实时数据库在油田的应用探索

摘 要：本文主要阐述了实时数据库在油田生产中起到的作用，以及实时数据库适用性改造。

关键词：实时数据库；位号；数据模型；数据存储综合应用平台

中图分类号：TP311.13

实时数据库作为油田物联网的组成部分，逐渐成为油田信息化建设的重点。随着油田实时数据建设规模的不断扩大，如何使实时数据在油田生产中发挥更大效益，更好服务科研、生产、决策，需要建立一个实时数据库综合应用管理平台，保障实时数据高效率的采集、管理及应用，从而促进油田数据资产的快速增值。

1 实时数据位号改造

油田各专业的位号具有数据采集的持续时间相差大、采集频率相差大、单位时间内产生的数据量相差大的特点。由于这些有别于传统工控领域的特点，如果采用传统意义上的位号管理方式，一方面位号数量将非常巨大，远远超过实时数据库的位号容量；另一方面，绝大多数位号将处于“休眠”状态，即很少被使用，造成巨大浪费。因此，探索一个有效的位号管理方案，是保证实时数据库平台正常运行的基础。以“接入端编号.参数名称”作为位号命名的方式，将固定终端和移动终端进行统一编号，对位号数据进行统一存储和管理。采用这种方式对位号进行命名，减少了位号的使用量，提高位号的使用效率。

2 实时数据库模型建立

传统意义上的实时数据库平台位号是离散的，彼此是互不关联的，即使某些位号之间存在关系，也是上层应用软件进行了相应处理，并没有从本质上按照客观事物对位号进行有效组织。模型从本质上有效解决了位号的组织问题，位号不再是孤立的，而是属于模型的一个属性，一方面方便了对位号的组织，另一方面也更符合人对事物的认识，位号不再是一个抽象的概念。

3 数据接入与存储

实时数据库有特殊的针对实时数据的存储方式，它存储数据按照时间戳+点位名称的方式，时间戳精确到毫秒，点位名称是接入端编号和曲线英文缩写名称组合而成，在实时库中每个接入客户端为每个测试曲线提供一个实时数据库记录点位，按时间次序记录一串先后发生的数值，实时库的数据文件是一个压缩的二进制文件，实时库内的所有点位数据按条带记录在这个二进制文件上，用户访问时间数据时，提供点位号获取当前时间实时值，提供时间范围和点位名称提取历兄数值记录。在之前的位号命名里我们把接入端定义为两类，即移动终端和固定终端。

4 实时数据库平台展望

实时数据平台分为“七个层次、四个规范、一个体系、一个管理”，“七个层次”是指实时数据库平台从体系结构上划分，分为物理层、感知层、采集层、传输层、存储层、服务层、应用层；“四个规范”是指实时数据库平台的四个标准规范，包括位号管理规范、数据模型规范、数据接入规范和数据访问规范；“一个体系”是指实时数据库平台的安全保障体系；“一个管理”是指实时数据库平台的系统管理。

5 在安全预警中的作用

利用安装在油气处理站库、管道、钻井等设备各种传感器提取的设备参数，一方面控制系统设备的正常运行，确保工艺流程的有效执行；另一方面这些参数也反映了设备自身和工艺过程的安全状态，对这些数据的及时、长期的监测，利用有效的数学模型进行智能分析，可以及早发现设备的安全隐患，工艺流程的不安全状态，进行及时处理，达到安全预警、报警，提高安全管理水平、降低经济损失。

6 实时数据库应用举例

下面以现场测试SKD3000远程实时监控为例，简单说明系统的实现原理：

SKD3000远程实时监控设计为WEB应用，它从关系数据库和实时数据库获取作业项目信息，在浏览器中绘制曲线图形和图表，模拟远程测试仪数据监控画面监控测试作业数据，提供历史数据检索和曲线绘制模板定制功能，使用AJAX异步数据清求和SVG矢量图形技术动态的绘制实时曲线。

6.1 实时数据采集发送层。实时数据采集发送层实时监测SKD-3000仪器工作状态，从SKD-3000数控仪器获取并解析实时数据，与远程接收服务器建立网络连接，测试作业进行时，通过SOCKET接口，实时将测试数据进行加密，以TCP/IP数据包的形式发送给远程数据接受端，在网络连接会话建立时，它首先需要通过内网网关验证，透过网关与接收服务器建立透明连接。

6.2 实时数据接收层。实时数据接收层是一个SOCKET服务器端程序，它与网关相连接，网关对它的服务端口进行重新映射，客户端通过网关对它进行透明访问，它可以响应多个个客户端的连接请求，以多线程模式运行，对接收的数据进行解密处理，将测试数据记录分成数据项，写入实时数据库。

6.3 实时数据存储层。实时数据存储层是由实时数据库和关系数据库构成的复合存储体系，关系数据库存储测试作业项目信息，实时数据库存储测试作业数据，每次新的作业开始时，系统首先向关系数据库写入此次作业项目信息，然后开始向实时数据库写入测试作业数据，关系数据库与实时数据库相辅相成，关系数据库提供检索实时数据库的时间戳等关键信息，实时数据库提供最快速的实时数据读写访问。

6.4 数据访问层。在数据存储层设计统一的数据读写接口层，简化实时数据的读写操作，避免接入端程序直接读写实时数据库，减少外部程序对实时库读写不当而产生的危害，同时给架构模型提供接入扩展性，数据接口层动态链接库形式存在，用C++语言实现，以获取最好的数据访问性能。

实时数据存储层在数据库的设计上兼顾考虑数据的安全性、完整性、灾难恢复等问题，可以充分利用数据库本身提供的相关机制设计备份恢复方案和进行性能优化。

6.5 实时数据监控与管理层。实时数据的监控与管理层以WEB应用的形成存在，通过浏览器访问，支撑多用户并发操作，实时将数据共享于内网。对实时数据的图形化显示要求，在浏览器中绘制实时曲线，通过中间组件访问数据接口层，按一定频次异步的向浏览器端发送实时数据，以获得数据展现的实时效果。

7 在事故发生的原因与责任认定中的作用

任何安全事故的发生都有前兆，事故发生的前兆就隐含在现场实时数据中。对事故发生的原因进行分析、总结最直接、最有效的方法就是对事故发生前的实时数据进行追踪分析。

7.1 是生产过程质量控制的需要。现场生产施工和资料录取的质量控制，是过程质量控制的源头，在野外现场作业、施工，施工人员受四季气候、昼夜等环境变化的影响，极易影响施工质量。通过实时采集现场设备的运行参数对现场施工过程进行监督和指导，可有效地提高现场的施工质量。

7.2 是数字油田建设的重要内容之一。智能油田建设首先是数字化油田建设。智能油田需要高质量、高价值含量的基础数据。而油田勘探与生产现场数据是最基础的数据，是一切数据的源头。中国石油推行的各种关系数据库，绝大部分数据都是源自于现场数据，见右图。通过对现场数据进行处理、运算，在添加部分其它数据，即可形成中石油要求的各种数据。因此，如何采集和保存好现场数据是数字化、智能油田建设的重要内容。

8 结束语

实时数据是油田勘探开发生产的源数据，油田勘探开发所有的科学研究、日常生产运行、安全管理等各项管理工作都是以此类数据为基础进行的。实时数据平台的建立将会使油田的各项现场日常运行管理、安全管理更方便、更及时、更便于追溯，对提高油田的本质安全生产起到积极的促进和推动作用。

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作者单位：天津大港油田公司 信息中心，天津 300280；天津大港油田 第一采油厂，天津 300280