大慶油田公司勘探開發(fā)研究地震處理解釋中心
 
      中國石油天然氣集團公司（簡稱《中國石油集團》，英文縮寫：CNPC）是根據(jù)國務院機構(gòu)改革方案，于1998年7月在原中國石油天然氣總公司的基礎上組建的特大型石油石化企業(yè)集團，系國家授權(quán)投資的機構(gòu)和國家控股公司，是實行上下游、內(nèi)外貿(mào)、產(chǎn)銷一體化、按照現(xiàn)代企業(yè)制度動作，跨地區(qū)、跨行業(yè)、跨國經(jīng)營的綜合性石油公司。

      作為中國境內(nèi)最大的原油、天然氣生產(chǎn)、供應商和最大的煉油化工產(chǎn)品生產(chǎn)、供應商，中國石油集團業(yè)務涉及石油天然氣勘探開發(fā)、煉油化工、管道運輸、油氣煉化產(chǎn)品銷售、石油工程技術(shù)服務、石油機械加工制造、石油貿(mào)易等各個領(lǐng)域，在中國石油、天然氣生產(chǎn)、加工和市場中占據(jù)主導地位，在美國《石油情報周刊》最大50家世界石油公司排名中，中國石油集團位居第10位，在《財富》雜志2003年公布的世界500強企業(yè)排名中，由上年的第81位提升為第69位，并被評為“世界最受贊賞企業(yè)”。

      中國石油集團注冊總資本1149億元，現(xiàn)有總資產(chǎn)7362億元，在中國境內(nèi)東北、華北、西北、西南等廣大地區(qū)擁有13個大型特大型油氣田企業(yè)、16個大型特大型煉油化工企業(yè)、19個石油銷售企業(yè)和一大批石油石化科研院所和石油施工作業(yè)、技術(shù)服務、機械制造企業(yè)，在中東、北非、中亞、俄羅斯、南美等地區(qū)擁有近30個油氣勘探開發(fā)和生產(chǎn)建設項目。2003年國內(nèi)生產(chǎn)原油10954.4萬噸，生產(chǎn)天然氣248.8億立方米，加工原油9842.8萬噸；同時在海外獲取權(quán)益原油產(chǎn)量1288.4萬噸、天然氣產(chǎn)量13.9億立方米。全年實現(xiàn)銷售收入4752.9億元，上繳稅費760億元，實現(xiàn)利潤726.7億元，實現(xiàn)利潤在國內(nèi)企業(yè)中位居榜首。

      大慶油田采油二廠是中石油下屬單位，年產(chǎn)原油近千萬噸，其信息部門從1998-1999年建設完成計算機局域網(wǎng)，現(xiàn)在計算機網(wǎng)絡由廠、礦、隊三級網(wǎng)絡構(gòu)成。信息中心機房為網(wǎng)絡的一級中心，下聯(lián)24個廠屬單位及5個廠外單位。

      地震處理解釋中心的主要工作是將地下地質(zhì)的地震信號，通過地面提取后，用大型計算機進行處理。形成地下的構(gòu)造以及地下的成像，發(fā)現(xiàn)地下的油氣構(gòu)造，并打井提供更加可靠的勘探數(shù)據(jù)。

      地震數(shù)據(jù)的爆炸性增長，對地震數(shù)據(jù)在存儲系統(tǒng)得出了更高的要求，數(shù)據(jù)體在多個處理服務器及解釋工作站之間，如何高速、快捷地傳送，是制約處理解釋周期的關(guān)鍵。網(wǎng)絡存儲技術(shù)的出現(xiàn)，從多個方面改善了地震數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的不足。本文通過對地震數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的現(xiàn)狀及問題的分析，設計了基于網(wǎng)絡存儲技術(shù)的地震數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，實施后，極大地提高了各處理服務器、地震解釋工作之間的數(shù)據(jù)傳輸效率，實現(xiàn)了地震數(shù)據(jù)處理解釋一體化的布諸和管理。

      面臨的挑戰(zhàn)

      大慶油田公司研究院地震處理解釋中心擁有聯(lián)想深騰1800萬億次集群并行機（256個CPU）、DELL集群并行機（24個CPU）和IBM SP2（24個CPU）等多套地震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，以及近25套（SUN/B2000）地震數(shù)據(jù)解釋工作站，承擔著三維疊前深度偏移處理、地震目標處理和解釋任務。各處理服務器及解釋工作站均配置有基于主機的直接存儲（DAS-Direct Attached Storage）磁盤陳列，DELL配置6TB磁盤、IBM配置900GB磁盤、每臺SUN/B2000配置180GB磁盤；地震數(shù)據(jù)處理服務器和解釋工作站采用155MB ATM 技術(shù)構(gòu)成地震處理解釋網(wǎng)絡。

      以SUN工作站為主的地震解釋工作站，分布在研究院處理解釋中心機房、勘探綜合樓和勘探一室（樓）內(nèi)，這些解釋工作站系統(tǒng)利用研究院的ATM（155Mb/s）的主干網(wǎng)絡互連在一起。在每臺解釋工作站都有自己的本地磁盤用于存儲地震解釋成果數(shù)據(jù)。地震數(shù)據(jù)處理解釋網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)參見下圖。

      從上圖可以看出，研究院使用ATM 155Mb/s的主干網(wǎng)絡實現(xiàn)各種解釋工作站系統(tǒng)互連，這些工作站系統(tǒng)分布在處理解釋中心3號樓（勘探二室）、綜合樓（地震方法室）和勘探一室樓內(nèi)，樓與樓之間使用多膜光纖連接，目前傳輸速率為155Mb/s。其中位于處理中心的勘探二室與綜合樓的距離為700米左右。綜合樓到勘探一室的距離為200米左右。在研究院共有近25套SUN工作站運行著各種地震解釋軟件，總共使用的磁盤存儲空間為2.5TB。每臺工作站上都有10M/100M網(wǎng)卡。

      隨著野外地震數(shù)據(jù)采集量的爆炸性增長，一塊三維地震工區(qū)的覆蓋面積達到了600平方千米，原始數(shù)據(jù)量為700GB以上，因此，如何有效地加載、存儲和處理解釋地震數(shù)據(jù)，縮短地震數(shù)據(jù)處理解釋周期，對地震數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的容量、性能和可用性提出了更高的要求。目前的地震數(shù)據(jù)處理解釋存儲系統(tǒng)面臨如下問題：

      （1） 數(shù)據(jù)分散存儲，非常不利于處理成果數(shù)據(jù)體、解釋中間結(jié)果和成果數(shù)據(jù)的管理及保護；

      （2） 地震數(shù)據(jù)不能及時地被多臺解釋工作站共享，有時數(shù)據(jù)的共享需要磁盤加載實現(xiàn)；

      （3） 地震數(shù)據(jù)從處理服務器傳輸?shù)浇忉尮ぷ髡臼艿紸TM網(wǎng)絡帶寬的限制，制約著地震數(shù)據(jù)處理解釋的生產(chǎn)周期；

      （4） 數(shù)據(jù)的分散存儲、管理復雜，不能被集中存儲管理，給數(shù)據(jù)安全帶來危害。

      解決方案

      基于研究院地震數(shù)據(jù)存儲管理存在的問題，有必要采用網(wǎng)絡存儲技術(shù)建立統(tǒng)一的地震數(shù)據(jù)集中存儲管理系統(tǒng)，實現(xiàn)地震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和解釋工作站之間的數(shù)據(jù)共享和交換，達到地震數(shù)據(jù)處理解釋一體化的目標。地震數(shù)據(jù)處理服務器完成數(shù)據(jù)處理任務，處理后的CRP道集和成像數(shù)據(jù)體傳送到網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)，地震解釋工作站從網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)中讀取成果數(shù)據(jù)進行解釋、成圖，解釋成果再歸檔到網(wǎng)絡在存儲系統(tǒng)中，供地質(zhì)綜合研究人員進行分析和探井設計。方案的技術(shù)關(guān)鍵是建立網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)，實現(xiàn)地震數(shù)據(jù)處理服務器和解釋工作站之間的數(shù)據(jù)共享和交換，提高處理解釋效率，縮短地震數(shù)據(jù)處理研究周期。

      數(shù)據(jù)存儲技術(shù)從DAS（直接連接存儲）到NAS（網(wǎng)絡附加存儲）、SAN（存儲局域網(wǎng)）的發(fā)展使數(shù)據(jù)應用環(huán)境從以服務器為中心轉(zhuǎn)向以存儲為中心。目前SAN技術(shù)主要面向以塊I/O的高性能數(shù)據(jù)中心應用。而NAS則面向以文件共享的小數(shù)據(jù)塊為應用的共享分布式存儲應用，為TCP/IP網(wǎng)絡上的各個服務器/工作站提供快速的數(shù)據(jù)文件共享。

      NetApp公司的NAS存儲技術(shù)是一種專業(yè)的網(wǎng)絡文件存儲及文件備份技術(shù)，或稱為網(wǎng)絡直聯(lián)存儲設備、網(wǎng)絡磁盤陳列。一個NAS存儲系統(tǒng)中包括核心處理器，文件服務管理工具，一個或者多個的硬盤驅(qū)動器用于數(shù)據(jù)的存儲。NAS可以應用在任何的網(wǎng)絡環(huán)境當中。主服務器客戶端可以非常方便地在NAS上存儲任意格式的文件，包括SMB格式（Windows）NFS 格式（Unix, Linux）和CIFS格式等等。NAS系統(tǒng)可以根據(jù)服務器或者客戶端計算機發(fā)出的指令完成對內(nèi)的文件的管理。另外的特性包括：獨立于操作系統(tǒng)平臺，不同種類的文件共享，交叉協(xié)議用戶安全性/許可性，瀏覽器界面的操作/管理，和不中斷網(wǎng)絡來增加和移除服務器。

      1.      地震數(shù)據(jù)處理解釋對網(wǎng)絡存儲的需求分析

      根據(jù)研究院地震數(shù)據(jù)處理服務器和解釋工作站所擁有的磁盤存儲空間為9TB和2TB，隨著處理解釋工作量的不斷增加，預計存儲處理成果數(shù)據(jù)及解釋成果數(shù)據(jù)的集中存儲空間需要2TB到3TB的容量。因此提出采用NetApp公司的NAS存儲技術(shù)來整合現(xiàn)有的地震處理解釋系統(tǒng)。建設一個以NAS為存儲中心的地震數(shù)據(jù)處理解釋系統(tǒng)應用環(huán)境。

      （1）   容量上的需求

      考慮將來的發(fā)展需求和目前現(xiàn)有的存儲空間情況，第一期將NAS文件服務器配置成2TB或3TB的存儲空間比較適合。一是加載近幾年處理完成的地震成果數(shù)據(jù)，加快這些成果數(shù)據(jù)的解釋和應用；二是備份現(xiàn)有的各臺解釋工作站上已完成的解釋成果數(shù)據(jù)，實施解釋成果數(shù)據(jù)的集中存儲與管理；三是加載油田探井的測井曲線數(shù)據(jù)，為探井綜合評價提供數(shù)據(jù)服務。在NAS文件服務器上實際配置2TB的存儲容量，使整個地震數(shù)據(jù)解釋系統(tǒng)的總存儲空間達到4.5TB（加上原來的2.5TB），并且留有4TB的可擴展存儲空間。

      （2）   性能上需求

      由于地震數(shù)據(jù)處理解釋的數(shù)據(jù)集中存儲在NAS設備中，這就要求NAS存儲設備、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸路徑、都要有適合地震處理數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅?。因此不僅要選用業(yè)界性能最佳的NAS存儲設備、而且還要局部地改造研究院現(xiàn)有的骨干網(wǎng)絡，提升數(shù)據(jù)傳輸線路的帶寬。

      （3）   安全上需求

      數(shù)據(jù)安全是地震數(shù)據(jù)處理解釋生產(chǎn)中非常重要的工作，它不僅影響到生產(chǎn)的周期、而且會影響到研究院多年的地震數(shù)據(jù)處理解釋成果。因此選用的NAS存儲設備和相應的軟件必須具有非常高的安全保護技術(shù)、達到數(shù)據(jù)集中后對數(shù)據(jù)的安全保護。

      （4）   集中簡單管理需求

      數(shù)據(jù)的集中必然帶來了數(shù)據(jù)的管理問題。因此在作到集中管理的同時，還要實現(xiàn)管理簡單、界面豐富、實施容易等需求。

      2.      地震數(shù)據(jù)處理解釋存儲系統(tǒng)的設計目標

      （1） 地震處理成果數(shù)據(jù)、地震解釋成果數(shù)據(jù)和測井曲線數(shù)據(jù)將集中存儲到安裝在勘探綜合樓內(nèi)的NAS存儲服務器中去。實現(xiàn)重要的地震、測井數(shù)據(jù)的集中存儲、管理和共享；

      （2） 實現(xiàn)NAS存儲服務器與勘探研究科室之間的千兆（1000Mb/s）以太網(wǎng)連接，提高數(shù)據(jù)傳辦輸網(wǎng)絡的帶寬，各二級交換機到用戶解釋工作站之間達到100Mb/s的桌面連接，保證數(shù)據(jù)的交換速率；

      （3） 所有SUN的工作站和NT/WINDOWS系統(tǒng)實現(xiàn)文件級共享，保證地震數(shù)據(jù)、測井數(shù)據(jù)和必要的文本文件實現(xiàn)無須手工干預直接使用；

      （4） 保證數(shù)據(jù)的安全，利用NAS存儲服務器安全性，及SnapShot等技術(shù)保證集中存儲數(shù)據(jù)的安全性；

      （5）   盡可能節(jié)省投資，利用研究院現(xiàn)有的光纖等網(wǎng)絡設施在充分考慮將來需要的情況下節(jié)省用戶的投資。

      3.      網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)的設計方案

      針對上述需要分析并結(jié)合NetApp公司的NAS存儲技術(shù)，采用NAS存儲技術(shù)對研究院地震數(shù)據(jù)處理解釋系統(tǒng)進行整合是一個滿足實際需求的解決方案。

      在構(gòu)建研究院地震數(shù)據(jù)處理解釋存儲系統(tǒng)時，以NetApp的Filer F840存儲設備為核心，并對研究院的骨干網(wǎng)絡進行局部改造，建立基于千兆網(wǎng)絡技術(shù)的地震處理解釋專網(wǎng)，實現(xiàn)處理服務器、解釋工作站與NAS存儲器之間的高速傳輸。

      （1） 地震數(shù)據(jù)處理解釋網(wǎng)絡的升級改造

      研究院目前的骨干網(wǎng)絡是以ATM（155Mb/s）為主干的網(wǎng)絡。因此需要將地震數(shù)據(jù)處理解釋各個科室所在的網(wǎng)絡改造楊1000Mb/s以太網(wǎng)絡，在網(wǎng)絡升級改造方案中使用CISCO的骨干交換機來建立地震處理解釋專網(wǎng)。

      （2） 各個建筑物之間網(wǎng)絡光纖的改造

      NAS設備F840將安裝在勘探綜合樓，與勘探二室所在的處理中心樓之間的距離大約有700米，使用目前的多膜光纖在1000Mb/s的傳輸下只能支持550米，因此要使用光纖中繼器或延伸器來實現(xiàn)，使用光纖中繼器是在現(xiàn)有光纖中間安裝中繼器來實現(xiàn)，使用延伸器是在光纖的兩端安裝延伸器來實現(xiàn)，但費用稍高；勘探綜合樓與勘探一室之間的距離為200米，使用目前的多膜光纖即可。

      （3）   地震數(shù)據(jù)處理解釋存儲方案總體設計

      根據(jù)實際需求，設計了以NetApp NAS文件服務器F840為核心的研究院地震數(shù)據(jù)處理解釋存儲系統(tǒng)。

      從上述的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)圖中，NAS存儲器F840安裝在綜合樓內(nèi)，配置CISCO的Catlyst4003交換機作為中心交換機。F840利用兩個1000Mb/s的接口與中心交換機4003利用多膜光纖連接。而4003中心交換機和在計算中心1號樓、地震數(shù)據(jù)處理一室配置的CISCO Cat3524之間借助目前以有的多膜光纖來實現(xiàn)連接。地震數(shù)據(jù)解釋工作站利用100Mb/s的以太網(wǎng)卡的RJ45實現(xiàn)上連。計算中心1號樓與綜合樓之間距離超過550米，因此方案使用光纖延長器（2個）來實現(xiàn)連接。

      該方案的整體設計思想是在勘探綜合樓內(nèi)配置CISCO Cat4003中心交換機和NetApp的F840文件服務器。在F840上配有兩個1000Mb/s的多膜光纖接口實現(xiàn)與中心交換的冗余連接。在勘探兩個科室內(nèi)分別配置一臺CISCO 3524交換機，實現(xiàn)1000Mb/s上連，及100Mb/s的下連到解釋工作站。保證了數(shù)據(jù)傳輸性能和數(shù)據(jù)的安全存儲。整個方案充分體現(xiàn)了以NAS為中心的存儲整合。

      NAS存儲設備選用業(yè)界技術(shù)最成熟、性能最優(yōu)、應用廣泛的NetApp F840

      綜合樓的中心交換機選用業(yè)界技術(shù)最先進的CISCO公司的Catalyst 4003

      安裝在計算中心1號樓（勘探二室）、勘探一室的二級交換機選用CISCO的Catalyst3524     

      在計算機中心一號（勘探二室）與綜合樓之間用于光纖信號增強的光纖延伸器選用美國MRV公司的Fiber Driver Gigabit Multimode Extender

      1.      網(wǎng)絡存儲方案的實施

      （1） 千兆網(wǎng)絡環(huán)境的安裝調(diào)試

      在指定地點安裝MRV光纖延伸器和CISCO公司的Catalyst4003、C3524交換機；上電配置C4003和C3524，提供交換機的管理IP/掩碼，設備命名規(guī)則，網(wǎng)關(guān)地址、DNS IP和域名、VLAN號分配規(guī)則、C4003上聯(lián)到骨干交換機；進行網(wǎng)絡連接及連網(wǎng)測試，并構(gòu)成NAS所需的網(wǎng)絡環(huán)境。

      （2） F840存儲服務器的安裝調(diào)試

      F840存儲服務器的控制器、磁盤柜上架；網(wǎng)絡電纜連接到F840上；提供F840的IP地址和子網(wǎng)掩碼，DNS服務器的IP地址，缺省網(wǎng)關(guān)的IP地址，F(xiàn)840主機名，須有mail主機名和IP地址，須有網(wǎng)絡工作站，至少于Hot Spare、兩塊備用、剩余36塊分成（9+1）4個RAID組；在F840上安裝調(diào)試NFS、CIFS、SnapRestore等軟件；當所有設備安裝調(diào)試完成后，將進入系統(tǒng)聯(lián)調(diào)階段，聯(lián)調(diào)階段要調(diào)通網(wǎng)絡功能、文件共享功能、快照功能及快照恢復功能。

      運行效果

      2003年初地震數(shù)據(jù)處理解釋存儲系統(tǒng)投入生產(chǎn)，主要應用于地震處理成果數(shù)據(jù)、地震解釋成果數(shù)據(jù)和探井測井曲線數(shù)據(jù)的存儲和管理。

      NAS存儲服務器上配置了39塊72GB FC磁盤，目前使用了34塊磁盤作為數(shù)據(jù)盤，另外的5塊盤作為Spare Disks.磁盤的劃分見下表：

      NAS存儲服務器的磁盤劃分

      其中：

            Vo10用作系統(tǒng)盤；

            Vo11用來存儲測井數(shù)據(jù)，使用了249GB的磁盤空間；

            Vo12用來存儲地震解釋成果數(shù)據(jù)，使用了306GB的空間；

            Vo13、vo14用來存儲地震成果數(shù)據(jù)，使用了753GB的磁盤空間。

      NAS盤上的數(shù)據(jù)，主要采用了NFS方式出口給勘探科室的地震數(shù)據(jù)解釋工作站，用于遠程數(shù)據(jù)文件服務，用戶可以方便快捷地下載地震數(shù)據(jù)和測井數(shù)據(jù)。系統(tǒng)管理員主要通過HTTP方式，在辦公室的微機上，使用NAS的FilerView功能來管理NAS系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)安全管理方面，開啟了NAS存儲服務器的快照功能（SnapShot），每日白天三次，晚間快照2次。

      NAS存儲系統(tǒng)運行期間，會定期發(fā)出E-mail給系統(tǒng)管理人員和NetApp的客服中心，及時報告系統(tǒng)的運行況狀和故障信息，NETAPP公司有專門人員檢查NAS存儲系統(tǒng)的運行情況，出現(xiàn)的錯誤，他們會及時定位、排除。

      到目前為止，整個NAS存儲系統(tǒng)運行正常，滿足了油氣勘探攻關(guān)項目的數(shù)據(jù)需求，解決了勘探項目組不能及時得到地震處理成果數(shù)據(jù)、測井曲線數(shù)據(jù)，影響地質(zhì)綜合研究及井位設計進度的問題。據(jù)勘探研究人員測算，該存儲系統(tǒng)的成功應用，使勘探研究人員加載地震和測井數(shù)據(jù)的時間縮短了2/3；地震解釋成果數(shù)據(jù)的及時傳送，加快了地質(zhì)分析和成圖的進度；并且實現(xiàn)了地震、測井數(shù)據(jù)存儲管理的高可靠性、高可用性和高安全性的目的。

多易