油田智能生產指揮平臺建設

修增鵬

（大慶油田有限責任公司呼倫貝爾分公司）

0 引言

海拉爾油田積極推行信息化建設。基于信息傳遞受地理環境制約的情況下，如何厘清平臺功能定位并充分運用信息技術手段，明確平臺搭建過程中的難點和技術路線，保持現場與管理層間信息互聯暢通，充分利用數據資源提升油田生產管理與決策效率，推動企業生產流程、組織結構優化，推進油田開發、生產、經營智能管控，成為擺在技術和管理人員面前的研究課題。

1 平臺設計理念與整體架構

中國石油地理信息系統（A4）是經中國石油天然氣集團有限公司（以下簡稱集團公司）統建后投入使用的空間數據共享服務平臺，從宏觀角度為總部職能部門、專業分公司及所屬地區公司，提供了業務導航、空間操作、空間分析、二三維展示、專題應用等地理信息服務。借此系統平臺設計理念，為充分發揮地理信息技術在決策支持和績效改善方面的能力，海拉爾油田提出油田生產指揮平臺建設方案，將指揮管理體系延伸至現場生產運行各個環節，強化數據為導向的決策方式［1］，通過數據分析與指令表單化傳達，掌握各油田整體生產經營動態情況，確保油田生產業務的目標化、集中化管理。

生產指揮平臺運行以數據庫、業務表單化數據為信息支撐［2］，涵蓋油田采油、地面工程、生產調度等多項現場管理內容。該平臺作為任務指令傳遞的終端環境，應用網絡地理信息技術、全球定位系統（GPS），實現人員、車輛地理定位和任務監督管理；采用生產數據、視頻圖像、文字信息等多種形式，表述油田整體生產運行狀況，借助網絡平臺推動現場管理流程高效、標準化運行。考慮平臺子系統間業務相對獨立、數據相互共享的實際，根據各部門業務關聯和信息數據流轉產生的對應、邏輯和勾稽關系，通過構建面向服務架構（Service Oriented Architecture）實現企業應用系統集成優化。

該平臺針對各油田采油采氣與地面工程領域廣泛應用的信息管理系統，采用網絡服務手段搭接數據接口，實現系統間數據互訪功能；發布統一標準的接口開發包（SDK），實現異構數據庫的高效解析與映射；通過對油氣水井生產管理系統（A2）、采油與地面工程運行管理系統（A5）的數據庫中的油氣水系統專項管理模塊，進行數據資源的抽取、調用，合理規劃數據庫視圖，實現數據資源的高效利用。該平臺以業務需求驅動數據模型組件的設計與擴展，基于Android系統擴充終端部分，著力于現場實際應用，實現系統資源的合理部署與集中調配。平臺整體架構設計如圖1所示［3-4］。

圖1 油田生產指揮平臺架構

2 平臺組成系統及應用

以油田生產業務鏈為主線，由傳感器、儀器儀表、視頻監控等設備組成數據采集層，應用B/S模式（瀏覽器/服務器模式）作為平臺架構，架設LoRa基站滿足無線通信信號傳輸，依托集團公司總體部署的勘探開發、管道項目數據管理系統的建設成果，圍繞現場管理、生產指揮、智能預警、業務分析等功能需求，設計井站庫監測管理系統、生產調度指揮系統、井站庫智能巡檢系統、數據智能分析系統，具體系統功能及技術性設計包括以下幾個方面［5-6］：

2.1 地面生產管理系統

海拉爾油田將地面生產管理作為開發工作的重點內容。網絡地理信息系統（WebGIS）是利用網絡平臺集成數據庫和計算機圖形學表述空間信息的新技術。海拉爾油田充分發揮WebGIS的技術優勢，并將其應用于地面生產管理系統。

通過A4系統接口功能，整合平臺基礎地理信息、與空間位置關系密切的業務數據，利用統一的地理信息系統平臺和數據標準，改變過去地質信息管理的無序性；對油水井、管網、站庫中的計量和控制設備節點進行數字化處理，滿足數據采集、指令傳輸、設備控制的生產需求，對日常設備運行、檢修、事故原因和作業處理等內容實行關鍵信息的電子化記錄。設計井站庫及關聯設備運行數據在空間地理信息的網絡多維可視化，實現空間數據查詢、統計、專題圖制作、空間分析等基本應用，輔助技術人員直觀掌握系統生產運行狀況，具體功能如下：

2.1.1 油水井數據智能化管理

利用手持設備和傳感器，采集油水井參數信息，經無線網絡傳輸至基站，有線光纜上傳至指揮平臺中心。開發數據接口，將油氣水井生產數據管理系統（A2）與本地數據庫的數據資源相互調用，最大限度地復用數據成果；借助人工手持設備和電腦錄入方式，完善和補充數據。將油水井位置信息和生產參數加載到網絡地理信息系統中，展示各作業區采油、注水、輸油的數據，與廠部下達的生產任務目標進行對比，初步分析當前各作業區和油田整體的原油生產趨勢。采用抽油機電參同步采集和注水井監控設備，實施油井運行電流、電壓參數和注水井瞬時流量、壓力、注水工作狀態等數據的遠程監測調控；啟用RUT（遠程監控采集）設備，遠程控制油水井開關，實現井場無固定人員值守［7-8］。

2.1.2 管網資料與地理信息融合

在傳統的平面管理方式中，管網資料多數以圖紙或CAD格式保存，日常維護或事故處理時必須人工調檔查閱，查詢效率低，且難以準確、直觀地顯示地下管線交叉排列的空間層次及位置關系；管網空間排布和穿孔處所關聯切斷閥位置等重要信息依賴于人工記憶，施工管網段信息缺少有效地傳遞和保存環境。

設計油田管網信息管理模塊，采取技術手段將管網構成、屬性資料標示在地理信息中，做到施工管網快速地理定位，深度刻畫管網組成要素的空間關系，實現快速查閱關聯閥門、設備及管網結構位置信息，為日常生產及事故快速響應提供技術支撐；對管網施工作業位置添加電子化標簽，及時記錄管網施工動態信息，為現場人員優化作業方案及事故預案提供參考。

2.1.3 站庫運行網絡化監測

運用地理信息技術，直觀展示站庫空間結構和屬性信息，規劃站庫重點生產參數監測和視頻監控部位；按照集輸生產流程關系，動態展示各輸油間來油外輸及聯合站、注水站、污水站的運行參數；通過人工抽檢與系統監測設備相結合，及時跟蹤進站、罐存、外輸油量的計量方式和盤庫動態數據，實現作業區原油生產監督和產量結構分析；通過有線光纜和無線通信的數據傳輸方式，將站庫規模、管線關系、運行狀況和連通設備等信息，及地面站庫設施改造情況并入地面監測管理模塊，為站庫維護提供準確的信息資源；搭配生產調度指揮系統，實現站庫集中網絡化管理，保障站庫平穩運行，實現值守人員優化配置［9-10］。

2.2 井站庫智能巡檢系統

井站庫智能巡檢系統由視頻監控、設備故障智能預警功能模塊組成。通過電流采集模塊、井下壓力計、套壓變送器、溫度傳感器等設備，采集井站庫重點部位的生產參數，如：油井電流參數、站庫輸送液量、油量、進出站溫度、壓力、設備用電功率等，設置井站庫監測管理系統異常參數報警值域范圍，達到設備故障智能預警效果。視頻監控是巡檢系統關注的重點內容，其監控井場工作環境和抽油機運行狀態，實施采油、注水、集輸管線、站庫、防盜專題監控。海拉爾油田合理規劃設備資源，對重點井及輸油管線實施視頻布控，達到井場和站庫視頻圖像的遠程監視、儲存和控制的目標。在系統設備選型時，要考慮高寒、風雪等不利環境因素對系統運行穩定性與可靠性的影響，保障數據信息傳輸渠道暢通、高效。

近年來，手持設備在各行業進入快速發展與廣泛應用階段。其高集成度和便攜性拓展了儀器的適用范圍和使用場景，集成溫度、振動等多種傳感器及Android智能前端完成定位、通訊、拍照、數據記錄等便捷功能，手持設備的數據管理功能契合油田現場生產指揮及井站庫巡檢的工作需求。海拉爾油田根據現場工作實際，制定人工巡檢過程中重點設備點檢內容及標準，探索硬件監測系統與人工巡檢高效配合的工作方式，轉變現場管理模式、班組設置，優化巡檢路線，降低員工野外勞動強度，提升人力資源使用效率，做到井站庫巡檢系統設計與管理相互促進。

以油水井智能巡檢管理為例：當值班員工巡井過程中發現油井功圖及電流異常，通過手持設備上報現場問題，業務部門和工藝研究所根據平臺反饋信息，派遣技術人員前往現場錄取功圖液面、測量電流、井口數據后，根據數據及現場反饋情況安排抽油機更換電機、偏心井口養護等作業計劃，借助平臺優化巡井、診斷、分析、處理等油水井日常管理流程。工藝研究所人員動態分析油井異常產量或水井異常注入原因時，首要分析地面設備對油水井生產的影響，操作平臺選擇分析井點并發布任務，系統自動向手持設備發送任務要求并定位井點，技術人員前往現場查看該井運行狀況，通過手持設備上報核檢結果，為井組生產動態分析提供現場依據。通過巡檢管理扁平化改變了傳統的多層級工作匯報方式，加強了現場與管理層之間信息與任務的雙向溝通［11］。

2.3 生產調度指揮系統

生產調度指揮系統是不同部門之間溝通、協作的平臺，其將作業區設備日常維護、突發事件處理流程表單化。制定表單需要總結經驗，體現流程制度執行中的關鍵節點，明確各級業務邏輯職責，優化生產管理流程，增強平臺管理的時效性和可控性，生產管理現狀和信息資源可視化展示貫穿指揮全過程，進而加強企業各部門間的緊密協作，加快企業生產經營管理活動的全面整合。

海拉爾油田各作業區開展原油生產和油田建設等日常工作，針對工作安排，制定周、月、季度計劃，并報備至生產調度指揮平臺；根據進度，安排采油、注水、修井、輸油等技術管理工作指標。作業班組攜帶具備定位功能的手持設備，確認員工出勤任務及設備配備情況；車輛監控采用GPS定位系統，其跟蹤車輛狀態及運行路線，并傳輸到指揮系統，實時顯示作業現場地理位置信息及人員、設備施工情況；確認作業施工進度后，組長撰寫總結報告，該報告反饋至生產調度指揮系統，對照計劃，完成甘特圖。作為位置要素，將GPS定位技術引入地理信息系統；圍繞網絡化平臺，實時反映人員、車輛、物資、計劃之間的關系，滿足鉆機調度、管線穿孔處理、設備異常維修等現場作業任務的監督管理需求。運用現代化信息手段，指揮現場生產高效、有序地運轉。

推進作業區HSE（健康安全環保）體系建設工作，以應對現場突發事件為例：遇到井口漏油、設備狀態異常、井場大面積停電等突發狀況，通過地面生產管理系統和井站庫智能巡檢系統，跟蹤現場生產運行情況，及時預警，并迅速做出反應。基于生產調度指揮系統，優化應急管理救援指揮框架，建立企業部門上下貫通、橫向協同的應急指揮模塊，梳理和制訂應急預案響應標準、應急過程控制措施、應急救援后期處置等各類系統或設備故障預案細節，完善和加強日常應急管理體系配套的相關工作，全面提高企業應急管理和處置能力。

2.4 數據模型智能分析系統

根據生產管理需求，挖掘數據信息，進行深層次加工；依照現場生產經驗，構建模型，解決業務中存在的實際問題；設計圖表，對分析結果表述說明；解釋與評估數據結果，開展業務分析模型再優化；明晰數據及其內在的模式和關系，滿足管理者對生產管理業務趨勢分析的訴求，為油田管理和決策提供量化因素［12-13］，平衡和協調計劃、資源、任務進度之間的關系（見圖2）。基于WebGIS地理信息系統，進行現場與管理交互［14］；以GPS為信息采集手段，結合GSM（全球移動通訊系統）、GPRS（通用分組無線服務技術）等多種方式，進行信息傳遞；通過數據和理論，支撐科學生產決策和資源有效配置（見圖3）。

圖2 數據分析模型邏輯示意

圖3 地理信息系統架構體系示意

以設備維修為例：利用數據模型智能分析系統，在有效的作業時間內提升維修質量，延長維修周期，減少對設備生產時率的影響，保持設備均衡完好，保障設備安全生產和平穩運行。統計管線穿孔頻率，找出易穿孔點，關注穿孔管線的周圍環境、設備、承受壓強，并對其重點防護。提取施工作業單中的數據，從維修頻率、檢修時間、更換備品配件情況、環境變量數據等方面，對設備運行狀況開展多維度研究，構建模型，得出設備效能最大化與維修間隔的最佳平衡點，防止設備過維修與欠修，從而將維修對生產的影響降到最低。依托井站庫監測系統，長期跟蹤設備利用運行情況數據，研判設備狀況變化、關鍵薄弱環節存在的傾向性問題，匯總各作業區待檢修的設備及可能存在問題的部位，制定維修、保養計劃，保障設備全生命周期管理的價值最大化。

借助信息系統平臺環境，優化車輛、人員、路線、物資調配問題，以鉆井調度為例：為克服作業地點分散、生產組織復雜的不利因素，跟進鉆井方案設計、土地征用、環境影響評價等行政審批程序進展，以最短產能建設周期內兼顧最大鉆井數量為目標，海拉爾油田根據鉆井、錄井、測井三家單位裝備部署情況，配合甘特圖表征手段，明確多井審批流程重疊時間內提升設備周轉效率的業務模型，指導鉆井路線規劃、隊伍及設備的協調部署，減少鉆井關井因素對產量的影響。發揮地理信息系統和GPS定位系統的優勢，對鉆井路線及運行狀況進行可視化監督，圍繞鉆井部署及審批進展情況，各部門對實施進度跟蹤調整，完成鉆井調度的優化安排。

3 結束語

近年來，油田各專業領域信息化程度不斷提高，但在生產指揮管理方面仍然相對薄弱，主要原因在于石油行業產生數據的環節較多、復雜。高效整合和應用多源異構數據資源是推行生產指揮平臺化過程中的重點和難點。海拉爾油田按照業務產生和使用數據信息的方式和特點，有針對性地進行生產指揮平臺架構設計與實現，將生產管理中由于相對獨立的業務活動造成割裂的信息緊密聯系起來，打破由于地理位置等因素產生信息孤島的不利局面，提供信息交流和內部溝通的應用環境，為各部門共享具有分析價值的數據資源和油田現場生產指揮管理、領導層決策，提供全方位、多層次的信息服務和數據支持。