楊冰，陳依，朱英杰，徐艷麗，陳富紅，胡志國(guó)

(中國(guó)石油西南油氣田分公司重慶氣礦，重慶 400707)

0 引言

氣井完整性管理的缺失引發(fā)的氣井設(shè)備失效、氣井泄漏等問題[1]會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，威脅周邊區(qū)域人員的生命和財(cái)產(chǎn)安全，同時(shí)也會(huì)縮短氣井壽命，增加氣井開采成本。因此，氣井完整性管理對(duì)氣井的安全平穩(wěn)運(yùn)行具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

氣井完整性管理數(shù)據(jù)(氣井基本信息、固井質(zhì)量、環(huán)空壓力數(shù)據(jù)、套管基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、油管基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、井口裝置、檢測(cè)/監(jiān)測(cè)信息、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、維修維護(hù)等數(shù)據(jù))較為分散，具有數(shù)據(jù)源多、數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)[2]，需要通過信息平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)集成，實(shí)現(xiàn)信息共享和數(shù)據(jù)的高效管理，并通過應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)體現(xiàn)其數(shù)據(jù)價(jià)值。一些現(xiàn)有的氣井完整性動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)未有效利用，需進(jìn)一步建立平臺(tái)入庫實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)比分析、預(yù)警等功能，輔助決策。創(chuàng)建氣井完整性管理數(shù)據(jù)建庫標(biāo)準(zhǔn)，完善各項(xiàng)數(shù)據(jù)資源，建立氣井完整性管理數(shù)據(jù)中心，并通過大數(shù)據(jù)的挖掘分析，為氣井完整性管理提供決策依據(jù)，以實(shí)現(xiàn)氣井的安全平穩(wěn)生產(chǎn)。因此，建立一套氣井完整性管理平臺(tái)十分有必要。

1 總體架構(gòu)

本研究參考SY/T 7026—2014 《油氣井管柱完整性管理》《高溫高壓及高含硫完整性管理規(guī)范》等完整性管理行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并結(jié)合重慶氣礦氣井實(shí)際情況，形成了重慶氣礦氣井完整性管理方案。根據(jù)該氣井完整性管理方案，設(shè)計(jì)相應(yīng)的氣井完整性管理應(yīng)用模塊，搭建重慶氣礦氣井完整性管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)氣井現(xiàn)役設(shè)備的統(tǒng)計(jì)、分析和預(yù)警等功能，并能及時(shí)進(jìn)行移動(dòng)端的信息推送，全面掌握氣井生產(chǎn)及棄置階段情況，為氣礦管理提供科學(xué)決策，推動(dòng)氣礦高質(zhì)量發(fā)展。該氣井完整性管理平臺(tái)的總體架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 總體架構(gòu)

該平臺(tái)的建設(shè)依托重慶氣礦現(xiàn)有的設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)硬件資源和已建成的數(shù)字化融合平臺(tái)(digital integration platform，DIP)。DIP 完成了涵蓋重慶氣礦范圍內(nèi)所有的基礎(chǔ)地理信息、宗地、管道、站場(chǎng)等空間數(shù)據(jù)的建設(shè)。如圖1 所示，根據(jù)業(yè)務(wù)流程可以將該平臺(tái)劃分為5 個(gè)部分：表現(xiàn)層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)層、硬件層和感知層。該平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理、分析和預(yù)警模型遵循完整性管理相應(yīng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，在開發(fā)該平臺(tái)過程中保證數(shù)據(jù)的信息安全，要求符合中石油集團(tuán)公司的數(shù)據(jù)安全保密要求。表現(xiàn)層是核心功能需求的直接展現(xiàn)，包括駕駛艙、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)等7 個(gè)部分；服務(wù)層將一些通用的基礎(chǔ)性功能類抽象為基礎(chǔ)性服務(wù)，包括元數(shù)據(jù)服務(wù)、WEB 地圖服務(wù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換服務(wù)等服務(wù)；數(shù)據(jù)層將硬件層獲取得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、歸納、分類和抽象建表，總體上可分為3 個(gè)部分：氣井檔案數(shù)據(jù)、鉆井情況數(shù)據(jù)和完井情況數(shù)據(jù)。硬件層與感知層則是依托重慶氣礦現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)信息硬件資源和生產(chǎn)設(shè)備條件。

2 功能模塊

為了實(shí)現(xiàn)氣井完整性的全生命周期管理，本研究詳細(xì)分析了氣井生產(chǎn)管理的各個(gè)階段要素，梳理了氣井全生命周期完整性管理的業(yè)務(wù)需求，總結(jié)如下：搭建基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、自動(dòng)交換、匯總處理；建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊，實(shí)現(xiàn)氣井安全狀態(tài)自動(dòng)評(píng)估；實(shí)現(xiàn)氣井類別、隱患風(fēng)險(xiǎn)統(tǒng)計(jì)分析，監(jiān)測(cè)結(jié)果自動(dòng)預(yù)警功能；建立氣井完整性管理平臺(tái)，按照完整性管理的步驟，從數(shù)據(jù)收集整理、生產(chǎn)運(yùn)行管理、氣井監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、維修維護(hù)、決策預(yù)警6 個(gè)方面建立閉環(huán)管理模式，不僅能準(zhǔn)確、全面了解氣井現(xiàn)狀，更為氣井完整性管理工作開展作出指導(dǎo)。

根據(jù)上述梳理出的業(yè)務(wù)需求，本研究針對(duì)該氣井完整性管理平臺(tái)設(shè)計(jì)了如圖2 所示的總體功能模塊結(jié)構(gòu)圖。該氣井完整性管理平臺(tái)包括了7 大核心功能模塊：駕駛艙、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)、監(jiān)測(cè)及檢測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、維護(hù)及維修和技術(shù)決策。

圖2 總體功能模塊

2.1 駕駛艙

駕駛艙是一個(gè)氣井地理信息系統(tǒng)，可以讓管理者對(duì)所轄氣井的整體情況一目了然，為作出決策提供依據(jù)。應(yīng)具備對(duì)氣井空間、屬性數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、編輯。同時(shí)包括地圖放大、縮小、漫游、全圖顯示、圖層管理、視圖、量算等基本地圖操作功能，能提供完整性平臺(tái)中所需的各項(xiàng)GIS 功能的業(yè)務(wù)整合及顯示。

2.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括氣井檔案、鉆井情況和完井情況3 個(gè)部分，主要功能是對(duì)各部分涉及到的圖片、參數(shù)、屬性數(shù)據(jù)以曲線、圖表等形式進(jìn)行可視化展示。可對(duì)各要素進(jìn)行增、刪、改、查等操作，讓管理者詳細(xì)了解所轄區(qū)域各氣井的全生命周期過程參數(shù)變化情況。

2.3 生產(chǎn)動(dòng)態(tài)

生產(chǎn)動(dòng)態(tài)包括生產(chǎn)井管理和回注井管理兩部分：生產(chǎn)井管理子模塊可實(shí)現(xiàn)配產(chǎn)預(yù)警、井口可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)、氣質(zhì)分析、水質(zhì)分析和環(huán)空壓力管理，可根據(jù)手動(dòng)設(shè)置的關(guān)鍵參數(shù)閾值，對(duì)氣井生產(chǎn)過程中的非正常狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警，提醒相關(guān)工作人員進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，實(shí)現(xiàn)氣井安全平穩(wěn)運(yùn)行；回注井井身的完整性是影響氣井回注安全風(fēng)險(xiǎn)的重要工藝因素，通過固井質(zhì)量、套管結(jié)構(gòu)、腐蝕狀況及剩余強(qiáng)度等多個(gè)方面對(duì)回注井井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行完整性評(píng)價(jià)，可預(yù)先避免氣田水向其他地層滲漏或者返回地表，引發(fā)環(huán)境污染或生產(chǎn)的安全環(huán)保事故發(fā)生。

2.4 監(jiān)測(cè)及檢測(cè)

監(jiān)測(cè)及檢測(cè)模塊包括井筒監(jiān)測(cè)和井口裝置檢測(cè)兩部分。平臺(tái)通過井筒監(jiān)測(cè)和井口檢測(cè)設(shè)備采集到的壓力、溫度、流量、腐蝕/ 侵蝕情況、管柱壁厚度等相關(guān)數(shù)據(jù)，形成監(jiān)控監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)表，設(shè)置預(yù)警閾值。當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過閾值范圍，系統(tǒng)自動(dòng)形成預(yù)警信息。

2.5 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊使用LEC 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估進(jìn)行分級(jí)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，平臺(tái)自動(dòng)對(duì)三高井、老井、回注井進(jìn)行完整性評(píng)價(jià)，形成評(píng)估報(bào)告。

平臺(tái)將識(shí)別出來的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，用發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的可能性(L)，發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的頻繁程度(E)，發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的后果(C)，進(jìn)行打分，用L×E×C 得出每一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)的可能性大小(D)，即D=L×E×C。從而評(píng)估出每一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)大小。

2.6 維護(hù)及維修

該模塊是一個(gè)數(shù)據(jù)展示模塊，該模塊數(shù)據(jù)由相應(yīng)作業(yè)人員作業(yè)后將靜態(tài)數(shù)據(jù)手工錄入，或下載模板填寫后導(dǎo)入系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)更新后的維護(hù)及維修數(shù)據(jù)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)。

2.7 技術(shù)決策

技術(shù)決策包括統(tǒng)計(jì)分析、預(yù)警功能和制定措施3 個(gè)部分：統(tǒng)計(jì)分析可對(duì)氣井存在的隱患風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和展示，對(duì)相應(yīng)的記錄信息實(shí)現(xiàn)增、刪、改、查操作；預(yù)警功能可對(duì)各預(yù)警參數(shù)的閾值進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)超出閾值范圍時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)生成預(yù)警信息，并將預(yù)警信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和展示；制定措施是平臺(tái)對(duì)完整性體系文件、采取的方案措施進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)錄入、修改、編輯、查詢和在線下載等功能，同時(shí)可以針對(duì)某文檔實(shí)施對(duì)用戶的閱讀與下載權(quán)限控制，對(duì)資料上傳和下載、共享、檢索、權(quán)限管理控制等。

3 數(shù)據(jù)庫

3.1 設(shè)計(jì)原則

數(shù)據(jù)庫是氣井完整性管理平臺(tái)的核心部分，平臺(tái)通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來組織、存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)氣井完整性管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫時(shí)應(yīng)遵循兼容性、完整性、標(biāo)準(zhǔn)性、安全性和持續(xù)性5 個(gè)原則[3]：

(1)兼容性。在建立氣井完整性管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫時(shí)，應(yīng)充分發(fā)揮其數(shù)據(jù)價(jià)值，在確保信息安全的基礎(chǔ)上，應(yīng)該與氣礦現(xiàn)有的其他系統(tǒng)進(jìn)行無縫對(duì)接，如DIP 等。

(2)完整性。氣井完整性管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫應(yīng)該包括氣井全生命周期的各階段、各環(huán)節(jié)的各種屬性、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，確保能及時(shí)、準(zhǔn)確、全面地進(jìn)行氣井完整性評(píng)估。

(3) 標(biāo)準(zhǔn)性。在開發(fā)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的過程中，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)內(nèi)完整性管理的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，如《油氣井管柱完整性管理》《高溫高壓及高含硫井完整性指南》《高溫高壓及高含硫井完整性管理規(guī)范》《高溫高壓及高含硫完整性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》。

(4)安全性。氣井完整性管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)涉及高程度的商業(yè)機(jī)密，在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的過程中應(yīng)結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)的加密技術(shù)、防火墻技術(shù)、反偵測(cè)技術(shù)、身份驗(yàn)證等手段，確保數(shù)據(jù)庫的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

(5) 持續(xù)性。平臺(tái)的開發(fā)不是一蹴而就，一個(gè)完整、安全、平穩(wěn)運(yùn)行的氣井完整性管理平臺(tái)需要經(jīng)歷數(shù)次版本迭代和功能逐步完善的過程，數(shù)據(jù)庫在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)考慮到根據(jù)業(yè)務(wù)需求的完善，具有不斷變化和調(diào)整的可持續(xù)性。

3.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

為了使該平臺(tái)的管理能貫穿氣礦氣井的全生命周期，平臺(tái)采集了所轄氣礦所有氣井的鉆井檔案數(shù)據(jù)、鉆井情況數(shù)據(jù)和完井情況數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)據(jù)屬性性質(zhì)和種類的不同[4]將獲取的數(shù)據(jù)劃分為氣井基礎(chǔ)庫、巡檢庫和完整性管理庫3 個(gè)父類數(shù)據(jù)庫，并依據(jù)不同的功能屬性和業(yè)務(wù)應(yīng)用特點(diǎn)分別建立了38 個(gè)氣井基礎(chǔ)類表單、16 個(gè)巡檢類表單、31 個(gè)完整性管理類表單，為后續(xù)的數(shù)據(jù)錄入、處理和分析提供基礎(chǔ)。

4 平臺(tái)應(yīng)用效果

根據(jù)重慶氣礦的管理要求，重慶氣礦大貓坪區(qū)塊相關(guān)數(shù)據(jù)已入庫該平臺(tái)試運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，取得了顯著效果。圖3 展示了該平臺(tái)在重慶氣礦的實(shí)際應(yīng)用情況。該平臺(tái)的推廣應(yīng)用，改變了氣礦落后、分散的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了氣井的信息網(wǎng)絡(luò)化管理和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息資源的共享，打通了信息壁壘，推動(dòng)了重慶氣礦所轄氣井資產(chǎn)整合、運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)整合。此外，能夠讓管理者及時(shí)、準(zhǔn)確了解氣井安全現(xiàn)狀，提高現(xiàn)有信息系統(tǒng)的工作效率和綜合應(yīng)用的深度，為管理者提供實(shí)時(shí)、客觀的決策依據(jù)，保障氣礦生產(chǎn)安全平穩(wěn)的運(yùn)行，有效提高氣井完整性管理的整體工作效率和水平，進(jìn)一步提升重慶氣礦的管理能力和綜合競(jìng)爭(zhēng)能力。

圖3 重慶氣礦氣井完整性管理平臺(tái)

5 結(jié)語

氣井完整性管理平臺(tái)建立的最核心要點(diǎn)之一是將分散的多源數(shù)據(jù)進(jìn)行重聚和再統(tǒng)一，梳理出氣井生產(chǎn)管理中的關(guān)鍵要素，優(yōu)選出最高效的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，建立起行之有效的預(yù)警模型和風(fēng)控模型，使管理者能夠?qū)饩娜芷诠芾怼翱吹靡?、摸得著”，為其提供高效的科學(xué)決策。氣井完整性管理平臺(tái)的建設(shè)有助于推動(dòng)國(guó)內(nèi)油氣田完整性管理的信息化建設(shè)，促進(jìn)信息化油氣田完整性管理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的建立，提高我國(guó)的油氣田完整性管理的國(guó)際化競(jìng)爭(zhēng)水平。