构件。 本章首先对参加石油测井解释活动的人员进行归类，接着分析了主要的领域分析方 法，基于d a d p 方法对石油测井解释进行了系统的领域分析，给出了各个阶段的领域分 析成果( 领域模型) 。此外，本章还对元数据技术做了介绍，重点设计了测井元数据模 型，并对元数据标准的制定以及元数据的描述做了研究。限于文章篇幅及与客户公司的 合同约束，本章只给出了领域模型和元数据模型中的一部分，但所有模型均已通过验收， 被证明满足用户功能需求和系统开发需求。 2 1 领域分析活动的人员构成 石油测井解释活动的主要参与人员可以分为三类：领域专家、领域分析员与领域设 计员【9 】。 领域专家负责提供测井解释系统的需求规约、实现知识以及先进的管理模型，帮助 组织一致的、规范的领域字典，复审领域模型等领域分析的产品。领域专家包括已有石 油测井解释系统中有经验的终端用户、从事已有石油测井解释系统的需求分析、设计、 实现以及项目管理工作的有经验的软件工程师和领域内的管理专家等。 领域分析员由具有知识工程背景的有经验的系统分析员来担任，是领域分析活动的 核心参与者，其主要任务包括：对整个分析过程的控制，领域知识的获取、分析和抽象， 领域模型的建立、验证和维护等。 7 第二章领域分析与建模 领域设计员由有经验的软件设计人员担任，其主要任务包括对领域设计过程的控 制、根据领域模型和现有测井解释系统开发出特定领域软件体系结构模型( d o m a i ns p e c i a ls o f t w a r ea r c h i t e c t u r e ，简称d s s a ) 、对d s s a 的准确性和一致性进行验证、建立领 域模型与d s s a 之间的联系等。 2 2 领域分析方法 目前存在的领域分析方法主要区别在以下三个方面：分析和建模工作的产品内容不 同；分析工作的侧重点不同；工作产品的描述方式不同。具有代表性的方法主要有：o r g - a n i z a t i o nd o m a i nm o d e l i n g ( o d m ) t 1 1 ，1 2 1 、d s s ad o m a i na n a l y s i s 1 l , 1 3 、j o d a ( j i a w go b j e c to r i e n t e dd o m a i na n a l y s i s ) 1 1 , 1 4 1 、领域分析与设计过程方法( d a d p ) 【1 1 ，15 1 及f e a t u r eo r i e n t e dd o m m nm o d e l i n g ( f o d a ) 0 l , 1 6 ，其主要比较结果见表1 。 表1 领域分析方法比较 方法特点基本过程领域产品 o d m1 强调领域内不同利益相关群领域规划、领域标准化的领域分析过程 体；建模、可利用资和工作产品模板 2 既支持描述性建模方法，也支产建设 持说明性建模方法。 d s s ad o m a i n 基于d s s a 。建立领域开发体系结构、d s s a 、满 a n a l y s i s环境、建立特定足d s s a 基于构件的原 领域应用环境、型系统 建立应用实施 环境 j o d a 1 以面向对象分析方法和符号领域准备、领域可复用的软件体系结构 体系为基础：定义、领域建模和可重用编码等 2 不强调软件和系统重用过程； 3 较好的稳定性。 f o d a 1 从特征领域出发；上下文分析、领领域模型和体系结构 2 支持产品架构的开发与重用；域建模、体系结 3 不稳定。 构建模 8 西北大学硕士学位论文 表l ( 续) 方法 特点基本过程领域产品 d a d p i 强调软件和系统重用过程；标识领域、界定领域功能模型( d f m ) 、 2 遵循面向对象方法； 领域、分析领领域对象模型( d o m ) 、 3 依赖特定的领域分析和领域域、设计领域层次化的体系结构模型 设计。 等 d a d p 方法强调了软件和系统的重用过程，并依赖于特定的领域分析和领域设计， 是一种设计级的方法【1 7 】。d a d p 方法遵循面向对象的方法，其基本策略是通过标识、获 取、组织、抽象和表示特定领域内的共性和特性，从而在一个组织好的领域知识主体内 能够有效地揭示生命周期工作产品的可重用性。 2 3 领域分析过程 通过2 2 中对各种领域分析方法的综合分析，本节在d a d p 方法的基础上给出石油测 井解释的领域分析过程框架，如图1 所示。 领域知识 技术文献 实现 客户审查 专家意见 当前或将来 需求 一 处理程序 领域专家 图i 领域分析过程 其中，领域知识主要包括领域内已有测井解释系统的各种信息，如系统源代码、设 计方案、文档、用户手册、测试报告及当前或将来的需求等。领域专家和领域分析员在 特定领域环境下，进行领域知识的捕获、识别和验证，通过分析和抽象，进一步提取出 领域标准、领域模型、d s s a 等可复用资产，形成可复用基础实施。 9 第二章领域分析与建模 领域分析过程是一个反复和逐步求精的过程，在领域分析过程中的每个阶段，都有 可能返回到前面的阶段，修改和完善前面阶段的结果，然后再回到当前阶段，并在新的 基础上继续本阶段的行为。 2 3 1 标识领域 标识领域是领域分析活动的前提阶段，包括领域知识采集和领域描述两个步骤。 1 ) 领域知识采集：石油的测井解释活动是一项知识密集型活动，领域知识采集就 是要收集活动中的大量知识，为下一阶段的领域分析活动做准备，其结果是一个领域知 识分类( 如表2 所示) 。 表2 领域知识分类 知识类别 描述示例 描述性知识领域内信息和事件的专业性描述。 曲线簇：一次测井事件所包 含的测井曲线信息的集合。 领域数据领域内操作的数据及其类型。 l a s 测井数据文件、t x t 测井 数据文件、e x c e l 数据文件 等。 领域文档领域内涉及到的文档及其作用。测井案例、已有系统的设计 文档、用户手册、用户自定 义文档等。 技术文献相关的技术资料。 专家意见领域专家的意见或建议。 客户审查意见 当前或将来需求 一些潜在需求。 2 ) 领域描述：领域描述是关于领域的一般性描述，包括领域内的子领域、子领域 间的联系、领域内的系统及分类，以及系统和子系统的类型特征等。 如图2 所示，石油测井解释系统主要由石油科学和信息科学两部分组成，其中石油 科学是指与油田勘探开发、测井解释及油田建设等有关的部分，这部分已经在油田以往 的勘探开发过程中积累了大量的数据及知识，需要领域内相关领域专家的帮助；信息科 学则是指实现石油测井解释系统的主要技术方法，包括数据库、网络及知识管理等相应 的信息技术。 1 0 西北大学硕士学位论文 铡 井 系 统 石油测井解释系统 石油科学li 信息科学ii其他 蓁鋈| | i l | | ii 羹i i 耋l i | | l f 量iiig垂is冀il耋 市 场 管 理 图2 石油测井解释系统的组成分布 2 3 2 界定领域 界定领域阶段主要是标识领域中的一部分知识，并建立一个标准，用于划分和定义 领域边界、检验领域范围，主要包括领域技能的实用性、一致的领域开发方法及可用文 档的数量和质量等。其成果可结合文字、用例图和结构图等方式进行表达。 本文分析了石油测井解释过程中用户参与的主要活动，通过对其设计用例，以及对 这些用例的进一步细化，从而划分和定义领域边界。例如，图3 用u m l 用例图描述了用 户参与的主要活动，图4 则是对图3 中“数据管理用例及其子用例“海域信息管理” 的详细用例描述，通过这样的层层用例细化来界定领域。 图3 石油测井解释系统的用例描述 第二章领域分析与建模 图4 。数据管理一详细用例描述 2 3 3 分析领域 分析领域阶段是领域分析过程中的核心阶段。分析领域阶段需要组织、综合问题空 间信息，标识公共特性，确定公共对象自适应需求，校验领域模型。其目的是合并和分 类现有分析信息，必要时需对现有源代码进行逆向工程。分析领域的主要成果包括：领 域原型模型( d p m ) 、领域功能模型( d f m ) 、领域动态模型( d d m ) 、领域对象模型( d o m ) 、 领域信息模型( d i m ) 。本文采用u m l 描述这些模型，对应关系见表3 。 表3 领域模型的u m l 描述 领域模型u m 儿 d p m 用例图 d f m 顺序图、协作图 d d m 状态图 d o m 构件图、配置图 d m 类图、对象图 下面给出了用u m l 类图描述d i m 的片断( 如图5 ) 以及结构化的数据库数据转换为 非结构化的l a s 格式数据的顺序图( 如图6 ) 作为示例。 1 2 西北大学硕士学位论文 图5 领域类图片断 回回囤 图6 导出l a s 文件顺序图 2 3 4 设计领域 领域分析活动将会在设计领域阶段构造一个设计，用来反映领域模型问题在特定的 领域约束下的解，这主要包括标识和评价可选的般体系结构，从而形成一个需求和约 束模型，以及分类和标识可能的构件，从中筛选出满足相应需求层次的组件。其主要成 果包括层次化的领域体系结构模型和特定领域的软件体系结构( 如图7 ) 。 1 3 第二章领域分析与建模 图7 软件体系结构 2 3 5 定制领域 定制领域阶段的主要任务是：解释对象生命历史和状态；标识和走查脚本；抽象和 分组对象。定制领域阶段和j o d a 方法的模型化领域阶段相似，其主要成果包括可重用 的软件对象或o o m 的对象模型。其中，可重用的软件对象可以用u m l 中的构件来描述， 这包括一般意义的软件构件( 如源代码、二进制文件和可执行文件等) ，也包括其他可 重用的分析结果。u m l 的构件图主要用于描述各种软件构件之间的依赖关系，从软件架 构的角度来描述一个系统的主要功能，使用构件图可以清楚地看出系统的结构和功能， 有利于软件的复用，图8 就是石油测井解释系统的构件图( 部分) 示例。 鲴鲴电萄自 ，_ ! = 一一= 二b 巨型 自 je方挂i 图8 系统构件图( 部分) 1 4 一 蹙奈衙震，投段接_i莓 一 西北大学硕士学位论文 2 4 元数据设计 为了把不同子系统中的众多异构数据集整合起来，实现高度集成的数据查询功能， 需要一种普适性方案对数据进行规范化与再利用【1 8 】。本文用元数据的概念对测井解释过 程中分散、异构的数据做出明确的规范，从而达成数据的高度集成与共享，在保持数据 一致性的同时，提供了良好的可扩展性。 2 4 1 元数据概述 元数据( m e t a d a t a ) 是由美国著名的电子文件专家戴维比尔曼首先引进电子文件 研究领域的，其最初的定义是：关于数据的数据( d a t aa b o u td a t a ) 1 9 1 。元数据是一 种广泛存在的现象，在具体领域有具体的定义与应用。 国内对元数据的认识是从最常见的定义和国际图书馆协会联盟( i f l a ) 的定义开始 的，在此基础上对元数据的含义有了进一步的解释。张学福等人认为，元数据是“关于 数据的数据”或“描述数据的数据 。肖述清认为元数据即“关于数据的数据，是描述 任何i n t e m e t 数据和资源，促进i n t e r n e t 信息资源的组织和发现的数据。吴开华等人认为 元数据是用来标识、描述和定位网络电子资源的数据，是面向某种特定应用的机器可识 别、可理解的信息1 2 0 。 为了能够对信息资源进行准确和高效的描述，元数据具有自身的逻辑结构。元数据 一般分三个方面对信息资源进行描述：信息资源基本内容的描述、信息资源的获取方式 的描述及元数据自身的维护信息进行描述。 元数据主要有以下作用： 1 ) 便于信息查询。根据元数据的定义，其基本功能在于对信息内容和位置的描述， 为信息的存取和利用奠定重要的基础。通过元数据来检索信息将更加方便，同时查全率、 查准率都将有很大提高。 2 ) 便于用户对信息内容做出判断。元数据对信息进行了准确、完整的描述，用户 不必看到信息全文，即可根据元数据对信息内容做出基本判断，作为利用的参考。 3 ) 便于保证信息的有效性和可用性。元数据可以描述信息的产生环境、数据格式、 编码方式等属性，帮助用户读出信息内容。 4 ) 提供信息真实性鉴定依据。元数据可以记录信息数据的历史过程，如信息的产 生、处理过程、修改过程等信息，为真实性鉴定提供依据。 5 ) 便于保证信息的完整性。通过记录与其它资源的关系，对某些缺少文本的数据， 1 5 第二章领域分析与建模 如图像、声音等进行文字说明。 2 4 2 油田企业元数据 油田企业涉及到的数据一般有以下特点：数据量大、数据关联复杂及数据分布在各 基层部门。元数据的精髓就是要用尽可能少而精的数据反映对象尽可能多而全的信息。 因此，油田企业的元数据标准化是十分有必要的。 构建油田企业元数据前，首先要将企业海量的信息资源进行元数据分类。分类应该 可以使用户能够从众多的元数据中找出相关的元数据，同时还能方便对元数据的数据管 理分析，并且能够通过继承使得原来不能完整表达的语义内容得以表达。根据上述标准， 可以将油田企业元数据分为企业核心元数据、企业部门公共元数据和领域元数据三类 【2 1 1 。 企业核心元数据是描述油田企业的信息资源所必需的