實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)在海洋石油生產(chǎn)中的應(yīng)用

劉帥(中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司， 廣東 湛江 524057)

0 引言

生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)項(xiàng)目是在某海上生產(chǎn)裝置以生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)和關(guān)系數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，規(guī)范數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)源頭、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中采集、存儲(chǔ)和管理，逐步建成生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中心的大數(shù)據(jù)庫(kù)，為其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)出口和數(shù)據(jù)支持的一個(gè)實(shí)驗(yàn)性項(xiàng)目。

1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)對(duì)石油企業(yè)發(fā)展的影響

生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)項(xiàng)目以大數(shù)據(jù)在海上油田的實(shí)踐應(yīng)用為方向開(kāi)展的一項(xiàng)循序漸進(jìn)的工作。在當(dāng)前大數(shù)據(jù)發(fā)展應(yīng)用的前景下，需要我們正確認(rèn)識(shí)和理解數(shù)據(jù)的重要性。大數(shù)據(jù)是從各種各樣來(lái)源中搜集得到的海量數(shù)據(jù)信息的總稱，具有數(shù)據(jù)量龐大，非結(jié)構(gòu)化特點(diǎn)，同時(shí)在互聯(lián)網(wǎng)中面臨復(fù)雜性、安全性等新挑戰(zhàn)。算法的不斷跟新改進(jìn)，使大數(shù)據(jù)對(duì)于新技術(shù)和人類技能的開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，逐漸成為一種需要。同時(shí)，大數(shù)據(jù)重新定義了數(shù)據(jù)管理的范圍，由數(shù)據(jù)提取、轉(zhuǎn)換、加載，演變?yōu)樵诖髷?shù)據(jù)應(yīng)用中凈化和組織非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的新技術(shù)(如分布式架構(gòu)技術(shù))[1]。

在石油行業(yè)智能化油田建設(shè)的引領(lǐng)下，迅速提升的大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)，在石油開(kāi)發(fā)決策中提供著更多的幫助和支持。大數(shù)據(jù)發(fā)展新形勢(shì)下，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)應(yīng)用分析為企業(yè)決策提供了支持和依據(jù)，將為石油行業(yè)企業(yè)運(yùn)行設(shè)定正確的目標(biāo)[2]。

2 生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的架構(gòu)解析

生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)是通過(guò)OPC協(xié)議，連通各種DCS系統(tǒng)，采用iFix實(shí)時(shí)讀取現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)表數(shù)據(jù)，并采用iHistorian進(jìn)行存儲(chǔ)。某海上油田在進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中，部署安裝1套硬件采集設(shè)備，連通4個(gè)設(shè)施的中控系統(tǒng)，采集1 207個(gè)有效實(shí)時(shí)測(cè)點(diǎn)，每天采集存儲(chǔ)約32萬(wàn)條現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)庫(kù)中心提供大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)信息。生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的建設(shè)主要包括信息系統(tǒng)架構(gòu)、數(shù)據(jù)中心管理、標(biāo)準(zhǔn)化體系建立以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息化處理四個(gè)部分。

2.1 信息系統(tǒng)架構(gòu)

某海上油田生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中心信息系統(tǒng)架構(gòu)(如圖1所示)集中展現(xiàn)了生產(chǎn)開(kāi)發(fā)中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)管理提供了數(shù)據(jù)信息支持。生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)信息系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、系統(tǒng)接口服務(wù)、數(shù)據(jù)應(yīng)用以及專業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)組成。在信息系統(tǒng)架構(gòu)中的應(yīng)用表現(xiàn)在：第一，生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)可以被應(yīng)用在生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息知識(shí)檢索中。第二，生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)可以被應(yīng)用在海上石油生產(chǎn)全面管理中。全面管理包括安全管理、生產(chǎn)管理、設(shè)備管理、能耗管理、計(jì)劃執(zhí)行等多個(gè)環(huán)節(jié)。第三，生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)可以被應(yīng)用在行業(yè)的各類動(dòng)態(tài)信息展示中[3]。

圖1 生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)信息系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 數(shù)據(jù)中心管理

海上石油行業(yè)最主要的工作就是油田開(kāi)發(fā)，在大數(shù)據(jù)管理的作用下，生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中心管理平臺(tái)可以對(duì)多元數(shù)據(jù)進(jìn)行分類管理，并形成虛擬服務(wù)器，為訪問(wèn)用戶提供虛擬化服務(wù)。多元數(shù)據(jù)包括測(cè)井技術(shù)采集的油藏物性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、海上平臺(tái)裝置的水文氣象數(shù)據(jù)、油井生產(chǎn)開(kāi)發(fā)的工藝參數(shù)數(shù)據(jù)等。通過(guò)生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)將各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集進(jìn)入生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中心作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息。在油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中，專業(yè)人員可以通過(guò)數(shù)據(jù)中心管理平臺(tái)獲取地理地質(zhì)工藝數(shù)據(jù)，為制訂科學(xué)的調(diào)度方案提供依據(jù)[4]。

3 生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)在海底管道運(yùn)營(yíng)管理上的應(yīng)用分析

海上油氣混輸管線輸送是海上石油最經(jīng)濟(jì)、最安全有效的運(yùn)輸方式之一。油氣管道在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生腐蝕，引發(fā)穿孔泄漏，不但會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境并破壞生態(tài)，還會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。如何快速、精準(zhǔn)查找出腐蝕點(diǎn)，并進(jìn)行修復(fù)成為海上輸油管道日常管理的一項(xiàng)重點(diǎn)工作，受制于信息管理技術(shù)的制約，海底管道管理上更多的是一種事后補(bǔ)救的應(yīng)對(duì)策略。海底管道運(yùn)營(yíng)在線預(yù)警機(jī)制是海底管道管理的重點(diǎn)方向，也是科學(xué)管理的目標(biāo)。隨著實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的建立，現(xiàn)場(chǎng)利用海底管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，結(jié)合關(guān)系數(shù)據(jù)的整理分析，以海上海底管道互聯(lián)的兩個(gè)生產(chǎn)平臺(tái)為實(shí)例，從海底管道運(yùn)營(yíng)管理中的壓力、溫度基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息著手，對(duì)生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在海底管道運(yùn)營(yíng)管理上的應(yīng)用進(jìn)行分析。

3.1 海底管道智能化管理應(yīng)用設(shè)計(jì)

海底管道智能化管理應(yīng)用設(shè)計(jì)(如圖2所示)，A平臺(tái)、B平臺(tái)采集數(shù)據(jù)到PCS系統(tǒng)中，PCS系統(tǒng)服務(wù)器通過(guò)開(kāi)放的OPC通訊協(xié)議，再經(jīng)過(guò)網(wǎng)閘、網(wǎng)關(guān)后，通過(guò)ETHERNET傳輸?shù)缴a(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)將收集到的P、T參數(shù)、海底管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參數(shù)統(tǒng)一錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)中心調(diào)用混輸海底管道壓降、溫降關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。通過(guò)壓降、溫降關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)算法核算海底管道下岸、上岸之間溫度、壓力差是否處于正產(chǎn)范圍，若超過(guò)壓差、溫差范圍立刻產(chǎn)生報(bào)警，判斷海底管道異常原因及應(yīng)對(duì)措施，進(jìn)而自動(dòng)啟動(dòng)海底管道保護(hù)程序。

圖2 海底管道智能化管理應(yīng)用設(shè)計(jì)

3.2 海底管道實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)壓降關(guān)聯(lián)性分析

對(duì)于均勻混合的油氣混輸管線，從壓降和溫降的角度最能直觀反應(yīng)海底管道運(yùn)營(yíng)情況，進(jìn)行直接預(yù)判。以海上某油田油氣混輸海底管道實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)為例，根據(jù)能量平衡方程進(jìn)行數(shù)據(jù)整理推導(dǎo)。 根據(jù)油氣混輸管線壓降實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，在海管正常管輸中，從 A平臺(tái)至B平臺(tái)油氣混輸管道上下岸壓力實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同一時(shí)間段內(nèi)的海管上下岸壓力變化趨勢(shì)一致，海底管道正常運(yùn)營(yíng)上下游裝置壓差范圍0.30～0.35 MPa之間。當(dāng)壓差處于0.35～0.50 MPa時(shí)，上位機(jī)產(chǎn)生海底管道異常預(yù)報(bào)警；當(dāng)壓差大于0.50 MPa時(shí)，初步可以判斷海管發(fā)生內(nèi)部壓力異常，上位機(jī)產(chǎn)生海管外漏緊急報(bào)警，并啟動(dòng)海底管道保護(hù)關(guān)斷程序。

3.3 海底管道實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)溫降關(guān)聯(lián)性分析

海底管道壓力數(shù)據(jù)可以作為海管內(nèi)部結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)控的重要依據(jù)，海管外部結(jié)構(gòu)狀態(tài)則可以通過(guò)實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得出，從而在外部防護(hù)上實(shí)現(xiàn)預(yù)判預(yù)警。海底管道油氣混輸管線溫降分析采用蘇霍夫公式。根據(jù)油氣混輸海管上下岸溫度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，A平臺(tái)至B平臺(tái)油氣混輸管道上下岸實(shí)時(shí)溫度，海底管道正常運(yùn)營(yíng)上下游裝置溫差范圍1.11～1.19 ℃之間。當(dāng)溫差處于1.20～1.30 ℃時(shí)，生產(chǎn)平臺(tái)上位機(jī)產(chǎn)生預(yù)報(bào)警，上下游檢查是否有生產(chǎn)數(shù)據(jù)波動(dòng)；當(dāng)溫差大于1.40 ℃時(shí)，上位機(jī)產(chǎn)生緊急報(bào)警，并把信息發(fā)送到海底管道上下游平臺(tái)生產(chǎn)操作人員，啟動(dòng)檢查海底管道外部損壞預(yù)警，現(xiàn)場(chǎng)組織啟動(dòng)海底管道破損應(yīng)急程序，檢查海底管道是否受到外力破損發(fā)生泄漏。以海上油氣混輸管道運(yùn)營(yíng)管理應(yīng)用為例，生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的建立，為海底管道上下游裝置的管道數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集和關(guān)聯(lián)計(jì)算建立了基礎(chǔ)。通過(guò)關(guān)聯(lián)計(jì)算分析，判定管道運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，給出管道運(yùn)行缺陷應(yīng)對(duì)措施，降低海上輸油管線泄露事故風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)上述壓降、溫降數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，我們可以看出實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)給海上油氣混輸管道管理帶來(lái)的全新技術(shù)變革。結(jié)合目前現(xiàn)場(chǎng)采用的海底管道物流組份在線檢測(cè)、在線腐蝕速率監(jiān)測(cè)、水文氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、海上雷達(dá)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性分析，海底管道實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析將更加精準(zhǔn)全面，真正實(shí)現(xiàn)智能化海底管道運(yùn)營(yíng)管理。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展成為趨勢(shì)。本文從海洋油氣混輸管線運(yùn)營(yíng)管理的一個(gè)方面做了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)應(yīng)用分析。生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的建立，為海上裝置嘗試智能化油田建設(shè)建立了基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)于生產(chǎn)數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用目前局限于統(tǒng)計(jì)和查詢，數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的潛在價(jià)值仍在發(fā)掘階段。隨著生產(chǎn)數(shù)據(jù)量的不斷增長(zhǎng)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的大容量?jī)?chǔ)存、管理和數(shù)據(jù)安全性問(wèn)題，以及隨著海上油田在更大范圍的布局而產(chǎn)生的分散分布與數(shù)據(jù)集成之間的矛盾等，這些問(wèn)題均給我們提出了新的課題。