數字油田油氣集輸系統前方一公里問題研究

惠立 高志亮 宋艷萍

1.西安石油大學石油工程學院（陜西西安710065）

2.長安大學數字油田研究所（陜西西安717600）

數字油田油氣集輸系統前方一公里問題研究

惠立1,2高志亮2宋艷萍1,2

1.西安石油大學石油工程學院（陜西西安710065）

2.長安大學數字油田研究所（陜西西安717600）

原油集輸是一個大系統，包含了從井口到計量站、聯合站到外輸首站的全部過程，在這整個過程中形成了一個很長而又復雜的鏈路。井區集輸管網是這個鏈路上一個重要的組成部分，構成油氣集輸管網系統的“前方一公里”。由于人們往往疏于對井區集輸管網的管理，研究和探討“前方一公里”問題，有利于對油氣集輸管網大系統進行全方位的科學化管理，推進數字油田集輸管網向數字化、智能化邁進。

油氣集輸集輸管網數字油田前方一公里

近年來，隨著各個油田規模的不斷擴大，油田采用管輸的井區也在擴大，這樣就構成原油集輸管網的大系統，這個系統包含了從井口到計量站、聯合站，最后到外輸首站的全部過程，整個過程形成了一個很長而且復雜的鏈路。相對于這個鏈路來說，大長管線管子長，管徑大，輸油量多，一旦出現滲漏或者凝管，就會造成重大事故，損失比較嚴重，因此，人們往往更加重視大長管線的建設，對大長管線實施檢測、監控與數字化、智能化管理，而對于井區內的集輸管網往往疏于管護，這就造成了井區集輸管網的問題。把井區集輸管網問題稱為集輸管網“前方一公里”問題，現就這一問題進行探討。

1 關于“前方一公里”及其問題

油氣集輸管網是一個復雜的大系統，井區集輸管網是這個大系統中重要的組成部分，它是油氣集輸管網大系統中的一個子系統，處于油氣集輸管網系統的最前方，相當于人的神經網絡中的神經末梢，將其命名為“前方一公里”。

如圖1所示，“前方一公里”就是集輸管線從井口接入，將油輸出，同時包括加壓站、轉接站、計量站、閥組等構成的一個網狀結構。目前，井區集輸管網主要存在以下問題：

（1）管線埋地分布不清，走向不明，處于一種“看不見，摸不著”的狀態；

（2）管徑小，流量小，結蠟后不易察覺和清除；

（3）管線泄露后不易發現，比較小，但損失的原油總量可是不小；

（4）造成嚴重的污染問題，而且處理漏油造成的問題會耗費很多的人力、財力。

針對這些問題，應加強對“前方一公里”建設和管理。

2 “前方一公里”的特征與管理

2.1 “前方一公里”的特征

（1）地域廣。由于油田井區面積較大，井區集輸管網隨著油井的分布，扇狀遍布井區，井區有多大，集輸管網的面積就有多大。

（2）要素多。顯然在井區的輸油系統中，除了管線外，還有各種閥門和地面要素等。在管線上還有管徑、管材、焊接點等，在各種站點有儀器、儀表和閥組等。一般管線管徑都比較小，輸油量也小，但是，它是直接從井口到計量站或者聯合站的，井越多，管線也越多，網狀也就越大，特別是對于山區地帶，沙漠地帶，山大溝深，就要跨溝、跨河、翻山越梁，建設難度大。

（3）難管理。井區是一個多專業，多工種，經常作業的“露天工廠”——作業區。由于管線網狀鋪設，站點多、管線走向復雜，跑冒滴漏、管線破裂、閥門被損等事件時有發生，造成了井區環保不到位，管輸耗損，甚至出現塌方風險等，使管理難度加大。

2.2 “前方一公里”的管理

針對“前方一公里”的問題與特征，如何搞好井區集輸管網的建設與管理十分的重要和緊迫，根據對某油田企業的井區集輸管網的調查，在井區內作業的隊伍不下10家，問到井區的輸油管線沒有一家能夠說的清，甚至連集輸大隊的工作人員也不清楚管線是哪年設計建設的，管線的基本走向在哪里，現在的運行狀況如何？對于這種情況是令人憂慮的。

隨著井區不斷的擴大，井區的集輸管網也在擴大。以前靠人工管理遇到了很大困難和問題。隨著數字油田建設的不斷深入，利用數字油田管理技術，對井區集輸管網——“前方一公里”實施數字化管理可以大大地提高效率。

（1）建立井區地面三維可視化，利用高精度遙感衛星數據，基于地理skyline技術等，對“前方一公里”建立地面三維可視化系統，將管網實測放在三維可視化系統里，實現遠程在線管理，以解決長期“看不見，摸不著”，無人知曉的問題。

（2）建立數據庫，包括空間數據、屬性數據、元數據的數據庫建設，加強對數據的管理，可以滿足用戶對管線及附加設施的查詢、分析、定位等需求。

（3）建立數字化管理平臺，實現對管網的輔助決策。數字化管理平臺融合了包括檢漏、陰極保護監測等系統，通過數字化的管理平臺，可以實現對管網的高效管理，降低管線的運行風險。

這些技術在大長管線中已經實現，只是人們對井區集輸管網的管理問題認識不夠，所以，造成井區集輸管網管理被丟到一個“被遺忘的角落”，所以，“前方一公里”問題，是值得研究和探討的問題，也是值得引起大家重視的問題，更是當前加強管理和數字化管理的問題。

3 井區集輸管網數字化管理方法與技術

3.1 數據采集

數據采集主要是對管線及各種設備的進行探測、采集并記錄，主要有3部分內容：

3.1.1 管線數據采集

管線探測是所有工作的基礎，直接影響著后序工作的質量。一般說來，管線探測的流程是：現場調查、資料搜集—選擇探測儀器—測量。

現場調查主要是對井區區域管線進行探查與資料的收集，根據井區的特點，每種儀器的適用條件，選擇合適的儀器，在典型地段，即特征點處，進行測量，如：三通、閥門、拐點、計量儀表等，通過測量需要收集到這些特征點的經緯度及高程數據。

3.1.2 地面工程數據采集

地面工程的測量主要是對井區井場、井、站庫等各類建筑及站址的測量，以及道路、各類管線、生產設備的測量，與管線探測相似，地面工程的測量也需搜集資料，采集對象的經緯度、高程、外形等數據。

3.1.3 屬性數據采集

屬性數據的采集需要遵循油田地面工程數據庫建設工程的有關標準，需要及時真實地反應現場的狀況，特別是各種設計參數與設備的參數，要準確且內容齊全，這部分數據是管理決策的基礎。

3.2 數據處理

數據處理主要包括兩部分的內容，第一部分是數據核對與標準化，第二部分是數據庫建立。數據核對與標準化主要是對采集到的數據進行核對，檢查數據的準確性，并對數據實施標準化，數據庫的建立基于數據核對與標準化，對標準化后的數據實施建庫管理。

3.2.1 數據核對與標準化

數據核查應該貫穿整個數據處理過程，這是保證數據準確性的重要手段。數據核查主要是對采集到的管線坐標及場站坐標以及屬性數據的核查，對于管線來說，核查的方法是將采集到的管線點坐標導入Arcgis，生成線狀的shp格式文件，將shp格式的文件加載到Skyline中，與實際狀況相比較，檢查管線的走向是否與實際相符，對于不符合的個別點進行剔除或者修正，必要時需要返工測量該點的坐標數據。對于屬性數據來說，核查時主要是將空間數據與屬性數據進行比較，檢查是否有重復或者缺少的記錄，同時還要檢查屬性數據的正確性。

數據標準化建設非常重要，是基礎性的工作，也是實現規劃目標、保證信息交換和共享的重要前提。制定數據標準主要是為了方便建立數據庫，更好地應用采集到的數據，一般說來，采集到的數據是以表格、文檔、文件、照片等呈現的，對于不同格式的數據，需要轉換成工程所需的格式，同時，建立相應的數據采集系統。

3.2.2 數據庫建立

數據庫的建立需要工作人員的認真和細心，一般步驟為：資料接收、數據輸入、數據校驗、數據庫合并。

數據入庫就是將前面得到的空間數據和屬性數據導入空間數據庫和屬性數據庫。對于空間數據庫來說，在導入的過程中需特別注意空間坐標的格式。而對于屬性數據來說，不存在坐標格式的限制，因此可以利用Oracle、Access或SQL自己的導入工具，將屬性數據導入數據庫。

3.3 數字化管理平臺

數字化管理平臺的建立，主要有兩方面的作用。一方面，為數據庫中的數據提供一個展示的平臺，使用戶通過更加直觀的方法來利用這些數據，即為用戶提供一個空間數字平臺；另一方面，為更好的管理井區集輸管線，合理的做出決策提供依據，即為用戶提供一個管理平臺。搭建數字化管理平臺主要包括三維可視化、模型建立以及數字化管理三方面的內容。

3.3.1 三維可視化

三維可視化是實現數字化管理的基礎，主要是通過建模的手段對所關注的對象進行直觀的展示。對于“前方一公里”的問題來說，三維可視化主要是對管線、場站、設備的一個直觀展示。下面以管線的三維可視化為例進行簡單的說明，一般說來，管線三維可視化的步驟為：

（1）將整理好的特征點坐標導入ARCGIS，生成shp格式的文件；

（2）將shp格式的文件導入Skyline，并檢查管線走向是否出現錯誤；

（3）根據Skyline中的管線走向及距離進行建模；

（4）將建好的模型加載到Skyline。

對于場站、設備來說，每一個場站、每一個設備，都僅僅是一個點，因此在三維可視化的過程中應更多關注建模的細節問題。模型建好后，根據場站、設備的實際坐標，將模型加載到Skyline中，從而實現三維可視化。

另外，Skyline可以通過對數據庫中數據的讀取，使得空間數據在進行自我展示的同時，可以與屬性數據相結合，從而使人們更好地了解所關注的對象。

3.3.2 建立模型

三維模型的建立主要是通過3DMAX建模軟件對場站、設備、管線進行一個模擬展示，利用場站平面流程圖，以及全方位多角度的照片，真實還原場站、管線的狀態、流程，最終生成.X格式的文件，以便于加載到Skyline平臺中進行展示。

3.3.3 數字化管理

數字化管理就是利用一切可利用的數據，對“前方一公里”管線進行合理高效的管理。我們這里所說的數字化管理平臺是在Skyline的技術上建立的，通過Delphi開發語言，對Skyline進行二次開發，采用數據庫、應用服務、客戶三層結構來實現，不僅對井區管網進行了三維展示，同時融合了例如管網模擬控制、管網優化、漏點檢測等專業分析的功能，可以為用戶提供輔助決策，從而使用戶能夠以直觀的方式對管道進行科學的管理，提高管道的運行效率，從而對油氣集輸管網大系統全方位科學化管理，推進數字油田集輸管網向數字化、智能化邁進。

4 結論和建議

數字油田油氣集輸系統井區管網——“前方一公里”問題研究，針對油田企業井區集輸管網問題進行了探討，是一個老問題，新探索，具有一定的新意。

（1）提出了井區集輸管網——“前方一公里”的命題，并對“前方一公里”進行定義，表述了“前方一公里”的基本特征，揭示了“前方一公里”問題。

（2）數字化井區集輸管網管理，是一個全新的課題，加強對井區集輸管網——“前方一公里”數字化管理是數字油田建設的一個重要組成部分，是對數字油田建設的一個有益補充。

（3）基于skyline對井區集輸管網的信息化、數字化和三維可視化管理，其技術、方法成熟，雖然，目前還沒有人進行過“前方一公里”的探索和研究，但是，在大長管線上的應用多有論述與實踐，引入“前方一公里”實施三維可視化遠程管理，效果會很好。

總之，“前方一公里”問題，其實不是一個新問題，但是，由于長期沒有引起人們的重視，在管理上問題還很多，實施數字化管理后能夠加強對井區集輸管網的科學化管理，以減少油氣集輸過程中存在的管理的漏洞。

[1]丁建林.我國油氣管道技術和發展趨勢[J].油氣儲運,2003,22(9).

[2]杜麗紅,姚安林.數字化管道及其應用現狀[J].油氣儲運,2007,26(6).

[3]支志英.地理信息在數字油田中的建設與應用[J].石油工業計算機應用,2009(1).

[4]于君彩.ArcMap在油田數字化中的應用[J].油氣田地面工程,2009(11).

[5]屈海利.GIS在管道工業中的應用[J].油氣儲運,1998,17(5).

[6]崔紅升.信息化再造管道運營技術[J].油氣儲運,2003,22(10).

Crude oil gathering and transportation is a big system,including the whole process from the wellhead to the metering station,union station,and the first stop outside.During this process,a long and complex chain has been formed.Gathering and transportation pipeline network in well block is an important part of this chain,which formed“the first kilometer”of the crude oil gathering and transportation system.Since little attention is paid to the management of pipeline network in well area,study and discussion about"the first kilometer"is beneficial to all-around scientific management of crude oil gathering and transportation network system,and thus accelerating the process of pipeline network digitalization and intelligence in digital oilfields.

oil and gas gathering and transportation;gathering and transportation pipeline network;digital oil field;the first kilometer

2010-09-02▎

惠立（1985-），女，主要從事集輸管網數字化管理。