基于人工智能的海上油田操控中心設計與開發研究

摘要：文章介紹了人工智能技術的應用優勢，并創新性地設計了海陸一體化的基于人工智能的海上油田操控中心系統。該系統包括采油生產運行指揮系統、海洋船舶運行調度系統、管網運行管理系統、海上生產安全監控系統等，并將智能規劃、機器視覺、專家系統等應用其中，使各項功能在實際生產中得以實現，為安全生產和運營指揮提供強大的系統支持。

關鍵詞：人工智能；海上油田；操控系統；功能設計

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.04.012

中圖分類號：TE 5，TP 3" " " " " " " "文獻標示碼：A" " " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）04-00-03

Design and Development of Offshore Oilfield Control Center Based on Artificial Intelligence

LI Xinfeng

（Shenzhen Branch of CNOOC （China） Co.， Ltd.， Shenzhen 518000， China）

Abstract： This paper introduces the application advantages of artificial intelligence technology， and innovatively designs the artificial intelligence based on sea and land integration. The system includes oil production operation command system， Marine ship operation scheduling system， network operation management system， offshore production safety monitoring system， etc.， and the intelligent planning， machine vision， expert system application in， make various functions in actual production， for safe production and operation command provide powerful system support.

Key words： artificial intelligence; offshore oil fields; control system; functional design

在智能油田建設背景下，油田開采、運輸和管理等環節會產生大量的數據，對處理器計算能力提出了更高的要求，而傳統海上油氣生產模式和技術已難以滿足新需求，人工智能的應用成為大勢所趨。因此，結合油田新形勢，創建海陸一體化的生產平臺，充分發揮大數據、專家系統、GPS等技術優勢，對采油生產、船舶調度、安全監管等進行一體化運營指揮，走智能油田發展之路，不但能使運營決策更加科學，而且能使海上開采安全切實得到保障。

1" 人工智能概述

人工智能自誕生以來已逐漸應用于多個領域，如教育、工業、軍事等，其在海上油田生產管理領域中也發揮出重要價值。隨著智能油田建設如火如荼地開展，在大數據、人工智能等技術的支持下，海上油田操控中心具備生產運行指揮、船舶調度、管網管理、安全監控等多項功能，大大促進了海上安全生產、運營效率的提升，也成為傳統海上油氣生產轉型的必要手段[1]。

2" 海上油田操控中心系統功能設計

2.1 采油生產運行指揮系統

主要功能如下。

（1）海上原油生產。將平臺、船舶、單井等多種原油生產、運輸和存儲信息及時反饋，便于操控中心人員時刻了解海上原油生產情況，如含水量、開關井等，分析海管、拉油日產量、連續一段時間內產量變化趨勢、變化成因等，對關鍵井運行狀態密切跟蹤，促進原油生產管理水平提升，為生產運行提供科學依據。

（2）海洋油氣集輸。對陸地交油、船舶拉油、庫存等信息隨時查閱和錄入，對油氣由井口進入管線、船舶、陸地管線后的信息動態跟蹤，促進油氣集輸高效管理，在科學生產指揮下，實現陸海間相關工作的協同開展。

（3）油輪生產運行。在海上生產中，油輪的作用在于油氣采集與運輸，是海上油田生產的重要方式。該系統能夠監測油輪生產、油氣運輸和裝卸過程中的動態信息，可在異常狀態下為科學決策提供參考依據。

（4）采油平臺運行。采油平臺包含多個子項目，如開發、井組、單井等，該系統可對各個平臺的設備動態、輸油/輸氣動態、人員動態等信息隨時瀏覽，充分掌握生產運行狀況，以及人、財、物的投入和使用情況，確保海上生產持續高效運行。

2.2 海洋船舶運行調度系統

主要功能如下。

（1）船舶調度管理。該系統可對船舶科學調度管理，將船舶計劃、現行安排、生產狀態等信息匯總，在下達生產任務后，能夠盡快調度船舶、人員完成出海采油計劃。還可結合天氣海況，促進船舶運行效率提升，節約運營成本。

（2）船舶運行監管。操縱中心下屬的生產指揮部門可利用電子海圖掌握船舶的實時狀態，如航行軌跡、所處方位、行進速度等，快速采集船舶作業信息，并傳達生產任務；船舶方可利用系統設計航線、定位，為導航軟件提供輔助；在電子海圖中展示氣象、潮汐、GPS等信息，引導船舶避開海域上的船只、臺風等；岸端可實時監測船舶行進軌跡、回放歷史軌跡；部分船端安裝了GPRS系統、海事衛星站等終端，可根據實際需求完成多種模式轉變，如若某種數據傳輸格式不支持，可隨時調節成其他數據傳送形式[2]。

（3）船舶設備管理。管理部門可隨時掌握重要設備的運行狀態，調取某種設備的詳細信息、運行履歷，便于調度更符合生產需求的設備，并提高設備管理效率。在日常運行狀態下，管理內容包括船舶檢驗、船舶蓄電池管理、設備維保、零星修理、設備計劃、費用管理等。在船舶修建管理中，主要內容有圖紙資料管理、船舶大修和改造管理等。船員管理包括人員調配、證書管理、技能培訓等。

2.3 管網運行管理系統

該系統重點對管網運行狀態進行管理，通過示意圖形式，將海上油田整體管網顯示出來，并動態監控各個節點的生態動態指標，擁有管網信息查詢、綜合分析、用戶管理等功能，具體如下。

（1）管網信息查詢。主要包括地圖信息查詢、設備查詢、管線信息查閱等，可根據管網內實體空間位置、屬性種類等，也可根據SQL條件表達式，檢索相應信息；系統可使圖形、屬性、數據等同步顯示，使管網資料更為直觀，還支持圖—數、數—圖間的雙向轉換，將所查詢管段在整個管段中閃爍表示，為操作人員使用提供諸多便利。

（2）綜合分析。可自動加工信息，按照時間、井號等方式，對信息綜合分析，將結果用樹狀圖、餅狀圖等表示出來，為油田開發管理提供參考依據；還可根據操作人員輸入的條件自由查閱，并將查到的數據用圖形、圖表等形式表示出來。例如，在管線任意地段求橫縱斷圖，對不同時期產油量生成報表等。

（3）用戶管理。系統內存儲了大量油管信息，需要加密設置來保障安全，可將用戶分成兩種等級，一種是普通用戶，另一種為高端用戶，不同級別用戶的數據存儲權限不盡相同，普通用戶只有瀏覽權利，高端用戶具有增刪權利。

2.4 海上生產安全監控系統

為了監控海上生產平臺與周圍海域的情況，在出現突發事件時能夠及時處理，該系統創建了生產安全自動化監控系統，引入雷達技術、GPS技術，使海域所屬平臺、船舶的生產動態一覽無余，隨時發現和處理各類情況，功能如下。

（1）生產自動化監控。借助遙控、遙感等技術，對油井遠程操作參數進行采集，掌握周圍平臺油水井生產運行狀態、干溫干壓波動情況等，實現油井實時監控目標，為海上生產提供全方位、自動化監控。

（2）海上電力線路監控。原油生產動力源于電路，電路位于海面下方，與陸地相比施工和檢修難度較大。該系統能夠隨時掌握線路與設備的運行狀態，增加信息采集頻率，使海上生產動力得到保障。海上無人值守平臺具有視頻監控功能，生產者可通過平臺各角落安裝的攝像頭，動態掌握平臺設備運行情況、人員出入情況等，提高監控畫面分辨率、傳輸速度，使平臺管理效率得以提升。

（3）海底管線安全監控。海底管線位于海面下方，懸浮在海洋中，在海流長期影響下容易出現位移偏移，甚至斷裂，還面臨著盜油分子偷油威脅，使海上生產安全管理難度增加，海域污染問題加劇。該系統可對海底管線運行狀態實時監控，動態掌握管線生產現狀，及時發現斷裂、被盜等情況，為海上油田安全生產提供保障[3]。

3" 海上油田操控中心系統功能的實現

在海上油田操控中心中，系統功能的實現需要做好數據抽取、加工整理以及智能分析等工作，詳見圖1。

3.1 采油生產數據采集與處理

海上油田開采、運輸等環節會產生許多數據，在數據采集階段，網絡互聯層可在數據傳輸中起到通道作用，全面感知層可控制整個系統的數據出入口，將生產設備與全面感知層連接后，可對現場數據進行實時采集、上傳，如采油井數據、數據傳輸等。將采集的油井相關數據如溫度、壓力、流量等進行標準化處理后，便可進行本地化計算，借助接口軟件，傳遞給中心服務器，經過處理后存儲到實時數據庫內。將現場采集的實時數據經過加工處理，形成單井采油隊、區塊開發等具體數據，單位用日、周、月來劃分后，然后才可存儲到生產數據庫中。準確處理報警的異常信息，使管網運行、生產管理等數據需求得到滿足。詳見圖2。

3.2 海洋船舶優化調度

該項調度功能的實現借助了人工智能中的專家系統，由專家系統提供運行數據，結合系統自帶的優化調度規則，自動生成多個調度方案，涉及正常調度、應急調度等多種情況。在緊急調度情況下，平臺可直接發送船舶調用指令；在正常船舶調度情況下，根據專家系統提供的調度方案，與油田開采任務內容相結合，得出結論：是/否。若結果為“是”，則按照配產系統提供的調度方案，進入到線上審批環節中，根據審批通過的方案，授權用戶，通過平臺傳遞遠程船舶調配指令到船舶管理部門，落實船舶、出海人員的具體分配；若結果為“否”，則將調配方案退回到專家系統中，并說明原因。

3.3 管網運行信息管理

該功能通過示意圖形式實現。①管網運行管理。可將油田整體管網展示出來，便于操作人員動態觀測各節點生產指標情況。在按照圖層查詢時，左側選擇按圖層查詢菜單欄，出現5項圖層控制選項，包括海底電纜、輸油/輸氣管線、井組平臺、注水管線，在默認狀態下5項全部顯示；如若某選項沒有勾選，則將對應圖層隱藏。②海底管纜斷網分析功能實現。在海圖上點擊某條海底電纜，彈出與之相關的基本信息，并顯示圖中因斷開停產而降低的油氣產量，受斷網影響的其他井組平臺也會一同顯示出來。③系統維護功能實現。隨著投產時間逐漸延長，管網系統內部數據與現實情況逐漸產生偏差，需要操作人員更新系統數據，將新測資料補充進去，實現系統維護功能。④管網信息管理。操作者可根據實際油田采集情況，將管網基礎數據錄入系統中；還可對歷史數據進行查詢和修改，如管網節點地理信息、油水井信息、管線信息、中心集氣點等；還具有生產報表查詢、歷史曲線展示等功能[4]。

3.4 海上生產安全動態預警

該功能可根據系統配置的生產指標，利用動態表現、信息查詢等方式，對異常生產指標發出預警。通過采油井生產設備、安全設備報警機制的創建，系統可針對海上油田生產、安全設備工作狀態進行實時監控，及時發現安全隱患，并自動報警，為安全管理和應急準備提供輔助作用。生產指標預警的基礎在于生產數據庫，結合現場數據流量、壓力、溫度等參數，發揮大數據挖掘優勢，創建生產指標預警模型，針對現場采集的海量數據、實測資料深入分析，挖掘其深層價值，并將分析指標分類整理，根據分類結果進行預測和處理。

4" 結束語

綜上所述，在智能油田開發建設中，需要探索新的生產運營模式，創建數字轉型操控中心系統，充分發揮云計算、大數據、專家系統等智能信息技術，營造現代化海上油田工作環境，針對多層面實現跨專業運營，對采油生產、船舶調度、安全監管等進行一體化運營指揮，促進生產數據與管理運營的集成優化，全面提高安全生產、高效運營效率，最終達到降本增效，智能化、可持續生產的目標。■

參考文獻

[1] 周坤，李小松．基于人工智能的節能控制物聯網云平臺的設計與研究[J]．電腦知識與技術：學術版，2021（5）：21-23.

[2] 杜會堯，祿佳景，辜小花，等．基于PSO-ELM的油田機采系統精細化建模[J]．重慶科技學院學報：自然科學版，2019，21（6）：256-258.

[3] 馮鋼，馬丹，李軒，等．基于人工智能的油氣舉升智能系統（iWELL-ROD）研究[J]．重慶科技學院學報：自然科學版，2020（12）：36-38.

[4] 董云峰，張宏偉．大數據背景下抽油機數據采集系統的設計與運行[J]．企業科技與發展，2020（3）：114-116.