采油廠地面工程數字化建設實踐研究

劉景慶

大慶油田有限責任公司第一采油廠

近年來數字經濟迅猛發(fā)展，數字化轉型已經成為各行各業(yè)提檔升級的必然趨勢。在油氣行業(yè)中數字化轉型有其專業(yè)性和特殊性，尤其是老油田的轉型難度更大，數字化基礎相對薄弱，設備設施需求種類多，轉型建設規(guī)模體量大，生產流程工藝復雜，轉型難度高。在進行油田地面工程項目建設與改造時需要投入大量資金，必須以試點先行為原則，持續(xù)的開展技術和措施優(yōu)化研究，在滿足數字化生產管控的前提下，進一步降低成本，在投入與效益間尋找到平衡點，才能不斷緊跟大數據、云計算、數字孿生技術的發(fā)展步伐，逐步構建出數字油田、智能油田和智慧油田。

1 數字化建設現狀

從油田生產特點來講，在氣候、環(huán)境以及采出液物性和開發(fā)方式等方面都各有不同。在生產管控模式、地面工程建設方面也存在較大差異，需要根據各個油田實際的生產情況、具體的管控需求和對應的開發(fā)方式選擇適合的實施方案開展建設。國內外實踐證明，信息化是實現業(yè)務和管理項目的重要手段，是助力改革的重要支撐手段，是加快智能油氣田建設的重要手段[1]。

以某采油廠為例，具體分析其在生產管理方面遇到的矛盾與瓶頸，主要體現為以下五個方面：

（1）基礎設施建設尚不完善?；A設施投用年限長，網絡安全防護能力不足，網絡覆蓋范圍還存在盲區(qū)，無線網絡應用尚屬空白，骨干網承載能力不足，需要持續(xù)加大配套建設力度。

（2）物聯網建設規(guī)模尚未形成。大部分采油廠的物聯網建設還處于起步階段，物聯網覆蓋率低、配套建設的完善程度低。

（3）數據采集效率需提升。油井含水率等數據目前依靠人工取樣化驗，需要應用成熟可靠設備實現自動采集。

（4）生產管控水平需提升。注水井注水量調節(jié)、站場流程切換等工作仍采用手工操作，需要提升設備的自動控制水平。

（5）統籌指揮能力需提升。井、間、站等單節(jié)點自動控制尚未形成，系統間關聯分析、整體優(yōu)化更需深入研究。

2 數字化建設基本思路

遵循調整與篩選相結合的原則，堅持試點先行、綜合比選的理念，推動數字與智能一體化發(fā)展。按照先易后難、先試點再推廣的步驟，逐步實現數智化轉型，達到用數賦智、以智提效的建設目標。

2.1 調整與篩選相結合

在正式開展地面工程數字化建設之前，應進行充分的調整與篩選工作，通過將二者有效融合，為地面工程建設的順利進行提供有力支持。

開展數字化建設首先需進行地面系統優(yōu)化調整，固化數字化建設的實施對象。針對部分區(qū)域的系統運行負荷率低的矛盾，結合開發(fā)安排對原油集輸、配制注入、供水及水處理等系統運行情況進行適應性分析。通過核減、合并、降級、三優(yōu)一簡地上地下一體化優(yōu)化，進行總體布局優(yōu)化及系統能力優(yōu)化，應用簡化技術成果。實施站場合并、規(guī)?？s減、功能降級等優(yōu)化措施，避免了站場后續(xù)擴改數字化建設中的費用，同時，降低地面系統運行能耗、提高地面系統運行負荷率，為建設高效益、低能耗數字化油田創(chuàng)造條件。

對不具備和已實施數字化建設的井、站進行排查。對區(qū)域內建設對象進行現狀調查，對于已實施數字化建設的井、站和低效井等不具備實施數字化建設的井、站進行排查后，確定數字化建設對象。

2.2 試點先行綜合比選

通過實施試點先行、綜合比選的理念，可以對具體施工方案進行有效優(yōu)化，進而不斷提高施工方案各環(huán)節(jié)的完善程度。例如，在采油廠地面工程的數字化建設過程中，可能會遇到無電源注水井井場配電的情況，可以考慮使用太陽能、風能或兩者相互補充的發(fā)電方式解決。根據施工現場的實際情況選擇最適宜的發(fā)電操作方式，以保證注水井供電的穩(wěn)定性。

2.3 管理模式轉型再造

在開展地面系統數字化工程建設時，應對建設施工管理模式及流程進行優(yōu)化再造[2]。

首先，應構建清晰的管理職責和明確的崗位設定，為生產數據上傳、生產流程管控等一系列工作提供支持。其次，應優(yōu)化基層站隊運行模式，實現站隊值守與巡檢的高度專業(yè)化，避免在組織管理工作的落實過程中出現疏忽。

2.4 實施路線

（1）物聯網覆蓋、數字化提升。完成涵蓋井、間、站、管網等關鍵生產節(jié)點的基礎物聯網改造升級。實現云網建設、數據治理、數字辦公、網絡安全等信息基礎能力的提升。完成油氣開發(fā)、協同研究、生產運行、QHSE 等核心業(yè)務的數字化建設。探索核心業(yè)務智能化示范場景的試驗與應用，建立協同研究的基礎平臺和環(huán)境。

（2）智能化輔助、全鏈條協同。補全油氣開發(fā)、生產運行、協同研究、QHSE 四大領域的智化場景建設；完成油氣勘探、油氣運銷和新能源三大領域的智化場景建設。從生產數字化向管理智能化的躍升，需要構建以業(yè)務流、數據流、控制流為鏈路的科研應用一體化、地下地上一體化、生產經營一體化的協同模式。

（3）智能化生態(tài)、全領域優(yōu)化。大數據、人工智能、邊緣計算等智能化技術全面融合，基本建成“人工智能載體前端感知分析，大數據云端共享分析、中端智能決策，油氣田終端智能化自主控制”的運行構架，生產經營管理、運行決策指揮由經驗驅動轉為數據驅動。數字孿生、虛擬現實等技術廣泛應用，站場運行管理全面實現無人值守智能化管控；構筑可信可控的數字安全屏障，增強網絡保障與支撐能力；實現生產狀況全域感知、油氣開發(fā)協同聯動、調度指揮全局掌控、運維保障即時響應。

3 數字化實踐的措施優(yōu)化

3.1 優(yōu)化油井采集點位

優(yōu)化油井的數據采集點位可以使油井運行工況反饋的更加全面和及時。在優(yōu)化采集點位的過程中，應包含抽油機的油壓、電壓、電流等參數，并將這些信息整合成圖表，然后上傳到平臺。部分油田的采油廠所處地理環(huán)境較為特殊，冬季環(huán)境溫度低，容易導致單井管道凍堵，及時處理這些問題可保證地面工程的綜合效益不受影響。同時，運用電流自動采集還可達到防盜竊預警的效果，從而精準監(jiān)測出當前區(qū)域內是否存在偷油等情況[3]。此外，通過有效采集載荷、位移等數據，可以診斷當前油井的實際工況，進而實現對油井產量的自動計算。根據生產運行的實際需求，分析異常問題并進行分級預警提示，這種方式有助于縮短油井故障判斷時間，保證分級預警機制在采油廠的有效實施。

3.2 完善注水井實施計劃

為了使油田地面工程數字化建設取得預期成果，應將完善注水井實施計劃作為關鍵入手點。目前，在油田地面工程中，對注水井參數的采集主要有“采集型”和“控制型”兩個方面。根據區(qū)域內的實際生產需求，選用合適的實施方案可獲得較好應用效果。對于“采集型”，主要是確定當前注水井的真實油壓、累積注入量等；而“控制型”則主要監(jiān)控注水井的具體注水量并進行精確調整[4]。油田地面工程建設需要較為穩(wěn)定的注水量支持，通過這種方式，可以有效控制單井調節(jié)次數及頻率。因此，可根據“采集型”的要求對注水井中單井壓力數據進行采集，從而獲得準確程度更高的資料，有利于對工程建設成本的有效控制[5]。

3.3 合理優(yōu)選無線傳輸方案

由于油田地面工程建設過程中涉及多個小型站場，通常分布在大型站場周圍，導致通信信號單一、通信效率較低。有線光纜建設需投入較大資金且施工難度大，受地面施工破壞的影響幾率大。相比之下，構建無線通信網絡可顯著降低成本，并具有施工環(huán)節(jié)精簡、局域網布局靈活等優(yōu)勢。

在開展地面工程無線傳輸方案構建時，應該根據實際需求，對其具體應用種類進行確定，可選擇5G 公網，也可以通過自建無線專網的方式，實現對網絡體系的有效完善[6]。采用公網的優(yōu)勢主要體現在無需工程建設和大規(guī)模投資，但在使用公網時應注意加強網絡安全防護，定期進行安全認證，確保數據安全性。自建包含“井-核心交換機-生產網-作業(yè)區(qū)管理中心”等關鍵節(jié)點的無線專網，可使數據流向更為明確，及時將有價值的信息傳遞到監(jiān)控中心，確保信息分析及反饋更為及時[7]，為數字化生產運行提供網絡支撐。

4 實施效果及運維保障措施

4.1 實際應用

以某采油廠某區(qū)的油水井數字化建設為例，通過實施井、間、站764 項數據的自動采集，已實現生產參數全采集、監(jiān)控視頻全覆蓋、實時數據全共享，大幅提升生產時率、降低巡檢頻次，有效破解了生產規(guī)模擴大與員工總量自然遞減的難題。

在其中一座聯合站開展了數字化試點示范工程，生產管理已由傳統“全員駐守”轉變?yōu)椤凹斜O(jiān)控、少人值守”的運行模式。同時，針對數據采集點不全、軟硬件不匹配、只監(jiān)不控等問題，實施了針對性的數字化升級，已實現站場生產數據采集點的全覆蓋，達到報表自動生成、故障自動推送、流程自動切換，崗位已由原來8 個減為2 個，單站員工總數由原來86 人減至45 人，實現了“減員、增安、提效”的建設目標。

4.2 保障體系

（1）建立“一體化專業(yè)維修”基地。建設數字化運維指揮系統，對所有數字化設備運行狀態(tài)、網絡通信狀態(tài)、儀器儀表在線狀態(tài)進行統計、分析和可視化管理。建立具備“專業(yè)化維修保養(yǎng)，一體化指揮運行，規(guī)?；夼f利舊”的維修基地，涵蓋計量儀表、自控儀表、工控機、變頻器、電動閥、通訊設備、視頻監(jiān)控等30 余項維修項目，成為數字化生產管理的“綜合醫(yī)療中心”。

（2）打造“三層三全”運維保障體系。組建專業(yè)化運維保障隊伍。開展新型無線儀表、通訊設備（RTU）、視頻監(jiān)控等數字設備的維修維護工作。推行“分層分級復合化”管理方式，優(yōu)化現有勞動組織形式，整合作業(yè)區(qū)儀表工、維修工、電工，成立專業(yè)化運維保障班組，職能涵蓋儀器儀表的日常巡檢和基礎運維；采油廠層級組建“復合化大班組”，職能涵蓋測控系統、網絡服務、計量儀表、自控儀表、變頻器、通訊設備、視頻監(jiān)控等業(yè)務系統的運維和鑒定；同步引入外部服務商專業(yè)維保力量，進一步增強數字設備維修保養(yǎng)頻次和質量，打造輻射井、間、站的數字化運維生態(tài)圈。做精以RTU 為核心的“井間數據采集層”，做強以PLC 測控系統為核心的“站所現場控制層”，做優(yōu)以數據分析為核心的“平臺應用層”，構建起全過程管控、全鏈條融合、全方位運維的保障體系，逐步培育數字化大運維生態(tài)。

5 結束語

現階段我國石油化工產業(yè)的發(fā)展規(guī)模不斷擴大，在當前的工業(yè)背景下，想要實現對油田開采模式的有效創(chuàng)新，并提高開采效率，應該加大對數字化油田地面工程建設的推廣力度，從而使油田地面工程逐漸朝向智能化、智慧化的方向邁進。隨著新施工模式和新技術的涌現，油氣田地面建設管理的難度和挑戰(zhàn)不斷增加，亟需借助信息化、智能化手段推動油氣田地面工程建設管理優(yōu)化，目前地面建設工程的項目管理模式眾多，信息系統應能支持IPMT、EPC、PMC 等項目管理模式的在線閉環(huán)管理[8-10]，地面工程數字化建設是支撐油田企業(yè)轉型升級的重要基礎，需要通過在實踐中不斷摸索，創(chuàng)新出更多、更符合實際管理需求、更貼合現場應用的技術措施，從而為油田數字化轉型提供更加優(yōu)化的地面工程建設方案。