袁美玲

大慶油田第十采油廠工藝研究所

近年來，油氣勘探難度逐年增加，開發(fā)成本不斷上漲，安全生產(chǎn)和節(jié)能環(huán)保形勢(shì)嚴(yán)峻，這些因素制約了當(dāng)前油氣田企業(yè)發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)油田增儲(chǔ)上產(chǎn)、降本增效和高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展，建設(shè)數(shù)字化與智慧油田已成為當(dāng)前油田企業(yè)的重要發(fā)展方向[1-5]。隨著物聯(lián)網(wǎng)、5G 通信、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)高速發(fā)展，基于這些技術(shù)搭建生產(chǎn)指揮一體化管理平臺(tái)成為了國(guó)內(nèi)油田主要的工作方向之一。以管理水平提升促進(jìn)人均生產(chǎn)力提高，進(jìn)一步降低人力成本，從而推動(dòng)油田企業(yè)向著更加智能化、自動(dòng)化和規(guī)范化的方向發(fā)展，已成為行業(yè)內(nèi)的普遍共識(shí)，為油田企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的不斷提升奠定了良好基礎(chǔ)[6-10]。以大慶朝陽溝油田為例，基于朝陽溝油田數(shù)字化建設(shè)規(guī)模與現(xiàn)狀，聚焦生產(chǎn)指揮中心管理平臺(tái)，全面闡述平臺(tái)搭建方案與構(gòu)想。

1 項(xiàng)目背景

朝陽溝油田主要位于黑龍江省大慶市肇州縣，油田轄區(qū)面積大，井區(qū)分布分散，管理難度大。為了提高朝陽溝油田生產(chǎn)管理水平，按照大慶油田“數(shù)字油田、智能油田、智慧油田”三步走統(tǒng)一戰(zhàn)略部署，通過對(duì)已有資源的遷移和改造，在朝陽溝油田設(shè)計(jì)搭建油田大區(qū)域生產(chǎn)指揮中心和管理平臺(tái)。該項(xiàng)目將對(duì)油田生產(chǎn)調(diào)度、電力調(diào)度、雷達(dá)監(jiān)控中心等生產(chǎn)數(shù)字化系統(tǒng)進(jìn)行整合，具有建設(shè)投資低、集中整合建設(shè)水平高等優(yōu)點(diǎn)，旨在節(jié)約人力資源、提高勞動(dòng)效率、強(qiáng)化油田安全，推動(dòng)大慶油田由數(shù)字油田向智能油田邁進(jìn)，并最終走向智慧油田。

2 生產(chǎn)指揮中心建設(shè)方案

2.1 搭建方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)考察調(diào)研，搭建生產(chǎn)指揮中心有改建和新建兩個(gè)方案。

改建方案是在原辦公機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造和重新布局，通過實(shí)地勘測(cè)，擬將油田機(jī)關(guān)會(huì)議中心作為新建生產(chǎn)指揮中心的選址，在原有設(shè)施與房屋格局的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展與改造。主要設(shè)置中控室、機(jī)柜間、休息間等功能區(qū)：中控室設(shè)于大會(huì)議室，設(shè)置大型顯示系統(tǒng)；原接待室作為數(shù)據(jù)中心機(jī)柜間，安裝交換機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、電力柜、UPS 備用電源等；改造兩個(gè)房間為休息室。同時(shí)，整合生產(chǎn)調(diào)度、電力調(diào)度、雷達(dá)監(jiān)控到生產(chǎn)指揮中心，搭建生產(chǎn)管理平臺(tái)，設(shè)置生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控管理崗等。

新建方案則是選擇合適的空地作為新建生產(chǎn)指揮中心的選址，搭建全新的辦公樓。

2.2 遷移工程

為了降低生產(chǎn)指揮中心改造工程的投入資金，需要將原有的可以利舊的機(jī)器及配套設(shè)備遷移到新建的生產(chǎn)指揮中心。遷移的系統(tǒng)和設(shè)備如下：

（1）油田保衛(wèi)大隊(duì)監(jiān)控中心的雷達(dá)監(jiān)控、視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及相應(yīng)的服務(wù)器、主機(jī)、通訊機(jī)柜等設(shè)備。

（2）油田電力調(diào)度的分礦計(jì)量、配電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及相應(yīng)的服務(wù)器、主機(jī)、通訊機(jī)柜等設(shè)備。

（3）油田管理部陰極保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)。

（4）其他可利用的數(shù)據(jù)服務(wù)器等設(shè)備。

2.3 改造工程

僅遷移系統(tǒng)和設(shè)備無法滿足生產(chǎn)指揮中心的建設(shè)需求，根據(jù)生產(chǎn)指揮中心建設(shè)目標(biāo)，還需要新增設(shè)備及完善配套設(shè)施。

（1）新建10×3 液晶拼接屏顯示系統(tǒng)一套，建成后大屏尺寸為12.1 m×2.04 m，配套建設(shè)視頻監(jiān)控綜合管理平臺(tái)等。

（2）新建數(shù)據(jù)庫服務(wù)器4 臺(tái)，與遷移的服務(wù)器合并使用，采用雙套服務(wù)器運(yùn)行模式，互為備用。新建操作員站10 套，液晶顯示器15 臺(tái)，打印機(jī)4 臺(tái)，操作臺(tái)20套。

（3）配套工業(yè)交換機(jī)、完善通訊光纜等網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和語音通訊。

（4）如若選擇方案一，則還需拆除原大會(huì)議室吊頂及燈具，改造為鋁扣板+格柵燈，重新鋪設(shè)地磚；改造接待室為機(jī)柜間；改造兩個(gè)房間為休息室。

3 生產(chǎn)管理平臺(tái)建設(shè)方案

完成生產(chǎn)指揮中心硬件建設(shè)后，根據(jù)油田管理業(yè)務(wù)需求搭建生產(chǎn)管理平臺(tái)，形成一個(gè)集生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)分析、運(yùn)行調(diào)度、物聯(lián)設(shè)備管理、設(shè)備異常報(bào)警等多功能為一體的管理工作平臺(tái)，平臺(tái)運(yùn)行后將實(shí)現(xiàn)油田不同層級(jí)用戶在統(tǒng)一系統(tǒng)中開展管理與決策。

管理平臺(tái)子系統(tǒng)設(shè)置主要包括生產(chǎn)管理子系統(tǒng)、上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、機(jī)采管理系統(tǒng)、工業(yè)安全系統(tǒng)等。

3.1 生產(chǎn)管理子系統(tǒng)

生產(chǎn)管理子系統(tǒng)是生產(chǎn)管理平臺(tái)最重要的子系統(tǒng)之一，主要功能為生產(chǎn)過程監(jiān)測(cè)和產(chǎn)量分析等。該子系統(tǒng)共設(shè)計(jì)了系統(tǒng)主頁、生產(chǎn)過程監(jiān)測(cè)等8 個(gè)模塊，同時(shí)預(yù)留與油田公司地面系統(tǒng)的對(duì)接接口（圖1）。

圖1 生產(chǎn)管理子系統(tǒng)功能模塊Fig.1 Function module of production management subsystem

（1）系統(tǒng)主頁：用于各組織層級(jí)下的油氣水井、站庫和管網(wǎng)綜合信息的匯總展示，包括井?dāng)?shù)、站庫數(shù)量、管網(wǎng)規(guī)模等信息。同時(shí)還可以展示不同層級(jí)或者不同區(qū)塊的總體產(chǎn)量趨勢(shì)、含水變化、開井時(shí)率以及預(yù)警等信息。

（2）生產(chǎn)過程監(jiān)測(cè)：與系統(tǒng)主頁主要用于展示不同層級(jí)匯總信息不同，生產(chǎn)過程監(jiān)測(cè)模塊更偏向于針對(duì)具體的生產(chǎn)單元，綜合展示單井、站庫、管線、物聯(lián)設(shè)備的實(shí)時(shí)生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)所有生產(chǎn)單元生產(chǎn)過程監(jiān)測(cè)的目的。具體展示的信息由用戶選擇，例如單井的產(chǎn)量趨勢(shì)、抽油設(shè)備的參數(shù)變化、監(jiān)控設(shè)備的視頻圖像等，同時(shí)支持不同組織層級(jí)下的生產(chǎn)監(jiān)測(cè)信息匯總展示。該模塊還支持相應(yīng)生產(chǎn)單元的報(bào)表管理、視頻監(jiān)測(cè)等模塊之間的跳轉(zhuǎn)。

（3）生產(chǎn)分析模塊：對(duì)不同單元、層級(jí)下的生產(chǎn)單元生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、統(tǒng)計(jì)和分析，為不同組織層級(jí)決策層和技術(shù)分析人員等提供決策依據(jù)。用于分析的數(shù)據(jù)包括單井產(chǎn)量趨勢(shì)、含水變化趨勢(shì)、生產(chǎn)時(shí)率、多井對(duì)比分析等。

（4）報(bào)表管理模塊：以報(bào)表為輸出對(duì)象，按用戶需求實(shí)現(xiàn)對(duì)各種報(bào)表的查詢與展示，報(bào)表的類型主要有生產(chǎn)數(shù)據(jù)報(bào)表、設(shè)備運(yùn)行報(bào)表和管理平臺(tái)運(yùn)行報(bào)表。

（5）物聯(lián)設(shè)備管理模塊：實(shí)現(xiàn)物聯(lián)設(shè)備臺(tái)賬實(shí)時(shí)維護(hù)、物聯(lián)設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行、保養(yǎng)檔案及時(shí)更新以及物聯(lián)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，能夠?qū)ξ锫?lián)設(shè)備的故障分布情況進(jìn)行分析。通過人工智能或者大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)設(shè)備告警/預(yù)警功能，在設(shè)備發(fā)生故障前通知物聯(lián)設(shè)備管理人員及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，從而降低物聯(lián)設(shè)備的故障率。

（6）視頻監(jiān)測(cè)模塊：分類、分層級(jí)集中展示各個(gè)生產(chǎn)單元的視頻監(jiān)測(cè)信息，通過AI 識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)單元運(yùn)行狀態(tài)變化的監(jiān)測(cè)，并發(fā)出告警信息。

（7）數(shù)據(jù)管理模塊：根據(jù)用戶所在層級(jí)權(quán)限對(duì)不同生產(chǎn)單元的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)標(biāo)簽管理、數(shù)據(jù)接口管理等。

（8）系統(tǒng)管理模塊：主要功能包括系統(tǒng)用戶及其操作權(quán)限管理、各類后臺(tái)參數(shù)配置、系統(tǒng)日志的查詢等功能。目的是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理子系統(tǒng)不同層級(jí)、不同用戶權(quán)限約束下的精準(zhǔn)管理，從而保證整個(gè)子系統(tǒng)的安全性。

3.2 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)利用前端設(shè)備采集生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的監(jiān)控管理功能，為生產(chǎn)管理子系統(tǒng)的決策和分析功能提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。主要功能包括生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)展示、歷史曲線展示、歷史查詢、報(bào)表生成與導(dǎo)出、工藝流程圖展示、報(bào)警監(jiān)控與設(shè)置等。

（1）生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)展示：將生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)展示在頁面上，數(shù)據(jù)展示頁面按照井、間和組織機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類展示。

（2）生產(chǎn)數(shù)據(jù)的歷史曲線展示：根據(jù)采集數(shù)據(jù)的值和采集時(shí)間繪制采集數(shù)據(jù)的歷史曲線。曲線的時(shí)間范圍可以根據(jù)需求進(jìn)行設(shè)置，也可以根據(jù)需求將多個(gè)采集數(shù)據(jù)的歷史曲線進(jìn)行疊加對(duì)比。

（3）生產(chǎn)數(shù)據(jù)歷史查詢：對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行歷史查詢，可以通過井、間為查詢對(duì)象，進(jìn)行任意歷史時(shí)間段的數(shù)據(jù)查詢。

（4）生產(chǎn)數(shù)據(jù)報(bào)表生成與導(dǎo)出：根據(jù)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)生成報(bào)表，具備導(dǎo)出保存功能。

（5）工藝流程圖展示：在組態(tài)軟件上根據(jù)計(jì)量間和站庫中涉及的生產(chǎn)對(duì)象的工藝流程圖進(jìn)行繪制，結(jié)合實(shí)時(shí)采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

（6）生產(chǎn)數(shù)據(jù)報(bào)警監(jiān)控與設(shè)置：提供采集數(shù)據(jù)的報(bào)警閾值設(shè)置，將采集的數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)定的報(bào)警閾值進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警監(jiān)控。

3.3 機(jī)采管理系統(tǒng)

機(jī)采管理系統(tǒng)利用采集的抽油機(jī)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，分析預(yù)警抽油機(jī)井運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)軟件量油、工況診斷、報(bào)警預(yù)警、參數(shù)優(yōu)化等功能。

（1）軟件量油：結(jié)合油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)完成產(chǎn)液量計(jì)算，針對(duì)不同工況的油井采用不同的計(jì)算模型，單井日產(chǎn)液量計(jì)算采用加權(quán)平均值算法?？蓪?shí)現(xiàn)油井日產(chǎn)量、月產(chǎn)液量統(tǒng)計(jì)以及單井生產(chǎn)時(shí)率、產(chǎn)液量變化分析等功能。

（2）工況診斷：應(yīng)用采集抽油機(jī)電流和示功圖數(shù)據(jù)，基于專業(yè)技術(shù)與大數(shù)據(jù)人工智能方法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)的實(shí)時(shí)工況診斷與集群功圖診斷，主要包括抽油機(jī)平衡、電機(jī)缺相、皮帶打滑和斷裂、結(jié)蠟、桿斷、卡泵、泵漏、套漏等。

（3）報(bào)警預(yù)警：智能分析抽油機(jī)井生產(chǎn)參數(shù)，通過專業(yè)軟件判斷，對(duì)抽油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警管理，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)異常波動(dòng)的報(bào)警、實(shí)時(shí)工況故障診斷報(bào)警。

（4）參數(shù)優(yōu)化：分析抽油機(jī)井的供排液狀況，實(shí)現(xiàn)常開井和間抽井的參數(shù)優(yōu)化。

3.4 工業(yè)安全系統(tǒng)

工業(yè)安全系統(tǒng)主要包括安全管理平臺(tái)、工業(yè)防火墻（含軟件）、主機(jī)衛(wèi)士、工業(yè)安全審計(jì)（含軟件）、態(tài)勢(shì)感知服務(wù)器（含軟件）、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)等。

（1）安全管理平臺(tái)：對(duì)工控安全設(shè)備統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)事件的統(tǒng)一匯總、防護(hù)策略的下發(fā)、安全設(shè)備的配制管理等。

（2）工業(yè)防火墻：部署生產(chǎn)指揮中心生產(chǎn)網(wǎng)邊界，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)網(wǎng)的邊界防護(hù)。

（3）工業(yè)安全審計(jì)：部署在生產(chǎn)指揮中心核心交換機(jī)旁路，實(shí)現(xiàn)對(duì)工控網(wǎng)絡(luò)攻擊、病毒傳播等惡意行為的分析和發(fā)現(xiàn)。

（4）主機(jī)衛(wèi)士：部署上位機(jī)、操作員站，實(shí)現(xiàn)對(duì)工控網(wǎng)絡(luò)上位機(jī)和生產(chǎn)服務(wù)器的安全防護(hù)，依靠“白名單”策略保護(hù)工控上位機(jī)和服務(wù)器避免病毒和惡意代碼的攻擊。

（5）態(tài)勢(shì)感知：利用工控安全態(tài)勢(shì)感知平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工控安全事件及威脅的統(tǒng)一展示、分析和態(tài)勢(shì)研判。當(dāng)發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，態(tài)勢(shì)感知探針可以聯(lián)動(dòng)工控網(wǎng)絡(luò)中的防護(hù)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和主機(jī)衛(wèi)士，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)IP、端口、服務(wù)或協(xié)議的截?cái)嗪头饨?/p>

（6）火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)：設(shè)置感煙探測(cè)器檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控室、機(jī)柜間等出現(xiàn)的火災(zāi)進(jìn)行檢測(cè)，在監(jiān)控室內(nèi)報(bào)警，提醒操作人員處置。

4 預(yù)期應(yīng)用效果

生產(chǎn)指揮中心整合了生產(chǎn)調(diào)度、電力調(diào)度、雷達(dá)監(jiān)控中心等生產(chǎn)數(shù)字化系統(tǒng)。中心負(fù)責(zé)全部已建和待建的油氣田生產(chǎn)數(shù)據(jù)和視頻監(jiān)控信息的匯聚、存儲(chǔ)、分析、預(yù)警、管理、發(fā)布等，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)控管理。主要職責(zé)是接受上級(jí)命令、發(fā)布生產(chǎn)命令、發(fā)出操作指令、分析生產(chǎn)形勢(shì)、協(xié)調(diào)生產(chǎn)資源、檢查監(jiān)督工作等，有利于油田生產(chǎn)工作全面分析、集中管理、統(tǒng)一部署。同時(shí)，礦級(jí)和廠級(jí)管理部門通過網(wǎng)絡(luò)訪問中心服務(wù)器實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息實(shí)時(shí)查詢。

該工程建設(shè)投資低、集中整合建設(shè)水平高，對(duì)提高管理水平、減少用工總量、節(jié)約人力資本、促進(jìn)油田高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。

5 結(jié)束語

發(fā)展智慧油田是油田信息化建設(shè)的需要，也是未來油田建設(shè)的趨勢(shì)，關(guān)系著油田企業(yè)的發(fā)展與未來。搭建生產(chǎn)指揮中心與管理平臺(tái)是智慧油田建設(shè)中的重要舉措，該工程的建成可實(shí)現(xiàn)智能化管理，助力初步建成智能油田，并為智慧油田建設(shè)創(chuàng)造了條件。