摘要：将云计算技术引入油气钻井工程领域，提出构建基于云计算的油气钻井工程协同设计系统的思想与方法。该系统将软件以服务的模式交付于协同设计人员，使得他们能够利用诸如智能手机、PDA等被称为�客户端的设备，跨越地域的限制，协同工作，以最低的成本设计出最优质的井。该文主要就这一系统的总体目标、关键技术、架构和体系结构等进行了分析与阐述，展示该协同设计系统的初步研究成果。
关键词：sci论文,协同,钻井设计,云计算
在石油与天然气的勘探开发中，油气钻井过程是一个高难度、大风险、投入成本极高的复杂系统工程。为了提高钻井的速度和质量，降低钻井成本与风险，须在开钻前进行一系列工程优化设计(如井身结构、钻柱、钻头、钻井参数、钻井液、固井、完井等)，然后确定最佳设计方案。然而，油气钻井工程设计是一个非常复杂的过程，需要根据地质构造、地层的岩性特点和泥浆特性等，由分布在不同地域的多个单位(如开发研究院、钻采院等)及多学科的工程技术人员和专家按照一定的规范和流程进行协同工作。因此，油气钻井工程设计是一个分布式协同并行工作过程，其流程具有群体性、交互性、分布性和协作性等特点。为了有效地组织多个群体及其成员高效地协同完成钻井工程优化设计，研究者进行了计算机支持的协同式水平井设计系统与协同钻井工程设计系统研究[1-3]，并提出了远程钻井网上会战的思想与方法，研究开发远程钻井网上会战智能应用系统[3]。
云计算技术是一种新兴的商业计算模型，是指把大量的计算机应用迁移到互联网上，通过服务提供商的大规模服务器集群的海量存储和处理能力，来存储用户数据和运行应用程序，而用户端只需通过浏览器随时随地访问这些应用服务 [4-5]。该文将云计算技术引入油气钻井工程领域，研究开发基于云计算的油气钻井工程协同设计系统，将设计平台以服务的模式交付给用户，使得技术人员与专家能够通过浏览器随时随地按需访问这些应用，跨越地域的限制，协同工作，以最低的成本设计出最优质的井。
1 系统的总体目标与关键技术
1.1 总体目标
云计算采用虚拟机技术将用户的需求利用计算机网络扩展到更多的计算资源，并使用冗余的资源进行容错处理，具有超强的计算能力和低成本、高安全性、以用户为中心等特性，在网络资源共享等方面具有明显的优势。
基于云计算的油气钻井工程协同设计系统，面向油气钻井工程设计领域，通过建立云平台上科学有效的协同设计系统的体系结构、构建云平台上面向油气钻井工程设计的分布式数据存储的数据仓库管理系统，并采用SaaS(软件即服务)模式，改组协同设计所需的现有软件，将其以服务的模式提供给油气钻井工程的设计人员与专家，从而建立起基于云计算的油气钻井工程协同设计系统。该协同系统为多方协同设计人员和专家提供了一个基于云计算的协同设计平台，使得他们能够借助此平台，跨越地域的限制，协同工作，以最低的成本设计出最优质的井。
该系统的研究，为有效解决钻井工程设计的网络化、数字化和智能化远程协同工作提供可靠的科学依据，对实现优质、安全、高效和低成本钻井具有着重要的实际意义，为进一步深入研究云计算技术在油气钻井工程中的应用奠定坚实的理论与方法基础。
1.2 关键技术
研究开发基于云计算的油气钻井工程协同设计系统，涉及的关键技术主要包括以下几个方面：
1) 虚拟化技术：利用虚拟化技术来实现软件应用与底层硬件相隔离，并可根据钻井设计的用户服务请求将单个资源划分成多个虚拟资源的裂分模式，也可将多个资源整合成一个虚拟资源的聚合模式，以达到整个云下的资源优化配置。
2) 海量数据存储与管理技术：利用Hadoop的HDFS可扩展的分布式文件系统完成对云计算平台下油气钻井工程协同设计系统所需的数据仓库的高速存取。
3) 编程模型：利用MapReduce框架完成云计算平台下钻井协同设计系统对于分布式编程模型和高效的任务调度模型的应用。
4) 云平台管理技术：利用云平台管理技术，能够使大量的服务器协同工作，方便的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、智能化的手段实现钻井协同设计系统的可靠运行。
2 系统的架构
构建的基于云计算的油气钻井工程协同设计系统，为分布在不同地区、部门、专业，而工作上相互关联的多个技术或管理专家和钻井工程设计人员，提供一个云平台上的钻井工程协同设计的支持环境和科学、便捷、有效的工作组织模式与方法，以更为直观、便捷、无障碍的方式进行钻井工程资源共享和协同工作，实现钻井工程的优化设计。该系统的基本架构分为三个层次：应用层、管理层和数据层，如图1所示。
应用层：直接为参与油气钻井工程协同设计的工作人员、多方专家和管理人员提供服务。通过以SaaS模式改组现有的钻井工程设计软件、与设计相关的一些其它应用软件、音频软件和视频软件等，将其以服务的模式提供给油气钻井工程协同设计人员和技术管理专家等，使相关设计人员只要具有简单的诸如智能手机、PDA等被称为瘦客户的设备就可借助音频与视频等交流，在云平台上进行钻井工程协同设计。
管理层：为确保整个基于云计算的协同设计系统能够安全、稳定地运行而进行的有效管理。云最大的优势在于云管理的优越性，管理层是应用层提供服务的基础，也是系统的核心部分。管理层主要提供用户管理、协作管理、服务管理和安全管理。用户管理主要是对用户的身份和权限等进行有效管理;协作管理主要对设计过程的协同工作进行有效管理，使得多方设计人员能够协同工作;服务管理主要对应用层提供的服务进行有效的管理，使得用户按需选择服务;安全管理主要对整个系统的安全进行有效的管理。
数据层：面向油气钻井工程设计的钻井信息数据仓库。油气钻井工程信息的庞大和作用是我们所共知的，信息管理也是协同设计能否高效顺利进行的一个关键因素。数据层运用云存储技术，构建云平台上面向油气钻井工程设计的分布式数据存储的数据仓库管理系统，为云平台上的相关设计人员协同工作提供强大可靠的服务支持。 3 系统的体系结构
我们拟采用如图2所示的基于云计算的油气钻井工程协同设计系统的体系结构。系统的体系结构共包括六个部分：云用户端、服务目录、管理系统、部署工具、资源监控及服务器集群。各部分的具体功能如下：
云用户端：提供用户(多方协同设计人员、管理人员和多方专家等)请求服务的交互界面，也是用户使用云服务的入口。用户可以注册、登录、查询及订制服务，也可以配置和管理用户。打开油气钻井工程设计应用实例与本地操作桌面系统一样，用户只需通过浏览器就可方便地按需选择服务，进行协同工作。
服务目录：多方技术人员与专家协同设计时请求服务的列表，可根据各自所拥有的权限对服务项目进行查看、选择、订制、退订等操作，并在用户端以生成相应的图标或列表的形式展示相关服务。
管理系统：协同设计的工作流程与资源，如计算、存储、数据和软件等的管理，使多方设计人员与专家能够根据自己需要选择定制相应的服务，突破地域的限制，进行协同设计。管理系统是整个平台的核心部分之一。
部署工具：负责资源和应用的调度、动态部署、配置和回收。
资源监控：为确保系统高效、协调工作而进行的对资源的监控和计量等，能够根据资源的使用情况，完成节点同步配置、负载均衡配置和资源监控，确保资源能顺利分配给相应的用户。
服务器集群：主要由物理的或虚拟的服务器组成，存储数据、调配钻井设计相关专业软件和应用软件等。在管理系统的管理下，响应高并发的多方设计人员的请求，提供所需的计算、存储、数据和软件等资源。
4 结束语
云计算可以通过整合各种互联资源，诸如计算、存储、数据、软件等，实现多层次的虚拟化和抽象，以可靠服务的形式将大规模的计算资源提供给用户，进而将用户从复杂的底层硬件逻辑、网络协议、软件架构中解放出来。该文将云计算技术引入油气钻井工程领域，研究开发基于云计算的油气钻井工程协同设计系统，为多方协同设计人员和专家提供了一个基于云计算的协同设计平台，跨越地域的限制，协同工作，以最低的成本设计出最优质的井。该系统的研究，为进一步深入研究云计算在油气钻井工程中的应用奠定了坚实的理论与方法基础。
参考文献：
[1] 方明，屈展.计算机支持协同式水平井设计系统[J].计算机工程，2004，30(6)：68-70.
[2] 王魁生，屈展，方明.远程钻井网上会战智能应用系统研究[J].石油学报，2001，22(2)：79-82.
[3] 方明，爨滢.网络化钻井工程协同虚拟设计系统研究[J].石油学报， 2005，25(3)：90-94.
[4] 刘鹏.云计算[M].2版.北京：电子工业出版，2011.
