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云技术在油田数字化中的应用
云计算及其在油田数字化中的应用
摘要云计算是一种新型的信息资源管理和计算服务模式，在网格计算的基础之上发展而来，它具有。
本文就云计算在先介绍数字油田和云计算的概念，并综述了云计算的相关关键技术、数字油田的发展现状及云计算技术在油田数字化过程中的应用现状。
最后阐述了云计算技术给油田企业带了数据共享的高效快捷和资源的优化配置效率的提高。
1前言
随着油田数字化进程的推进，油田企业已经开发建设了大量的信息系统和数据库，由于油田企业的分属不同，造成了这些系统和数据之间的孤岛现象。
而多数系统之间存在着功能的重复，数据不能共享。
同时在数字化的硬件方面，多数服务器资源利用率不高，不能同意管理，有效的分配这些服务器的运算资源。
云计算是一种新型的信息资源管理和计算服务模式，是分布式、并行计算和网格计算的发展。
云计算可将分散的计算、存储、服务资源有机地整合起来管理和服务，使这些计算资源得到更合理的分配，同时也解决了孤立数据间的共享问题。
这些优点，使得云计算在油田数字化过程能得到广泛的应用空间。
2相关概念
2.1数字油田的概念
数字油田的概念源于数字地球。
从广义角度看，数字油田是全面信息化的油田，即指以信息技术为手段全面实现油田实体和企业的数字化、网络化、智能化和可视化；从狭义角度看，数字油田是一个以数字地球为技术导向、以油田实体为对象、以地理空间坐标为依据、具有多分辨率、海量数据和多种数据融合、可用多媒体和虚拟技术进行多维表达、具有空间化、数字化、网络化、智能化和可视化特征的技术系统，即，一个以数字地球技术为主干，实现油田实体全面信息化的技术系统。
在国内数字油田的内涵通常包括以下几个方面：
数字油田是数字地球模型在油田的具体应用，数字油田是油田自然状态的数字化信息虚拟体，数字油田是油田应用系统的集成体，数字油田是企业的数字化模型，数字油田是数字化的企业实体，数字油田的能动者是数字化的人。
2.2云计算概念
随着云计算的发展，其标准已超出了国际标准化组织，很多专家学者从不同方面给予云计算的不同定义，要给出一个精准的定义，恐怕比较困难。
通过以下几个较权威的机构给出概况，可以从另方面来反映出什么是云计算。
美国国家技术与标准局（NIST）信息技术实验室所给出的云计算定义：
云计算是对基于网络的、可配置的共享计算资源池能够方便的、随需访问的一种模式。
这些配置的共享资源计算池包括网络、服务器、存储、应用和服务。
并且这些资源池以最小化的管理或者通过与服务提供商的交互可以快速地提供和释放。
这样的云模式提升了可用性并且具有按需自助服务、无所不在的网络访问、划分独立资源池、快速弹性和服务可计量五个特征,同时包括云基础设施作为服务（IaaS）、云平台作为服务（PaaS）和云软件作为服务（SaaS）3种交付模式。
IBM的技术白皮书“CloudComputing”[]中的云计算定义：
云计算一词用来同时描述一个系统平台或者一种类型的应用程序。
一个云计算的平台按需进行动态地部署（provision）、配置（configuration）、重配置（reconfigure）、以及取消服（deprovision）务等。
它可以：
托管多种不同的工作负载，包括成批的后端作业和面向用户的交互式应用程序；通过快速提供虚拟机器或物理机器，迅速部署和增加工作负载；实时监控资源使用情况，在需要时重新平衡资源分配。
通过以上两个定义总结出：
云计算是通过将硬件、软件和数据进行整合并以服务的方式通过网络发布，这样就屏蔽了底层的软硬件实现细节，使得所有能连接网络的用户可以方便的接入云平台使用计算资源。
3数字油田发展的现状
数字油田源于1998年美国前副总统戈尔提出的数字地球概念，并迅速得到BP、壳牌、斯伦贝谢、雪佛龙、挪威Hydro等全球的石油公司、技术服务公司以及能源咨询服务公司的广泛关注，引发了数字油田技术研究热潮的兴起。
2000年剑桥能源研究会，组织了一个全球范围内的多用户研讨会，议题是“数字油田——新一代油藏管理技术”，会后发布的研究报告对数字油田技术将会给石油工业带来的影响、作用给予了高度评价；美国石油工程师协会继1999年的“智能井技术”论坛后，在2005年的年度技术会议和展览上进行了“数字能源”专题讨论，并于2006年4月在阿姆斯特丹举行了智能井能源技术会议，5月在中国澳门举办了“智能油田的未来”论坛；2006年7月由斯伦贝谢公司主办的以“迈向数字化油田的通途”为主题的“2006中国论坛”在厦门召开。
至此，“数字油田”已成为21世纪石油和相关业界谈论的热门话题，国外关于“数字油田”的文献已经很多，同时这些文献中也有大量的案例研究显示了数字油田的潜在和实际价值。
“数字油田”已经从初期的仪器、仪表和监测的数字化发展成衔接现场作业和各业务部门作业的闭环工作流程。
通过这些业务流程的无缝衔接，数字化油田的全部潜能将不断得以发挥和实现。
从1999年大庆人创造性地提出了“数字油田”的概念开始，数字油田成为了全球石油企业信息化建设的目标。
数字油田是全面信息化的油田，在数字油田阶段，其核心内涵包括数字盆地、数字油藏、数字地面工程、数字化经营等将得以实现，困扰国内油田的勘探开发一体化、地上地下一体化等业务流程整合问题也将得以解决，油田企业将进入一个生产、科研、经营以及员工生活环境等全面数字化的新时代。
根据雪佛龙公司的分级系统，数字油田的升级换代经历四个层次，即在完善油田信息化建设的基础上，依次经历实时监测、实时分析、实时优化和经营模式变革阶段。
而迄今为止，世界上大多数数字油田远未达到第四个层次。
4云计算的发展现状
美国将云计算技术和产业定位为维持国家核心竞争力的重要手段之一，在制定的一系列云计算政策中，明确指出加大政府采购，积极培育市场。
通过强制政府采购和指定技术架构来推进云计算技术进步和产业落地发展。
例如，美国军队（空军、海军）、司法部、农业部、教育部等部门都已应用了云计算服务。
美国历届联邦政府都将推动IT技术创新与产业发展作为国家的基本政策，在2011年出台的《联邦云计算战略》中明确提出鼓励创新，积极培育市场，构建云计算生态系统，推动产业链协调发展。
欧盟委员会在2012年9月启动“释放欧洲云计算潜力”的战略计划，包括筛选和精简众多技术标准、为云计算服务制定安全和公平的标准规范等，同时明确市场政策，确立欧洲云计算市场，促使欧洲云服务提供商扩大业务范围并提供性价比高的在线管理服务。
英国政府在2013年为13个研发项目拨款500万英镑，以应对阻碍云计算应用的商业和技术挑战。
这13个项目的研究重点在于开发相关的系统、服务和软件，帮助解决云服务缺乏互操作性、数据恢复能力和身份验证这三项挑战，提高云服务的安全性。
澳大利亚政府信息管理办公室（AGIMO）在2011年发布《澳大利亚政府云计算政策：
最大化云计算的价值》的文件，并在2013年5月更新和发布了该文件的2.0版，该文件对政府部门使用云计算服务提供了指导，包括云计算相关法律、财政支持、安全规范等。
2013年，AGIMO发布《公共服务大数据战略》，该战略以六条“大数据原则”为支撑，旨在推动公共行业利用大数据分析进行服务改革，并制定更好的公共政策。
澳大利亚新南威尔士州出台与云服务相关的政策，以利用更加灵活可靠的技术来改善政府的运作和服务，节约运营成本。
韩国在2011年制定了《云计算全面振兴计划》，其核心是政府率先引进并提供云计算服务，为云计算开发国内需求。
韩国通信委员会的报告指出，2010年至2012年，韩国政府投入4158亿韩元预算来构建通用云计算基础设施，将利用率低下的电子政务服务器虚拟化，逐步置换成高性能服务器，并根据系统服务器资源使用量实现服务器资源的动态分配。
日本经济产业省2010年8月发布《云计算与日本竞争力研究》报告，鼓励和支持包括数据中心和IT厂商在内的云服务提供商利用日本的IT技术等优势，通过分析云计算的全球发展趋势，解决云计算发展过程中的挑战性和关键性问题。
亚马逊网络服务（AWS）推出了其桌面即服务（DaaS）WorkSpaces，进一步扩展其云生态系统。
每个桌面都需要CPU、内存、存储、网络及GPU，而AWS提供了这些资源。
在PaaS领域，亚马逊宣布EMR支持Impala之后，更推出了流计算服务Kinesis。
思科与VMware合作推出DaaS产品，该产品利用思科ValidatedDesign框架整合VMware最近收购的Deskone技术为用户提供VDI服务。
微软在2013年推出CloudOS云操作系统，包括WindowsServer2012R2、SystemCenter2012R2、WindowsAzurePack在内的一系列企业级云计算产品及服务。
WindowsAzure是云服务操作系统，可用于AzureServices平台的开发、服务托管以及服务管理环境。
WindowsAzure为开发人员提供随选的计算和存储环境，以便在Internet上通过Microsoft数据中心来托管、扩充及管理Web应用程式。
IBM在2013年推出基于OpenStack和其他现有云标准的私有云服务，并开发出一款能够让客户在多个云之间迁移数据的云存储软件——InterCloud，并正在为InterCloud申请专利，这项技术旨在向云计算中增加弹性，并提供更好的信息保护。
IBM在2013年12月收购位于加州埃默里维尔市的Aspera公司。
在提供安全性、宽控制和可预见性的同时，Aspera使基于云计算的大数据传输更快速，更可预测和更具性价比，比如企业存储备份、虚拟图像共享、或者快速进入云来增加处理事务的能力。
FASP技术将与IBM最近收购的SoftLayer云计算基础架构进行整合。
甲骨文公司宣布成为OpenStack基金会赞助商，计划将OpenStack云管理组件集成到OracleSolaris、OracleLinux、OracleVM、Oracle虚拟计算设备、Oracle基础架构即服务（IaaS）、OracleZS3系列、Axiom存储系统和StorageTek磁带系统中。
并将努力促成OpenStack与Exalogic、Oracle云计算服务、Oracle存储云服务的相互兼容。
OpenStack已经在业界获得了越来越多的支持，包括惠普、戴尔、IBM在内的众多传统硬件厂商已经宣布加入，并推出了基于OpenStack的云操作系统或类似产品。
惠普在2013年推出基于惠普HAVEn大数据分析平台的新的基于云的分析服务。
惠普企业服务包括大数据和分析的端对端的解决方案，覆盖客户智能、供应链和运营、传感器数据分析等领域。
苹果iCloud是美国消费者使用量最大的云计算服务。
苹果公司在2011年就推出了在线存储云服务iCloud。
在2013年8月，戴尔公司云客户端计算产品组合全新推出DellWyseThinOS8固件和DellWyseD10D云计算客户端。
依托DellWyse，戴尔可为使用Citrix、微软、VMware和戴尔软件的企业提供各类安全、可管理、高性能的端到端桌面虚拟化解决方案。
美国AT&T公司为企业提供了可按需灵活配置的云计算服务，可根据用户需求对安全、控制和性能进行组合配置。
包括以服务的形式提供平台或计算能力、虚拟化等。
云计算及跨平台IT管理供应商CATechnologies在2013年11月推出针对Systemz的CA云存储技术，通过备份数据并将数据存档到云中，来帮助客户降低存储IBM大型机（IBMSystemz）上处理数据的成本。
推出开源云计算平台OpenStack的Rackspace公司在2013年10月收购以色列云技术公司ZeroVM。
ZeroVM拥有专门为云而设计的hypervisor产品，该产品的设计兼顾了云计算的优势和局限性。
信息通讯技术服务供应商富士通于2013年4月在日本推出基于云计算的供应链风险管理服务SCRKeeper，用于高效准确评估和管理供应商的业务持续能力。
2012年5月，工业和信息化部发布《通信业“十二五”发展规划》，将云计算定位为构建国家级信息基础设施、实现融合创新的关键技术和重点发展方向。
2012年9月，科技部发布首个部级云计算专项规划《中国云科技发展“十二五”专项规划》，对于加快云计算技术创新和产业发展具有重要意义。
我国云计算基础产品与操作系统技术方面取得显著进展。
在云计算基础产品方面，我国已经突破EB级存储系统软、硬件技术和支持亿级任务并发处理的服务器系统技术。
同时，互联网企业在大规模云计算操作系统方面取得突破，包括弹性计算系统、分布式计算系统、结构化数据存储系统和开放存储系统等。
2013年工业和信息化部正积极开展云计算综合标准的制定工作。
在梳理现有各类信息技术标准的基础上制定新的云计算标准，修订已有的标准，建设形成满足行业管理和用户需求的云计算标准体系。
北京云基地的建设。
作为云计算、大数据时代基础设施的建设者和创新者，云基地各创业企业的产品和服务涵盖云计算各个环节，包括服务器、模块化数据中心、瘦终端等硬件产品的设计和生产，云中间件、云管理平台、桌面虚拟化等基础软件研发；大数据、智能知识库、分布式计算等应用软件，以及定制化云计算解决方案，构成完整的上下游和中间平台完备的云生态产业链。
上海市在2010年8月颁布推进云计算产业发展行动方案，即“云海计划”，“上海市云计算产业基地”在上海市北高新技术服务业园区落户。
深圳市将云计算作为“智慧深圳”的重要支撑纳入深圳市“十二五”发展规划。
深圳云计算国际联合实验室在2011年4月正式揭牌，该实验室是深圳云计算产业协会联合英特尔、IBM、金蝶等国内外相关企业创建的专业性技术与应用研发实验室。
深圳云计算中心在2012年1月完成验收。
杭州云计算产业园在2011年10月开园，形成以“技术创新、人才创新和运作模式创新”为支撑的云计算产业创新体系，打造云计算产业集聚区。
杭州湾云计算（西湖云公共服务平台）是全国首家利用云计算技术服务于电子商务产业的政、产、学、研一体的公共服务平台。
无锡城市云计算中心在2013年8月正式启用，作为国内首个物联网云计算中心，无锡城市云计算中心大量使用自主知识产权的产品、技术和国产设备，有效保障了云服务的“安全、自主、可控”。
该中心现已为无锡电子政务、物联网、移动互联网等关键应用提供云计算服务，逐渐形成开放的城市云生态体系。
哈尔滨市提出以“发挥政府引导作用，以电子政务建设为切入点，大力推进云计算技术应用，以应用带市场、以应用促招商、以应用谋发展”的工作思路，确定了“通过利用政府资源，实施云计算应用示范工程，培育和引进一批云计算骨干企业，形成一批自主知识产权的核心技术和拳头产品，实现一批在全国具有示范意义的典型应用”的工作任务。
曙光公司、NVIDIA公司、思杰公司在2014年1月共同合作推出基于GRID和CitrixXenDesktop技术的图形云计算产品——“云图”（W760-G10）,解决了GPU硬件虚拟化的技术难题，这是我国首款真正意义上的专用图形云计算产品。
阿里云于2013年12月在“飞天”平台之上启动一系列举措。
包括低门槛入云策略、一亿元扶持计划、开发全新开发者服务平台等多项内容。
从产品、价格、服务以及第三方合作等多个角度，打破传统商业模式，以用户第一的思维，创新云服务，构建更加健康的云计算生态圈。
2013年10月，阿里云推出“飞天5K集群”项目，取得技术上的重大突破，拥有了只有Google、Facebook这样的顶级技术型IT公司才能达到的单集群规模达到5000台服务器的通用计算平台。
XX在2011年9月正式开放其云计算平台，在云计算基础架构和海量数据处理能力已较为成熟，将陆续开放IaaS、PaaS和SaaS等多层面的云平台服务，如云存储和虚拟机、应用执行引擎、智能数据分析和事件通知服务、网盘、地图、帐号和开放API等。
XX云OS是云和端结合的通用性平台，以个人为中心来组织数据和应用，形成产品研发的统一、落地终端的统一、运营渠道的统一。
云OS提供网页App化的功能，还将支持新型的WebApp。
浪潮集团已形成涵盖IaaS、PaaS、SaaS三个层面的云计算整体解决方案服务能力，建立包括HPC/IDC、媒体云、教育云等跨越十余个行业的云应用并成功在非洲、东南亚等地区进行推广。
通过承担“高端容错”和“海量存储”两个国家863计划重大专项，“浪潮天梭K1关键应用主机”和“浪潮PB级高性能海量存储系统”均通过国家验收，并已成功在金融、税务等核心领域部署。
在2013年，浪潮发布了其全新升级的云数据中心操作系统云海OSV3.0，该产品基于开放、融合的技术理念，能够帮助用户从孤立低效的传统数据中心向智能高效的云数据中心转变。
华为公司秉承开放的弹性云计算的理念，如推出了FusionCloud云战略，提供云数据中心、云计算产品、云服务解决方案。
“ICT软硬件基础设施、顶层设计咨询服务和联合第三方开发智慧城市应用”是华为企业业务的三个主要方向，在云数据中心的基础上，实现“云-管-端”的分层建设，打造可以面向未来的城市系统框架。
华为在2013年的应用案例，如天津LTE政务网（可为政府、公安等行业用户提供），采用的是华为基于TD-LTE技术的方案，直接支持数据、视频业务，并为未来专业集群、应急通信车等提供资源预留。
腾讯公司在2013年9月宣布腾讯云生态系统构建完成，将借助腾讯社交网络以及开放平台来专门推广腾讯云。
联想公司在2013年9月与虚拟化和云基础架构解决方案的领导厂商VMware共建的“联想威睿技术联合实验室”正式落成，将在服务器虚拟化、桌面虚拟化、云计算数据中心建设、基础架构管理与运维、数据容灾等技术领域进行合作，共同开发适合我国客户的解决方案。
中国移动在2013年发布“大云”2.5版本，实现从私有云向混合云性质转变，系统容量也从小规模试点发展到规模化商用，而在应用方面，也从原来的边缘性业务渗透到了关键核心业务中。
易云捷讯在2013年10月成功发布易云云操作系统最新版本EayunOS3.2,标志着国内首款基于OpenStack的商业化云计算平台成功落地。
易云云操作系统提供包括服务器虚拟化、网络虚拟化、存储虚拟化、大数据存储以及云服务运营在内的平台级整体解决方案。
5、云计算关键技术
按需部署是云计算的核心。
要解决好按需部署，必须解决好资源的动态可重构、监控和自动化部署等，而这些有需要以虚拟化技术、高性能存储技术、处理器技术、高速互联网技术为基础。
所以云计算要特别注意研究资源的动态重构、自动化部署、资源监控、虚拟化技术、高性能存储技术、处理器技术等。
下面将从其体系结构上简要介绍云计算的关键技术。
5.1虚拟化技术
虚拟化是实现云计算的最重要的技术基础，虚拟化技术实现了物理资源的逻辑抽象和统一表示。
通过虚拟化技术可以提高资源的利用率，并能够根据用户业务要求的变化，快速、灵活地进行资源部署。
虚拟化是一个宽泛的技术术语，是指将计算资源或计算环境加以抽象。
虚拟化提供一个平台将物理计算资源逻辑化后呈现给其上运行的操作系统。
这样可以使多个操作系统同时共享一个物理计算机设备，且认为自身还拥有对物理设备的独立控制权。
虚拟化还会修改物理资源的某些真实属性，将其转变成一个通用的逻辑资源呈现给操作系统。
换句话说，虚拟化技术就是将具体的技术特性加以封装影藏，对外提供统一的逻辑接口，从而屏蔽物理设备的多样性带来的差异。
5.2并行编程模型
为了使用户能更轻松地享受云计算带来的服务，让用户能利用编程模型编写简单的程序来实现特定的目的，云计算上的编程模型必须十分简单。
必须保证后台复杂的并行执行和任务调度向用户和编程人员透明。
MapReduce是Google开发的Java、Python、C++编程模型，它是一种简化的分布式编程模型和高效的任务调度模型，用于大规模数据集（大于1TB）的并行运算。
严格的编程模型使云计算环境下的编程十分简单。
MapReduce模式的思想是将要执行的问题分解成Map（映射）和Reduce（简化）的方式，先通过Map程序将数据切割成不相关的区块，分配（调度）给大量计算机处理，达到分布式运算的效果，再通过Reduce程序将结果汇整输出。
5.3海量数据分布式存储技术
为保证高可用、高可靠和经济性，云计算采用分布式存储的方式来存储数据，采用冗余存储的方式来保证存储数据的可靠性，即为同一份数据存储多个副本。
另外，云计算系统需要同时满足大量用户的需求，并行地为大量用户提供服务。
因此，云计算的数据存储技术必须具有高吞吐率和高传输率的特点。
云计算系统由大量服务器组成，同时为大量用户服务，因此云计算系统采用分布式存储数据，用冗余存储的方式保证数据的可靠性。
云计算系统中广泛使用的数据存储方式是Google的GFS和Hadoop团队开发的GFS的开源实现HDFS。
5.4海量数据管理技术
云计算需要对分布式的、海量的数据进行处理、分析，因此，数据管理技术必须能够高效地管理大量的数据。
云计算系统中的数据管理技术主要是Google的BT（BigTable）数据管理技术和Hadoop团队开发的开源数据管理模块HBase。
BT是建立在GFS、Scheduler、LockService和MapReduce之上的一个大型的分布式数据库，与传统的关系数据库不同，它把所有数据都作为对象来处理，形成一个巨大的表格，用来分布式存储大规模结构化数据。
5.5云计算平台管理技术
云计算资源规模庞大，服务器数量众多并分布在不同的地点，同时运行着数百种应用，如何有效地管理这些服务器，保证整个系统提供不间断的服务是巨大的挑战。
云计算系统的平台管理技术能够使大量的服务器协同工作，方便地进行业务部署和开通，快速发现和恢复系统故障，通过自动化、智能化的手段实现大规模系统的可靠运营。
6云计算在油田数字化中的应用现状
目前，数字油田技术在油田企业的上、中、下游业务中得到了广泛的应用。
但是由于数字油田技术的不断发展、信息系统在持续建设，前期的数字化建设的投资、架构等，都是为了满足满足某一个阶段的需求，随着油田物联网建设和数字化的展开，对数据安全、运算能力、存储能力等方面提出了更高层次的要求，目前的架构及规模已经不能满足要求[]。
通过油田企业云，能过把各个独立的系统和分布部署的硬件整合起来，实现基础设施、信息资源、关键应用的状态监控、动态资源调配等有效的管理，有利于消除信息应用的安全隐患。
2011年，中石油将构建云平台纳入了中石油的“十二五”发展规划[]。
油田企业从上到下，各个信息系统的建设、运营、维护单位，都是开始围绕这个目标努力。
2008年，大港油田开始尝试应用云计算，2009年开始服务器虚拟化和存储虚拟化，形成大港油田共享的基础设施云，不仅可以动态共享，而且提高基础设施的利用率，并且通过集群与虚拟化的结合，实现关键系统的高可用支持。
2009年，大庆油田勘探开发研究院便开始在内部展开技术探讨，对其核心业务系统实现虚拟化应用的可行性进行详尽的评估。
8结束语
云计算具有广阔的发展前景，相关的各项关键技术也在迅速的发展。
云计算中的海量数据存储服务技术实现了地域间分属企业之间的信息交换，决绝了油田企业信息孤岛的问题，是各个企业有机地组合起来，即形成了资源共享，也提高了资源的优化配置效率。
同时，云计算也可以实现服务器利用率的最大化，不仅使不同应用程序之间的虚拟化成为可能，而且将资源的共享变得高效快捷。
最后，云计算以服务的方式，解决了现有油田数字化过程中各种信息系统功能间的重复、数据不兼容的问题。
未来，云计算技术在油田的数字化进程中能发挥更大的作用。
参考文献
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