信息技術在海上油田異常情況與應急處置管理中的應用

閔 哲,徐 燕,袁向兵,王亞梅

(中國石化勝利油田分公司海洋采油廠，山東東營 257237)

海上油田采用的“生產平臺+陸岸終端”的半海半陸開發模式，發揮近岸優勢，海陸一體布局，實現了高效開發。但和陸地井場相比，海上環境惡劣、風險集中、事故救援處置困難、法律風險大、社會影響大，是油田安全環保清潔生產的高風險點及監管的重點和難點[1]。因此，結合海上安全生產特點，深入開展海上油田信息化建設，實現了海上平臺、船舶、人員等生產現場的可視化，海上油水井生產、電力配送、海管運行的自動化，海上油田生產運行、安全管理、應急處置的數字化，大大推動了海上安全高效開發。

1 海上油田信息化情況

目前，海上油田已初步建成了生產信息化全覆蓋應用體系，實現了海上生產數據自動采集、設備設施遠程啟停、現場可視化監控、生產流程遠程操控、海域全天候監控、人員動態跟蹤等功能，實現了衛星平臺的無人值守，中心平臺少人值守。

1.1 自動化情況

采油廠相繼在油水井自動化、電力自動化、視頻監控、站庫自動化等方面進行了探索與應用，實現了各平臺主要生產參數采集、緊急關斷與過程控制等功能。海上油田共有94座平臺實施了工藝自動化系統，可以實現452口油井、222口水井、8口氣井生產參數監控，具有平臺工藝過程控制、安全報警監測和緊急關斷等功能。實現了平臺工藝安全狀況、氣體泄漏、火災爆炸、生產作業現場的全方位監控及報警、預警，建成了海洋特色的安全監控預警系統。

通過海上自動化系統建設，85%的采油平臺、95%油水井、100%管線、78%電力線路實現關鍵參數采集、自動化控制。中心平臺具備遠程電泵井啟停，機泵、控制閥、加熱器遠程遙控、實時調節，提高油、氣、水分離效果，確保油氣平穩高效生產。實現了海上生產流程具備緊急情況下的遠程啟停、聯鎖關斷功能，海上生產現場情況盡在掌握，有力支持了海上85%的采油平臺無人值守、中心平臺少人值守生產運行模式的形成。

1.2 視頻監控情況

海上平臺共有84座平臺安裝有視頻監控，分別監控井口、工藝流程、靠船排、生活區等關鍵部位，5座陸地站庫部分關鍵部位安裝有視頻監控。借助立體監控體系的建立，86%海上平臺、75%生產海域、89%海底管線現場關鍵部位視頻監控安裝到位，實現了視頻信號全天候海陸同步監控和實時回傳。為現場職工日常巡檢、應急判斷提供了視頻支持。同時，也為各級領導分析、研判、決策及相關指揮、處置提供了第一手現場資料。

1.3 通訊網絡情況

經過多年來建設，采油廠信息網建成了多種網絡結構、多介質傳輸、多協議共享的海陸一體化網絡(陸地有線網絡和海上無線網絡)。陸地建有14條千兆主干鏈路，4套無線備份微波；海上主干網絡有12套無線微波，實現海上平臺之間及平臺與陸地的數據視頻穩定傳輸。

充分發揮LTE-4G移動性能、抗干擾能力強的優勢，建設全覆蓋海上平臺4G網絡，實現海上平臺大面積移動覆蓋、多業務承載區域，以及區域內辦公網絡、移動終端通信、應急圖像傳輸，為后續應用開發打下堅實基礎。

1.4 船舶監控情況

人員出海，船舶是關鍵。采油廠部署AIS基站2套，結合海洋船舶中心的2套AIS基站，海洋鉆井的1部北斗基站，基本覆蓋埕島及墾東海區，實現了岸端對海上船舶的實時監控和定位。

1.5 人員監控情況

海上勘探、鉆井、采油等作業的工作量迅速攀升，陸地人員到海上各平臺之間的往返等也越來越頻繁。作業工作量迅速攀升，人員的出海越來越頻繁。由于工作在海上，人員分布分散，不利于管理，而且海洋環境的復雜性使得人員在海上作業過程中存在安全隱患，為保護海上工作人員的人身安全，有必要進行海上采油平臺人員的定位與管理。

建立人員動態管理系統，采用先進的Zigbee定位和無線自組網技術，建立一套準確、穩定、可靠的海上人員動態監控系統。在確保工作人員人身安全的同時，提升信息管理服務和海洋應急能力，實現乘船、上下平臺人員的動態跟蹤、查找定位、遠程監控視察與實時統計，及時、準確掌握海上人員、動態人員的信息化管理水平。

2 綜合信息集成應用情況

建設數據信息的集成綜合應用系統，劃分為生產監控、報警預警、生產動態、調度運行、生產管理、應急處置6個功能模塊。同時兼顧未來專業化管理模式的變化和崗位設置要求，進行分專業、分系統的功能設計和應用，集成生產現場自動化數據、視頻監控系統，實現生產分級監控管理、日常生產動態信息共享、運行過程上下貫通，為生產技術管理提供輔助支持，提高運行效率，提高管理的規范性，提升生產運行管理水平。

2.1 生產監控

實現單井綜合監控，綜合展示油井視頻、油井套壓、回壓等實時數據、趨勢和報警信息，同時集成單井相關基礎信息、作業井史等，實現油井全生命周期數據采集與存儲。基于平臺工藝流程，集成自動化實時數據，完成平臺分離器、加熱器、緊急切斷閥等設備設施的壓力、溫度、閥位開度、切斷閥狀態等10類參數采集、轉儲與發布，實時展示設備運行情況。實現平臺運行情況包括參數趨勢、參數數據實時監控。完成52座平臺電力實時數據采集與轉儲，實現高壓柜、低壓盤、直流屏、供電線路的實時指標監控及電力參數分析等功能。

通過生產監控平臺，基本實現海上現場生產在數據后臺的全面監控與展示，方便了陸上實時查看生產數據并進行數據對比分析，提高了運行管理效率，降低了安全風險。

2.2 報警預警

生產指揮系統報警預警模塊實現基于實時數據的報警集中設置、處置管理。實現對生產監控問題的確認、落實、跟蹤處理等環節的網上運轉和跨部門協同，提高問題處理效率，加強工作落實和考核，實現各類問題處理的全過程監控。

2.2.1報警設置

支持多級報警設置，當有異常狀態情況出現時，系統將給出預警信號和處理措施，觸發應急救援指揮和調度，或根據不同的風險等級自動觸發相應的動作，將系統帶入安全狀態。若需要，能以短信或電子郵件等方式自動告警和通知相關部門及人員，并能將報警過程自動記錄、存檔和備份。

2.2.2預警處置

系統實現對設備的檢測和故障分析，研究海上平臺的安全隱患、故障與事故類型、預警信號及應急處置措施，設置故障診斷與預警處置專家系統對生產過程的運行狀態進行實時評估，通過對各類信息的融合，完成智能診斷和分析處理，確定可能的故障點、故障類型和原因，進行事故預警，并提供現場應急處置的指導。

2.3 生產動態

整合自動化采集數據，自動生成生產數據報表，替代人工錄入。減輕職工現場勞動強度，提升油氣生產動態數據的及時性、一致性和客觀性。同時，也為各層級單位實現報表的自動生成與數據的整理應用。

2.4 生產管理

圍繞生產維修項目管理各環節，實現全過程跟蹤管理應用。建立特種車輛、船舶申請審批流程，實現特車用車、用船申請及審批網上運行。網上完成用車簽批單生成、用車工作量及費用統計查詢，用船計劃、用船打分、用船情況多角度統計查詢、信息維護等應用。 也實現用電在線申請、審批、結算管理，形成用電分析統計數據。生產動態模塊的應用，減少了手續辦理時間及業務流程，加快了生產維修項目效率。

2.5 應急管理

系統集成海上設施信息、應急隊伍、應急專家、應急物資等應急資源，根據海上發生事件類型，快速啟動應急處置預案，實現應急隊伍、應急資源的快速調度和應急專家的在線會商等功能。

2.6 調度運行

按照三級調度運行模式，結合生產運行調度事件需求，實現各層級之間調度運行聯動，通過與人員動態功能銜接，實現值班運行、通知下達等功能，打通三級調度的縱向貫通通道，建立各專業隊伍之間的橫向協同機制。實現現場異常事件的多級協同處置。通過模板化建立數據上報運行處置標準，便于事件的規范填報，為事后的運行統計分析和考核提供基礎。

3 信息深化應用情況

3.1 大數據工況診斷預警

以采油工程理論為業務指導，機器學習等數據挖掘技術為手段，集成利用現有數據資源，重點在躺井因素分析、工況預警分析和生產參數優化等方面開展研究。

3.1.1躺井因素分析

收集躺井主要因素，包括生產周期、開關井次數、對地絕緣、排量泵效、電流平衡度、電壓波動等主要因素，利用回歸分析(見圖1)、概率統計(見圖2)等方法分析歷史躺井數據，發現導致躺井的數據特征與躺井要因之間關系。

圖1 回歸分析

圖2 數據分布

圍繞 “不躺井就是效益”的工作理念，開展工況預警分析工作，躺井數明顯減少，提高了油井生產時率，減少作業開支，達到了少投入多產出的效益目標。總結出生產周期超過4年，接近泵組合理壽命 。泵效低于75%，躺井概率大 。

3.1.2工況診斷預警

按照實時參數變化特征對應的工況，將實時數據分類抽樣，形成8類數據集(如表1所示)。利用機器學習的方法建立預警模型，實現基于預警模型的電泵井工況實時診斷。

系統投入運行后，地質、工程技術人員根據系統預警提示，進行更換油嘴、變頻調參、放套氣、注水井測調等生產治理措施，極大地降低了油井異常事故的發生。

表1 電泵井工況診斷

3.2 視頻精確識別預警

采用人工智能領域的卷積神經網絡技術，通過搭建深度學習環境，采集現場樣本，訓練SSD目標檢測模型，形成針對各類異常情況的模型。再由圖像精確識別系統自動讀取每個攝像頭的視頻流，調用模型，智能判斷與分析是否存在異常，給出判斷結果、形成報警信息、自動推送與分發。可不斷對模型進行訓練，提高識別精度，逐漸擴大異常判斷的范圍和用途。

為視頻監控裝配“大腦”，代替人工24 h值守，讓每個攝像頭具備智能分析能力，自動判斷人、車、船等對現場有危害的物體，判斷火災、溢油、海冰等重大事故災害，判斷施工場所勞保穿戴是否完整，發現異常能夠自行判斷、主動推送、關聯提醒，人員進入生產區域自動推送。

3.3 智能移動單兵

以海上油田生產前線職工為核心用戶，以智能終端為載體，將傳統信息化過程中前線員工的信息盲點轉變為信息節點，構建生產現場與生產調度中心的協同平臺，實現生產現場精準調度，提升現場工作效率。

依托現有系統及信息網絡資源，基于移動平臺，創新工作模式，實現信息采集與業務流程化，提高個人綜合能力，自動形成互聯、互通、互助的整體[2]。通過智能移動單兵，建立與后方專家、指揮中心間的交互通道，在線指導，指令到單兵，讓每個人都感覺擁有強大的后方。充分發揮智能終端特有的數據采集、音視頻錄制、地理定位功能，建立任務單工作模式，現場信息實時采集回傳，提高實現現場設備巡檢、施工監督、安全管理的標準、規范、高效運行。

4 結論

圍繞海洋油氣生產特點，借鑒下游智能工廠建設經驗，通過物聯網、大數據、移動應用等信息技術和油田專業技術與知識的應用，建立大數據體，借助模型和數據挖掘，形成“全時體檢式”監控預警和智能輔助分析體系。實現以全面感知、自動操控、趨勢預測、科學決策、持續優化為特征的海上油田，推動海上油田生產優化、風險管控，智能提升，有力支撐海上油田安全高效開發、安全生產和可持續發展。