基于业务模型的油气勘探开发数据标准体系设计.pdf

东 北 石 油 大 学 学 报 J OURNAL OF NORTHEAS T PETROLEUM UNI VERSI TY 第 3 8卷 第 4期 2 0 1 4年 8月 go 1 ．38 No ． 4 Au g． 201 4 基于业务模型的油气勘探开发数据标准体系设计 肖 波 ，文必龙。 ，邵 庆。 1 ．成都理工大学 能源学 院， 四川 成都6 1 0 0 5 9 ； 2 ．中国石油化工股份有限公司 信息系统管理部 ， 北京1 0 0 0 0 5 3 ．东北石油大学 计算机与信息技术学院 ， 黑龙江 大庆 1 6 3 3 1 8 摘要 石油工业信息标准 中， 数据技术标准 占很大的比例 ， 但 大量的数据技术 标准之 间缺少 协调一致 的机制． 采用 综合标准化方法 ， 提 出由业务层和系统层标准构成的石油数 据标准 体系架构． 在业务层 ， 以业务模 型为核 心集成业务 层 的数据标准 ； 在系统层 ， 按数 据的生命 周期 ， 设计数据 的采集 、 传输 、 存储 、 管理 、 服务 和应 用等系列标准 ． 采用模型驱动 的 思想 ， 实现业务层与系统层之间标准的衔接， 并用元模 型对 系统层不 同数据标准进行 统一描述 、 统一 管理， 形成一个 可高 度集成 的石油数据技术标准体系． 关键词 综合标准体 ； 业务模型 ；数据标准 ； 模型驱动 ；元模型 中图分类号 TP 3 1 1 文献标识码 A 文章编号 2 0 9 54 1 0 7 2 0 1 4 0 40 0 8 6 0 6 0 引言 在石油工业信息标准 中， 数据标准 占绝大多数． 以石油行业标准为例， 当前石油信息行业标准共发布 3 7 项标准 ， 其中数据类标准为 2 9项． 随着数字油田、 智能油田建设的深入 ， 系统规划或设计油气勘探开发 数据标准体系成为石油工业信息标准化方法研究的重点． 景瑞林[ 1 ] 提出以业务流、 数据流为主线索 ， 进行调研和分析的石油天然气勘探开发数据标准体系研究 方法， 梳理源头数据和代码体系， 设计数据元和元数据 、 分类与编码 、 源点信息采集 、 业务模 型、 图形格式、 数据交换标准等标准分类． 赵丰年等l_ 2 结合石油勘探开发数据采集 、 管理与服务 ， 从技术和管理方面及数 据元、 元数据和管理标准 3个维度建立石油勘探开发数据标准模型． 王辉等l 3 ] 提 出 F OL数据标准体系， 从 数据标准内容的扩展性方面， 按照固定 F i x e d 、 开放 Op e n 和本地化 L o c a 1 3个层级进行油 田数据标准 体系设计 ， 有效解决数据标准的适用性问题． E n e r g i s t i c s 从数据操作角度提出数据模型、 数据存取 、 数据交 换 、 数据服务等系列石油数据标准_ 4 ] ．为了描述数据标准 ， Z c o l l e c t i o n定义资源集合组织、 检索开发框架 ， 该框架有 良好的框架结构和可扩展性 ， 能够很好地描述集合、 对象 ， 以及它们之间关系的元数据 ] ． 这些 研究虽然从各 自的角度提出定义和管理数据标准化框架， 但过于单一 ， 难 以形成系统化的、 严谨 的体系架 构． 综合标准化方法具有综合性、 成套性 、 整体协调性等特点_ 7 ] ， 对系统化地设计数据标准体系具有参考 价值 ． 笔者在总结中国石化数据标准制订过程的技术和经验基础上 ， 采用综合标准化方法的思想 ， 提出基于 业务模型的数据标准体系， 设计数据标准综合体和油气勘探开发数据标准框架 ； 提出油气勘探开发的业务 模型 ， 将数据标准的各个 内容集成到业务模型的各个单元 ； 给出面 向数据集成的模型驱动架构 ， 实现业务 层 与系统 层之 间标 准 的衔接 ． 1 基于综合标准化的数据标准架构 油 田信息系统建设是一个复杂的系统工程， 石油数据标准体系应与油田信息系统架构保持一致 ， 标准 之间达到高度协调 ， 因此， 石油数据标准体系应该有一套成熟 的方法． 在传统标准化 中， 特别是在政府直接 管理标准化时， 由于受上下机构的影响 ， 存在“ 多而散” 的特点， 要求必须采用新 的方法综合标准化． 收稿 日期 2 0 1 4 0 52 3 ； 编辑 刘 丽丽 基金项目 国家科技重大专项 2 0 1 I Z X 0 5 0 2 3 0 0 5 一O 1 2 作者简介 肖 波 1 9 6 3 一 ， 男 ， 博士 ， 高级工程师 ， 主要从事油 田企业信息技术方面的研究 8 6 第 4 期 肖 波等 基于业务模 型的油气勘探 开发数据标准体系设计 综合标准化是为了达到确定 的 目标 ， 运用系统分析方法， 建立标准综合体 ， 并贯彻实施 的标准化 活 动 ] ． 它建立标准综合体的 目的是为了实现总体优化 的 目标． 标准综合体 的构建可 以采用两种方式 一 种按 系统组 成 结构 ， 如产 品构成 、 数 据体 系 结构 ； 另一 种是 系 统的 活动 流程 ， 如生产 流程 、 数 据流 程． 按 照油 气勘探开发数据体系结构建立的勘探开发数据标准综合体见图 1 ， 在业务层按专业划分数据标准 ， 在系统 层按不同层级的数据库进行划分数据标准． 从数据生命周期 角度建立勘探开发数据标准综合体 见图 2 ， 在业务层按数据表现形式定义数据标准， 在系统层按数据在系统内部存在方式定义数据标准． 综合图 1和 图 2的标准综合体 ， 得到勘探开发数据标准框架 见图 3 ． 业务模型标准 业务层 固 茵 函 菌 酋 。因 系统层 数堡 型拯选 图 1 基于数据体 系结构 的数据标 准综合体 Fi g ．1 Th e da t a s t a nd a r d c o mpl e x ba s e d 0n da t a a r c hi t e c t ur e 宣姓篁 些规程 数据 图 形标准 分析指 标体系 数据报 表体系 甩户数 量塑盥 图 2 基于数据生命 周期 的数据标准综合体 Fi g ． 2 Th e d a t a s t a n d a r d c o mp l e x b a s e d o n d a t a l i f e c y c l e 油气勘探开发数据标准 业务层标准 业 务 模 型 标 准 资 料 管 理 规 程 数 据 图 形 标 准 分 析 指 标 体 系 数 据 报 表 体 系 用 户 数 据 视 图 系统层标准 数 据 模 型 标 准 数 据 采 集 规 程 数 据 交 换 标 准 数 据 管 理 标 准 数 据 服 务 标 准 C 数 据 标 准 图 3 勘探开发数据标 准框 架 F i g ． 3 Th e d a t a s t a n d a r d f r a m e wo r k f o r p e t r o l e u m e x p l o r a t i o n a n d p r o d u c t i o n 两 个数 据标 准综 合体 将数 据标 准分 为业 务层 和 系统 层 ． 数 据采 集 和应 用 是联 接 业 务层 和 系统层 的两 个关键接 口． 数据标准综合体的结构存在问题 1 业务层面 的各数据标准的关联 ； 2 业务层与系统层之 间标准 的衔接 ； 3 系统层的各数据标准之间的集成． 这些问题是实现勘探开发数据标准之间相互协调 、 集 8 7 东北石油大学学报 第 3 8卷2 O 1 4年 成为一个有机整体的关键． 因此 ， 提出油气勘探开发业务模型和数据集成 的模型驱动架构 ， 其 中业务模型 用来集成业务层的数据标准 ； 模型驱动架构用来集成业务层与系统层 ， 并对系统层数据标准进行集成化管 理 ． 2 油气勘探开发业务模型 业务模型 B u s i n e s s Mo d e 1 是一种通过定义组成活动及活动之间逻辑关系描述企业经营生产过程 的 模型． 油气勘探开发业务建模是将石油勘探开发生命周期中涉及的业务抽象为一个完整的业务功能结构 ， 在系统地 、 本质地 、 概括地抽象勘探开发功能结构的同时， 还要建立每一个业务功能相关 的数据 、 知识 、 软 件等的关联关系_ 9 ] ． 业务分析与建模过程从形式上可分为 4个阶段 一是业务领域划分； 二是分业务领域建模 ； 三是业务 模型集成； 四是业务模型标准化． 业 务模 型采用 “ 业务 域一 业务 分类 一业 务 活动” 三层 结构 见 图 4 ． 由 图 4可 以看 出 ， 将 油 气勘 探 开 发 所有业务划分为多个业务域 ， 每个业务域建立多级业务分类 ， 每个分类中定义一个或多项最基本 的业务活 动 ． I 油气勘探开 ● ● 发业务模型 - - l l 腑 t』 拯 l l 油 气 藏 一 ． 婵 l l _ ．1 工 程 l 油 藏 工 程 l 保 坟 术 计 ．，艽 _ _ 1 井 筒 工 程l J 勘 探 地 -- 1 方 案 设 计 l 油 层 保 护 室 内 ] 质 研 究 I 地 面 工 程 I 油 层 保 护 I - 1 评 价 实 验 研 究 l 综 合 研 究 方 案 设 计 r 1 方 案 设 计 l t _ _ J 开 发 方 I I 油 层伤害 -4油 气 生 产l l 案 设 计 I 采 油 工 程 _J ‘ - 1 因 素 分 析 l开发地 _ 1 方 案 设 计 -4 地 面 工 程l - 1 质 研 究 U经 济 评 价 l 油 层 保 护 _ l j L 1 投 资 概 算 l 蜘 剖 l l - _ 1 分 析 化 验l 1 与 部 署l j L 、、 ， 一 j Y 、 业务域 。 业务分类 。 业务活动 业务单元 图 4 油气勘探开发 业务模型 的体 系构 架 Fi g ． 4 Th e a r c h i t e c t u r e o f b u s i n e s s mo d e l f o r p e t r o l e u m e x p l o r a t i o n a n d p r o d u c t i o n 业务域 B u s i n e s s D o ma i n 是对企业 中的一些主要业务活动领域 的抽象， 而不是现有机构部门的照 搬． 对油田业务域 的划分可 以根据某一主题进行． 业务领域的划分原则 1 根据专业划分业务领域 ； 2 根 据油气 田勘探、 开发生命周期划分业务领域； 3 根据油气 田勘探 、 开发管理阶段划分管理业务域． 业务领 域的划分参照三种原则 ， 尽量符合油气田勘探 、 开发管理的约定俗成的管理 习惯 ， 做到不 同业务域间的业 务不重复 ， 并保证能覆盖所有的勘探 、 开发业务． 因此 ， 将油气勘探开发业务领域划分为“ 物化探” 、 “ 井筒工 程” 、 “ 分析化验” 、 “ 综合研究” 、 “ 油气生产” 、 “ 地面工程” 等六大业务领域． 业务是由一系列业务活动组成 的， 对业务活动的描述按照“ 6 W” 模式进行 9 ] ， 即活动是由谁 wh o 发 起的、 在什么时间 Wh e n 发起 的、 在哪里 Wh e r e 发起 的、 为什么 wh y 要发起这个 活动 、 在这个活动中 都涉及到哪些 Wh i c h 对象、 这些对象的特性是什么 Wh a t ． 采用业务单元定义参 与业务活动的基本元 素及元素之间的关系． 一个业务单元包括八类元素 1 个业务活动 、 该活动作用的 1个业务对象、 实施该活 动的组织机构 、 1组结果对象 输 出 、 1组参与对象 输入 、 业务规则、 相关对象的特性和对象之间的关系 见图 5 ． 圈 圆 圈 圆 圈 第 4期 肖 波等 基于业务模型 的油气勘探开发数据标准体系设计 业务单元中， “ 特性” 定义业务活动需要的 ． ⋯ ． 数据、 业务活动相关的知识， 是数据规划梳理 j 的重点； “ 参与对象” 包括各种人员、 软件、 数 ； 据 、 设施、 材料 和方法等 ； “ 作用 对象” 包括 区 块、 油藏、 井、 层位、 油田和企业等； “ 结果对象” 业 ； 可以是油井等油 田实物对象 ， 也 可以是文档 、 赍 方法和研究成果等技术性对象． ； 基于“ 6 W” 的业务模型的建模通过在统一 则 的业务域分类架构下， 对单一业务活动的业务 i 单元进行 描述 ， 没有进 行专 门 的业 务 流程梳 理 ； 由于业务单元 中描述业务活动参与对象与 结果 对 象 ， 即定 义 活 动 的输 入 与 输 出 ， 以这 些 对象为中介 ， 很容易 自动形成业务流 、 数据 流 和知识流等流程． o 大 活 动 执 行 者 图 5 业务单 元的结构 F i g ． 5 Th e s t r u c t u r e o f b u s i n e s s u n i t 业务 活动 与数 据之 间 的关 系可 以用 “ C UR” 矩 阵描 述． 矩 阵 中 ， 行 对 应业 务 活 动 ， 列 对 应 数 据 元． 如果 业务活动 中创建某一项数据 ， 则行列对应的值标识为“ C ” C r e a t e ； 如果业务活动对数据进行更新 ， 则标识 为“ U” Up d a t e ； 如果 业务 活动 引用 某一 项数 据 ， 则 标识 为“ R ” R e a d ． 对 “ C UR” 矩 阵 ， 可 以检 查某 一 数 据 是否有惟一的创建源头 ， 保证数据源头的惟一性． 根据 C UR关系， 可以自动形成数据流． 除了数据外 ， 业务活动还可与知识 、 软件等关联 ； 通过这些关联， 形成以业务模型为基础的企业标准化 的数据管理、 知识管理和软件服务等信息技术标准化体系． 这里 的业 务模 型是 一种 逻辑 模 型 ， 与 现实 中 的油气 勘探 开发 业务并 不 是一 一对应 的． 一个 实际 的油气 勘探开发业务通常 由一个或多个业务活动组成 ， 因此 ， 可以将业务模型看作是一个标准化的业务活动组件 库． 在将实际工作中的业务与业务模型中的多个业务活动对应起来时， 所需要的数据 、 报表 、 成果、 软件和 方法可 自动推理出来 ， 快速实现数据服务、 知识推送和应用激活等业务支持． 3 面 向数据集成 的模 型驱动架构 所谓模型驱动是指为实现系统 的目标 ， 将系统分为若干个层级 ， 在每一个层级上通过模型描述该层级 上的实体 ， 建立不同层级上模型之间的映射关系． 根据模型间的映射关系 ， 人工或计算机可以完成从源模 型到 目标模型的变换 ， 从而达到系统运行 的目标r 1 ． 在数据的生命周期 中， 每一个环节都可以用相应的模 型进行描述 ， 如数据采集模板 、 数据存储模 型、 数据交换模型等， 解决不同模 型之间的变换 ， 实现数据的流 转 ， 从而解决勘探开发业务中的问题． 为 了实现不 同模型之间的转换 ， MOF定义 4层元数据体系结构 ， 分别用 M0 ～M3表示 M0为信息 层 ， M1为模型层， M2为元模型层 ， M3为元元模型层[ 】 ] ． 按照模型驱动理论 ， 设计面向油气勘探开发数 据集成的模型体系 见图 6 ． 由图 6可以看出， M0指存储在各类数据库 中的具体数据 ， 包括结构化数据和非结构化数据． M1指各种模型． 除数据采集规程 、 数据管理规程和资料管理规程等规范人的操作行为 的标准外， 其 他的数据标准可以采用模型进行定义． 业务模型中， 与业务单元关联的每一种模型都可表达为对数据的需 求， 表达成用户数据视图． 在用户数据视图和逻辑数据模型之间可建立映射关系， 不同结构的物理数据模 型之间也可建立映射关系 ， 映射关系即模型映射字典． 用投影描述逻辑数据模型与物理数据模型之间的转 换， 各种模型转换构成从业务到数据的映射路线口 。 3 ． 为了描述和管理各类模型， 包括业务模型和数据模型， 设计勘探开发元模型 M2 ， 并建立勘探开发元 数据库 ， 业务模型和数据模型以元数据的形式保存在元数据库中， 这些元数据与各模型是等价的． 东北石油大学学报 第 3 8卷2 0 1 4年 元 M 3 匝圃 f 、l．---------．---．------_ _J 型 臣固臣因臣 圃 臣 臣回臣回 信息 MO 屠圄屠 图 6 油 气 勘 探 开 发 数 据 集 成 的模 型 体 系 Fi g ． 6 Th e mo d e l a r c h i t e c t u r e o f d a t a i n t e g r a t i o n f o r p e t r o l e u m e x p l o r a t i o n a n d p r o d u c t i o n 基于元模型 ， 业务模型和各类数据模型有统一的描述方式 ， 因此可 以对模型进行统一的管理[ 1 引， 包括 模型的注册 、 发布、 模型与数据库 的一致性检查 、 模型培训等． 对 已经发布为标准的模型 ， 采用元数据进行 管 理具 有特 点 1 所有标准除发布标准文本外 ， 提供与标准一致的元数据及元数据服务 ， 方便标准的应用 ， 减少标准 应 用 过程 中 由技 术原 因产 生 的不一 致 问题 ． 2 增加采用相同标准的系统间的互操作性和集成性． 由于采用相同元模型和元数据 ， 不同系统之间 可交换和共享元数据 ， 在基于相同元模型的组件间可进行无缝集成． 3 在业务层和系统层之间建立映射关系， 可实现两个不 同层级间数据 的模型驱动． 可将业务层 的数 据操作 自动转换为对系统层的数据操作 ， 业 务层 的应用减少对系统层 的依赖 ， 将系统层的实现方式透 明 化 ， 因此 ， 可提高业务层对数据操作 的灵活性和可扩展性． 4 系统层 的不 同模型之间通过映射， 可实现数据流不同环节的模 型驱动． 通过对源头数据库 、 数据中 心主数据库、 项 目数据库等数据库模型之间建立映射关系， 利用数据迁移工具和数据访问服务可轻松实现 异构数据库间的数据流动和相互访问， 实现异构数据库集成． 模型之间的映射关系可通过人工进行定义 ， 也可以通过数据模型语义进行 自动映射[ 1 ] ． 该标准体系架构在 中国石化得到实际应用 ， 形成 中国石化数据标准体系口 ． 4 结束语 按照综合标准化方法 ， 设计基 于数据体 系结构的和基于数据生命周期管理过程的数据标准综合体 ， 提 出油气勘探开发数据标准体系架构 ， 该体系由业务层和系统层 的标准构成． 以业务模型为基准， 将不 同的 数据标准集成到统一的业务模型， 保证不 同石油专业间数据需求 的一致性． 采用模 型驱动的思想 ， 有效地 实现业务层与系统层之间标准的集成， 采用元模型对不同的数据模型进行统一描述 、 统一管理 ， 形成一个 可高度集成的石油数据技术标准体系． 基于业务模 型的标准体系架构不仅适合于石油勘探开发数据标准体系的设计 ， 同样适合其他石油信 息标准体系的设计． 以石油勘探开发业务模型为基础 ， 开展智能油田标准体系的建设是未来研究的重点． 第 4期 肖 波等 基于业务模型的油气勘探开发数据标准体系设计 参考 文献 Re f e r e n c e s [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 景瑞林 ． 石油天然气勘探开发数据标准体系研究[ J ] ． 标准科学 ， 2 O l 2 ， 4 9 4 4 2 4 6 ． J i n g R u i l i n ．R e s e a r c h o n o i l a n d g a s e x p l o r a t i o n a n d d e v e l o p me n t d a t a s t a n d a r d s y s t e m[ J ] ．S t a n d a r d S c i e n c e ，2 0 1 2 ， 4 9 4 4 2 4 6 赵丰年 ， 曲寿利． 石油勘探开发数据标准体系分析[ J ] ． 石油物探 ， 2 o 1 o ， 4 9 2 1 9 8 2 0 2 ． Z h a o F e n g n i a n ，Qu S h o u l i ．An a l y s i s o f p e t r o l e u m e x p l o r a t i o n d e v e l o p me n t d a t a s t a n d a r d s y s t e m [ J ] ．Ge o p h y s i c a l P r o s p e c t i o n F o r Pe t r o l e u m ，2 01 0， 4 9 2 1 9 8 2 O 2 ． 王辉， 徐鹏 ， 徐金 兰， 等． 基于 F OL方法的数据标 准体系建设 [ J ] ． 石油工业技 术监督 ， 2 0 I 2， 2 8 7 2 9 3 1 ． Wa n g Hu i ，X u P e n g ， Xu J i n l a n ， e t a 1 ．B u i l d in g d a t a s t a n d a r d s y s t e m b a s e d o n me t h o d o f F OL[ J ] ．Te c h n o l o g y S u p e r v i s i o n I n P e t r o l e u m I n d u s t r y ，2 01 2， 2 8 7 2 9 3 1 ． E n e r g i s t i c s ．P OS C E＆ P c a t a l o g u i n g r e f e r e n c e s t a n d a r d s [ E B ／ 0L ] ．h t t p ／ ／ w3 ． e n e r g i s t i c s ． o r g／ e p i c a t ／ e p i c a t ． s h t ml ， 2 0 0 4 --0 2 0 3 ． L i b r a r y o f C o n g r e s s ．Z 3 9 ． 5 0 p r o f i l e f o r a c c e s s t o d i g it a l c o l l e c t i o n s[ E B ／ OL ] ．h t t p ／ ／ www． 1 o c ． g o v ／ z 3 9 5 o ／ a g e n c y ／ p r o f i 1 e s ／ c o 1 1 e c t i o n s ．h t m ，1 9 9 6 0 5～ O 3 ． Me g S we e t ，D a v id Th o ma s ．Ar c h i v e s d e s c r i b e d a t c o l l e c t i o n l e v e l [ E B ／ OL] ．h t t p ／ ／ www ．d l i b ． o r g ／ d l i b ／ s e p t e mb e r 0 0 ／ s we e t ／ 0 9 s we e t ． ht m l ，2 0 0 0。 6 9 ． 董晓媛 ， 赵朝 义， 逢征虎 ， 等． 综合标准化工作指南 GB ／ T 1 2 3 6 6 2 0 0 9 [ M] ．北京 中国标准 出版社 ， 2 0 0 9 ． Do n g Xi a o y u a n ，Z h a o C h a o y i ， P e n g Z h e n g h u ，e t a 1 ．Gu i d e l i n e f o r t h e w o r k o f c o mp l e x s t a n d a r d iz a t i o n GB ／ T I 2 3 6 6 2 0 0 9 [ M] ． Be ij i n g Ch 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