閔利昆 孫崇亮 姚育林

（1.冀東油田公司基建工程處；2.大慶油田工程有限公司）

油田生產(chǎn)指標(biāo)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

閔利昆1孫崇亮2姚育林1

（1.冀東油田公司基建工程處；2.大慶油田工程有限公司）

油田日常生產(chǎn)過(guò)程中，各項(xiàng)指標(biāo)隨時(shí)間不斷變化，為減少生產(chǎn)指標(biāo)超出正常運(yùn)行范圍帶來(lái)的損失，亟需建設(shè)油田生產(chǎn)指標(biāo)預(yù)警系統(tǒng)。針對(duì)油田的采油井、計(jì)量間、轉(zhuǎn)油站、脫水站等生產(chǎn)單位的各項(xiàng)指標(biāo)開(kāi)展全面分析，篩選出對(duì)油田生產(chǎn)較為重要的回油壓力、井口溫度、產(chǎn)液量、噸液耗電等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行預(yù)警設(shè)計(jì)。并基于GIS技術(shù)進(jìn)行預(yù)警指標(biāo)的直觀展示，及時(shí)提醒生產(chǎn)人員，減少生產(chǎn)事故，為提高油田生產(chǎn)效率及減少損失提供必要的幫助。

生產(chǎn)指標(biāo)；預(yù)警值；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

隨著人們對(duì)油氣能源需求的逐步加大，石油能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展越來(lái)越迅速。在給生活帶來(lái)便利的同時(shí)，油田生產(chǎn)的安全工作也越來(lái)越受到重視[1-2]。當(dāng)前，我國(guó)大多數(shù)油氣田具有井多、站庫(kù)分散、大型設(shè)備距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。僅依靠人工進(jìn)行巡查、維護(hù)井場(chǎng)等設(shè)備的正常生產(chǎn)工作，存在故障發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，難以實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀況等缺陷，而一旦發(fā)生泄漏等事件，或?qū)?dǎo)致性質(zhì)嚴(yán)重的事故，給油氣田生產(chǎn)單位帶來(lái)不可估量的損失。有些學(xué)者開(kāi)展了關(guān)于油田產(chǎn)量監(jiān)控、油田水驅(qū)開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)以及油氣田生產(chǎn)預(yù)警模式[3-6]等研究工作，取得了較好效果。但在油田生產(chǎn)參數(shù)對(duì)具體油田應(yīng)用的針對(duì)性、預(yù)警結(jié)果展示直觀性等方面，還有待于進(jìn)一步優(yōu)化。因此，設(shè)計(jì)一套有效、可行并能直觀顯示的油田生產(chǎn)指標(biāo)預(yù)警系統(tǒng)是十分必要的，以便在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，為施工單位及時(shí)采取補(bǔ)救措施，檢查原因提供依據(jù)。

油田生產(chǎn)指標(biāo)預(yù)警信息系統(tǒng)融合多種技術(shù)，通過(guò)統(tǒng)一的平臺(tái)，為用戶提供全面的指標(biāo)預(yù)警系統(tǒng)解決方案。完善的權(quán)限管理功能，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的雙通道設(shè)計(jì)，既保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，又保障了系統(tǒng)的安全性。基于多層、模塊化軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，方便系統(tǒng)功能擴(kuò)展，滿足未來(lái)業(yè)務(wù)發(fā)展需要。預(yù)警信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基于空間數(shù)據(jù)的查詢、分析、預(yù)警功能，充分利用現(xiàn)有信息技術(shù)提升生產(chǎn)效率的同時(shí)，保證油田的安全生產(chǎn)。

1 系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)

油田生產(chǎn)指標(biāo)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)以“實(shí)用、先進(jìn)、可擴(kuò)展、可維護(hù)”為原則，針對(duì)油田的采油井、計(jì)量間、轉(zhuǎn)油站、脫水站、原油穩(wěn)定站、加熱爐等設(shè)備的關(guān)鍵油氣生產(chǎn)指標(biāo)預(yù)警進(jìn)行功能設(shè)計(jì)，通過(guò)設(shè)置預(yù)警值實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)預(yù)警功能。對(duì)油田生產(chǎn)的回油壓力、井口溫度、產(chǎn)液量、噸液耗電等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行預(yù)警，篩選超出正常范圍的指標(biāo)項(xiàng)，并采用GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)在地圖上直觀顯示超出預(yù)警閾值范圍的指標(biāo)項(xiàng)及其分布，及時(shí)提醒生產(chǎn)人員，避免發(fā)生生產(chǎn)事故。

以柱狀圖展示不同組織機(jī)構(gòu)的生產(chǎn)情況，具體統(tǒng)計(jì)指標(biāo)包括產(chǎn)液量、處理量、外輸量的當(dāng)年累計(jì)量等。采用不同顏色對(duì)能耗的級(jí)別進(jìn)行劃分和分類，在相關(guān)圖件上展示各作業(yè)區(qū)的能耗情況，如耗電量、用氣量等，對(duì)超出固定限制的能耗值及時(shí)提醒用戶注意，實(shí)現(xiàn)預(yù)警。

在GIS圖形上展示出原油從采油井井口→計(jì)量間→轉(zhuǎn)油站各個(gè)節(jié)點(diǎn)的回壓值，從而分析原油在集輸過(guò)程中在各個(gè)節(jié)點(diǎn)的回壓值、輸液差、輸氣差等數(shù)值。在輸液差、輸氣差的數(shù)值超過(guò)額定值時(shí)進(jìn)行預(yù)警，以便于采取措施降低損耗，節(jié)約生產(chǎn)成本并及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

表1 采油井生產(chǎn)指標(biāo)預(yù)警相關(guān)表信息

2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

油田生產(chǎn)指標(biāo)預(yù)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)采用三層設(shè)計(jì)：概念設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、物理設(shè)計(jì)。

2.1 概念設(shè)計(jì)

油田生產(chǎn)指標(biāo)預(yù)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包括供電數(shù)據(jù)、油氣集輸數(shù)據(jù)、其他數(shù)據(jù)等三大類，發(fā)電量（FDL）、供電量（GDL）、生產(chǎn)日期（RQ）等；油氣集輸數(shù)據(jù)包括集油量（CYL）、集氣量（CQL）、輸油量（SYL）、輸氣量（SQL）、生產(chǎn)日期（RQ）等。其他數(shù)據(jù)分為總井?dāng)?shù)（ZJS）、采油量（CYL）、采氣量（CQL）、注水量（ZSL）、生產(chǎn)日期（RQ）等。

2.2 邏輯設(shè)計(jì)

基于對(duì)油田生產(chǎn)指標(biāo)預(yù)警系統(tǒng)數(shù)據(jù)的概念設(shè)計(jì)成果，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)，建立實(shí)體-關(guān)系（E-R）模型圖，分析不同數(shù)據(jù)表和數(shù)據(jù)項(xiàng)之間的邏輯關(guān)系，以利于物理設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)表的建立。選取典型的三個(gè)實(shí)體-關(guān)系模型進(jìn)行分析，包括采油井生產(chǎn)指標(biāo)預(yù)警實(shí)體-關(guān)系、站庫(kù)指標(biāo)預(yù)警實(shí)體-關(guān)系以及加熱爐指標(biāo)預(yù)警實(shí)體-關(guān)系。采油井生產(chǎn)指標(biāo)包括采油井預(yù)警表、采油井預(yù)警信息表、采油井預(yù)警歷史表等，不同表的字段信息見(jiàn)表1。站庫(kù)指標(biāo)預(yù)警實(shí)體-關(guān)系以及加熱爐指標(biāo)預(yù)警實(shí)體-關(guān)系的分析過(guò)程類似，不再贅述。具體的油田生產(chǎn)指標(biāo)預(yù)警系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)體-關(guān)系如圖1～圖3所示。

圖1 采油井生產(chǎn)指標(biāo)預(yù)警實(shí)體-關(guān)系

2.3 物理設(shè)計(jì)

根據(jù)邏輯設(shè)計(jì)結(jié)果，在ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)建立油田生產(chǎn)指標(biāo)預(yù)警系統(tǒng)的物理數(shù)據(jù)表，存儲(chǔ)預(yù)警數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)平臺(tái)開(kāi)發(fā)過(guò)程提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)支持。將日生產(chǎn)數(shù)據(jù)與固有數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)存儲(chǔ)的采油井、站庫(kù)、加熱爐和大型設(shè)備的關(guān)鍵指標(biāo)（例如，回油壓力、綜合耗氣量）、指標(biāo)編碼、最大預(yù)警值、最小預(yù)警值、預(yù)警值、預(yù)警日期等信息，通過(guò)關(guān)鍵詞索引觸發(fā)預(yù)警工作。

圖2 站庫(kù)指標(biāo)預(yù)警實(shí)體-關(guān)系

圖3 加熱爐指標(biāo)預(yù)警實(shí)體-關(guān)系

3 功能設(shè)計(jì)

預(yù)警系統(tǒng)功能是在日?qǐng)?bào)數(shù)據(jù)、現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)提取關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)，分析并預(yù)測(cè)采油井、計(jì)量間、轉(zhuǎn)油站、脫水站、原油穩(wěn)定站、加熱爐等關(guān)鍵生產(chǎn)指標(biāo)是否超出預(yù)警值范圍。系統(tǒng)功能分為兩大模塊，即基礎(chǔ)功能和指標(biāo)預(yù)警功能?；A(chǔ)功能基于地理信息系統(tǒng)的直觀性特點(diǎn)開(kāi)發(fā)，為預(yù)警結(jié)果在地圖上的直觀展示提供基礎(chǔ)，包括空間操作、空間分析以及導(dǎo)航定位等功能。生產(chǎn)指標(biāo)預(yù)警功能則涵蓋預(yù)警數(shù)據(jù)的維護(hù)、查詢，以及預(yù)警操作并完成預(yù)警結(jié)論在地圖上的展示等，包括油集輸關(guān)鍵指標(biāo)預(yù)警維護(hù)、油集輸關(guān)鍵指標(biāo)預(yù)警查詢、油集輸關(guān)鍵指標(biāo)預(yù)警批量設(shè)置維護(hù)、油集輸關(guān)鍵指標(biāo)預(yù)警批量查詢與展示、油集輸關(guān)鍵指標(biāo)預(yù)警結(jié)果查詢與展示；其他功能包括采油井?dāng)?shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、查詢統(tǒng)計(jì)、預(yù)警服務(wù)等，同時(shí)為用戶提供數(shù)據(jù)的周期性更新、查詢、輔助決策等支撐服務(wù)。具體功能見(jiàn)圖4。

圖4 生產(chǎn)指標(biāo)預(yù)警系統(tǒng)功能

功能實(shí)現(xiàn)流程包括用戶在系統(tǒng)的原油生產(chǎn)關(guān)鍵指標(biāo)維護(hù)模塊對(duì)不同指標(biāo)的上限、下限進(jìn)行維護(hù)。當(dāng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)以后，則可以通過(guò)“預(yù)警”按鈕進(jìn)行不同生產(chǎn)指標(biāo)的預(yù)警，如生產(chǎn)指標(biāo)均在設(shè)置的預(yù)警上下限范圍內(nèi)則不提示，如指標(biāo)超出了用戶設(shè)置的上下限范圍，則進(jìn)行預(yù)警提示；并實(shí)時(shí)通過(guò)地理信息底圖進(jìn)行展示，用戶可以直觀地瀏覽發(fā)生預(yù)警的具體位置以及相關(guān)預(yù)警指標(biāo)，并及時(shí)采取措施。預(yù)警指標(biāo)范圍的設(shè)定、查詢以及展示等還可以通過(guò)批量設(shè)置功能完成，用戶如對(duì)某一類型的多個(gè)實(shí)體進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)置，可用批量設(shè)置功能。具體到井口回壓預(yù)警功能及結(jié)論的展示過(guò)程，就是在GIS圖形上依次展示出原油從采油井井口→計(jì)量間→轉(zhuǎn)油站各個(gè)節(jié)點(diǎn)的回壓值，進(jìn)而分析原油在集輸過(guò)程中在各個(gè)節(jié)點(diǎn)的回壓值、輸液差、輸氣差等數(shù)值，超過(guò)額定值時(shí)預(yù)警，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取措施。

系統(tǒng)通過(guò)WEBGIS對(duì)預(yù)警結(jié)論進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警，如果有預(yù)警則將預(yù)警結(jié)果顯示為紅色動(dòng)畫(huà)閃爍。功能涵蓋采油井、站庫(kù)、加熱爐等共6大類。在系統(tǒng)頁(yè)面點(diǎn)擊一個(gè)實(shí)體子節(jié)點(diǎn)，會(huì)在圖上自動(dòng)彈出對(duì)應(yīng)的一類專題預(yù)警結(jié)果分布圖，并借助圖上閃爍紅點(diǎn)進(jìn)行預(yù)警位置顯示，點(diǎn)擊“預(yù)警詳情”可彈出預(yù)警的詳細(xì)氣泡信息，進(jìn)一步顯示該指標(biāo)的具體數(shù)值以及如果超過(guò)設(shè)定的指標(biāo)范圍，便于用戶查看。此外，通過(guò)取消或者勾選指標(biāo)項(xiàng)，可對(duì)指標(biāo)項(xiàng)進(jìn)行篩選，進(jìn)而更新列表詳情信息和地圖閃爍紅點(diǎn)。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用效果

系統(tǒng)基于SOA架構(gòu)和WEBGIS技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，完成了油田生產(chǎn)指標(biāo)預(yù)警的判斷流程和基于地理信息底圖的直觀展示功能，并在冀東油田相關(guān)單位進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，效果良好。系統(tǒng)大面積投入使用后能夠有效地減少生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中重大事故的發(fā)生，充分發(fā)揮預(yù)警信息系統(tǒng)在企業(yè)應(yīng)急管理、產(chǎn)業(yè)升級(jí)拓展、客戶關(guān)系改善等方面的保障服務(wù)作用，使信息資源的利用獲得最大收益，從而提高油田采收率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約企業(yè)運(yùn)行成本、保證工人人身安全，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)事故應(yīng)急處理能力，切實(shí)有效地支撐油田生產(chǎn)建設(shè)。

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10.3969/j.issn.2095-1493.2017.04.019

2017-01-06

（編輯 張興平）

閔利昆，工程師，2003年畢業(yè)于河北工程大學(xué)（機(jī)械制造與自動(dòng)化專業(yè)），從事油田建設(shè)管理及信息化應(yīng)用管理工作，E-mail：min95930@163.com，地址：河北省唐山市路北區(qū)新華西道51甲區(qū)冀東油田第一科研樓，063200。