油田管道完整性管理系統的設計與實踐

大慶油田設計院有限公司

管道是油氣田生產系統的重要組成部分。近年來，隨著油氣田開發年限的延長及管道規模的擴大，管道腐蝕、老化問題日益突出[1]，且部分管道位于環境敏感區域，安全運行管理面臨諸多困難。因此，油氣田管道隱患治理及管道安全受控運行具有重要意義[2]。

管道完整性管理是對管道面臨的風險因素不斷進行識別和評價，持續消除已識別的不利影響因素，采取各種風險消減措施，將風險控制在合理、可接受的范圍內，最終實現管道安全、可靠、經濟運行的目的。油田在管道完整性管理方面尚缺少統一的管理系統，雖然有部分單位已經建設相關信息系統[3-7]，但各單位間缺少統一標準，無法實現管道完整性的統一管理。而且不同單位建設的完整性管理系統所注重的內容不同，有的系統全面建設，有的系統重點關注數據管理，有的系統重點關注管道巡線等等。為了提高油田管道完整性管理的水平，打破各單位間的數據障壁，形成統一、高效的管理機制，建立油田管道完整性管理系統是十分必要的[8-10]。

圖1 系統架構圖Fig.1 System framework

1 系統架構設計

根據管道完整性管理標準，依托中國石油地理信息系統（以下簡稱A4）、采油與地面工程運行管理系統（以下簡稱A5），搭建油田管道完整性管理系統，使地理信息服務與管道完整性管理核心內容有機結合，提供高后果區管理、風險管理、完整性評價等功能，為油田管道完整性管理提供技術支撐。其系統架構設計如圖1所示。

本系統依托A4、A5 云化環境建設，無需再添加服務器、存儲器、交換機等設施（圖2）。設計時將數據中心機房作為系統部署地點，進行集中部署，要求穩定、可靠、安全，且實時性要求很高，因此系統的核心服務器采用兩臺設備集群的方式，保證單節點故障不影響系統的運行。

圖2 硬件架構圖Fig.2 Hardware framework

2 系統數據庫設計

構建油田管道完整性管理系統數據庫采用了概念結構設計、邏輯結構設計以及物理結構設計三層設計。

2.1 概念結構設計

概念結構設計是數據庫設計的關鍵，是通過對需求進行綜合、歸納和抽象，形成一個獨立于具體數據庫管理系統的概念模型。油田管道完整性管理系統的數據包括基礎地理數據、業務數據以及系統管理數據。其中，基礎地理數據包括數字高程模型、數字正射影像和數字線劃圖三個部分；業務數據涵蓋了長輸管道、油田集輸管道、油田單井管道、氣田集輸管道、氣田單井管道等五大類；系統管理數據主要包括用戶、崗位、組織機構、訪問權限以及登錄日志等數據信息。

2.2 邏輯結構設計

按照概念結構設計，油田管道完整性管理系統基礎功能平臺數據庫將分為多個邏輯子庫，即基礎地理邏輯子庫、業務邏輯子庫和系統管理數據子庫。其中業務數據將按照其業務應用特點進行邏輯建模；基礎地理數據則遵循國家基礎地理數據建庫標準和規范進行設計；與系統管理相關的用戶、權限及日志管理主要針對用戶功能操作和數據訪問權限進行設計。

圖3 管道中心線邏輯子庫實體關系圖Fig.3 Entity relation diagram for logical database of pipeline centerline

例如，管道中心線邏輯子庫包括中線控制點和管線。中線控制點為點要素，是能夠表達管道路由走向的一組特征點，原則上來說將中線控制點按序連接，構成線要素即是管線，所以管線和中線控制點間必然存在一對多的關系。同理，一條管線上必然存在多個埋深點采集數據，因此管線和埋深也存在一對多關系（圖3）。

其余管道上的重要節點，主要包括樁、站場和閥室。其中站場點和站場面、閥室點和閥室面存在一對一關系，而樁作為遍布管道沿線的重要設施，與站場和閥室存在多對一關系。

2.3 物理結構設計

油田管道完整性管理系統采用Oracle 作為數據庫管理軟件，利用Microsoft Visio 2015、基于ArcInfo UML 建模模板進行空間數據庫的物理建模，再利用ArcGIS 桌面工具ArcCatalog進行底層的物理實現。實施過程中，通過CASE 工具生成的數據庫物理模型導入ArcCatalog，并在數據庫系統中生成一個初始化后數據庫版本。數據庫中將存儲所有設計信息，包括數據名稱、數據屬性項、關系、值域等。數據庫維護人員可以按照遷移策略，根據設計，將外部數據導入數據庫中實施建庫工作。

3 功能結構設計

油田管道完整性管理系統功能分為數據采集管理、完整性管理和運維管理三部分，具體功能見圖4。

數據采集管理是對長輸、集輸、單井各類管道的本體數據、周邊環境數據、風險評價數據等管道完整性管理相關數據制定統一的數據標準，并建設通用的數據庫結構，為油田管道完整性管理信息系統提供數據基礎服務。

圖4 油田管道完整性管理系統功能Fig.4 Function of integrity management system for oilfield pipeline

完整性管理包括高后果區管理、風險評價、完整性檢測評價和效能評價。主要功能是對管道日常運行的完整性和穩定性進行針對性評價。長輸管道的評價模型將使用已有標準，而集輸和單井管道，將根據現場情況，結合已有標準的要求，進行適應性調整，形成符合油田集輸和單井管道實際情況的評價模型。

運維管理包括維搶修管理、運行維護管理、巡線管理和失效管理功能。通過運行維護管理、巡線管理等功能對管道的運行情況進行監控，并通過維搶修管理功能，規范應急搶修工作的流程。同時，在管道運行階段，通過運維管理能夠持續采集管道周邊和運行情況數據，為下一步的管道完整性管理提供新的數據來源，形成完整性管理的循環，降低管道運行風險，提高管道完整性管理水平。

4 系統實現及應用效果

系統基于昌平數據中心云化環境來實現，并充分利用A4、A5 的軟硬件資源和數據資源，提高了系統的穩定性、可靠性，減少了油田管道完整性管理信息系統數據建設的工作量，降低了系統建設費用和后期基礎地理數據更新費用。

目前該系統已在長慶油田全油田范圍內推廣使用，管理各類油、氣管道共78 477 km，系統運行正常。通過系統的9個功能模塊，可方便快捷的對數據庫中各類數據進行管理維護、查詢展示、統計分析，在此基礎上制定相應管理方案或者任務的下發，極大提高了工作的效率和質量，有效降低了工作強度。長慶油田下屬單位自建管道信息系統平均建設費用約40 萬元，統一建設后，長慶油田可節約系統建設費用780 萬元；長慶油田已在氣田880 km 管道開展檢測及內外防護技術應用，可節約管道檢測維護費用1 222.3 萬元。綜上，通過系統的建設應用，長慶油田可節約成本2 002.3 萬元，經濟效益明顯。

系統建成后，作為統一平臺，避免了低水平重復建設，統一系統取代了原有分散系統，減少了信息孤島，大幅提高了系統的應用范圍，數據由單一單位內部使用變為統一管理、充分共享，為長慶油田的管道運行提供了準確和完善的信息，顯著提高了油田的管理水平，提升了油田的社會形象和市場競爭力。同時，可充分發揮管道信息在油田應急管理、企地關系改善等方面的保障服務作用，社會效益顯著。

5 結束語

油田管道完整性管理系統的建立，實現了基礎地理數據、業務數據以及系統管理數據模塊的開發，并參照相關標準制定了油田長輸、集輸、單井等五類管道的數據字典和數據采集模板。系統大規模應用以后，將實現管道完整性數據采集、高后果區識別、風險評價、完整性評價、維修與維護和效能評價的閉環管理，降低油田管道隱患治理費用，全面提升油田管道管理水平，助力油田地面管理系統建設。