可視化技術在油田生產營運指揮系統中的應用

王榮馬鑫何東強唐璽

1中國石油集團工程設計有限責任公司北京分公司2中國石油勘探開發公司

可視化技術在油田生產營運指揮系統中的應用

王榮1馬鑫1何東強1唐璽2

1中國石油集團工程設計有限責任公司北京分公司2中國石油勘探開發公司

可視化技術在石油行業中的應用越來越廣泛，典型的應用方式有可視化管理、三維GIS展示和虛擬現實等。將可視化技術應用于油田生產營運指揮系統，對生產過程中產生的大量數據信息進行統計、分析，以可視化的多種展示方式展現，可獲取生產營運指揮過程的重要信息，從而快速準確地把握營運指揮信息，提高生產營運指揮效率，為決策提供依據。可視化營運指揮系統的技術架構包括基礎數據層、數據訪問層、邏輯層、展示層。油田營運指揮系統的功能包括數據統計分析、動態監測、地理展示和預測預警、靈活查詢等，這些功能可以基于大屏幕、桌面端等進行應用展示。

營運指揮，可視化，綜合展示，數據分析

石油企業機構規模龐大分散，業務流程差異較大，容易造成生產和管理的無序現象。提高生產管理水平，實時、全面掌握生產過程，全面靈活的數據分析和報表展示，提供輔助決策依據，是石油企業的迫切需求和亟待解決的問題[1]。

1 可視化技術特點與應用

可視化技術是指利用先進的計算機圖形學以及目前廣泛應用的圖像處理技術，將單純的表格數據進行改造和包裝，以容易接受的矢量圖形、數學圖表、拓撲結構圖等方式在屏幕上展現出來，同時融入用戶體驗、用戶心理學和用戶交互理論的方法和技術。目前常見的可視化技術有Flex、ILog、FushionChart、JFreeChart等。此外，地理信息系統、企業信息儀表盤、虛擬現實和增強現實等技術也廣泛應用于企業信息可視化的實現。

1.1 特點

（1）信息展示直觀。可視化技術以人們易于理解和接受的方式，對龐大的數據信息進行抽取、分析和展現，使得對于信息的獲取更加直觀、簡潔和容易。

（2）展示方式多樣。與傳統的表格方式相比，可視化技術的展現方式多樣靈活，不拘泥于單一的表格展示，提供圖表、邏輯圖、拓撲結構圖以及虛擬現實和增強現實等多種展現方式。

（3）用戶交互性高。可視化技術充分考慮用戶交互和用戶體驗，可使用戶按照自己的習慣對數據進行編排組織，提高用戶對信息的獲取效率。

1.2 典型應用

（1）可視化管理。可視化管理用圖文的形式將設備管理的內容可視化、形象化、程序化，使操作人員在輕松和直觀的狀態下完成設備的檢查、操作和保養，如設備操作程序的可視化和維護保養的可視化等[2]。

（2）三維GIS展示。三維GIS技術提供的三維視覺認知及空間分析能力，使原來只有抽象概念而難以直接感知的空間現象現實化和直觀化[3]。石油企業下屬企業較多，且分布廣泛；同時石油管線、管網、油井、氣井等信息大多與地理信息相關。GIS信息展示以地圖為基礎，以地理信息和空間信息為核心，結合公共地理數據信息，輔以一定的數據統計分析，對信息進行展示。該技術在石油地質勘探、鉆井、集輸和油田信息管理等方面均有應用。

（3）虛擬現實。虛擬現實通過多種技術結合，模擬現實環境，并提供對虛擬環境的交互，使人通過模擬環境獲取相應的體驗，以提高對真實環境的應對能力。石油行業設備昂貴，工作環境復雜，通過虛擬現實使人們提前體驗，積累相關經驗，尤其在石油勘探中應用較多[4]。

2 可視化油田生產營運指揮系統

將可視化技術應用于油田生產營運指揮系統中，對生產過程中產生的大量數據信息進行統計、分析，以可視化的多種展示方式展現，可獲取生產營運指揮過程的重要信息，從而快速準確地把握營運指揮信息，提高生產營運指揮效率，為決策提供依據。

2.1 系統結構

油田生產營運指揮系統是面向企業各部門，進行統計報表的基礎信息收集和數據篩選，集統計、分析、圖表展示、生成報表與輔助決策等功能為一體的綜合性信息化管理系統。

可視化營運指揮系統的技術架構包括基礎數據層、數據訪問層、邏輯層、展示層，如圖1所示。

圖1 生產營運指揮系統技術架構

（1）數據層。油田生產營運中已存在很多數據系統，如SAP、SCADA系統等，以及油田日常生產的結構化數據和非結構化數據，可視化的基礎數據都是來源于這些已存在的數據系統。

（2）數據訪問層。生產營運指揮涵蓋油田生產涉及的各個環節，因此油田生產營運指揮系統中用于可視化分析的數據需要將現有數據系統進行整合。數據訪問層是通過目前主流的數據處理平臺，將各個系統的數據進行抽取、清洗、轉換，再載入統一數據庫中。通過企業商務智能平臺對油田日常生產運行中產生的海量數據進行匯總、統計、分析，建立相應的業務模型。

（3）邏輯層。邏輯層實現系統的核心功能，通過邏輯層各組件的相互協作，實現生產營運指揮系統前端展示與數據層的交互，主要包括可視化組件以及相關業務邏輯、分析處理邏輯等。油田日常生產運行的基礎數據，如油、氣的日產量、加工量等基礎數據，通過數據分析組件和優化組件加工處理，可以實現油和氣的月產量、年產量、日均等換算，再經過數據展示組件生成可視化圖形，或者通過文檔組件生成報告等。

（4）展示層。展示層是用戶與系統的交互層，即所有的業務數據通過邏輯層的處理后展現給用戶端的最終結果，通過Web瀏覽器、大屏幕、移動終端等進行可視化展示。

2.2 系統功能

從可視化在油田生產營運指揮系統中的應用過程可看出，油田營運指揮系統的功能包括數據統計分析、動態監測、地理展示和預測預警、靈活查詢等，這些功能可以基于大屏幕、桌面端等進行應用展示。

（1）大屏展示。生產營運指揮系統通過大屏幕的整屏、分屏、跨屏、聯屏等多種顯示方式，對企業整體信息、生產運行狀況數據、現場實時監控和應急突發事故等重要信息集中展示，方便管理者在生產決策中進行各種數據信息的參照和比較。同時，通過集中控制系統，能夠實時地改變大屏幕顯示模式和內容，從而滿足日常調度和參觀展示等工作的需求。生產運行中的數據指標超過或者低于正常值范圍時，做出信息預警，方便人員及時處理預警信息，減少災害損失。

（2）數據分析展示。在生產營運指揮過程中，通過對油田以往生產數據的同比、環比等統計分析對比，從中獲取生產規律，進而對以后的生產工作進行調整，這是生產營運指揮的重要環節。通過圖形、表格、多維圖形等展示方式，直觀展示數據分析結果，使信息的獲取簡潔、高效。

（3）地理信息展示。油田企業生產營運指揮過程涉及的下屬企業多，分布廣，業務流程涉及的區域廣泛，油井、氣井都有其特定的地理分布信息。可視化生產營運指揮系統基于地理信息系統，在地圖基礎上，對整個企業在區域上進行整體展示。將生產營運指揮過程和業務流程在地圖上清晰地展示，并配合相應的實時信息，做到準確、快速地定位，從而從整體上對整個企業做到實時監控。

（4）業務流程展示。通過可視化的設計，將油田生產的整個業務流程反映出來，追蹤每個流程節點的關鍵指標，實現動態監測關鍵指標的同時反映油田產業鏈的運作過程。

（5）靈活報表展示。針對油田生產的不同業務領域，制定不同的業務模塊，以報表形式對相關的信息進行整合，生成并導出報告，為生產決策提供依據。

2.3 系統應用

（1）多樣的展示形式。可視化技術不僅提供了豐富的圖表（如柱圖、餅圖、線圖）、儀表盤、邏輯圖、流程圖、地圖等多種展示數據的形式，并且結合三維展示方式，對二維圖形進行擴展，豐富其展示方式。

（2）直觀的信息展示。將可視化技術應用于生產營運指揮系統中，根據各種業務的特點和關鍵數據（例如生產計劃的完成情況，資源分布，生產設施分布和運行動態等），利用其豐富多樣的展示形式，對繁雜的生產信息進行分析處理展示，對抽象的業務流程進行可視化展現，并結合地理信息、虛擬現實等技術，使信息的展示更加直觀，獲取更加容易。

3 結語

可視化技術用于油田生產營運指揮系統，將實現油田建立集中統一、上下一體、信息靈通、反應迅速、覆蓋整個油田產業鏈的應用系統，通過全面地掌握生產運行的信息，實現對油田整體資源的動態跟蹤，加強油田的生產經營管理，控制油田生產經營運作成本，實現油田效益最大化。

[1]武鐵峰．企業生產營運指揮平臺建設研究[J]．信息通信，2012（5）：145-146.

[2]景佩明，馬勇軍，張軍，等．油田設備的可視化管理[J]．油氣田地面工程，2013，32（2）：93.

[3]劉兵，王非，楊勇，等．可視化設備管理系統研究與應用[J]．天然氣與石油，2013，31（6）：4-6.

[4]周定照，柳進，羅強．可視化技術在石油行業的應用[J]．石油工業計算機應用，2010，18（1）：2-5．

（欄目主持關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.4.019