油田智能化井場技術研究與應用實踐

一、前言

在能源行業(yè)數(shù)字化轉型背景下，油田生產(chǎn)管理正經(jīng)歷從數(shù)字化向智能化的躍遷。長慶油田作為我國重要的能源基地，雖已實現(xiàn)場站無人值守，但井場管理仍面臨以下三大痛點：

1.數(shù)據(jù)采集維度不足，現(xiàn)有系統(tǒng)覆蓋油井、水井等主要設備，但動液面、管線壓力等關鍵參數(shù)監(jiān)測缺失；2.智能控制功能碎片化，視頻監(jiān)控、加藥投球等系統(tǒng)獨立運行，缺乏協(xié)同聯(lián)動；3.邊緣計算能力薄弱，傳統(tǒng)RTU設備算力不足，無法支撐實時數(shù)據(jù)分析需求。

國內(nèi)相關研究顯示，智能化采油采氣技術框架需涵蓋數(shù)據(jù)感知、傳輸、裝備工藝及融合等要素[。勝利油田基于大數(shù)據(jù)的異常識別技術提升了油井生產(chǎn)時率[2]，但現(xiàn)有數(shù)字化建設仍存在系統(tǒng)協(xié)同性不足等問題[3。本研究構建的“數(shù)據(jù)感知一邊緣計算一智能決策”技術體系，創(chuàng)新性融合AI算法與邊緣計算，形成包含數(shù)據(jù)采集、智能控制、云邊協(xié)同及標準規(guī)范的四大模塊解決方案，并在長慶油田第八采油廠完成驗證，取得顯著經(jīng)濟效益。

二、關鍵技術研究

為了突破傳統(tǒng)模式的局限，采用“邊緣計算 + 云平臺”架構，從數(shù)據(jù)采集、智能控制、云邊協(xié)同及規(guī)范建設四維度展開技術研發(fā)，技術路線如圖1所示。

（一）數(shù)據(jù)采集優(yōu)化技術研究

1.多協(xié)議接入終端研發(fā)

研制高性能多協(xié)議接人井場邊緣計算終端，采用四核Cortex-A55處理器（ 1.8GHz ）與獨立NPU單元（1TOPS算力），較傳統(tǒng)設備計算性能提升 340% 。配置4GB運行內(nèi)存與32GB存儲空間，數(shù)據(jù)存儲能力提升 160% 。配備8AI/12DI/8DO接口，支持Modbus、MQTT等協(xié)議，實現(xiàn)井場設備 100% 接人。

2.數(shù)據(jù)清洗機制構建建立以下三級數(shù)據(jù)校驗流程[4：

（1）設備層校驗。通過CRC校驗與心跳包機制，精準識別傳感器故障，保障數(shù)據(jù)初始采集的準確性與穩(wěn)定性。（2）傳輸層清洗。采用滑動窗口算法（窗口大小_N=5 ），高效過濾異常值，提升傳輸數(shù)據(jù)質量。（3）存儲層優(yōu)化。在MySQL數(shù)據(jù)庫中建立異常數(shù)據(jù)隔離區(qū)，嚴格遵循數(shù)據(jù)完整性規(guī)范，確保分析數(shù)據(jù)的完備性，為后續(xù)處理夯實基礎。

（二）智能分析控制模型

1.動液面智能間抽控制

基于實時動液面數(shù)據(jù)評估油井生產(chǎn)狀況，建立間抽優(yōu)化模型。通過動態(tài)調整抽油機運行周期，使油井在最佳沉沒度區(qū)間[Hmin，Hmax]內(nèi)運行，提高泵效，并降低能耗[5]

圖2系統(tǒng)架構圖

2.管線壓力聯(lián)動投球

構建管線回壓智能決策模型，實時分析回壓、溫度、產(chǎn)量數(shù)據(jù)，自動優(yōu)化投球策略。當回壓持續(xù)超過 2.5MPa 時增加投球頻次，預防管線凍堵[]。

3.視頻智能照明聯(lián)動

基于光照強度、人員活動等環(huán)境感知數(shù)據(jù)，通過AI算法動態(tài)調節(jié)照明強度。正常工況下保持 50% 功率運行，異常闖入或異常工況時切換至 100% 功率，降低照明能耗[7]。

4.井筒載荷加藥聯(lián)動

通過實時載荷監(jiān)控建立結蠟算法模型，當載荷上升幅度超過 10% 時，自動提高加藥頻次1.5倍、加藥量增加 20% ，降低井筒結蠟概率[8]。

（三）云邊協(xié)同提升管理效率

在采油廠部署智慧井場管理云端平臺，開展全局數(shù)據(jù)深度分析與算法策略實時優(yōu)化，在井場邊緣端部署輕量化模型，本地處理感知數(shù)據(jù)，實現(xiàn)秒級異常響應，形成“邊緣實時響應、云端深度優(yōu)化”的閉環(huán)管理生態(tài)，提升管理效率。系統(tǒng)架構如圖2所示。

邊緣層：部署輕量化推理模型（TensorFlowLite）， 實現(xiàn)秒級異常響應。

云端：智慧井場動態(tài)優(yōu)化決策云端平臺，進行策略優(yōu)化。

通信層：采用MQTT協(xié)議實現(xiàn)指令傳輸。

感知層：井場傳感器、執(zhí)行機構等。

三、現(xiàn)場應用測試

（一）現(xiàn)場應用與測試

在第八采油廠樊學作業(yè)區(qū)XX井場進行現(xiàn)場應用實踐，對數(shù)據(jù)采集優(yōu)化和智能控制效果進行實際測試。

第一，井場改造升級，更換現(xiàn)有的井場控制柜為內(nèi)置高性能邊緣計算終端的智能控制柜及配套Wi-Fi6，實現(xiàn)井場Wi-Fi全面覆蓋。

表1功圖采集數(shù)量統(tǒng)計表

表2井場照明開啟時長表

表3動液面間抽前后對照表

表4投球執(zhí)行統(tǒng)計表

第二，油井井口更換現(xiàn)有的RTU為支持Wi-Fi通信的智能型RTU，并按照間抽標準完成升級建設，閥組配套Wi-Fi通信模組，實現(xiàn)Wi-Fi接入。

第三，井場配套安裝的動液面、加藥、投球、照明等設備設施通過加裝Wi-Fi通信模組，實現(xiàn)Wi-Fi接入。

第四，作業(yè)區(qū)部署管理平臺與井場終端嵌入平臺配套，實現(xiàn)云邊協(xié)同智能化井場運行。

（二）關鍵測試結果

1.數(shù)據(jù)采集能力

通過高性能終端與Wi-Fi6技術，功圖采集周期從10分鐘縮短至5分鐘，數(shù)據(jù)采集率達 100% ，見表1。

2.井場智能照明，有效降低照明能耗

日均照明時長 9.13h ， 100% 功率運行時長僅 0.2h 能耗降低 47.8% ，見表2。

3.基于在線動液面監(jiān)測的智能間抽

基于實時監(jiān)測的油井動液面值智能控制油井間抽生產(chǎn)，間抽前后，平均系統(tǒng)效率提升 3.31% ，平均能耗降低 25.16% ，產(chǎn)液量提升 3.01% ，見表3，節(jié)能效果較好。

4.基于管線回壓的智能投球

建立了回壓投球聯(lián)動模型，通過算法智能調節(jié)投球頻次，避免集輸管線凍堵、結蠟。建設之后，回壓異常時自動增加投球，有效預防管線堵塞與井筒結蠟，見表4，策略執(zhí)行良好。

5.基于油井實時載荷變化的智能加藥

通過井口傳感器實時監(jiān)測單井載荷變化，利用融合終端分析計算結果向井場加藥裝置下達指令，根據(jù)載荷的上升情況分層分段進行加藥頻次的智能調節(jié)。建設之后，基于井筒載荷曲率變化自動加藥，提升加藥頻次1.5倍，有效防止井筒結蠟，見表 5

表5井筒加藥次數(shù)統(tǒng)計表

表6建設效果統(tǒng)計表

四、應用效果評價

經(jīng)過現(xiàn)場3個月的運行測試，取得了良好的應用效果，實現(xiàn)了 100% 的數(shù)據(jù)采集接人，照明能耗降低47.8% ，加藥頻次提高1.8倍，油井系統(tǒng)效率提升 3.31% 平均能耗下降 25.16% ，見表 6。

五、結語

本研究構建的智能化井場技術體系通過邊緣計算、智能控制與云邊協(xié)同，顯著提升了生產(chǎn)效率與安全性，形成了可推廣的建設規(guī)范。未來有以下幾點建議：

第一，深化邊緣端AI算法研究，提升復雜工況診斷能力；

第二，推動井場應用生態(tài)發(fā)展，形成產(chǎn)業(yè)化；

第三，加強標準化建設，促進跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)互通。

參考文獻

[1]劉合，許建國，蘇健，等.采油采氣工程智能化愿景[J].石油科學通報，2023.8（04）：398-414.

[2]李冰，郭洪金，段鴻杰.中國石化油氣生產(chǎn)數(shù)智化建設的探索與實踐[J].油氣地質與采收率，2025.32（2）：81-93.

[3]張凱波.機采井智能采油技術研究進展及趨勢[J].中外能源，2021，26（09）：45-51.

[4]張晨雪，肖祥慧，顧陽.數(shù)據(jù)清洗方法研究綜述[J].北京印刷學院學報，2025，33（03）：49-55.

[5]張治國.基于油井動液面測控自適應采油系統(tǒng)應用[J].石油石化節(jié)能與計量，2024，14（08）：28-31.

[6]高生趙.淺析定時自動投球裝置現(xiàn)場應用分析[J].化工管理，2014，（20）：158.

[7]汪希磊，曲立軍，黨艷，等.報警視頻聯(lián)動系統(tǒng)在油氣生產(chǎn)領域的應用[J].中國信息界，2025.（03）：77-79.

[8]趙海勇.鎮(zhèn)原油田采油井井筒結垢機理探究及復合型高性能阻垢劑的研發(fā)與應用[D].北京：中國石油大學（北京）2023

作者單位：中國石油天然氣集團有限公司長慶油田分公司第八采油廠

責任編輯：王穎振鄭凱津