生產管理子系統在油氣生產物聯網中的應用研究

張瑋鵬

（大慶油田信息技術公司物聯網分公司，黑龍江 大慶 163000）

時下自動化、智能化已經成為國際石油石化行業的發展趨勢，國際先進的石油石化公司已經可以做到自動采集和處理生產數據，并且發展出自動監控、自動預警以及智能化決策生產等技術。根據研究報告結果顯示：通過物聯網系統的建設，可以提高生產管理效率，提升安全監控能力，降低一線員工勞動強度；有利于推動油氣田企業精細化管理，提高生產管理水平。在2011年，根據我國物聯網發展的現狀和面臨的形勢，黨和國家提出了“物聯網十二五發展規劃”，確立了今后發展物聯網的指導思想、發展原則和發展目標。油氣生產物聯網項目利用物聯網技術，通過覆蓋全油田油氣井區、聯合站、集輸站、計量間、處理廠的數據管控平臺的建立，實現生產數據自動采集、遠程監控、生產預警等功能，通過優化生產流程、管理流程、資產配置、組織機構，革新生產方式，提高生產效率，提升管理水平。

1 系統概述

為了響應國家號召，充分滿足油田的生產需求，油田公司生產指揮中心要建立大屏幕顯示系統，以便及時了解各采油廠的生產動態、實時監控重點區域現場情況、遠程視頻監測關鍵部位、油水井的運行、車輛的運行、指揮應急以及生產管理等。通過油氣生產物聯網系統搭建并實現了統一的油氣生產物聯網平臺，推進各個油田個性化發展和未來的深化應用，為油氣生產業務提供一套完善的信息化體系，制定并實施一套標準規范，并建設一批具有代表性的試點示范項目，實踐設計思想，檢驗標準規范，為未來物聯網的全面發展提供樣板工程。

生產管理子系統采用B/S架構，采用先進和成熟的技術，實現了基于UDP傳輸協議的Mcwill無線網的應用，IPV6與IPV4網絡的互通，接入油田辦公網絡的用戶通過瀏覽器訪問即可使用。生產管理子系統是利用實時采集的生產信息，建立覆蓋油氣生產和處理過程的生產管理及預測預警系統，實現生產實時監測、生產動態分析、油水井工況分析、報表管理、視頻監測、生產管理等功能，從而實現生產過程中的實時監控、實時預警、實時調整控制參數、實時發布數據信息以及管理決策的實時到位。

2 系統應用

生產管理子系統應用服務器將生產管理等功能提供給油田公司、廠、作業區（礦）、工區各業務部門。目前，大慶油田的生產數據采集由PLC、RTU和SCADA系統三種方式組成。采油廠站庫采用PLC采集方式，需通過統一的MODBUS協議將PLC設備采集到的生產數據上傳到工區上位機終端，在采集前端統一接入生產數據；而單井則采用RTU自動采集方式，同樣通過MODBUS協議將RTU采集到的生產數據上傳到工區上位機終端；SCADA系統采集方式，則是通過OPC方式將SCADA系統采集到的生產數據上傳到工區上位機終端。各廠將生產數據由數據中心部署的作業區（礦）實時數據庫匯總到油田公司級實時數據庫，最后導入油田公司關系數據庫，提供生產管理子系統所需要的生產數據。

生產管理子系統共有11個功能模塊，其中包括生產過程監測、工況分析、報表管理、物聯設備管理、視頻監測、系統管理等。采用采油九廠龍虎泡作業區，海拉爾油田等作為試點單位，進行全部功能流程的應用。

系統主頁對所在單位層級的油氣水井、站庫和管網的綜合信息、產量趨勢、物聯設備進行匯總展示。生產單元綜合信息展示生產層級下屬生產單元的統計信息，包括油氣水井、站庫、管網。輸入生產單元的編號，或者生產單元的名稱可以模糊查詢出符合條件的生產單元。用戶點擊生產單元可以快速地跳轉到生產單元的綜合監測頁面。產量趨勢默認顯示最近一月每日的產油量，產氣量、產水量、產液量。鼠標懸浮在圖中坐標點后，彈出當天的對應產量。注入量趨勢與之相似。物聯設備可查看該單位層級下物聯設備數，包含儀器儀表總數、通信設備、服務器、RTU的數量。告警/預警信息顯示該組織層級單位下油氣水井告警預警的綜合信息，可按級別、時間、名稱顯示。

生產過程監測涵蓋了油田分公司、采油廠、采氣廠、作業區等所有生產單位的生產監測信息，綜合展示單井綜合監測和站庫綜合監測中的井數據、開井率、生產時率、二次組態拓撲導航、油氣產量、GIS地圖、站庫拓撲圖、產量趨勢分析、生產時率分析、物聯設備運行狀態、告警與預警統計分析等實時數據?；赑HD二次組態的拓撲導航界面，可實時查詢大型中心站場的運行狀態，可以鉆取到關鍵站場的工藝流程圖。GIS導航可基于GIS頁面的油氣水井、站庫、管網進行導航、查詢。點擊實時數據展示區域右上角i圖標，顯示最后實時數據的更新時間。每項數據前的色塊表示該數據出現告警或預警。點擊數據后的下三角，顯示該數據歷史告警信息。點擊每個實時數據前的歷史圖標，彈出歷史數據彈出框，默認顯示該實時數據在最近1小時內的變化趨勢。光標移到每個實時數據時，點擊下拉箭頭后彈出告警詳細信息。對處于告警預警狀態的生產單元，可快速跳轉到其綜合監測頁。提供快速跳轉至相應生產單元的報表、物聯設備管理及視頻監測模塊等頁面。

生產分析對所在組織層級的生產情況進行詳細的展示，其中包括產量趨勢分析展示、產量各單位貢獻率展示、供注入量波動分析展示、各單位貢獻率餅狀圖、開經統計、平均生產時間統計、各單位貢獻率展示、多井產量對比分析展示等功能。

工況分析整理保存了該油田公司下所有抽油機井的功圖數據，能夠進行單井功圖查看，多井功圖對比分析，電參診斷結果分析，顯示功圖分析結果柱狀圖等功能。

報表管理中包括生產單位的生產數據報表、設備故障報表和系統運行報表，并且對于班報和時報，可根據報表間隔時間選擇定制化報表，并提供定制化報表查詢功能。

物聯設備管理包括含有傳感器/儀表的設備檔案管理，并可對設備狀態進行監測和保養，當設備出現故障時，分析故障情況并上傳系統備份，提供告警/預警功能，分析設備的故障分布情況；提供物聯設備運行狀態拓撲圖監測。

視頻監測集中展示生產單位的實時監測圖像。

數據管理包括日數據管理、日數據查詢、基礎數據管理、油氣水井數據、站庫數據、攝像頭數據、組織機構數據、計劃油氣產量錄入、數據標簽管理、數據接口管理、數字化率管理等功能，并能展示與其他油田的數據交互情況。

系統管理包括用戶權限管理、角色管理、油氣水井、站庫采集參數的配置、生產監測配置，站庫數據配置、物聯設備配置、系統日志管理、系統運維管理等功能，供管理和維護人員使用。

個性化首頁用戶可根據個人角色與崗位和個人喜好進行個性化設置。

3 系統運行與維護

采油九廠龍虎泡作業區試點項目采用單井RTU自動數據采集方式和站庫PLC自動數據采集方式，在井間站、油田生產作業現場和重要路口部署視頻監測，在廠級生產指揮中心放置大屏幕顯示系統，將存儲服務器部署到油田公司數據中心和廠指揮部。建立信息化的組織機構與運維體系，深化扁平化、專業化管理，進一步優化勞動生產。

為保證保障系統和設備的良好運行，本著“提前謀劃、提前介入、提前運維”的原則，根據生產管理子系統項目特性，經過多方討論，并深入了解其他油田的維護經驗，制定出了符合大慶油田的維護方針，以站庫控制系統PLC和油井計量間RTU為界，PLC往下的站庫自控系統，包括采集與監控子系統的PLC控制系統、站庫工控機、工程師站、采集儀表等，由采油廠負責維護。油井、計量間數據采集業務以RTU為界，RTU往下歸慶儀公司維護，包括RTU和計量儀表等。PLC和RTU往上歸信息技術公司維護，包括生產管理子系統軟硬件維護，有線傳輸子系統的站間環網、自控數據傳輸環網、視頻監控環網的設備、光電纜、桿路、管道等維護，網絡安全防護設備維護，采集與監控子系統的視頻監控維護，井/間數據采集的無線傳輸通道維護，以及油公司數據中心軟硬件維護和相關生產網和McWiLL無線寬帶網的維護。確保項目建設和后期維護的穩定運行，為油田生產做出應有的貢獻。