唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

綜合網(wǎng)絡(luò)管理平臺用于油田的數(shù)字化建設(shè)

廉新宇唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

數(shù)字油田是指將實(shí)際油田的自然和人文等信息集成到一起并數(shù)字化之后的虛擬油田。數(shù)字油田綜合網(wǎng)絡(luò)管理平臺是以油田實(shí)際油藏研究為主軸，綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)字化控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳感、集成及共享技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)油田數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、油田遠(yuǎn)程監(jiān)控與操作控制。平臺的建設(shè)應(yīng)遵循實(shí)用、可靠、安全的原則，盡量提升系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。數(shù)字化油田綜合網(wǎng)絡(luò)管理平臺的引入，使油田工作人員對諸如抽油機(jī)壓力、溫度、載荷、功率，集輸管網(wǎng)壓力、流量、流體黏度等參數(shù)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)視與調(diào)控成為可能，簡化了新油田投產(chǎn)、老油田改造中遇到問題的解決方法。

數(shù)字油田；物聯(lián)網(wǎng)；綜合網(wǎng)絡(luò)管理平臺；遠(yuǎn)程控制

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)從2009年來成為全球熱點(diǎn)。從IBM公司的“智慧地球”構(gòu)想，歐盟的物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略到日本的U—JAPAN戰(zhàn)略，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已成為世界各國優(yōu)先發(fā)展的前沿技術(shù)[1]。幾年來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)通過各種途徑進(jìn)入到數(shù)字化油田、智能機(jī)器人、國防衛(wèi)星監(jiān)測等社會各個(gè)領(lǐng)域。以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的青海油田數(shù)字化以實(shí)現(xiàn)油田施工數(shù)據(jù)的有效采集、傳輸、科學(xué)分析匯總，優(yōu)化管理者決策，遠(yuǎn)程智能控制為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對油田的高效管理、科學(xué)決策。

1 平臺的構(gòu)建

數(shù)字油田是指將實(shí)際油田的自然和人文等信息集成到一起并數(shù)字化之后的虛擬油田。油田工作人員可以通過人機(jī)界面對數(shù)字油田進(jìn)行訪問和互動，從而實(shí)現(xiàn)對實(shí)際油田的管理。數(shù)字油田基于信息通信技術(shù)，通過油田工作人員與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、油田數(shù)據(jù)庫等的高度協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)油田實(shí)際生產(chǎn)和管理的數(shù)字化、可視化、智能化[2]。它是多學(xué)科相互滲透而成的一個(gè)復(fù)雜工程，涉及地質(zhì)、油藏、通信、企劃管理等諸多學(xué)科，需要相應(yīng)的專業(yè)人員協(xié)同完成作業(yè)。

數(shù)字油田綜合網(wǎng)絡(luò)管理平臺是以油田實(shí)際油藏研究為主軸，綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)字化控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳感、集成及共享技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)油田數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、油田遠(yuǎn)程監(jiān)控與操作控制。平臺的建設(shè)應(yīng)遵循實(shí)用、可靠、安全的原則，盡量提升系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。綜合網(wǎng)絡(luò)管理平臺結(jié)構(gòu)見圖1。

1.1數(shù)字信號采集系統(tǒng)

數(shù)字信號采集系統(tǒng)通過在油田井場、集輸管線等位置安裝傳感器等數(shù)據(jù)采集設(shè)備，全天候監(jiān)控目標(biāo)井、計(jì)量設(shè)備、中轉(zhuǎn)聯(lián)合集輸管網(wǎng)等油田實(shí)際生產(chǎn)中的各個(gè)方面，并及時(shí)對所收集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、編輯、上載數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為綜合分析實(shí)際生產(chǎn)狀態(tài)并及時(shí)進(jìn)行調(diào)控，危險(xiǎn)行為報(bào)警等諸多功能提供了基礎(chǔ)依據(jù)。

圖1 綜合網(wǎng)絡(luò)管理平臺結(jié)構(gòu)

油井?dāng)?shù)據(jù)采集是通過在抽油設(shè)備上安裝傳感器，測量油套壓力、抽油機(jī)工作參數(shù)；通過在生產(chǎn)現(xiàn)場安裝攝像頭，實(shí)時(shí)監(jiān)控井場施工人員、車輛、終端設(shè)備的工作情況。注水井?dāng)?shù)據(jù)采集是通過在注水井相關(guān)位置安裝壓力、流量等參數(shù)傳感器，完成對油套壓、注水量等數(shù)據(jù)的采集。計(jì)量設(shè)備數(shù)據(jù)采集是通過在相應(yīng)設(shè)備上安裝傳感器，對摻水以及回油管線等設(shè)備的壓力、溫度、流量等參數(shù)的數(shù)據(jù)收集。同時(shí)，可安裝遠(yuǎn)程控制模塊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制油井、注水井、集油間以及配注間等設(shè)備。

1.2數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)

為了滿足數(shù)字化油田建設(shè)需求，數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)根據(jù)油田實(shí)際，采用有線、無線傳輸方式相結(jié)合的方法。對于網(wǎng)絡(luò)線路鋪設(shè)較完善的區(qū)域，采用傳統(tǒng)的有線傳輸模式，保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定完整的傳輸；對于網(wǎng)絡(luò)線路鋪設(shè)欠完備、分散存在的單井等設(shè)備，采用無線傳輸模式，以實(shí)現(xiàn)最大范圍的數(shù)據(jù)采集。

1.3數(shù)字信號分析系統(tǒng)

數(shù)字信號分析系統(tǒng)是綜合平臺的核心。在油田實(shí)際工作現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，要對數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)的審核、處理、上傳等工作，這些數(shù)據(jù)主要包括油氣水井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以及每項(xiàng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)對應(yīng)的配產(chǎn)、配注值等。數(shù)據(jù)處理的精確性直接關(guān)系到后續(xù)綜合分析的可靠性。

在完成數(shù)據(jù)上傳之后，各個(gè)生產(chǎn)管理部門要根據(jù)自己的生產(chǎn)需要，對所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析匯總，生成生產(chǎn)報(bào)表，輔助油田管理者掌握實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息，方便對油田各個(gè)部門做出最優(yōu)決策。

2 在青海油田數(shù)字化建設(shè)中的應(yīng)用

青海油田管理方式較為傳統(tǒng)，多為人工輪班值守，按時(shí)檢修儀器設(shè)備工作狀態(tài)。但該油田地廣人稀，自然環(huán)境惡劣，值班人員需要耗費(fèi)大量時(shí)間和精力去克服外界環(huán)境的影響才能按時(shí)、按量完成工作。這就形成了監(jiān)控、維修工人勞動強(qiáng)度與工作完成質(zhì)量之間的矛盾。數(shù)字化油田綜合網(wǎng)絡(luò)管理平臺的引入，使油田工作人員對諸如抽油機(jī)壓力、溫度、載荷、功率，集輸管網(wǎng)壓力、流量、流體黏度等參數(shù)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)視與調(diào)控成為可能，簡化了新油田投產(chǎn)、老油田改造中遇到問題的解決方法。

2.1平臺功能

該平臺基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，按照物聯(lián)網(wǎng)的感知層、傳輸層、應(yīng)用層3個(gè)層次，將平臺功能分為數(shù)據(jù)采集、綜合分析、優(yōu)化決策及遠(yuǎn)程控制4個(gè)部分。在感知層，通過在油田施工設(shè)備上安裝傳感器，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；在傳輸層，通過有線、無線網(wǎng)絡(luò)以及光纖、寬帶等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速、穩(wěn)定、安全傳輸；在應(yīng)用層，應(yīng)用大型計(jì)算機(jī)，將傳輸層上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類匯總、智能分析，對油田生產(chǎn)狀況進(jìn)行模擬計(jì)算，對生產(chǎn)矛盾進(jìn)行診斷和優(yōu)化，最后通過終端設(shè)備（如個(gè)人計(jì)算機(jī)、控制終端、手機(jī)等），進(jìn)行結(jié)果的呈現(xiàn)、控制，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化決策和遠(yuǎn)程控制。

綜合網(wǎng)絡(luò)管理平臺的四大功能相互聯(lián)系，彼此制約。數(shù)據(jù)采集是綜合分析的基礎(chǔ)；綜合分析是數(shù)據(jù)采集的目的，同時(shí)又是優(yōu)化決策的核心要素；遠(yuǎn)程控制是優(yōu)化決策的實(shí)現(xiàn)方法，同時(shí)通過遠(yuǎn)程控制，又將綜合分析和優(yōu)化決策的結(jié)果綜合作用到采集的數(shù)據(jù)上面，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場原始采集數(shù)據(jù)的調(diào)控，從而將四大功能相互融合，形成一個(gè)閉合的智能控制系統(tǒng)。

2.2平臺的應(yīng)用

青海油田將14口油井納入綜合網(wǎng)絡(luò)管理平臺，用以考察平臺在油田實(shí)際生產(chǎn)中的作用。

（1）生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)測。綜合網(wǎng)絡(luò)管理平臺應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測所有納入平臺的油井?dāng)?shù)據(jù)，如壓力、流量、溫度、抽油機(jī)示功圖、抽油泵參數(shù)等，使油田工作人員可及時(shí)了解現(xiàn)場施工及設(shè)備工作情況，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，準(zhǔn)確、快速地排除故障，恢復(fù)生產(chǎn)。

（2）油田油、水、電監(jiān)測。綜合網(wǎng)絡(luò)管理平臺可按照設(shè)定時(shí)間間隔，準(zhǔn)確采集單井及整個(gè)生產(chǎn)管網(wǎng)水電消耗以及產(chǎn)油產(chǎn)水量。通過智能計(jì)算可得出指定時(shí)間范圍內(nèi)的累計(jì)用量、產(chǎn)量?？梢杂行ПO(jiān)測管網(wǎng)信息，監(jiān)控線路故障、防止管網(wǎng)偷竊行為發(fā)生，提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的綜合生產(chǎn)管理效率。

（3）故障及危險(xiǎn)行為報(bào)警。油田實(shí)際生產(chǎn)中安全是第一要素，綜合網(wǎng)絡(luò)管理平臺通過實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)施工現(xiàn)場的運(yùn)行情況，可第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場各種不正常情況。如某井供液量不足，該平臺可以示功圖為基礎(chǔ)，計(jì)算、分析、修改優(yōu)化該井的生產(chǎn)制度和相應(yīng)參數(shù)，快速地將工作狀態(tài)歸為正常；又如，當(dāng)現(xiàn)場施工人員出現(xiàn)疏忽，進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域或者進(jìn)行危險(xiǎn)操作時(shí)，可觸發(fā)平臺報(bào)警系統(tǒng)，及時(shí)提醒作業(yè)人員注意安全，防止事故發(fā)生。

3 結(jié)語

（1）綜合網(wǎng)絡(luò)管理平臺通過各個(gè)系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)有序作業(yè)，有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、綜合分析、優(yōu)化決策及遠(yuǎn)程控制四大功能。四大功能之間相互影響相互制約，形成一個(gè)閉合的遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)。

（2）綜合網(wǎng)絡(luò)管理平臺在青海油田成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了油田數(shù)字化管理，減輕了油田工作人員勞動強(qiáng)度，能降低經(jīng)濟(jì)成本、簡化生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、精簡部門，使油田生產(chǎn)高效、安全、可靠。

[1]李穎．視頻監(jiān)控系統(tǒng)用于油田生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)[J]．油氣田地面工程，2014，33（7）73-74.

[2]田軍慶，高輝．淺談“數(shù)字油田”的建立[J]．油氣田地面工程，2002，21（4）:133-134.

（欄目主持關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.2.019