采油系統4.0在油田智能化建設中的研究與應用

羅李黎 吳東 張建河

[摘? ? 要] 采油系統4.0的研究，應用地面無傳動設備+現場智能化管理+集中監控、無人值守等技術，實現采油現場智能化管理，統一集中監控，場站無人值守，提高油井數字化水平，減少員工現場工作量，全面提升勞動生產效率。以提高發展質量、效率效益和提升油田開發效益為目標，運用全新的理念、全新的技術、全新的模式，全面實現油田信息管理的物聯化和智能化。文章針對采油系統4.0技術進行研究，并結合現場進行應用，供讀者參考。

[關鍵詞] 采油系統4.0;物聯網;視頻監控;智能化;大數據

1? ? ? 采油系統4.0概述

智能油田在數字油田基礎上進行智能化開發，智能油田是油田未來的發展方向，以統一的數據智能分析平臺為中心，通過分析海量的數據實時完成資源的合理調配、生產優化運行、故障判斷、風險預警等，最終實現油田的智能化管理。

從生產管理實際需要出發，為了解決生產現場管理中遇到的困難，開展采油系統4.0的研究，實現地面無傳動設備，采油現場智能化管理，統一集中監控，場站無人值守，提高油井數字化水平，減少員工現場工作量，全面提升勞動生產效率。借助工業4.0概念，基于采油廠采油模式和技術水平發展到的不同階段，提出采油系統4.0模式，應用地面無傳動設備+現場智能化管理+集中監控、無人值守等技術，運用全新的理念、全新的技術、全新的模式，全面提升生產管理效益，促進生產組織方式變革，全面實現油田信息管理的物聯化和智能化。

2? ? ? 采油系統4.0在油田建設中的應用

為了優化油氣生產物聯網建設思路、方法，探索油田高效開發、建設、生產模式，結合油氣生產物聯網系統建設規范，該系統總體架構分為三個層次，第一層為現場數據采集與監控的感知層，第二層為數據傳輸的傳輸層，第三層為生產管理的應用層。

采油系統4.0主要包括油區井站生產數據采集與監控，物聯網覆蓋率100%;生產計量含水自動化;站場集中監控及自動控制;視頻監控、語音廣播油區及站場覆蓋;集輸管網泄漏監測;數據傳輸網絡油區全覆蓋;生產監控與管理集中統一監控，生產數據實現智能管理、分析、應用。該模式實現了采油生產過程優化，采油井場優化智能化，具體應用如下。

2.1? ?變革工藝流程，采油生產過程優化

過去，傳統油田生產采用二級布站模式，即單井-計量站-處理站生產模式，計量站有人值守，人工計量，含水為人工取樣，人工化驗;集輸管網為枝狀匯聚，管網多，征地多，投資大;一線員工用工多，工作量大，勞動強度高。傳統油田采集井口油壓、回壓、套壓、溫度等參數。通過應用采油系統4.0模式，采油現場無傳動設備，采用無桿泵采油，井場應用單井液量含水自動計量撬，實現了采油工藝流程變革，采油生產過程的優化，具體體現在以下三個方面：

（1）新型作業區取消計量站環節，由二級布站模式優化為一級布站模式，即單井-聯合站，這種方式合理優化了集輸管網布局，管網由枝狀匯聚變為線型串接，這種集輸模式無須建設計量站，不斷減少管網，減少征地，節約投資，實現節能降耗，工藝流程變革。

（2）單井在線含水自動計量撬是由稱重式單井液量計量儀與微波含水儀組合，統一數據接口，實時采集瞬時液量和瞬時含水數據，通過RTU的程序算法，生成單井日產油量、日綜合含水和日產液量等生產數據，并實時上傳至中控室監控機，自動形成生產報表供日常生產分析使用。數據采用無線傳輸，操作人員在中控室可實現24小時自動計量，在線監測含水。

（3）數據采集由井口數據的監測變為井下壓力、溫度、電壓、電流、轉速等參數的監測，對生產參數和關鍵流程進行自動化建設，實現采油生產過程的優化。

2.2? ?改變巡井模式，采油井場智能優化

隨著油田的大力開發，管理井數增加、工作量日益增多，安全風險突出，制約油田發展。通過自動化建設，可將傳統的人工巡檢，變為故障巡檢，實現生產運行的集中管理和控制，最終實現節能、節約運行成本的目標。

通過井場物聯網建設，在井場安裝壓力變送器、溫度變送器、一體化示功儀等自動化儀表，實現遠程控制。通過井場安裝視頻監控，實現油田現場視頻圖像采集。通過對井場優化、智能化建設，實現巡井模式的改變，由日常巡檢變為故障巡檢。具體體現在以下兩個方面：

（1）通過井口RTU將井下和井口的各類生產數據自動采集到生產指揮中心數據庫，并能夠跟標準值比對，實現生產預警，并可實現生產指揮中心遠程調參，抽油機遠程啟停、機泵的變頻控制、閥門的遠程控制等遠程控制功能。

（2）通過井場視頻監控技術，實現現場巡井向桌面巡井的變革。視頻監控對井場設備、環境、人員作業實時監控，實現對油田現場的視頻圖像采集和周界防范，實現對外來闖入人員的警告。通過行為分析，實現人工或自動向井場喊話，對闖入者進行喊話警示，還可以讓監控中心與井場工作人員進行語音互動和交流。實現井場無人值守，節約用工成本，提高工作效率。

2.3? ?創新油田管理，油田生產智能調度

油田生產管理涵蓋采油、工藝、地質、生產運行、安全環保等多個領域，油田管理需要高質量、高水平的推進，創新油田管理模式，建設實現生產數據處理智能化、生產指揮信息化、生產動態實時監控，提高生產組織和指揮效率。油田生產智能指揮系統，就像給決策者安裝了“千里眼”和“順風耳”，決策者坐在辦公室只需面對電腦，輕輕一點鼠標，就可以直視油井工況與生產現場，為油田管理指揮調度，實現了生產運行效率的提高。具體體現在以下五個方面：

（1）視頻監控隨意調取，在監控大廳指揮平臺隨意調取且滾動播放;選取觀看時自由篩選單井或者多井，對于措施井、施工井等分組排列，便于統一查看;向井場語音喊話，對跑油、人員異常進入、人員異常行為提示報警;所有單井、拉油點視頻隨時調取記錄能保存90天;非本單位人員進入井場由監控人員遠程開啟。

（2）原油拉運根據液位及流量自動測算、自動排序，方便生產調度安排原油拉運;單罐井拉油油罐車及儲罐出液口自動上鎖、解鎖、裝液量計量、裝卸液及拉運過程取證監測，任務指令下發及遠程監控。

（3）指揮調度模塊根據不同分組的單井壓力、溫度、液位、綜合液量、日綜合含水、日綜合油量等數據，數據發生異常的時候，數據顯示為紅色，提示監控人員查看;監控人員可以直接輸入井號進入到監控畫面，也可以查看指定的單井或者多井的綜合參數;指揮控制中心對作業區所有單井及拉油點進行實時監控，并對報警進行處理。

（4）資料報表模塊所有數據自動篩選生成報表，崗位人員負責審核數據、上傳生產數據;報表查詢可以按照用戶意愿，能查找分鐘數據、半小時數據、小時數據、日數據等，可以選取1日、1周、1月的數據;報表分為生產、報警和設備運轉類報表，可以實時或者歷史調用并打印;實現曲線的編輯功能，按照意愿把單井或者多口井的油壓、套壓、回壓、含水、計量、單罐液面等幾組數據曲線綜合在一個頁面里，并且可以自由地選取時間段來調取曲線，當發生問題時，用戶可以根據多條曲線交叉比快速發現問題，從而找到解決辦法。

（5）報警模塊將所有單井、集中拉油站溫度設置連鎖，壓力、溫度、流量、硫化器以及煙感和溫感等異常參數報警;單井的壓力、液位、溫度等值報警上下限由用戶自行設定修改;井場實現周界報警、井場原油泄漏等異常自動報警;報警可篩選，用戶可根據需要查詢報警，建立報警及事件記錄。

油田生產智能指揮系統穩定可靠，系統分級授權實現對操作人員與管理人員的不同權限管理。

2.4? ?建立大數據，提供精準智能分析

油田數據庫包括的主要內容有單井、區塊的日月報數據、試井與生產測井數據、分析化驗數據、井下作業和地理信息數據等，數據庫的數據資源種類齊全、質量高。大數據利用物聯網診斷單井問題，使用大數據技術對油田進行全面感知、分析預測、優化決策找到油水井生產規律，從而有助于油田生產管理指揮。大數據對數據庫的整理流程是將數據轉化為信息，將信息轉化為知識，再將知識轉化為智慧。這個過程應用于油田可以理解為是對油田的生產和管理工作。

大數據的處理具體體現在七個方面：對數據的提取和收集、清洗數據、分析數據找到潛在的內在價值規律、建立預測模型、對結果進行可視化估計、驗證結果、評估模型。建立大數據分析系統，為油田的下一步勘探開發、油井分析、油田管理提供精準智能的數據分析。

3? ? ? 采油系統4.0應用效果分析

（1）實現采油工藝優化，井場生產智能化。通過單井-聯合站的生產模式變革，取消計量站，無計量站投資費用;可縮短單井管線長度，減少單井管線建設費用;同時，也減少征地費用;對生產參數和關鍵流程優化;減少地面設備，減少重復勞動，提高自動化水平。

（2）工況實時診斷、降低維護成本。通過對油田生產各環節集中監控，實現重要設備、工藝單元、上下游系統的三層預警與防控，生產運行由事后處置變為事前預警，減少處置工作量。

（3）生產全面感知、實現精細管理。深入研究大數據應用，充分發揮自動化、信息化采集的數據作用，利用配套系統研發，指導油田地質、工程工藝、設備運行等工作，借助物聯網的平臺推進油田研究和管理的高效提升。

（4）優化工藝參數、推進節能降耗。通過挖掘物聯網海量生產運行數據，科學分析、優化提高工藝、油水處理等工藝運行效果，在現有基礎上可大幅降低生產運行成本。

（5）提升管控能力、實現本質安全。通過物聯網系統實時監測油氣生產全過程、全流程，生產參數運行異常、設備設施故障等情況得到及時發現、及時處置，合理減輕了員工在油氣生產場所的停留時間，油田上下游一體化安全環保管控能力得到加強，應急與環保事件大幅減少，實現了油田生產本質安全與周邊自然環境的和諧統一。

4? ? ? 結? ? 語

本文基于油田采油模式，研究采油系統4.0，建設地面無傳動設備，全面感知油田生產動態，加強生產過程監控，生產管理層級簡化，勞動組織結構優化，輔助生產科學決策，生產運行成本降低，油田綜合效益提升，大數據智能分析，推進以物聯網系統為核心的生產管理新模式。采油系統4.0的應用優化了油氣生產物聯網建設思路與方法，探索了油田高效開發、建設、生產模式，為今后類似油田建設開發提供了寶貴的經驗與方向。

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