陳蒙 楊昊楠 韓東 張士英 羨鐵鋒 王君利

(1.中國石油華北油田分公司第三采油廠 河北河間 062450; 2.中國石油華北油田分公司山西煤層氣勘探開發(fā)分公司 山西長治046000;3河北華北石油港華勘察規(guī)劃設(shè)計有限公司 河北任丘 062550)

智慧工程在華北油田的研究與應(yīng)用

陳蒙1楊昊楠1韓東2張士英3羨鐵鋒1王君利1

(1.中國石油華北油田分公司第三采油廠 河北河間 062450; 2.中國石油華北油田分公司山西煤層氣勘探開發(fā)分公司 山西長治046000;3河北華北石油港華勘察規(guī)劃設(shè)計有限公司 河北任丘 062550)

華北油田 “智慧油田”的建設(shè)，貫穿油氣資源勘探、油藏評價、油氣田開發(fā)建設(shè)和油氣生產(chǎn)四大業(yè)務(wù)，積極探索物聯(lián)網(wǎng)、云計算、下一代互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)，并選取了二連油田為智慧工程示范基地，探索建立無人值守、全天監(jiān)控、智能巡檢、自動感知、組織運維安全平穩(wěn)、層級簡化的高寒油田管理新模式。

智慧工程；生產(chǎn)全過程管理；壓縮管理層級；站控中心

智慧工程是華北油田“智慧油田”四個重要組成部分之一，是在標(biāo)準(zhǔn)化油田工藝流程與生產(chǎn)方式基礎(chǔ)，通過對各類傳感器、RFID智能芯片等泛在感知設(shè)備和工控系統(tǒng)的應(yīng)用，實現(xiàn)對油氣田生產(chǎn)動態(tài)預(yù)警、自動控制、優(yōu)化決策的支持，從而提高精細(xì)管理水平，優(yōu)化工藝設(shè)計方案，構(gòu)建遠程、智能、可視化的“智慧工程”。

智慧工程是新一代信息技術(shù)加速發(fā)展的產(chǎn)物，其核心就是在數(shù)字油田中融入人的智慧，通過應(yīng)用智能識別、信息融合、云計算等技術(shù)，為管理者提供科學(xué)、智能、實時的決策輔助手段，從而提升油田生產(chǎn)經(jīng)營管理水平。智能識別技術(shù)、信息融合技術(shù)和云計算技術(shù)三項重要技術(shù)的日臻成熟，為智慧工程的建設(shè)奠定了重要的基礎(chǔ)。除此之外，光通信、寬帶移動通信、數(shù)據(jù)庫、超級計算、IPv6等新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展，為智慧工程的建設(shè)提供了可能。

1 智慧工程的構(gòu)建

智慧工程面向油氣田的勘探與生產(chǎn)全過程管理，貫穿油氣資源勘探、油藏評價、油氣田開發(fā)建設(shè)和油氣生產(chǎn)等四個主要業(yè)務(wù)全過程，實現(xiàn)業(yè)務(wù)領(lǐng)域內(nèi)業(yè)務(wù)活動的有機集成。智慧工程的建設(shè)可以劃分為實時生產(chǎn)監(jiān)控與自動化控制、事件管理與遠程操作、集成與協(xié)作、預(yù)測與優(yōu)化四個層次。其中，監(jiān)控與自動控制主要對泛在感知設(shè)備和數(shù)字員工實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集、自動化控制、輔助管理等功能，是整個“智慧油田”建設(shè)的基礎(chǔ)；事件管理與遠程操作主要通過實時生產(chǎn)監(jiān)控及操作系統(tǒng)實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的管理和分析、事件管理、遠程監(jiān)控等功能，將改變油氣田生產(chǎn)管理方式，將前方分散、多級的管控方式轉(zhuǎn)變?yōu)楹蠓缴a(chǎn)指揮中心的集中管控，優(yōu)化一線員工布局；集成與協(xié)作主要通過協(xié)同工作平臺實現(xiàn)協(xié)作環(huán)境、業(yè)務(wù)流程和工作流的集成以及集成的數(shù)據(jù)管理平臺等功能，將基本實現(xiàn)油氣田的網(wǎng)上辦公；預(yù)測與優(yōu)化主要包括對于事件的預(yù)測以及對油氣資產(chǎn)的優(yōu)化，旨在更優(yōu)化地管理油氣資源，提高油氣田最終采收率。圖1為華北油田智慧工程IT框架圖。圖2為華北油田智慧工程的統(tǒng)一平臺基本架構(gòu)。

圖1 華北油田智慧工程的IT現(xiàn)框架圖

圖2 華北油田智慧工程的統(tǒng)一平臺基本架構(gòu)圖

華北油田選取了內(nèi)蒙的二連油田和山西的煤層氣田作為智慧工程的示范區(qū)進行先導(dǎo)實驗，實驗成熟后再在其他油田進行推廣。其中二連高寒地區(qū)智慧工程示范基地將探索建立無人值守、全天監(jiān)控、智能巡檢、自動感知、組織運維安全平穩(wěn)、層級簡化的高寒油田管理新模式。

二連油田位于內(nèi)蒙古高原腹地，自然氣候惡劣、地質(zhì)條件復(fù)雜，開發(fā)區(qū)域點多、面廣、線長（8個油田、3條管道），生產(chǎn)及后勤機構(gòu)設(shè)置多、生產(chǎn)系統(tǒng)龐大、安全管控難度大。從地質(zhì)預(yù)測看，二連油田老區(qū)后備資源豐富，未來15年將繼續(xù)保持一定的產(chǎn)量規(guī)模，智慧工程建設(shè)的物質(zhì)基礎(chǔ)有了可靠保障。2013年-2015年，華北油田公司在智慧工程的頂層設(shè)計下，按照“無人值守、全天監(jiān)控、組織運維、重點巡視、安全平穩(wěn)、層級簡化”的總體要求，以“全面監(jiān)測、適度控制”為原則，以工藝簡化、優(yōu)化為基礎(chǔ)，以自動化建設(shè)為手段，對二連油田進行改造升級，形成如下兩方面的特色技術(shù)。

2 工藝單元數(shù)字化建設(shè)功能設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)

二連油田數(shù)字化建設(shè)共設(shè)置16個工藝單元，涵蓋油田地面生產(chǎn)從油井、水井、拉油點、聯(lián)合站等相關(guān)生產(chǎn)單位，對油水氣、油水井作業(yè)進行全過程監(jiān)視。生產(chǎn)過程對關(guān)鍵節(jié)點在裝有自動控制裝置的同時仍保留人工控制單元，若發(fā)生緊急事故，可在自動控制失效后通過人為操作對流程、設(shè)備進行關(guān)停，避免事故擴大。其他非關(guān)鍵節(jié)點則不保留人工控制單元，全部使用自動控制裝置。

其中，數(shù)字注水井（口）單元是16個工藝單元之一，監(jiān)測數(shù)據(jù)主要包括油壓、注入量，其主要功能包括控制、洗井監(jiān)督、在線遠程監(jiān)督等?？刂乒δ馨ㄗ⑺窟h程調(diào)節(jié)、自動控制；洗井監(jiān)督功能對注水井洗井過程中壓力、溫度、排量、累計流量相關(guān)參數(shù)在線監(jiān)測，并與洗井返出液濁度數(shù)據(jù)等綜合應(yīng)用，在線監(jiān)督、分析和指導(dǎo)洗井工作；在線遠程監(jiān)督功能對水井井下作業(yè)過程中的油管、工具、附件進行在線檢測及相應(yīng)數(shù)據(jù)管理，對作業(yè)施工全過程視頻在線監(jiān)測。

3 智慧的站控系統(tǒng)

二連油田使用了組態(tài)軟件進行站控系統(tǒng)平臺的構(gòu)建，將一般控制系統(tǒng)中常用的智能儀表、智能模塊、PLC等硬件設(shè)備的驅(qū)動程序收入平臺，并進行二次開發(fā)，最終搭建出智慧的站控系統(tǒng)。該站控系統(tǒng)主要由現(xiàn)場儀表、執(zhí)行機構(gòu)、通訊系統(tǒng)、遠端檢測單元（RTU）、可編程控制器（PLC）、組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、功圖計量與工況分析軟件等八大部分組成。同時利用組態(tài)軟件強大的界面顯示功能、良好的開放性、豐富的模塊、強大的數(shù)據(jù)庫、可編程的命令語言、周密的系統(tǒng)安全防范、極強的仿真能力等優(yōu)點，實現(xiàn)對油井工況智能診斷、自動投球、單井功圖算產(chǎn)、視頻智能監(jiān)控、抽油機遠程調(diào)沖次、遠程注水量調(diào)配等數(shù)十種功能。大大降低了員工的勞動強度，改進了生產(chǎn)運行模式，使油田的運行更加智慧化。

4 結(jié)論

4.1 利用智慧工程壓縮生產(chǎn)層級，轉(zhuǎn)變生產(chǎn)模式，提高油田運行效率

按照智慧工程的頂層設(shè)計及數(shù)字化功能設(shè)置，對油、水井、站整合為以站控中心為中樞的一體化生產(chǎn)管理模式，并配置形成相應(yīng)管理體系，實現(xiàn)“一個簡化、兩個轉(zhuǎn)變、三個提升”，做到“指揮靈活、反應(yīng)快捷、全面深入”。一個簡化是指管理層級簡化，由“分公司-作業(yè)區(qū)-采油站”的三個生產(chǎn)層級減少到“分公司-作業(yè)區(qū)”的兩個生產(chǎn)層級，同時合并相關(guān)科室，做到“縱向壓縮、橫向扁平”；兩個轉(zhuǎn)變是指由經(jīng)驗管理向量化管理模式轉(zhuǎn)變、由搶險運維向組織運維轉(zhuǎn)變；三個提升是指生產(chǎn)監(jiān)控的時間和空間前移—管理水平提升，前端數(shù)據(jù)與專業(yè)研究融合—技術(shù)水平提升，技能培訓(xùn)工作深入開展—運維能力提升。

4.2 突出站控中心的核心和中樞作用，使之成為油田生產(chǎn)的“大腦”

站控中心建設(shè)在聯(lián)合站內(nèi)，借助數(shù)字化平臺對站內(nèi)系統(tǒng)、站外系統(tǒng)、輸油管道系統(tǒng)各工藝環(huán)節(jié)運行狀況全方位的定點、定時、定標(biāo)準(zhǔn)、定計劃、定業(yè)務(wù)流程進行實時遠程監(jiān)控和巡檢。并承擔(dān)起作業(yè)區(qū)調(diào)度的所有業(yè)務(wù)職能，對生產(chǎn)運行進行全面的協(xié)調(diào)、調(diào)度和指揮，從而形成快速反應(yīng)并涵蓋生產(chǎn)運行和應(yīng)急處理兩個環(huán)節(jié)的數(shù)字化生產(chǎn)管理模式。

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