低滲透油氣田場站無人值守技術研究

李秋實 章瑞 韓江 安然

（1.中國石油長慶油田分公司數字和智能化事業部 陜西省西安市 710000）（2.中國石油長慶油田分公司第八采油廠 陜西省西安市 710000）

油田企業開展兩化融合，實現效益開發一直是其發展的重要舉措。長慶油田作為國內外最大的低滲透油田開發，受儲層及單井產量影響，其對智能化的需求尤為迫切[1-5]。近年來，長慶油田在探索大型油氣田企業數字化轉型、智能化發展的有效路徑上持續發力，無人場站值守就是全面實現這一目標的關鍵一步。

1 建設背景

1.1 國內外研究現狀

國際石油公司自上世紀90年代開始，逐漸推進信息技術在油田生產建設中的應用。到21 世紀后，信息技術在油田生產建設中的應用日漸成熟，各大石油公司開始了自動化、智能化的研究，主要有BP 和殼牌兩大石油公司。目前，國際上的大型油田已經實現了數字化管理。

我國的油田數字化建設起步較晚，最初的無人值守站建設是基于RFID 的應用。目前，我國無人油田站的發展主要依靠生產流程的自動化和升級，以實現油田生產中遠程監控、定期檢查和應急聯動的目標，并實現井場和站點生產運營的遠程管理模式。

1.2 無人值守場站建設背景

近年來，隨著長慶油田快速發展，場站數量逐年快速增長與用工總量控制矛盾，資源品位逐年下降，效益開發壓力增大，QHSE 風險管控水平亟待提升等問題凸顯。2019年，長慶油田公司按照勘探與生產信息化頂層設計， 制定了智能化油氣田建設藍圖，配套智能化“326工程”，以突出全域數據管理、全生命周期管理、全面一體化管理，開展建設實時感知、透明可視、智能分析、自動操控的智能油田，無人場站值守建設應用而生。

2 無人值守場站探索與實踐

2.1 建設方案

通過完善數字化設備配套、自動化遠程控制、視頻監控、一體化集成裝置開發、崗位責任制優化及組織機構壓縮改革等內容建設，油田累計建成無人值守場站2000 余座，覆蓋率90%，形成場站“無人值守、集中監控、定期巡檢、應急聯動”的智能化生產組織方式，累計緩解用工5000 余人。目前油田 15 個作業區由調控中心集中監控，作業區直管場站，共減少中心站45 座；氣田2 個作業區實現“作業區+處理廠”合建模式。

2.2 關鍵技術

2.2.1 無人機巡檢技術

智能機器人通過視覺導航,結合多傳感器信息融合、三維信息感知與處理、激光掃描測距等各類方式,將采集到的數據、聲音等加以分析,傳輸到數控中心,數控中心人員能夠及時了解場站情況,智能機器人可自主提取信息進行整合,生成巡檢報表。智能機器人能夠定時、定點地對場站進行巡檢,有效地提高了工作效率;具備視頻監控功能,能夠對場站設施進行監控,若發現異常狀況可進行發聲發光報警;具備自動回沖功能,通過導航在巡檢結束后進行自動回充,確保下一次巡檢工作的有序進行。智能機器人的引入可以取代傳統的人工檢測方法，解決人工檢測效率低、風險高的問題，推動油田無人管理模式的建設[9]。

2.2.2 智能視頻監控技術

智能視頻監控系統是以人工智能、計算機視覺、機器學習為基礎，通過智能化圖像識別技術對監控視頻進行處理，為各種安全事件進行自動預警的監控系統[10]。相比于傳統視頻監控，智能視頻監控不但監控范圍大、監控時間長，還有著監控識別速度快、準確度高的優點。智能視頻監控作為油田生產現場無人值守的重要管理環節，在無人值守站應用智能視頻監控技術，可以實現油區生產現場預警告警信息定位具體，所呈現的內容一目了然，信息聯動處理能力也更加明確、高效，如圖1 所示。

圖1：監控模式創新

2.2.3 智能注水系統

建立供注系統“源、供、注、配”的大閉環控制和基于水源井、供注水站、注水站/環網、注水井的四個小閉環控制模型，可以根據地面供注工藝按需組合控制算法，達到全過程自動控制的目的。供水站水罐液位與水源井運行狀態形成聯動，系統依據供水站水罐液位的高低自動控制水源井的啟停，對于停止供水的水源井按照液位值從高到低進行排序，并啟用液位最高的水源井進行供水。通過對注水站清水過濾間轉水泵的遠程變頻控制，開發了源水罐與清水罐液位聯動控制，實現供注平衡。發揮注水站變頻設備潛力以及數字化控制優勢，開發基于PID 控制算法的恒壓注水控制和環網壓力平衡補償程序，實現了注水站、注水環網恒壓控制、平穩注水和回流的消減。在實現注水井遠程調配的基礎上，SCADA 系統定時進行注水量的自動校正，自動模式下系統可根據校正排量自動調配，無需人員干預，對于超欠量較大的注水井通過顏色預警，在手動模式下，可人工設定排量進行調節。

2.3 建設內容

2.3.1 油田無人值守場站建設

（1）井場無人值守。利用井場數字化設備，自動采集油氣水井生產實時數據、井場視頻數據，實現包含油井工況智能診斷、油井遠程啟停、氣井遠程關斷、自動排泡、注水井遠程調配和異常情況自動報警為一體的智能井場模式。使井場管理的內涵發生根本的變化，從有人巡護“大海撈針、守株待兔”式的被動方式轉變為無人值守“智能管理、精確制導” 。

（2）中小型場站無人值守。集輸系統通過完善數據實時監測、設備聯鎖控制、事故遠程切換等，實現生產連續運行、在線診斷、遠程操控，事故狀態一鍵關停。

供水系統通過完善監控和聯鎖控制，實現從水源井-（供水站）-注水站的 “自主管理，智能運行”，緊急工況遠程處置“上位優先、一鍵停車 ”。

注水系統通過完善實時數據采集、變頻連鎖控制、注水泵遠程停泵、喂水泵遠程啟停，實現穩壓、平穩、連續注水。

一體化集成裝置:通過與數字化技術充分融合，所有監控數據及狀態上傳至中央控制系統，實現一鍵式操作。主要生產過程可視、可控、可調節、可診斷，保障生產連續平穩運行、安全防護實時監控。實現了油田工藝從“三級布站”向“一級半布站”轉變 ，進一步簡化了地面工藝流程，成為新建產能油田地面工藝優化簡化的核心技術。減少占地面積60%，大幅度提高了地面建設速度，投資節省20%至30%，促進了油田低成本發展。

（3）大型場站少人值守。脫水站根據脫水站的不同類別，通過對站內頻繁操作的工藝設備、高風險區域進行自動化升級改造，實現故障預警、設備聯鎖控制、事故遠程切換和事故狀態一鍵關停。

聯合站通過完善主要設備數據實時監測、聯鎖控制、事故遠程切換等功能，優化供熱、給排水、消防、供配電、通信、自動控制等生產輔助功能，實現生產連續運行、在線診斷、遠程操控，事故狀態一鍵關停，達到提升安全管控能力，實現少人值守目的。

（4）中心站建設。取消各站點SCADA 監控終端、視頻工作站，依托作業區/聯合站建成遠程集中監控點，完善中心站SCADA 監控界面、優化視頻終端及UPS 配置，對所轄無人值守站及井場進行集中監控。

（5）關鍵技術及功能擴展。通過對油田各類站場（聯合站、脫水站、接轉站、常規增壓點、橇裝增壓點、注水站、供水站）無人值守攻關研究，實現了正常生產流程無人操作、遠程監控，事故流程應急切換、遠程關斷，風險作業遠程監控、智能運，關鍵部位視頻監控、闖入報警，關鍵環節智能分析與自動控制，油井智能管理及控制，“采、集、處、輸”一體化監控，“源、供、配、注”一體化監控等領先技術。

2.3.2 氣田無人值守場站建設

（1）集氣站無人值守。對集氣站進行數字化改造，優化系統結構、升級硬件設備、完善軟件功能，實現了集氣站“無人值守、遠程監控、緊急關斷、人工恢復”。

（2）應急保障點。按照井、集氣站、凈化（處理）廠一體化管理思路，形成“日常作業、危險作業、HSE督查、場站智能巡檢、管線巡護”等采氣廠智能化應用場景 ，作業區組織結構由中心站集中改造為應急保障點，監控模式由“兩級監控”調整為“一級監控”，實現了組織架構和監控模式變革；形成了覆蓋生產運行、安全環保、開發技術和管理決策4 個層面的智能化技術，生產管理全面提質增效，場站維護工作量降低35%，工作效率提升25%。

2.3.3 智能管道無人值守場站建設

在管道數字化基礎上，集成管道全生命周期數據，提供智能分析和決策，讓數據產生價值，讓管道更聰明，使其具備全面感知、自動預判、智能優化、自我調整的能力，實現輸油管網的全智能化運營。

（1）閥室無人值守。對關鍵參數實時監控，閥室RTU 實現全線通信接入，運行數據、電動閥控制接入控制系統，實現遠程數據監測和流程操作，維護人員每周進行現場維護作業，實現了真正意義上的無人值守管理。以輸油壓力、溫度實時監測，高低限報警，外輸流程遠程調節、緊急截斷，

關鍵部位高清視頻監控，遠程及自動連鎖控制為主要內容。

（2）輸油站無人值守。實施關鍵設備智能化升級，滿足遠程集中調控、自動調節、聯鎖保護的要求。依靠管理+技術同步改進模式，在保證安全運營的基礎上，逐步縮減用工指標。以站庫關鍵流程智能判斷與連鎖保護，設備遠程監控，全線流程遠程切換，設備參數遠程監視，關鍵輸油泵運轉狀態、用電量監測，原油密度在線計量，關鍵部位工業視頻智能監控為主要內容。

（3）集輸作業區。建立輸油生產運行智能集中調控機制，在輸油調控方式上實現由各站分別手動控制向全線集中遠程控制的革命性轉變，通過業務重構，流程再造，優化機構與職責，支撐輸油生產運行提質提效。

3 建設成果

場站自動化、智能化建設和無人值守技術的深度應用，是長慶油田從5000 萬噸跨越6000 萬噸，用工總數不增的管理創新成果體現，是提升生產管理水平、降低員工工作強度、提高風險管控能力，將科學技術轉變為第一生產力的真實踐行。

（1）數字化功能進一步完善，工藝本質安全持續提升。無人值守建設豐富了 “井口計量，橇裝轉輸，數據遠傳，視頻巡檢，遠程監控，集中管理，應急聯動”等數字化應用，擴展了“高清視頻巡檢、參數遠程監控、數據置頂預警、報表自動生成”等數字化功能，將數字化建設及應用水平提升到一個新高度。無人值守站運行后，實現了站點主流程、關鍵區域及現場作業的不間斷實時監控，同時減少了員工出入生產現場的頻次與操作頻率，提升了工藝本質安全，切實做到了減輕基層員工勞動強度。

（2）員工勞動強度不斷降低，幸福指數不斷提升。無人值守技術的實踐與應用，促使油田生產運行各個環節結合更為緊密，降低了人工干預頻次，中心站資料不斷縮減，主要設備、流程通過電動閥實現遠程自動控制，大幅降低了員工操作頻率；同時，員工回歸集體生活，生產生活更加人性化，工作期間生活質量得到提高，進一步提升了團隊凝聚力。

（3）勞動組織架構不斷優化，減員增效效果提升顯著?！白鳂I區-井區-井站”優化為“作業區-中心站”的扁平化管理模式，管理層級由3 級壓縮為2 級，組織架構不斷優化，油田用工總量得到有效控制，生產運行效率明顯提升，大幅降低了安全風險。以某采油廠單個作業區為例，2019年至2021年，新建井場137 個、新投油水井384 口，在總產量提升15%的情況下，通過無人值守改造，萬噸用工由20.3 降低至16.1，單井用人由0.91 減少至0.72。

4 結論

數字化智能化是破解低滲透油田效益開發的重要手段。油田必須依靠信息化技術手段，推動企業業務模式重構，管理模式變革，商業模式創新，核心能力提升，加快數字化轉型智能化發展，達到降本增效高質量發展的目的[11-12]。

無人值守場站建設應用是解決油田企業產量增長與用工控制矛盾的有效方式。在無人值守技術與油田生產不斷深入融合的過程中，堅持新技術應用與現場工藝流程、安全控制、崗位責任制相結合。要堅持建設與管理并重，加強適應數字化條件下的人才隊伍建設，可以解決當前油田企業面臨的轉型難點問題。

無人值守技術需要持續推進提升。信息化涉及多學科集成、多部門聯動，必須實現資源有效整合，形成信息技術與業務應用之間的良性互動，業務要把真正的痛點找準，信息建設人員要堅持場景突破、典型引領、持續迭代、不斷提升，真正研發出實用、好用、管用的產品。