智慧氣田兩級生產監控管理模式設計與應用研究

李玉東 謝虎 吳賓 付莉

摘要：傳統氣田生產監控模式以作業區監控為主，近年來逐步實現了廠級集中監控，但監控平臺應用范圍仍局限于生產網絡，且主要面向監控崗。作為生產決策主體的廠機關技術崗位、管理崗位卻難以及時全面掌握現場最新生產動態，缺少實時生產監控管理業務支撐的生產指揮調度平臺也無法取得即時指揮調度的預期效果。由此，急需建立面向生產監控、生產管理兩級應用的生產運行管理模式，實現一體化設計、分層化應用，提升上下級聯動監控管理能力。

關鍵詞：兩級監控；配置同步；數據聯動；分層管理

一、前言

新疆油田采氣一廠共包括克拉美麗、瑪河、盆五、克75、新區五個作業區，且各作業區已通過邏輯專網改造打通了與廠機關的網絡連通，具備了將實時數據采集回傳至廠機關進行集中監控的時機。同時借助油田公司邏輯專網的網絡條件打通生產網與辦公網的數據單向傳遞通道，實現跨網絡的生產監測管理[1]。由此，可克服傳統的生產監控管理模式中存在的如下問題[2]：

（一）克服了作業區分散監控所需投入人員多、管理分散的問題，實現了生產監控由作業區分散管理向廠級集中管理模式的轉變。

（二）克服了廠機關技術人員、管理人員無法即時了解現場生產實時動態的不足，可隨時調取現場實時動態，進行業務關注與分析。

（三）克服了傳統多級生產管理方案系統運維復雜度高、配置信息不一致、數據中斷無法恢復等難題，實現了上下級配置自動同步機制、斷點續傳機制，系統可維護性、可用性的大幅提升。

二、兩級監控模式設計

（一）模式定義

兩級監控以生產網（采用邏輯專網）、辦公網兩套網絡作為劃分邊界，并按崗位不同進行業務的劃分，形成生產網以監控運行為主、辦公網以決策分析為主的分層級監控管理模式。一級監控：面向生產監控崗位，實現遠程實時監測與控制，確保現場生產運行的合理、安全運行。二級監控：一方面，面向生產運行管理崗位，實現生產實時監測與即時分析，并為生產決策指揮提供數據支撐；另一方面，面向領導崗位，針對重點工藝運行動態、現場重要措施改進效果、階段關注參數，提供信息即時查閱手段，為下一步工作指導意見提供參考依據。

（二）部署模式

采用整體規劃、分層部署的模式，實現層級化部署管理模式[3-4]。

1.一級監控平臺部署方案

在廠機房生產網環境，部署工控網生產監控平臺、實時數據庫及其他相關服務，在各作業區部署實時數據庫及數據采集服務。

（1）作業區實時數據采集服務負責采集各作業區范圍內的物聯網數據，當數據從現場RTU、PLC、DCS獲取后，一方面寫入作業區實時數據庫保存，另一方面自動推送至廠機房實時數據庫。

（2）生產網生產監控平臺除為監控崗提供監控服務外，還能夠支持點表、組態文件、報警規則的修改完善。修改完善后的信息寫入系統自帶的基礎數據庫，同時將點表信息自動同步傳至各作業區服務器，確保兩級實時數據庫之間的點表配置一致性。

2.二級監控平臺部署方案

在廠機房辦公網環境，部署辦公網生產監控平臺、實時數據庫及相關服務。

（1）數據來源一，一級生產監控平臺的實時數據和配置文件，由后臺服務自動執行完成信息同步，確保兩級監控平臺間配置、數據的一致性。

（2）數據來源二，生產數據管理系統的生產對象基礎信息、生產日報數據、生產計劃數據等等，通過生產數據管理系統提供的數據訪問接口調用完成。

（3）辦公網實時數據庫，定位于為辦公網范疇內相關應用系統及第三方數據庫提供數據服務。

（三）兩級監控平臺功能設計

1.一級生產監控平臺[5]

包括氣井監控、集氣站監控、淺冷工藝監控、深冷工藝監控、通訊監測、曲線分析、斷點續傳、組態管理、點表管理、報警管理等功能模塊。

（1）氣井監控功能實現了作業區所有自動化氣井的遠程監測及井口閥的開關控制，展示內容包括井口油壓、井口套壓、井口環空壓力、井口溫度、節流前后壓力、節流前后溫度、外輸壓力、外輸溫度、進站壓力、進站溫度等，支持報警信息的疊加、曲線查詢、通訊狀態疊加。

（2）集氣站監控功能實現了作業區所有集氣站工藝的遠程監測、閥調節（或開關）控制、泵啟停控制等。展示內容包括工藝流程組態、采集數據、啟停與調節控制、通訊狀態、參數曲線等。支持氣井產量計量的一鍵倒井，快速實現單井產量計量的輪換，提高操作效率，節省監控人員的時間，避免誤操作造成的生產風險。

（3）淺冷工藝監控、深冷工藝監控功能展現方式同集氣站監控功能，均采用矢量圖方式進行組態的繪制及使用，區別主要在于流程畫面、監測參數不同，但同樣實現了基于DCS系統的遠程控制指令下發。同時，系統實現了監控平臺對DCS報警閾值的自動讀取，并可根據管理需要直接在監控平臺實現DCS閾值的遠程修改，完成了現場所有報警閾值的統一管理。

（4）通訊監測功能實現了作業區內所有采集設備（RTU、PLC、DCS等）是否能夠正常采集的狀態實時監測，可快速查詢通訊狀態歷史曲線，快速定位設備通信故障節點，有效評估網絡穩定性。當有新的采集設備、交換機節點加入后，直接將設備信息錄入即可實現網絡監測拓撲圖的自動繪制，確保實現最新、最全的網絡監測。

（5）曲線分析功能實現了作業區內所有采集點數據曲線的查詢，默認按氣井、集氣站、深冷、淺冷等不同對象類型進行分類查詢，支持查詢時間段的“快進”“快退”“前進”“后退”等快速翻閱曲線的功能，支持曲線顯示與隱藏、自由縮放等靈活操作，最大限度提高數據查詢的可用性。該功能可輔助用戶以最高的效率實現曲線趨勢的查詢，輔助進行生產監控報警處置決策，提高報警管理能力。

（6）斷點續傳功能

當一級生產監控平臺內部、一級生產監控平臺與二級生產監控平臺之間網絡異常造成的數據傳輸中斷問題，提供不同實時數據庫服務器節點間的數據同步功能，實現缺失數據的補錄。

①一級監控平臺內部，作業區實時數據庫服務器與廠機房生產網實時數據庫服務器網絡通信出現異常，當網絡恢復后，可實現缺失時間段各作業區實時數據與廠機房生產網實時數據庫的同步；在數據同步時，充分考慮網絡數據傳輸能力，采用最優的數據同步頻次實現數據的同步。

②一級生產監控平臺與二級生產監控平臺之間網絡通信出現異常，當網絡恢復后，可實現缺失時間段廠機房生產網實時數據庫到廠機房辦公網實時數據庫的同步；在數據同步時，同樣考慮跨網絡數據傳輸能力，采用最優的數據同步頻次實現數據的同步。

（7）組態管理功能

實現所有監控組態畫面配置、組態數據點綁定關系配置的維護管理。組態管理功能主要在一級生產監控平臺使用，當一級生產監控平臺的配置文件更新后，將配置自動同步更新至二級生產監控平臺。

（8）點表管理功能

面向RTU、PLC、DCS等不同類型的設備，內置不同的驅動協議，實現各類采集點配置信息的管理，支持采集服務的遠程啟?？刂?。點表管理功能同樣主要在一級生產監控平臺使用。當一級生產監控平臺的配置文件更新后，將配置自動同步更新至二級生產監控平臺。

（9）報警管理功能

一方面通過閾值配置功能實現報警規則的設定，另一方面通過以事件為主的報警信息展示功能實現報警信息的實時查詢。在報警信息產生后，提供了曲線一鍵查詢、處置狀態管理等報警處置必備的分析與標記手段，報警處置效率得到提升。

2.二級生產監控平臺

包括氣井監測、集氣站監測、淺冷工藝監測、深冷工藝監測、通訊監測、曲線分析、組態管理、報警統計等功能模塊。

（1）氣井監測、集氣站監測、淺冷工藝監測、深冷工藝監測功能界面表現樣式同一級監控平臺，只能進行遠程監測，不允許進行遠程控制。

（2）通訊監測、曲線分析功能與生產網功能一致。

（3）組態管理功能原則上只能查看，不允許修改，組態文件由生產網自動同步傳至辦公網。

（4）報警統計功能實現了各作業區生產監控報警的多維度、多頻次統計分析，能夠在第一時間發現頻繁報警、誤報警、冗余報警等不合理報警問題，從而確定報警優化對象，并通過報警優化措施的實施，有效降低作業區報警數量，提高整體報警管理水平。

3.兩級監控平臺功能定位差異分析

（1）一級監控業務，通過對實時數據的監測、報警的分析、遠程控制及調節指令的下發，提高生產現場實時監控能力，實現現場無人化值守；二級監控業務，側重于監控分析、生產運行管理，并為生產指揮平臺的建設奠定基礎。

（2）一級監控平臺，除定位滿足現場生產遠程監控管理的需要外，還承擔著為二級平臺提供數據同步服務的重任，是承接現場工藝運行與遠程決策指揮的紐帶。

（3）一級監控平臺，可以實現遠程控制；二級監控平臺，不允許遠程控制。

（4）一級監控平臺，負責點表、報警規則、組態的維護更新；二級監控平臺，無須維護點表、報警規則、共性組態等配置。

（5）一級監控平臺，后續功能深化應用側重于氣井自動計產與智能自動調產、智能預警分析、先進過程控制等方面；二級監控平臺，后續功能深化應用側重于生產運行指標體系管理、生產運行動態管理、生產調度管理、生產應急管理等。

三、應用效果

（一）建立了以實時生產監控和實時數據分析為核心功能點的多級節點管理模式，充分考慮了實時數據、配置信息、通訊狀態跨節點自動更新等影響系統穩定使用的問題，研究形成了多服務器節點同步機制方案，實現了兩級平臺間數據自動同步，無須人工干預。

（二）打通了自下而上的完整數據流程，形成了 “作業區—廠機關生產網—廠機關辦公網—數據公司”的數據流程，數據一致性、完整性、時效性大幅提升，數據生成、維護工作量大幅降低，滿足了各層級用戶對數據管理與應用的需求。

（三）搭建的兩級廠級生產監控平臺，一方面實現了對作業區生產運行的遠程集中監控，另一方面為廠級生產指揮決策業務的擴展提供平臺基礎。

（四）分級監控與運行管理結合，實現了“作業區現場—廠級監控中心—研究科室—領導崗位”實時共享數據和生產動態。技術人員與管理崗位可以及時進行生產工藝分析，并反饋指導生產，有力支持了生產運行高效協同管理。

四、結語

智慧氣田兩級生產監控管理設計模式是氣田生產運行一體化管理的前期基礎，而氣田生產運行管理是一套立體網狀結構業務綜合體。由此，氣田生產運行一體化管理平臺是環環相扣的多閉環應用融合平臺，最終目標是生產現場智能化以“產量”為核心，打造細分業務閉環，實現業務點、線、面的有效串聯，建立“可視、可控、可析、可優、可溯”的專業化油氣田綜合管理體系。

（一）傳統的生產監控模式定位于作業區級監控，完成了作業區遠程無人值守的初期建設階段。而隨著生產管理模式的改變、物聯網技術的快速發展，需要完成由分散監控向集中監控的轉變、人工發現問題向系統主動預警的轉變、封閉式監控管理模式向生產運行多業務協同模式的轉變。

（二）智慧氣田兩級生產監控管理模式是生產運行管理一體化建設的基礎，既能夠滿足現場生產運行監控、智能化無人值守的需要，又能為廠級生產指揮調度平臺的建設提供基礎平臺。

（三）智慧氣田兩級生產監控管理模式實現了多級平臺間數據、配置的自動同步，確保多級平臺間數據與功能一致性的同時，大幅降低了系統運維的復雜度和工作量，有效促進了系統的正常應用。

參考文獻

[1]王傳平，李玉東，董江潔，等.基于實時數據平臺的氣田生產監控系統設計[J].信息系統工程，2020（08）：87-89.

[2]李兵元，趙春雪，王偉，等.新疆油田物聯網系統標準化存在問題淺析[J].中國管理信息化，2020，23（17）：106-107.

[3]蔡鳳翔，龔仁彬，李群，等.基于物聯網技術的油氣生產管理系統的設計與實現[J].信息系統工程，2019（11）：34-35.

[4]張峰，劉駿，田寧.勝利油田油氣生產物聯網平臺的建設與應用[J].科技創新與應用，2022，12（07）：161-163.

[5]楊敏喬.天然氣的遠程監控系統設計與實現[D].成都：電子科技大學，2019.

作者單位：中國石油新疆油田分公司采氣一廠