油田生產指標預警系統的設計

閔利昆 孫崇亮 姚育林

（1.冀東油田公司基建工程處；2.大慶油田工程有限公司）

油田生產指標預警系統的設計

閔利昆1孫崇亮2姚育林1

（1.冀東油田公司基建工程處；2.大慶油田工程有限公司）

油田日常生產過程中，各項指標隨時間不斷變化，為減少生產指標超出正常運行范圍帶來的損失，亟需建設油田生產指標預警系統。針對油田的采油井、計量間、轉油站、脫水站等生產單位的各項指標開展全面分析，篩選出對油田生產較為重要的回油壓力、井口溫度、產液量、噸液耗電等關鍵指標進行預警設計。并基于GIS技術進行預警指標的直觀展示，及時提醒生產人員，減少生產事故，為提高油田生產效率及減少損失提供必要的幫助。

生產指標；預警值；系統設計

引言

隨著人們對油氣能源需求的逐步加大，石油能源產業的發展越來越迅速。在給生活帶來便利的同時，油田生產的安全工作也越來越受到重視[1-2]。當前，我國大多數油氣田具有井多、站庫分散、大型設備距離遠等特點。僅依靠人工進行巡查、維護井場等設備的正常生產工作，存在故障發現不及時，難以實時掌握現場運行狀況等缺陷，而一旦發生泄漏等事件，或將導致性質嚴重的事故，給油氣田生產單位帶來不可估量的損失。有些學者開展了關于油田產量監控、油田水驅開發動態以及油氣田生產預警模式[3-6]等研究工作，取得了較好效果。但在油田生產參數對具體油田應用的針對性、預警結果展示直觀性等方面，還有待于進一步優化。因此，設計一套有效、可行并能直觀顯示的油田生產指標預警系統是十分必要的，以便在第一時間發現問題，為施工單位及時采取補救措施，檢查原因提供依據。

油田生產指標預警信息系統融合多種技術，通過統一的平臺，為用戶提供全面的指標預警系統解決方案。完善的權限管理功能，實時數據和歷史數據的雙通道設計，既保證了系統的穩定性和可靠性，又保障了系統的安全性。基于多層、模塊化軟件的結構設計，方便系統功能擴展，滿足未來業務發展需要。預警信息系統實現了基于空間數據的查詢、分析、預警功能，充分利用現有信息技術提升生產效率的同時，保證油田的安全生產。

1 系統概要設計

油田生產指標預警系統設計以“實用、先進、可擴展、可維護”為原則，針對油田的采油井、計量間、轉油站、脫水站、原油穩定站、加熱爐等設備的關鍵油氣生產指標預警進行功能設計，通過設置預警值實現系統自動預警功能。對油田生產的回油壓力、井口溫度、產液量、噸液耗電等關鍵指標進行預警，篩選超出正常范圍的指標項，并采用GIS（地理信息系統）技術在地圖上直觀顯示超出預警閾值范圍的指標項及其分布，及時提醒生產人員，避免發生生產事故。

以柱狀圖展示不同組織機構的生產情況，具體統計指標包括產液量、處理量、外輸量的當年累計量等。采用不同顏色對能耗的級別進行劃分和分類，在相關圖件上展示各作業區的能耗情況，如耗電量、用氣量等，對超出固定限制的能耗值及時提醒用戶注意，實現預警。

在GIS圖形上展示出原油從采油井井口→計量間→轉油站各個節點的回壓值，從而分析原油在集輸過程中在各個節點的回壓值、輸液差、輸氣差等數值。在輸液差、輸氣差的數值超過額定值時進行預警，以便于采取措施降低損耗，節約生產成本并及時發現問題。

表1 采油井生產指標預警相關表信息

2 系統數據庫設計

油田生產指標預警系統的數據庫采用三層設計：概念設計、邏輯設計、物理設計。

2.1 概念設計

油田生產指標預警系統的數據包括供電數據、油氣集輸數據、其他數據等三大類，發電量（FDL）、供電量（GDL）、生產日期（RQ）等；油氣集輸數據包括集油量（CYL）、集氣量（CQL）、輸油量（SYL）、輸氣量（SQL）、生產日期（RQ）等。其他數據分為總井數（ZJS）、采油量（CYL）、采氣量（CQL）、注水量（ZSL）、生產日期（RQ）等。

2.2 邏輯設計

基于對油田生產指標預警系統數據的概念設計成果，對相關數據進行邏輯設計，建立實體-關系（E-R）模型圖，分析不同數據表和數據項之間的邏輯關系，以利于物理設計和數據表的建立。選取典型的三個實體-關系模型進行分析，包括采油井生產指標預警實體-關系、站庫指標預警實體-關系以及加熱爐指標預警實體-關系。采油井生產指標包括采油井預警表、采油井預警信息表、采油井預警歷史表等，不同表的字段信息見表1。站庫指標預警實體-關系以及加熱爐指標預警實體-關系的分析過程類似，不再贅述。具體的油田生產指標預警系統數據實體-關系如圖1～圖3所示。

圖1 采油井生產指標預警實體-關系

2.3 物理設計

根據邏輯設計結果，在ORACLE數據庫建立油田生產指標預警系統的物理數據表，存儲預警數據，為系統平臺開發過程提供詳實的數據支持。將日生產數據與固有數據庫內存儲的采油井、站庫、加熱爐和大型設備的關鍵指標（例如，回油壓力、綜合耗氣量）、指標編碼、最大預警值、最小預警值、預警值、預警日期等信息，通過關鍵詞索引觸發預警工作。

圖2 站庫指標預警實體-關系

圖3 加熱爐指標預警實體-關系

3 功能設計

預警系統功能是在日報數據、現有數據庫存儲數據的基礎上，通過提取關鍵指標數據，分析并預測采油井、計量間、轉油站、脫水站、原油穩定站、加熱爐等關鍵生產指標是否超出預警值范圍。系統功能分為兩大模塊，即基礎功能和指標預警功能。基礎功能基于地理信息系統的直觀性特點開發，為預警結果在地圖上的直觀展示提供基礎，包括空間操作、空間分析以及導航定位等功能。生產指標預警功能則涵蓋預警數據的維護、查詢，以及預警操作并完成預警結論在地圖上的展示等，包括油集輸關鍵指標預警維護、油集輸關鍵指標預警查詢、油集輸關鍵指標預警批量設置維護、油集輸關鍵指標預警批量查詢與展示、油集輸關鍵指標預警結果查詢與展示；其他功能包括采油井數據監測、設備狀態監測、查詢統計、預警服務等，同時為用戶提供數據的周期性更新、查詢、輔助決策等支撐服務。具體功能見圖4。

圖4 生產指標預警系統功能

功能實現流程包括用戶在系統的原油生產關鍵指標維護模塊對不同指標的上限、下限進行維護。當生產數據進入系統數據庫以后，則可以通過“預警”按鈕進行不同生產指標的預警，如生產指標均在設置的預警上下限范圍內則不提示，如指標超出了用戶設置的上下限范圍，則進行預警提示；并實時通過地理信息底圖進行展示，用戶可以直觀地瀏覽發生預警的具體位置以及相關預警指標，并及時采取措施。預警指標范圍的設定、查詢以及展示等還可以通過批量設置功能完成，用戶如對某一類型的多個實體進行統一設置，可用批量設置功能。具體到井口回壓預警功能及結論的展示過程，就是在GIS圖形上依次展示出原油從采油井井口→計量間→轉油站各個節點的回壓值，進而分析原油在集輸過程中在各個節點的回壓值、輸液差、輸氣差等數值，超過額定值時預警，便于及時發現問題并采取措施。

系統通過WEBGIS對預警結論進行自動報警，如果有預警則將預警結果顯示為紅色動畫閃爍。功能涵蓋采油井、站庫、加熱爐等共6大類。在系統頁面點擊一個實體子節點，會在圖上自動彈出對應的一類專題預警結果分布圖，并借助圖上閃爍紅點進行預警位置顯示，點擊“預警詳情”可彈出預警的詳細氣泡信息，進一步顯示該指標的具體數值以及如果超過設定的指標范圍，便于用戶查看。此外，通過取消或者勾選指標項，可對指標項進行篩選，進而更新列表詳情信息和地圖閃爍紅點。

4 系統實現及應用效果

系統基于SOA架構和WEBGIS技術來實現，完成了油田生產指標預警的判斷流程和基于地理信息底圖的直觀展示功能，并在冀東油田相關單位進行了實驗，效果良好。系統大面積投入使用后能夠有效地減少生產運行過程中重大事故的發生，充分發揮預警信息系統在企業應急管理、產業升級拓展、客戶關系改善等方面的保障服務作用，使信息資源的利用獲得最大收益，從而提高油田采收率、降低勞動強度、節約企業運行成本、保證工人人身安全，加強現場事故應急處理能力，切實有效地支撐油田生產建設。

[1]張國權.油田安全環保隱患成因分析及治理技術探索[J].企業改革與管理，2014（10）：169.

[2]趙金龍，丁健，王如濤，等.油氣處理站庫智能預警與診斷系統研究與應用[J].中國管理信息化，2013（16）：44-46.

[3]常彥榮，李允，彭炎，等.油田生產產量監控體系及預警系統[J].西南石油學院學報，2006，28（3）：34-37.

[4]馬立平，任寶生，趙明.油田水驅開發動態系統預警指標體系的構建[J].特種油氣藏，2010，17（4）:62-65.

[5]吳艷麗.基于數據挖掘的油田開發動態預警機制研究[D].大慶：東北石油大學，2011.

[6]駱鵬.油氣田生產預警模式研究及系統研發[D].大慶：東北石油大學，2015.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.04.019

2017-01-06

（編輯 張興平）

閔利昆，工程師，2003年畢業于河北工程大學（機械制造與自動化專業），從事油田建設管理及信息化應用管理工作，E-mail：min95930@163.com，地址：河北省唐山市路北區新華西道51甲區冀東油田第一科研樓，063200。