新DMS油田钻井生产信息化管理工程.docx

1、新DMS油田钻井生产信息化管理工程硕士研究生学位论文题目：DMS油田钻井生产信息化管理工程*学 号： A* 系 别： 软件学院 专 业： 软件工程 研究方向： 企业信息化 导 师： 窦文章，任俊 2004年9月版权声明任何收存和保管本论文各种版本的单位和个人，未经本论文作者同意，不得将本论文转借他人，亦不得随意复制、抄录、拍照或以任何方式传播。否则，引起有碍作者著作权之问题，将可能承担法律责任。摘 要DMS（Drilling Management Solution），即油田钻井生产管理信息化工程。随着国际钻井市场竞争的日趋激烈，借助信息科学技术提高管理运作水平和安全生产效率已经成为业内企业的首

2、要任务。本文论述中心是围绕如何以信息化手段提高钻井生产管理水平这一主题，通过对中原油田钻井公司建设钻井生产实时监控指挥调度系统进行工程策划分析，来讨论如何利用先进的信息化管理经验和技术装备来完善钻井生产管理流程，以及如何结合企业的实际情况来建立信息化管理系统，实现对企业钻井生产业务的高效率管理。本文的主要内容是：首先通过调研，对现有钻井生产管理流程的各个环节进行梳理和总结分析，找出其中的问题和不足之处；接下来再探讨如何利用信息化工程，来逐一解决那些传统管理手段下存在的具体问题；然后研究如何利用信息工程技术的优势，在钻井专家系统的支撑下实现新的钻井生产实时监控指挥调度管理流程。按照BRP(企业流

3、程重建Business Process Reengineering)四个关键特征:“显著的(dramatic)，根本的(Radical)，流程(Process)和重新设计(Redesign)”的生产管理改良思路，实现传统管理手段无法实现的高效管理。在技术层面，针对信息化管理的基础，即进行信息化监控调度管理信息系统建设的核心-钻井管理专家系统对数据来源的基本要求：数据完整性和实时性，提出了一个数据交流规划模型及其数据接口的初步规划。在附录中，还对整个系统所涉及到的钻井现场数据采集、卫星通信、数据处理等硬件设备进行大致讨论。本文以中原油田钻井公司为背景，提出了一个现代石油钻井企业信息化生产监控管理

4、工程的规划。在率先完成这一理论构想和实际建设后，整个工程将成为国内钻井行业的一个信息化实施范例。这对于目前还处于传统粗放型管理状态的中国石油勘探钻井行业如何克服传统管理手段下的种种困难，利用信息技术改善管理水平、提高安全生产效率和市场竞争力，都有着重要的积极意义和推动作用。关键词：DMS，钻井信息化管理，数字油田工程AbstractDMS（Drilling Management Solution）,is what we discussed in this paper.Compete gradually vigorous in the development of international o

5、il-field drilling engineering market, and seeking the help from information technique to promote the management level on drilling operation and enhance the produce efficiency with safety had been the all-important affair to any enterprise in oil-field drilling industry. Nowadays, a petroleum drillin

6、g company have or not its real time supervise and control ability in command of business operation by the modernize management in information means, not the light relate to the companys management level to produce efficiency & safety, and is also to have already become a key indication that whether

7、get the entrance qualifications of international oil-field drilling market. Thought the design and implementation of oil-field drilling real time supervise and control system of ZPEB (Sinopec CORP.), description in each part of this project detailed, we would get a means to discuss how to approach t

8、he standardization & modernize oil-drilling management pattern via the combination of international advanced IT helped business innovation experience and the actual status of Chinese traditional state-owned oil-field drilling enterprise in this thesis. The kernel purpose of this thesis is how to imp

9、rove the managing which helped by information technology towards the oil-field drilling, around this thematic, we discuss the technique details for each professional part of multi-realm and their mutually information exchange and integration mechanism. It involved the spot data collection, satellite

10、 correspondence, data center construction, software engineering, system integration, and information guarantee of petroleum chemical engineering special HSE system. As the BPR(Business Process Reengineering) project, ZPEB would be the background of our discussion, to establish a model, and put a ser

11、ies regulations and procedure in detailed into practice as its 4 principle(Dramatic，Radical，Process，Redesign).As a system of modern petroleum oil-well drilling business enterprise information engineering, in particular the supervise and control management on oil-drilling produce,its a main approach

12、to make this DMS to be successful. After complete this theories speculation with actual developments successfully, whole process will become a practice example in Chinese oil-drilling industry. Use the information technique to promote production safety and efficiency in this way, its significative o

13、f the traditional Chinese petroleum drilling company overcome the difficulty they met then, and make a strong foundation for the all-around modernization management by information technique in the future.Key words：DMS ,Oil-well drilling management by IT, digital oil-field engineering1. 序言 11.1 国内外钻井

14、工业信息化建设概况 11.2 中原油田钻井DMS信息化工程项目的立项背景 21.3 论文工作说明 32. 钻井公司当前的生产管理状况及分析 52.1 井场生产管理现状 5 2.2 公司总部钻井生产管理工作 9 2.3 公司总部运作状况 113. 利用信息技术对生产管理手段进行优化 123.1 钻井公司信息化生产管理的定位 123.2 井场信息化 133.3 公司总部信息化 173.4 钻井生产监控指挥调度信息化 174. 钻井公司信息化生产管理流程再造 21 4.1 日常钻井生产监控指挥调度工作流程 21 4.2 BPR流程再造实施前后的生产管理效果比较 275. 钻井生产监控指挥调度系统的实

15、施 295.1 对钻井生产管理专家系统的功能要求 295.2 核心数据问题的解决 355.3 通信问题的解决 426. DMS项目总结评价及未来推广应用的展望 456.1 总结 45 6.2 展望 45附录1 DMS项目工作日程记录表 47附录2 钻井生产管理部分调研及访谈记录资料 48附录3 上报材料 48附录4 部分子系统供应商协作方案 48附录5 硬件设备系统讨论资料 48参考文献 49学位论文原创性声明和授权使用说明 50致谢 511.序言随着经济的发展，人类社会对能源的需求越来越大，更多的资本投入到了石油化工行业,导致石油勘探钻井市场的竞争日趋激烈。现在，信息化对钻井工业安全生产效率

16、的推动作用日渐明显，传统的石油化工产业借助信息科学技术提高管理运作水平和安全生产效率已经势在必行。1.1 国内外钻井工业信息化建设概况目前全球石油天然气领域的企业重组此起彼伏，各种新技术的应用、新的管理理论的提出和实践层出不穷，反映了这个行业竞争的激烈性。效率、成本、安全性、组织指挥管理水平等方面因素决定了一家企业能否获得效益乃至能否生存和发展下去。21世纪，石油产业将面临着更多巨大的挑战，这些挑战主要集中在4个方面：技术的更新、经济的全球化、竞争的加剧、如何更好地应对客户的需求。在这种激烈竞争和变化迅速的市场环境下，在信息技术方面的竞争成为了整个国际石化商业市场竞争的焦点。跟其他行业一样，信

17、息技术的应用对于提高石油化工行业勘探开发、数据应用、经营管理水平都有着革命性意义。通过信息科学技术的帮助来提高管理运作水平和安全生产效率，已经成为各家企业生存和发展的必由之路。近年来国外先进的大型跨国石油石化公司均已采用了企业资源信息化解决方案来提高管理水平和市场竞争力，全球已有近90%的石油天然气企业实施了具有行业针对性的ERP系统，其中一些企业已经初步实现了协同电子商务。比如埃克森、Shell、TotalFina埃尔夫、Chevron、BP 阿莫科、德士古等业内占主导地位的企业，他们的采油和钻井平台已经实现高度自动化监控，其控制中心可以实时监视控制指挥全球范围内的数百个钻井作业现场和上万口

18、油井的生产状况。他们不光自己加强自身信息化管理建设，也要求他们的下级分包商也必须具有相当的钻井生产信息化管理手段，以适应他们业已经形成的高速高效全面信息交流和管理方式。由于历史的原因，国内石油钻井企业除了参加新发现油田的开发会战外，其绝大部分井队都在各自所属的油田内部本土作战。在采取粗放经营的传统行业运行体制习惯行有经年的情况下，他们无论从技术还是思想准备上讲，对于资源统一调配、管理扁平化的集约高效的现代管理体系还很难适应。因此国内石油钻井企业在信息化这一块目前还远远落后于已经实现钻井平台全球集中监控指挥的国际石油巨头们。加入WTO后，石油系统的国有企业全面参与国际竞争。在面对国际老牌石油巨头

19、利用信息化优势占据了大部分国际石油钻井市场的现状下，国内石油钻井行业不甘示弱，正奋起直追。国内已经有不少油田开始进行信息化管理的尝试。比如新疆油田（准格尔）已经投入巨资利用卫星通信，实现了录井数据远程实时传输的工作，目前已经有六个井队的实时钻井数据通过卫星传输到其总部；胜利油田在油田本部范围内通过各种通信手段也已经开通了部分钻机的实时生产数据传输处理工作。石油钻井企业都认识到了以信息化为武器，加强管理提高效益的重要性，并开始积极行动；中国石油钻井领域的管理信息化建设由此驶上了快车道。虽然迄今为止国内石化行业的信息化水平相对于国际同行还有一段距离，但他们正通过不断引进先进管理技术手段和管理思想，

20、结合企业自身实际情况进行信息化管理理论和实践的探索，努力实现高效率油田钻井生产信息化管理体系DMS（Drilling Management Solution）。1.2 中原油田DMS钻井信息化工程项目的立项背景在过去的传统垄断体制情况下，中原油田勘探局的绝大部分收入来自中原油田内部的钻井生产。如今在中原油田自身石油储量日渐枯竭，原油产量逐年下降的客观现实情况下，油田原有的依靠自身石油资源发展的策略已难以为继。按照勘探局开拓外部市场（即国内其他油田区域和国外油田区域的钻井生产工程业务）的新的战略发展思路，中原油田石油天然气勘探钻井队伍的足迹已开始遍布世界各地。至2004年年初，已有三十三支钻井队

21、在中原油田区域以外的外部钻井市场（国内陕北、塔中、川东北、辽河、江苏、冀东等地二十一支，国外东南亚、中非、中南美洲、中东、中亚等地十二支）作业，占总井队数量近一半左右。在外部市场特别是国际市场的竞争过程中，我们与国外钻井业同行在管理理念、方法和手段上，特别是信息化生产管理上表现出了明显的差距。为此，中原油田石油勘探局按照中国石油化工集团的统一规划和安排，大力加强DMS（Drilling Management Solution），即油田钻井生产管理信息化工程的建设工作，简称数字油田的建设。针对钻井生产这一部分，通过物探研究院(计算中心)、钻井工程技术研究院、地质录井处、采油工程技术研究院等多部门

22、联合技攻关会战，提出了钻井综合信息系统的推广应用大纲，要求以钻井参数仪、综合录井仪为数据采集源，以钻井信息管理系统为核心，扩展支持与辅助决策系统，推广先进的钻井生产技术；应用远程传输技术，建立钻井系统远程数据、图像实时传输网络系统，利用信息化工程来加强管理。钻井公司在自身直接面临着国际国内的外部市场竞争和企业内部管理改革的挑战下，明确地提出了要把钻井公司真正建设成为主业突出、资产优良、技术创新、管理科学、财务严谨、具有国际竞争能力的钻井公司的发展目标。显然企业生产管理信息化在这个过程中必须、也必将起着非常重要的推动作用。因此，为了落实企业的发展战略，通过数字化钻井公司的建设来提高公司生产监控指

23、挥调度管理水平，提高公司生存和发展能力已经迫在眉睫，需要及早实施。为此，钻井公司结合勘探局对下属各单位信息化管理的要求，专门组织了一套班子，针对公司具体实际情况进行详细的调研，并把对公司信息化生产管理需求进行具体分析和可行性研究的工作纳入重点科研项目予以扶持，开始安排大额预算，为钻井生产信息化工程的实施做好经济准备。1.3 论文工作说明我在2004年初到中原石油勘探局钻井公司担任信息化工程顾问，职责就是研究传统的大型国营垄断企业在面对市场的激烈竞争时，如何通过信息化工程来改进生产管理方式、提高安全生产效率，组织方案拟定和具体实施工作。钻井公司信息化建设班子主要从公司科技办抽调人员组成，由公司主

24、管科技工作的副总牵头，由我带领四名同事进行具体工作。整个班子主管从需求分析、方案拟定到具体实施的全过程（附录1）。我的主要工作是通过走访企业各个相关生产、管理职能部门和上级机关、下属机构，以及驻扎在野外的油气钻井生产现场，手迹和整理整个钻井生产的过程和细节；在充分调研的基础上与各部门专业人员共同考虑如何通过信息科学技术手段来改善现有管理方法、采用哪些信息科学技术和产品来提高安全生产效率。对四名同事的分工主要是对内对外联络、资料收集整理、会议记录，同时带领他们全面参与联系和组织业内专业厂商共同拟定各部分的目标方案和实施计划的过程，并提出各自的看法和建议，以及协调各专业供应商的方案草拟工作。从技术

25、上讲，整个工程涉及到钻井现场数据采集、卫星通信、数据处理、软件工程、系统集成、石油化工行业HSE体系的信息保障等多个专业领域。在中原油田工作期间，我通过大量的井场实地调研和与钻井公司其他相关的生产和管理部门，收集整理了多份调查报告和生产管理流程改造建议（附录2）。同时，我作为主要技术负责人拟定了数份上报公司及勘探局上级领导的调研报告、工程系统分析和组织实施建议（附录3）。我联系了以斯伦贝谢（石油勘探软件服务商）、哈利伯顿（石油钻井设备服务商）、方正（信息系统集成商）、休斯（卫星通信服务商）、中科（机房工程服务商）等为代表的一大批优秀的专业厂商，并请他们来濮阳（中原油田总部所在地）来实地了解我们

26、的需求情况，共同细化和落实各自的技术和实施方案，以及对项目总体方案的进行相互协调（附录4）。本文主要以BRP流程再造过程及其实现基础的讨论为主线来进行论述：（1）本质上反思流程-梳理现有钻井生产管理流程（2）彻底重新设计流程-提出钻井生产管理优化方案（3）优化流程的实现-系统软、硬件的解决思路（4）达到大幅度提高绩效的目的-实现DMS油田钻井生产数字化管理本文首先从管理的角度，进行业务需求面的分析；也就是根据调研来了解和剖析钻井公司现有的业务流程，总结分析原有的钻井生产管理各个环节中存在的问题和不足。然后研究如何利用信息化技术和设备，来逐一解决那些由于传统管理手段局限性而存在的问题；进而考虑如

27、何利用信息化工程的优势，来重新组合钻井生产监控调度管理流程。再讨论如何通过依托于钻井专家系统和其它各类石化行业专业应用软件的支撑，来进行钻井生产监控调度指挥管理手段和流程优化的工作。最后通过这一DMS架构的设计，来完成企业的管理手段和流程的改良，实现传统管理手段下无法实现的高效管理。另外，公司基本思路是要求采用经过实际检验的成熟的专业应用软件来搭建信息化管理系统，但事实上由于技术原因，现有各种钻井生产管理系统都无法在钻井公司得到直接应用。因此我提出了一个各软件供应商都认可的方案：即围绕进行信息化监控调度管理信息系统建设的核心-钻井管理专家系统对数据来源的基本要求：数据完整性和实时性，拟定了一个

28、数据交流规划模型及其数据接口的初步规划。本文将在第五章说明这一规划，它是钻井公司DMS得以实施的关键所在。在附录5中，则是从信息化工程策划的角度出发，按照信息化管理系统功能的要求，对所需要的硬件设施进行初步预估。依据对系统工作量的估算，争取比较全面的考虑其性能（处理能力）、扩展性（投资保护）、可靠性（安全、备份、恢复）等，运用目前此领域的先进技术和产品进行硬件设备系统的搭配集成。另外，在中原油田期间我提出并组织了井场信息中心综合机柜的设计和实验，进行样品组装并进行了初步的试用，效果良好。这个设计对于解决野外信息中心可靠性、可维护性、方便性和安全性等问题有着重要的意义，因此对这一部份有额外的说明

29、。2.钻井公司当前的生产管理状况及分析本章首先分析当前企业管理手段、业务流程及其问题与不足-然后讨论如何利用信息技术进行改良-最后形成经过优化的DMS,即使用新的钻井生产监控调度指挥管理手段的新的工作流程和运作体系。2.1 井场生产管理现状2.1.1 钻井施工概况目前钻井公司有三十七台钻机，包括从仿制原苏联的大庆30机到最新进口的70电动钻机等近十种。井队依据不同的装备，其钻井任务从几十米的取水机井到最大实际钻深六千多米的采油深井都有。钻井施工难度相差极大，工期短的一口井两三天，比如帮助地方打水井；而遇到井下情况复杂的深井时，工期长的甚至近半年才完成固井投产；对于科学考察井钻井任务，如东海一号

30、井，则将持续更长时间。通常情况下，石油开采由勘探-钻井-采油三阶段组成。首先由物探部门通过沉积地层勘查、人工地震分析等前期工作完成找油任务；然后由钻井队进行试钻，确认找到可供开采工业油流（富含油岩层）后，进行钻井作业。 钻井程序主要由钻前施工-钻井-固井-采油这几部分组成。在物探部门确认井位后，钻前大队负责敷设道路、平整钻井工作场地、挖掘泥浆池等。井队安装好井架、动力机组、泥浆罐等设备后开始钻井作业。通过测井确认抵达指定地层，完成设计指标后，由固井和井下作业大队实施井下射流爆破出油施工和井壁固定施工；最后才在完成井上安装采油机（俗称“磕头机”）进行采油作业直至该处油藏采尽。这里大致说明一下钻井

31、作业中的一些常识：钻井不是我们想象的那样井架对一根金属杆加压，朝地层深处钻进。实际上从地层垂直剖面和力学分析上来看，钻杆、钻头的关系象是一根细线（钻杆）吊着一个铅坠（钻头、钻铤）。具体来讲，一节一节组合起来长达数千米的转杆象一根长长的面条，吊着其在地层深处最前端的嵌有金刚石削切面的钻头和提供钻头对岩石压力的钻铤。转杆传递主要是扭力，而不是压力：钻头对岩石的压力主要来自于其自身和钻铤的重量。同时，钻头对钻进岩面的压力也不能太大（通常约为钻铤和钻头一半重力大小），否则容易使钻头卡在岩石里。而随着钻进深度的加大，不断增加的钻杆也更加沉重，因此其多余重量主要由地面上井架给“拎着”。石油钻井与常见的岩芯

32、取样钻井不同，前者是一段一段地将地下的岩石取出来，灌入的用于冷却空心钻筒与岩石摩擦所产生的高温的冷水，而且钻进深度最多数百米。而后者则是由镶有人造金刚石切片的实心钻头直接将钻进面上的岩石打成碎屑；灌入的也不是水，而是专门的钻井液-可调节粘度比重等物理特性、导电率酸碱度等化学特性的特制泥浆。不断从空心钻杆中灌入直至钻头、再从钻杆与井壁空隙中返回地面的循环泥浆，首先是起润滑降温作用，避免长长的钻杆与井壁过度摩擦和防止钻头过热；同时利用其大比重和粘稠度将钻进面上产生的岩石碎屑从井下带出地面；更重要的是压在井内的泥浆能平衡数千米深的地下巨大的压力，避免井壁坍塌造成压钻或废井，以及防止井下高压气体或液体冲出地面造成井喷。石油在地下是蕴藏在含油岩层中，当钻头抵达含油岩层区块后，再由井下作业大队采用射孔爆破击碎一定范围内的含油岩层，使该区域内的原油渗透到集油腔以便于抽出地面。现在采用随钻技术的定向井钻井施工已经可以使井队在水平面偏差达数千米的情况下操