摘要：將云計算技術引入油氣鉆井工程領域，提出構建基于云計算的油氣鉆井工程協同設計系統的思想與方法。該系統將軟件以服務的模式交付于協同設計人員，使得他們能夠利用諸如智能手機、PDA等被稱為?客戶端的設備，跨越地域的限制，協同工作，以最低的成本設計出最優質的井。該文主要就這一系統的總體目標、關鍵技術、架構和體系結構等進行了分析與闡述，展示該協同設計系統的初步研究成果。

　　關鍵詞：sci論文,協同,鉆井設計,云計算

　　在石油與天然氣的勘探開發中，油氣鉆井過程是一個高難度、大風險、投入成本極高的復雜系統工程。為了提高鉆井的速度和質量，降低鉆井成本與風險，須在開鉆前進行一系列工程優化設計(如井身結構、鉆柱、鉆頭、鉆井參數、鉆井液、固井、完井等)，然后確定最佳設計方案。然而，油氣鉆井工程設計是一個非常復雜的過程，需要根據地質構造、地層的巖性特點和泥漿特性等，由分布在不同地域的多個單位(如開發研究院、鉆采院等)及多學科的工程技術人員和專家按照一定的規范和流程進行協同工作。因此，油氣鉆井工程設計是一個分布式協同并行工作過程，其流程具有群體性、交互性、分布性和協作性等特點。為了有效地組織多個群體及其成員高效地協同完成鉆井工程優化設計，研究者進行了計算機支持的協同式水平井設計系統與協同鉆井工程設計系統研究[1-3]，并提出了遠程鉆井網上會戰的思想與方法，研究開發遠程鉆井網上會戰智能應用系統[3]。

　　云計算技術是一種新興的商業計算模型，是指把大量的計算機應用遷移到互聯網上，通過服務提供商的大規模服務器集群的海量存儲和處理能力，來存儲用戶數據和運行應用程序，而用戶端只需通過瀏覽器隨時隨地訪問這些應用服務 [4-5]。該文將云計算技術引入油氣鉆井工程領域，研究開發基于云計算的油氣鉆井工程協同設計系統，將設計平臺以服務的模式交付給用戶，使得技術人員與專家能夠通過瀏覽器隨時隨地按需訪問這些應用，跨越地域的限制，協同工作，以最低的成本設計出最優質的井。

　　1 系統的總體目標與關鍵技術

　　1.1 總體目標

　　云計算采用虛擬機技術將用戶的需求利用計算機網絡擴展到更多的計算資源，并使用冗余的資源進行容錯處理，具有超強的計算能力和低成本、高安全性、以用戶為中心等特性，在網絡資源共享等方面具有明顯的優勢。

　　基于云計算的油氣鉆井工程協同設計系統，面向油氣鉆井工程設計領域，通過建立云平臺上科學有效的協同設計系統的體系結構、構建云平臺上面向油氣鉆井工程設計的分布式數據存儲的數據倉庫管理系統，并采用SaaS(軟件即服務)模式，改組協同設計所需的現有軟件，將其以服務的模式提供給油氣鉆井工程的設計人員與專家，從而建立起基于云計算的油氣鉆井工程協同設計系統。該協同系統為多方協同設計人員和專家提供了一個基于云計算的協同設計平臺，使得他們能夠借助此平臺，跨越地域的限制，協同工作，以最低的成本設計出最優質的井。

　　該系統的研究，為有效解決鉆井工程設計的網絡化、數字化和智能化遠程協同工作提供可靠的科學依據，對實現優質、安全、高效和低成本鉆井具有著重要的實際意義，為進一步深入研究云計算技術在油氣鉆井工程中的應用奠定堅實的理論與方法基礎。

　　1.2 關鍵技術

　　研究開發基于云計算的油氣鉆井工程協同設計系統，涉及的關鍵技術主要包括以下幾個方面：

　　1) 虛擬化技術：利用虛擬化技術來實現軟件應用與底層硬件相隔離，并可根據鉆井設計的用戶服務請求將單個資源劃分成多個虛擬資源的裂分模式，也可將多個資源整合成一個虛擬資源的聚合模式，以達到整個云下的資源優化配置。

　　2) 海量數據存儲與管理技術：利用Hadoop的HDFS可擴展的分布式文件系統完成對云計算平臺下油氣鉆井工程協同設計系統所需的數據倉庫的高速存取。

　　3) 編程模型：利用MapReduce框架完成云計算平臺下鉆井協同設計系統對于分布式編程模型和高效的任務調度模型的應用。

　　4) 云平臺管理技術：利用云平臺管理技術，能夠使大量的服務器協同工作，方便的進行業務部署和開通、快速發現和恢復系統故障，通過自動化、智能化的手段實現鉆井協同設計系統的可靠運行。

　　2 系統的架構

　　構建的基于云計算的油氣鉆井工程協同設計系統，為分布在不同地區、部門、專業，而工作上相互關聯的多個技術或管理專家和鉆井工程設計人員，提供一個云平臺上的鉆井工程協同設計的支持環境和科學、便捷、有效的工作組織模式與方法，以更為直觀、便捷、無障礙的方式進行鉆井工程資源共享和協同工作，實現鉆井工程的優化設計。該系統的基本架構分為三個層次：應用層、管理層和數據層，如圖1所示。

　　應用層：直接為參與油氣鉆井工程協同設計的工作人員、多方專家和管理人員提供服務。通過以SaaS模式改組現有的鉆井工程設計軟件、與設計相關的一些其它應用軟件、音頻軟件和視頻軟件等，將其以服務的模式提供給油氣鉆井工程協同設計人員和技術管理專家等，使相關設計人員只要具有簡單的諸如智能手機、PDA等被稱為瘦客戶的設備就可借助音頻與視頻等交流，在云平臺上進行鉆井工程協同設計。

　　管理層：為確保整個基于云計算的協同設計系統能夠安全、穩定地運行而進行的有效管理。云最大的優勢在于云管理的優越性，管理層是應用層提供服務的基礎，也是系統的核心部分。管理層主要提供用戶管理、協作管理、服務管理和安全管理。用戶管理主要是對用戶的身份和權限等進行有效管理;協作管理主要對設計過程的協同工作進行有效管理，使得多方設計人員能夠協同工作;服務管理主要對應用層提供的服務進行有效的管理，使得用戶按需選擇服務;安全管理主要對整個系統的安全進行有效的管理。

　　數據層：面向油氣鉆井工程設計的鉆井信息數據倉庫。油氣鉆井工程信息的龐大和作用是我們所共知的，信息管理也是協同設計能否高效順利進行的一個關鍵因素。數據層運用云存儲技術，構建云平臺上面向油氣鉆井工程設計的分布式數據存儲的數據倉庫管理系統，為云平臺上的相關設計人員協同工作提供強大可靠的服務支持。 　　3 系統的體系結構

　　我們擬采用如圖2所示的基于云計算的油氣鉆井工程協同設計系統的體系結構。系統的體系結構共包括六個部分：云用戶端、服務目錄、管理系統、部署工具、資源監控及服務器集群。各部分的具體功能如下：

　　云用戶端：提供用戶(多方協同設計人員、管理人員和多方專家等)請求服務的交互界面，也是用戶使用云服務的入口。用戶可以注冊、登錄、查詢及訂制服務，也可以配置和管理用戶。打開油氣鉆井工程設計應用實例與本地操作桌面系統一樣，用戶只需通過瀏覽器就可方便地按需選擇服務，進行協同工作。

　　服務目錄：多方技術人員與專家協同設計時請求服務的列表，可根據各自所擁有的權限對服務項目進行查看、選擇、訂制、退訂等操作，并在用戶端以生成相應的圖標或列表的形式展示相關服務。

　　管理系統：協同設計的工作流程與資源，如計算、存儲、數據和軟件等的管理，使多方設計人員與專家能夠根據自己需要選擇定制相應的服務，突破地域的限制，進行協同設計。管理系統是整個平臺的核心部分之一。

　　部署工具：負責資源和應用的調度、動態部署、配置和回收。

　　資源監控：為確保系統高效、協調工作而進行的對資源的監控和計量等，能夠根據資源的使用情況，完成節點同步配置、負載均衡配置和資源監控，確保資源能順利分配給相應的用戶。

　　服務器集群：主要由物理的或虛擬的服務器組成，存儲數據、調配鉆井設計相關專業軟件和應用軟件等。在管理系統的管理下，響應高并發的多方設計人員的請求，提供所需的計算、存儲、數據和軟件等資源。

　　4 結束語

　　云計算可以通過整合各種互聯資源，諸如計算、存儲、數據、軟件等，實現多層次的虛擬化和抽象，以可靠服務的形式將大規模的計算資源提供給用戶，進而將用戶從復雜的底層硬件邏輯、網絡協議、軟件架構中解放出來。該文將云計算技術引入油氣鉆井工程領域，研究開發基于云計算的油氣鉆井工程協同設計系統，為多方協同設計人員和專家提供了一個基于云計算的協同設計平臺，跨越地域的限制，協同工作，以最低的成本設計出最優質的井。該系統的研究，為進一步深入研究云計算在油氣鉆井工程中的應用奠定了堅實的理論與方法基礎。

　　參考文獻：

　　[1] 方明，屈展.計算機支持協同式水平井設計系統[J].計算機工程，2004，30(6)：68-70.

　　[2] 王魁生，屈展，方明.遠程鉆井網上會戰智能應用系統研究[J].石油學報，2001，22(2)：79-82.

　　[3] 方明，爨瀅.網絡化鉆井工程協同虛擬設計系統研究[J].石油學報， 2005，25(3)：90-94.

　　[4] 劉鵬.云計算[M].2版.北京：電子工業出版，2011.