油田采油作業(yè)區(qū)物聯(lián)網(wǎng)示范區(qū)建設(shè)的探索

盧宏舉(中國石油冀東油田公司陸上油田作業(yè)區(qū)，河北 唐山 063200)

0 引言

為推進(jìn)數(shù)字化油田建設(shè)，冀東油田陸上油田作業(yè)區(qū)第三工區(qū)作為陸上作業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)示范區(qū)、進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)已有13年，大部分設(shè)備已經(jīng)老化，系統(tǒng)架構(gòu)亟待升級[1]。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)施老化，井口物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的覆蓋率、上傳率、準(zhǔn)確率都存在問題，導(dǎo)致技術(shù)人員借助物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)快速分析井況問題的能力降低，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、設(shè)備、功能、應(yīng)用等諸多方面均亟待升級改造。

1 作業(yè)區(qū)的現(xiàn)狀

1.1 陸上油田作業(yè)區(qū)第三工區(qū)已基本完成數(shù)字化改造，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集和初步安防監(jiān)控

目前全區(qū)39個生產(chǎn)平臺具有495口抽油機(jī)井、7口電泵井、10口螺桿泵井、2口提撈油井，安裝自動化設(shè)備油井?dāng)?shù)量為445口，自動化油井運(yùn)行數(shù)量338口，自動化覆蓋率為86.24%；需要更換井口自動化設(shè)備的油井為235 口，其中具有A11設(shè)備的油井總數(shù)為247口，A11油井設(shè)備的覆蓋率55.5%；全區(qū)共有水井134口，其中安裝自動化設(shè)備的注水井為79口，水井的自動化覆蓋率為58.9%，其中A11水井共15口，A11水井設(shè)備的覆蓋率僅為18.9%，井口自動化設(shè)備的覆蓋率、上傳率、準(zhǔn)確率都存在問題。

1.2 生產(chǎn)數(shù)據(jù)全面采集

作業(yè)區(qū)物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崟r采集轉(zhuǎn)油站、注水站、計(jì)量間、配水間、油水井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字巡檢、自動計(jì)量、數(shù)據(jù)對比，能夠提高資料錄取效率，減輕員工工作強(qiáng)度，提高油井分析效率。

1.3 初步實(shí)現(xiàn)注水站安全防護(hù)

2021年作業(yè)區(qū)更換新安防系統(tǒng)，系統(tǒng)在保證全天候監(jiān)控現(xiàn)場平臺生產(chǎn)、施工、作業(yè)情況的同時，還實(shí)現(xiàn)了自動追蹤、出入車輛人臉識別、泵房溫度檢測、邊界防護(hù)等功能。

第三工區(qū)數(shù)字化系統(tǒng)始建于2009年，在當(dāng)時處于中石油領(lǐng)先水平，保障工區(qū)安全生產(chǎn)運(yùn)行共13年。如今新型作業(yè)區(qū)改革需求不斷增加，原系統(tǒng)需完善升級,主要體現(xiàn)在：

(1)生產(chǎn)智能化程度亟待提升:油水井?dāng)?shù)字化設(shè)備不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟停井功能，無法自動調(diào)整注水井配注量,未滿足智能油井建設(shè)需求。

(2)數(shù)據(jù)采集覆蓋率需要提升：數(shù)字化管道覆蓋率不足，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺外輸和摻水匯管的溫變、壓變及生產(chǎn)數(shù)據(jù)，偏遠(yuǎn)平臺生產(chǎn)數(shù)據(jù)無法采集。

(3)安防系統(tǒng)仍需完善:平臺視頻智能化程度不高，無法實(shí)現(xiàn)智能報警；站庫重要關(guān)鍵點(diǎn)位的智能化控制水平過低。

(4)控制系統(tǒng)架構(gòu)需調(diào)整:現(xiàn)控制系統(tǒng)以采油隊(duì)為中心集中管控，操作繁瑣;管控設(shè)備增加后,現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)性能不足控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流向復(fù)雜，不利于數(shù)據(jù)治理和備份。

陸上油田作業(yè)區(qū)數(shù)字化系統(tǒng)建設(shè)已有13年，大部分設(shè)備已老化，系統(tǒng)架構(gòu)亟待升級。目前陸上作業(yè)區(qū)數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)以采油隊(duì)為中心，由采油隊(duì)中控室將數(shù)據(jù)傳到其他中控室，此架構(gòu)的問題是過于依賴采油隊(duì)中控室，而采油隊(duì)的計(jì)算機(jī)性能較低且無備份，數(shù)據(jù)處理慢、易丟失。鑒于現(xiàn)有架構(gòu)存在的問題，作業(yè)區(qū)需要更改數(shù)據(jù)采集架構(gòu)，利用高尚堡中心服務(wù)器采集所有數(shù)據(jù)，再分發(fā)到各個中控室，從而符合A l l油氣物聯(lián)師建設(shè)規(guī)范；更改為此架構(gòu)后，高尚堡地區(qū)的中心機(jī)房職能加強(qiáng)，同時也便于陸上作業(yè)區(qū)對下設(shè)單元實(shí)施集中統(tǒng)一監(jiān)視管理，系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力更強(qiáng)大、數(shù)據(jù)交互更方便，工區(qū)中控室的負(fù)擔(dān)降低，計(jì)算機(jī)運(yùn)行更流暢，同時有利于站場的少人值守和無人值守的建設(shè)；作業(yè)區(qū)還需要升級采集與監(jiān)控子系統(tǒng)，做到系統(tǒng)功能和界面友好，同時需更換老舊的電腦。

2 物聯(lián)網(wǎng)示范區(qū)規(guī)劃

2.1 指 導(dǎo)思想和原則

物聯(lián)師示范區(qū)規(guī)劃的指導(dǎo)思想是以安全為核心，高質(zhì)量發(fā)展為目標(biāo)，遵循勘探與生產(chǎn)公司總體規(guī)劃和“冀東智慧油田”戰(zhàn)略，堅(jiān)持實(shí)事求是、業(yè)務(wù)驅(qū)動、技術(shù)引領(lǐng)。示范區(qū)的規(guī)劃與建設(shè)要以作業(yè)區(qū)實(shí)際需求為前提,突出效益建設(shè)，分步實(shí)施，急用先建，以用促建，堅(jiān)決杜絕重復(fù)建設(shè)。

2.1.1 “十四五”總體目標(biāo)：前步建成智能油氣田

“十四五”期間，物聯(lián)網(wǎng)示范區(qū)應(yīng)基本建成涵蓋勘探開發(fā)、經(jīng)營管理、安全環(huán)保全領(lǐng)域全業(yè)務(wù)鏈的智能化生態(tài)應(yīng)用，初步形成具有全面感知、自動操控、智能預(yù)測、持續(xù)優(yōu)化的智能化生態(tài)運(yùn)營模式，初步建成世界一流智能油氣田平臺。

(1)建設(shè)目標(biāo):形成智能數(shù)據(jù)生態(tài)

智能數(shù)據(jù)生態(tài)包括物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)全覆蓋，能夠自動采集95%以上的數(shù)據(jù),各類數(shù)據(jù)的智能入湖、智能治理與共享應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí);基于機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)智能分析,全面建成數(shù)據(jù)智能新生態(tài)。

(2)建設(shè)目標(biāo):生產(chǎn)過程智能操控

生產(chǎn)過程智能操控表現(xiàn)為生產(chǎn)現(xiàn)場基本實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控、智能診斷、自動預(yù)警與自動控制，簡單的、重復(fù)性人工勞動基本被機(jī)器智能取代,生產(chǎn)現(xiàn)場基本實(shí)現(xiàn)全過程智能聯(lián)動與實(shí)時優(yōu)化。

(3)建設(shè)目標(biāo):建成一流智能平臺

建成一流智能平臺，是要建成性能卓越、功能強(qiáng)健、服務(wù)完備、安全穩(wěn)定的一流云平臺，平臺具備語音識別、多語種翻譯、軟件集成、模塊開發(fā)、智能分析、移動推送、系統(tǒng)運(yùn)維、全業(yè)務(wù)鏈智能認(rèn)知和實(shí)時建模分析等能力，從而打造智能共享、智能開發(fā)、智能運(yùn)維的一流智能技術(shù)生態(tài)。

2.1.2 各層級工作重點(diǎn)：陸上油田作業(yè)區(qū)

按照中石油集團(tuán)公司頂層設(shè)計(jì)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，油氣田公司負(fù)責(zé)油田信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)、區(qū)域湖建設(shè)、開展數(shù)據(jù)入湖與治理，以及特色配套應(yīng)用等項(xiàng)目建設(shè)。以塔里木油田為例，藍(lán)色背景部分由總部統(tǒng)一建設(shè)，其他部分由油田配套建設(shè)。

2.2 規(guī)劃思路

作業(yè)區(qū)智能化的規(guī)劃思路是實(shí)現(xiàn)“生產(chǎn)現(xiàn)場全面管控、遠(yuǎn)程控制，設(shè)備設(shè)施數(shù)字化、業(yè)務(wù)管理精細(xì)化，決策部署智能化”(如圖1所示)。

2.3 建設(shè)四項(xiàng)能力，提升六項(xiàng)功能

建設(shè)四項(xiàng)能力，提升六項(xiàng)功能(如圖2所示)。

圖2 建設(shè)信息化能力提升方面

2.4 物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)框架

(1)按照集團(tuán)公司和油田公司相關(guān)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，陸上作業(yè)區(qū)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主體業(yè)務(wù)包括數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)管理、專業(yè)應(yīng)用、數(shù)據(jù)治理、運(yùn)行維護(hù),貫穿于作業(yè)區(qū)、工區(qū)等不同層級。

(2)為實(shí)現(xiàn)“搭建智能作業(yè)區(qū)框架”的目標(biāo)，加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型智能化發(fā)展,作業(yè)區(qū)按照油田配套建設(shè)部署，圍繞數(shù)據(jù)采集基本覆蓋、生產(chǎn)現(xiàn)場智能管控兩個方面開展工作：①數(shù)據(jù)采集基本覆蓋：建立生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，改造站控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集全覆蓋和邊遠(yuǎn)平臺數(shù)據(jù)采集；②生產(chǎn)現(xiàn)場智能管控:改造油井采集設(shè)備,改造注水系統(tǒng)，完善安防系統(tǒng)。

2.5 生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控中心建設(shè)

生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控中心建設(shè)如圖3所示。

圖3 建設(shè)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控子系統(tǒng)流程

建設(shè)目標(biāo):實(shí)現(xiàn)集中數(shù)據(jù)采集，統(tǒng)一監(jiān)控，為油田智慧化建設(shè)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

建設(shè)內(nèi)容：(1)按照A l l標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控子系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)中控室對全工區(qū)生產(chǎn)過程全面監(jiān)控報警。(2)更新服務(wù)器和計(jì)算機(jī)。增加服務(wù)器3臺，更換監(jiān)控計(jì)算機(jī)10臺。(3)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)全面采集。全面采集生產(chǎn)現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)，包括集輸管道運(yùn)行數(shù)據(jù)、注水站生產(chǎn)數(shù)據(jù)等。

采集與監(jiān)控子系統(tǒng)位于A l l油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)前端，負(fù)責(zé)生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)控，同時也作為數(shù)據(jù)源為實(shí)時數(shù)據(jù)庫和油田公司生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫提供數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控子系統(tǒng)的功能涉及生產(chǎn)監(jiān)視與遠(yuǎn)程控制、報警通知與處置管理、數(shù)據(jù)采集與分析輔助、報表自動生成、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備管理等方面，涵蓋作業(yè)區(qū)油氣水井生產(chǎn)監(jiān)控與管理的業(yè)務(wù)需求，其功能主要包括以下四個方面：

(1)數(shù)據(jù)采集:包括示功圖、壓力、溫度、電參數(shù)、轉(zhuǎn)速、注水流量、其他報警數(shù)據(jù)等井口數(shù)據(jù)和溫度、流量、壓力等站庫數(shù)據(jù)。

(2)數(shù)據(jù)分析:包括油氣水井監(jiān)測、功圖查詢、計(jì)量監(jiān)控、報警信息、運(yùn)行報表、歷史數(shù)據(jù)、圖表對比等。

(3)遠(yuǎn)程控制:主要包括遠(yuǎn)程啟停、遠(yuǎn)程控制配注量等。

(4)安全防護(hù)：視頻監(jiān)控等。包括井場視頻圖像監(jiān)控、可燃?xì)怏w報警、采油相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)檢測等。

物聯(lián)設(shè)備的監(jiān)控和管理功能是數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控子系統(tǒng)區(qū)別于以往自動化系統(tǒng)的一個顯著特點(diǎn)。傳統(tǒng)自動化監(jiān)控系統(tǒng)往往注重?cái)?shù)據(jù)的監(jiān)控，而對數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備本身關(guān)注甚少，然而數(shù)據(jù)采集設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)直接影響到數(shù)據(jù)監(jiān)控的質(zhì)量與準(zhǔn)確性，因而物聯(lián)設(shè)備作為油田資產(chǎn)的一部分對生產(chǎn)自動化的影響至關(guān)重要。數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控子系統(tǒng)將物聯(lián)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)(SCADA服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng))和物聯(lián)設(shè)備的屬性信息都進(jìn)行了監(jiān)控和管理，實(shí)現(xiàn)了基本的物聯(lián)設(shè)備監(jiān)控功能，為工作人員快速解決數(shù)據(jù)采集問題提供了技術(shù)支持。

目前作業(yè)區(qū)站控系統(tǒng)軟硬件設(shè)備已老舊，需要升級采集與監(jiān)控子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)油站站控系統(tǒng)、注水站站控系統(tǒng)，做到功能和界面友好。作業(yè)區(qū)應(yīng)按照集團(tuán)公司A11物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)升級站控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工區(qū)對現(xiàn)場生產(chǎn)運(yùn)行的統(tǒng)一管理[2]。

2.6 邊遠(yuǎn)平臺數(shù)據(jù)采集

建設(shè)目標(biāo)：采集拉油平臺儲罐液位和溫度等數(shù)據(jù)，并對拉油車輛進(jìn)行監(jiān)控管理，從而實(shí)現(xiàn)對拉油平臺的在線遠(yuǎn)程監(jiān)控。

建設(shè)內(nèi)容：(1)搭建拉油車智能調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對油罐液位的實(shí)時監(jiān)控和油罐液位智能預(yù)測。(2)對拉油車的裝卸過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，同時記錄其中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)；基于智能鎖實(shí)現(xiàn)拉油車全程裝卸油孔狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測。(3)通過收集油罐液位、拉油車卸油重量等信息實(shí)現(xiàn)原油運(yùn)輸過程生產(chǎn)數(shù)據(jù)的閉環(huán)管理。

2.7 智能油水井建設(shè)

建設(shè)目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)陸上作業(yè)區(qū)油水井?dāng)?shù)據(jù)智能化升級和集中數(shù)據(jù)采集，統(tǒng)一監(jiān)控，智能調(diào)參，故障診斷，達(dá)到A11建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，為油田智慧化建設(shè)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

建設(shè)內(nèi)容：(1)升級油井智能采集設(shè)備。更換符合A11物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的智能設(shè)備200套，升級設(shè)備247套。升級后的設(shè)備具備智能控制(遠(yuǎn)程啟停、沖次自動調(diào)整、智能間抽、主機(jī)保護(hù))、智能診斷(工況分析，能耗分析，平衡度分析，系統(tǒng)效率分析)相關(guān)功能，可保證井口監(jiān)控、功圖量油、能耗管理等需求的實(shí)現(xiàn)。(2)升級水井采集設(shè)備。更換符合A11物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的智能設(shè)備74套，改造流量自控儀。

油井、水井井口自動化設(shè)備老舊，而且井口自動化設(shè)備均沒有完全覆蓋工區(qū)的油井、水井，在人員逐漸減少的趨勢下，這給第三工區(qū)安全生產(chǎn)帶來了一定的困難和風(fēng)險。第三工區(qū)39個生產(chǎn)平臺共有495口抽油機(jī)井、7口電泵井、10口螺桿泵井、2口提撈油井，目前安裝自動化設(shè)備的油井共445口，自動化油井運(yùn)行數(shù)量為338口，自動化覆蓋率為86.24%，其中安裝A11設(shè)備的油井總數(shù)為247口，A11油井設(shè)備的覆蓋率為55.5%，需要更換井口自動化設(shè)備的油井為235口；需要更換井口自動化設(shè)備的注水井為134口。目前第三工區(qū)注水井、增注井井口和配水間配備有荊州明德、丹東濟(jì)海、天津萬眾、浙江裕順、浙江富馬、上海一諾、浙江澳新等十余種廠家的流量計(jì)，流量計(jì)大部分因自控閥流量不準(zhǔn)確及電機(jī)問題無法實(shí)現(xiàn)自動調(diào)配水量功能；荊州明德、天津萬眾、浙江富馬等舊式注水流量計(jì)和流量自控儀存在無廠家維修或無維修配件的問題，因此工區(qū)需更換74口在注注水井的流量計(jì)為流量自控儀，從而使其能適應(yīng)室外環(huán)境需求，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)控水量。

2.8 安防系統(tǒng)完善

建設(shè)目標(biāo)：對“人、車、火情、煙霧、泄漏”進(jìn)行智能識別和行為分析。

建設(shè)內(nèi)容：(1)攝像機(jī)智能升級：采用智能攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算。智能攝像機(jī)可自主對畫面進(jìn)行分析，并傳輸報警信號，滿足視頻分析和報警功能需求。(2)建設(shè)視頻報警系統(tǒng)：視頻報警系統(tǒng)可對場站人員異常行為進(jìn)行分析，并進(jìn)行跟蹤拍攝和錄像，同時向控制中心報警。視頻報警系統(tǒng)應(yīng)可自動彈出現(xiàn)場畫面，并增加井場喊話系統(tǒng)。(3)建立完整的安防體系。對工區(qū)所有井間站按照無人值守的條件設(shè)計(jì)、設(shè)立安防平臺，實(shí)現(xiàn)工區(qū)中心控制室對全工區(qū)的安全管理。安放體系應(yīng)包括門禁系統(tǒng)、周界報警系統(tǒng)，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，喊話系統(tǒng)，視頻智能報警系統(tǒng)等。

3 結(jié)語

隨著數(shù)字化油田建設(shè)的步伐加快，作業(yè)區(qū)需探索運(yùn)用自動化、智能化、智慧化技術(shù)和設(shè)備，進(jìn)一步優(yōu)化、升級、改造油水井采集系統(tǒng)、自動計(jì)量系統(tǒng)、自動配注系統(tǒng)、轉(zhuǎn)油站監(jiān)控系統(tǒng)、注水站監(jiān)控系統(tǒng)、陸上油田作業(yè)區(qū)采油信息管理平臺、視頻監(jiān)控存儲報警系統(tǒng)等物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)系統(tǒng)和平臺，從而更好地服務(wù)于安全、生產(chǎn)、經(jīng)營等各方面。