基于大数据的钻具组合辅助设计系统的研究

文/方明 李欣

钻具组合设计通常要借鉴以

往类似设计的数据与结果，而相

关数据信息因钻井作业的特殊性，

具有分布广、数据量大，难以集

成等问题，本文采用大数据的理

论和方法，构建基于大数据的钻

具组合辅助设计系统的总体结构；

提出了一种钻具间关联性分析方

法，同时，给出了基于MapReduce

的钻具间关联性并行分析算法，

从而能有效地为钻井设计人员提

供辅助支持。

摘 要

面向大数据的钻具组合辅助设计分布式数据

库，并建立支持为不同设计人员定制的多租户

共享存储架构和并行访问控制模式。采用云计

算开放式网络服务架构，结合用户创造内容、

Web2.0 技术，设计实现系统数据信息资源的

注册、管理、调度和使用的资源的协调机制与

管理策略。针对以往数据组织多是面向部门和

以油井为主题的，缺少相应的分析，不便于设

计人员应用，提出基于大数据的钻具间关联性

分析和钻具数据组织方法，构建相应的基于大

数据的钻具关联分析平台、基于大数据的钻具

数据组织平台和钻具辅助设计工作平台，从而

支持设计人员能根据需要，通过有针对性的分

析和数据组织，快速、方便、有效地参考和借

鉴以往钻具组合设计信息进行钻具组合的设

计。

2 基于大数据的钻具间关联性分析方法

基于大数据的钻具组合辅助设计系统的

重点，在于对以往各钻井企业各油井钻具组合

数据信息的有效分析和利用，从中挖掘和发现

有助于设计人员进行钻具组合设计的有效信

息。在钻井过程中，一口井钻具的使用是由钻

井设计所形成的钻具组合来确定的。表1 是某

油井钻具组合设计表：

表 1 所示油井根据地层情况分三次开钻

钻进，每次开钻所使用的钻头、管材等大小、

型号、强度不同，并且从钻头到钻杆等逐项连

接形成，钻具间有一定的关联性。本系统钻具

间关联性分析方法的核心思想是针对钻具组合

的特点，以钻具间关联频次为基础，对以往钻

具组合设计中包含的钻具间关联性进行分析，

形成钻具间的关联链，从而有效地为钻井设计

人员提供辅助支持。有关概念和分析方法定义

如下：

定义1：钻具间的关联度

设W 为不同油井钻具组合设计集合，D

为W 中钻具集合，di

k、dj

k ∈ D 表示W 中各

油井第K 次开钻钻具组合中两个不同钻具，

则di

k、dj

k 间的关联度r(di

k，dj

k) 为di

k 和dj

k 在

集合W 中不同油井的第K 次开钻钻具组合中

同时出现的次数。

定义2：钻具关联邻域

给定数值ε>0，且di

k ∈ D，则钻具di

k 的

ε 邻域为ε(di

k)={dj

k， 其中dj

k ∈ D ∧ r(di

k，

dj

k) ≥ ε}。

定义3：钻具关联链

设d、e ∈ D， 给定数值ε>0，若存

在d1

k,d2

k,…, dn

k, 其中d1

k=d，dn

k=e， 且di+1

k

∈ ε(di

k)， 则称钻具d、e 间存在关联链； 若

e ∈ ε(d)，则称钻具d、e 是直接关联。

定义4：钻具集合上的关系

设W 为以往不同油井的钻具组合设计集

合，D 为W 中出现的所有钻具的集合，定义

图1：基于大数据的钻具组合辅助设计系统的总体结构