大慶油田公司勘探開發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）是根據國務院機構改革方案，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集團，系國家授權投資的機構和國家控股公司，是實行上下游、內外貿、產銷一體化、按照現代企業制度動作，跨地區、跨行業、跨國經營的綜合性石油公司。

      作為中國境內最大的原油、天然氣生產、供應商和最大的煉油化工產品生產、供應商，中國石油集團業務涉及石油天然氣勘探開發、煉油化工、管道運輸、油氣煉化產品銷售、石油工程技術服務、石油機械加工制造、石油貿易等各個領域，在中國石油、天然氣生產、加工和市場中占據主導地位，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”。

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

      大慶油田采油二廠是中石油下屬單位，年產原油近千萬噸，其信息部門從1998-1999年建設完成計算機局域網，現在計算機網絡由廠、礦、隊三級網絡構成。信息中心機房為網絡的一級中心，下聯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。形成地下的構造以及地下的成像，發現地下的油氣構造，并打井提供更加可靠的勘探數據。

      地震數據的爆炸性增長，對地震數據在存儲系統得出了更高的要求，數據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鍵。網絡存儲技術的出現，從多個方面改善了地震數據存儲系統的不足。本文通過對地震數據存儲系統的現狀及問題的分析，設計了基于網絡存儲技術的地震數據存儲系統，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據傳輸效率，實現了地震數據處理解釋一體化的布諸和管理。

      面臨的挑戰

      大慶油田公司研究院地震處理解釋中心擁有聯想深騰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）等多套地震數據處理系統，以及近25套（SUN/B2000）地震數據解釋工作站，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；地震數據處理服務器和解釋工作站采用155MB ATM 技術構成地震處理解釋網絡。

      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，這些解釋工作站系統利用研究院的ATM（155Mb/s）的主干網絡互連在一起。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據。地震數據處理解釋網絡結構參見下圖。

      從上圖可以看出，研究院使用ATM 155Mb/s的主干網絡實現各種解釋工作站系統互連，這些工作站系統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，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網卡。

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

      （1） 數據分散存儲，非常不利于處理成果數據體、解釋中間結果和成果數據的管理及保護；

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

      （3） 地震數據從處理服務器傳輸到解釋工作站受到ATM網絡帶寬的限制，制約著地震數據處理解釋的生產周期；

      （4） 數據的分散存儲、管理復雜，不能被集中存儲管理，給數據安全帶來危害。

      解決方案

      基于研究院地震數據存儲管理存在的問題，有必要采用網絡存儲技術建立統一的地震數據集中存儲管理系統，實現地震數據處理系統和解釋工作站之間的數據共享和交換，達到地震數據處理解釋一體化的目標。地震數據處理服務器完成數據處理任務，處理后的CRP道集和成像數據體傳送到網絡存儲系統，地震解釋工作站從網絡存儲系統中讀取成果數據進行解釋、成圖，解釋成果再歸檔到網絡在存儲系統中，供地質綜合研究人員進行分析和探井設計。方案的技術關鍵是建立網絡存儲系統，實現地震數據處理服務器和解釋工作站之間的數據共享和交換，提高處理解釋效率，縮短地震數據處理研究周期。

      數據存儲技術從DAS（直接連接存儲）到NAS（網絡附加存儲）、SAN（存儲局域網）的發展使數據應用環境從以服務器為中心轉向以存儲為中心。目前SAN技術主要面向以塊I/O的高性能數據中心應用。而NAS則面向以文件共享的小數據塊為應用的共享分布式存儲應用，為TCP/IP網絡上的各個服務器/工作站提供快速的數據文件共享。

      NetApp公司的NAS存儲技術是一種專業的網絡文件存儲及文件備份技術，或稱為網絡直聯存儲設備、網絡磁盤陳列。一個NAS存儲系統中包括核心處理器，文件服務管理工具，一個或者多個的硬盤驅動器用于數據的存儲。NAS可以應用在任何的網絡環境當中。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系統可以根據服務器或者客戶端計算機發出的指令完成對內的文件的管理。另外的特性包括：獨立于操作系統平臺，不同種類的文件共享，交叉協議用戶安全性/許可性，瀏覽器界面的操作/管理，和不中斷網絡來增加和移除服務器。

      1.      地震數據處理解釋對網絡存儲的需求分析

      根據研究院地震數據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據及解釋成果數據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存儲技術來整合現有的地震處理解釋系統。建設一個以NAS為存儲中心的地震數據處理解釋系統應用環境。

      （1）   容量上的需求

      考慮將來的發展需求和目前現有的存儲空間情況，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據，加快這些成果數據的解釋和應用；二是備份現有的各臺解釋工作站上已完成的解釋成果數據，實施解釋成果數據的集中存儲與管理；三是加載油田探井的測井曲線數據，為探井綜合評價提供數據服務。在NAS文件服務器上實際配置2TB的存儲容量，使整個地震數據解釋系統的總存儲空間達到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

      由于地震數據處理解釋的數據集中存儲在NAS設備中，這就要求NAS存儲設備、網絡數據傳輸路徑、都要有適合地震處理數據傳輸的性能。因此不僅要選用業界性能最佳的NAS存儲設備、而且還要局部地改造研究院現有的骨干網絡，提升數據傳輸線路的帶寬。

      （3）   安全上需求

      數據安全是地震數據處理解釋生產中非常重要的工作，它不僅影響到生產的周期、而且會影響到研究院多年的地震數據處理解釋成果。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、達到數據集中后對數據的安全保護。

      （4）   集中簡單管理需求

      數據的集中必然帶來了數據的管理問題。因此在作到集中管理的同時，還要實現管理簡單、界面豐富、實施容易等需求。

      2.      地震數據處理解釋存儲系統的設計目標

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

      （2） 實現NAS存儲服務器與勘探研究科室之間的千兆（1000Mb/s）以太網連接，提高數據傳辦輸網絡的帶寬，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，保證數據的交換速率；

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

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

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

      3.      網絡存儲系統的設計方案

      針對上述需要分析并結合NetApp公司的NAS存儲技術，采用NAS存儲技術對研究院地震數據處理解釋系統進行整合是一個滿足實際需求的解決方案。

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

      （1） 地震數據處理解釋網絡的升級改造

      研究院目前的骨干網絡是以ATM（155Mb/s）為主干的網絡。因此需要將地震數據處理解釋各個科室所在的網絡改造楊1000Mb/s以太網絡，在網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。

      （2） 各個建筑物之間網絡光纖的改造

      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，使用光纖中繼器是在現有光纖中間安裝中繼器來實現，使用延伸器是在光纖的兩端安裝延伸器來實現，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）   地震數據處理解釋存儲方案總體設計

      根據實際需求，設計了以NetApp NAS文件服務器F840為核心的研究院地震數據處理解釋存儲系統。

      從上述的網絡拓撲結構圖中，NAS存儲器F840安裝在綜合樓內，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、地震數據處理一室配置的CISCO Cat3524之間借助目前以有的多膜光纖來實現連接。地震數據解釋工作站利用100Mb/s的以太網卡的RJ45實現上連。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）來實現連接。

      該方案的整體設計思想是在勘探綜合樓內配置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與中心交換的冗余連接。在勘探兩個科室內分別配置一臺CISCO 3524交換機，實現1000Mb/s上連，及100Mb/s的下連到解釋工作站。保證了數據傳輸性能和數據的安全存儲。整個方案充分體現了以NAS為中心的存儲整合。

      NAS存儲設備選用業界技術最成熟、性能最優、應用廣泛的NetApp F840

      綜合樓的中心交換機選用業界技術最先進的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.      網絡存儲方案的實施

      （1） 千兆網絡環境的安裝調試

      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，設備命名規則，網關地址、DNS IP和域名、VLAN號分配規則、C4003上聯到骨干交換機；進行網絡連接及連網測試，并構成NAS所需的網絡環境。

      （2） F840存儲服務器的安裝調試

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

      運行效果

      2003年初地震數據處理解釋存儲系統投入生產，主要應用于地震處理成果數據、地震解釋成果數據和探井測井曲線數據的存儲和管理。

      NAS存儲服務器上配置了39塊72GB FC磁盤，目前使用了34塊磁盤作為數據盤，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用作系統盤；

            Vo11用來存儲測井數據，使用了249GB的磁盤空間；

            Vo12用來存儲地震解釋成果數據，使用了306GB的空間；

            Vo13、vo14用來存儲地震成果數據，使用了753GB的磁盤空間。

      NAS盤上的數據，主要采用了NFS方式出口給勘探科室的地震數據解釋工作站，用于遠程數據文件服務，用戶可以方便快捷地下載地震數據和測井數據。系統管理員主要通過HTTP方式，在辦公室的微機上，使用NAS的FilerView功能來管理NAS系統。在數據安全管理方面，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存儲系統運行期間，會定期發出E-mail給系統管理人員和NetApp的客服中心，及時報告系統的運行況狀和故障信息，NETAPP公司有專門人員檢查NAS存儲系統的運行情況，出現的錯誤，他們會及時定位、排除。

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