彭遠(yuǎn)志，鄭樹偉

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江524057）

1 油田群信息化建設(shè)現(xiàn)狀與趨勢

21世紀(jì)是信息技術(shù)快速發(fā)展的時(shí)代，油田的建設(shè)也應(yīng)該向著智能化的方向發(fā)展。智能油田實(shí)際上是數(shù)字化油田發(fā)展的一種高級形態(tài)，是未來油田發(fā)展的必然趨勢，數(shù)字油田的建設(shè)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)經(jīng)營活動繁雜統(tǒng)計(jì)工作的自動化、標(biāo)準(zhǔn)化，這個(gè)過程是一個(gè)知識的應(yīng)用過程，而智能油田則可以實(shí)現(xiàn)利用計(jì)算機(jī)以及相關(guān)的智能設(shè)備來代替人腦進(jìn)行分析和總結(jié)，在這個(gè)過程中智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)了信息的創(chuàng)造以及共享。智能油田正在逐步向著實(shí)現(xiàn)油田一體化、協(xié)同化、實(shí)時(shí)化、可視化、共享化等方向發(fā)展[1]。

美國管理信息系統(tǒng)專家諾蘭將信息系統(tǒng)進(jìn)化劃分為初始階段、擴(kuò)展階段、控制階段、統(tǒng)一階段、數(shù)據(jù)管理階段、成熟階段共6 個(gè)階段。中國海油建設(shè)了多個(gè)管理與應(yīng)用系統(tǒng)，包括勘探類信息管理系統(tǒng)、開發(fā)生產(chǎn)信息系統(tǒng)、財(cái)務(wù)系統(tǒng)等，覆蓋到了公司業(yè)務(wù)的方方面面。近年，中國海油成功實(shí)施了目的為整合信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源A2 項(xiàng)目，從諾蘭模型的角度看，無疑中國海油的信息化系統(tǒng)已處在高級階段[2]。

2 結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)智能分析與應(yīng)用

智能油田集勘探、開發(fā)、采油、修井于一體，信息管理技術(shù)不僅是數(shù)據(jù)采集，海量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸和處理也是關(guān)鍵，尤其是結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，是智能油田建設(shè)的基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于指導(dǎo)油田勘探、生產(chǎn)、管理決策和電子商務(wù)等環(huán)節(jié)[3]。

某海上油田群開發(fā)將近三十年，共計(jì)25 座平臺，近300口油井，點(diǎn)多面廣，陸地管理人員通過信息管理技術(shù)的提升，不斷開發(fā)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的智能分析與應(yīng)用，為油田高效開發(fā)和產(chǎn)量任務(wù)完成提供保障。

2.1 油井智能預(yù)警

油井是產(chǎn)量的根基，生產(chǎn)時(shí)率是產(chǎn)量的保障，電潛泵井在油井中的占比約為90%，電潛泵舉升是保基產(chǎn)、促增產(chǎn)的重要手段，電潛泵井管理質(zhì)量直接影響年度產(chǎn)量。傳統(tǒng)的油井管理基于參數(shù)變化幅度和經(jīng)驗(yàn)門限進(jìn)行報(bào)警，故障覆蓋率低，油田發(fā)現(xiàn)問題后反饋至生產(chǎn)部，技術(shù)人員再介入，時(shí)間滯后。另外，隨著油田陸續(xù)開發(fā)，機(jī)采井逐年增多，井筒及地面設(shè)施逐漸老化，故障概率增加，人員配置日顯不足。

針對上述問題，團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一套高覆蓋、高時(shí)效、智能化預(yù)警功能模塊，利用結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)通過科技系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化管理。

第一步，常規(guī)電潛泵井判異模式為單純門限閾值，團(tuán)隊(duì)在此基礎(chǔ)上建立了基于SPC（Statistical Process Control 一種借助數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法的過程控制工具）的單參數(shù)預(yù)警模型，在國標(biāo)GB/T 4901—2001《常規(guī)控制圖》常用的10種判異準(zhǔn)則下，可以識別參數(shù)7種狀態(tài)，通過優(yōu)化判異準(zhǔn)則，擴(kuò)展出13類故障類型，提高參數(shù)的預(yù)警時(shí)效與覆蓋率。

第二步，基于決策樹的故障診斷模型，從單參數(shù)預(yù)警判異到多參數(shù)組合模型對電潛泵井故障診斷，“電潛泵井故障診斷技術(shù)”為決策樹的建立奠定基礎(chǔ)?；诤Ｓ蛯?shí)踐、參考同行經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)具體油田的井史資料，確定不同故障的敏感參數(shù)，提煉出每個(gè)故障類型對應(yīng)的多條敏感參數(shù)的組合與權(quán)值。最終形成對應(yīng)12個(gè)故障類型的416個(gè)決策樹模型，見圖1。

圖1 電潛泵故障類型對應(yīng)的決策樹模型

系統(tǒng)已投入使用多年，預(yù)警覆蓋率100%，同時(shí)，通過預(yù)警系統(tǒng)大幅減少動態(tài)分析、自主故障排查、多部門故障會診、修井資源協(xié)調(diào)時(shí)間，每井次平均節(jié)約時(shí)效27天，年生產(chǎn)時(shí)率提升1%，年經(jīng)濟(jì)效益近千萬元。

2.2 計(jì)量監(jiān)測與修正

油田群點(diǎn)多面廣，不同時(shí)期、不同模式開發(fā)的平臺計(jì)量器具配置不同，出現(xiàn)某級計(jì)量器具缺失、混相計(jì)量精度低、產(chǎn)量上報(bào)方式不統(tǒng)一等問題，最終導(dǎo)致油田真實(shí)產(chǎn)量不清楚，單井核實(shí)系數(shù)低。

受海上平臺空間和費(fèi)用限制，無法簡單地通過新增流量計(jì)方式配齊各級流量計(jì)，同時(shí)受技術(shù)限制，目前也無法找到精度更高的混相流量計(jì)。為此，短期只能依靠科技管理手段緩解矛盾。

計(jì)量分為單井、平臺、油田和油田群共4 級，油田群進(jìn)儲罐后商業(yè)計(jì)量的銷售數(shù)據(jù)為最終核實(shí)產(chǎn)量，在目前計(jì)量器具配置情況下，采用以下方式建立了計(jì)量監(jiān)測與動態(tài)修正手段。

第一步，通過關(guān)鍵數(shù)據(jù)傳輸建設(shè)實(shí)現(xiàn)了流量計(jì)數(shù)據(jù)動態(tài)監(jiān)測，各級流量計(jì)累計(jì)液量和含水?dāng)?shù)據(jù)上線，用于每日監(jiān)測各油田不同級別流量計(jì)上報(bào)的差異，指導(dǎo)工作優(yōu)化方向。

第二步，通過每個(gè)油田停產(chǎn)時(shí)段終端進(jìn)罐量差異，確定每個(gè)油田的產(chǎn)量并確定該油田級流量計(jì)產(chǎn)量上報(bào)系數(shù)，油田級流量計(jì)缺失的油田則采用二次修正系數(shù)的方式上報(bào)產(chǎn)量。

第三步，通過每個(gè)平臺停產(chǎn)時(shí)段油田流量計(jì)數(shù)據(jù)差異，確定每個(gè)平臺的產(chǎn)量并確定該平臺級流量計(jì)上報(bào)系數(shù)，平臺級流量計(jì)缺失的平臺則采用二次修正系數(shù)的方式上報(bào)產(chǎn)量。

第四步，根據(jù)平臺產(chǎn)量與單井流量計(jì)數(shù)據(jù)差異，重新標(biāo)定單井流量計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)單井核實(shí)系數(shù)接近1。

按此4 個(gè)步驟反復(fù)循環(huán)，閉合管理，實(shí)現(xiàn)計(jì)量監(jiān)測與動態(tài)修正。

通過計(jì)量監(jiān)測與修正功能模塊開發(fā)實(shí)現(xiàn)了對計(jì)量結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的有效應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了計(jì)量監(jiān)測與修正，緩解了油田真實(shí)產(chǎn)量不清楚，單井核實(shí)系數(shù)低給油藏開發(fā)研究造成的困難。

2.3 智能注水管理

油田群注水油田生產(chǎn)井多、工藝復(fù)雜，并且面臨著老油田已全面進(jìn)入中高含水期等問題，仍靠現(xiàn)有的人員配置線下進(jìn)行資料處理、動態(tài)跟蹤、調(diào)配方案編制、考核評價(jià)等工作較為困難，工作效率和管理水平低下。

針對上述問題，團(tuán)隊(duì)以開發(fā)生產(chǎn)信息系統(tǒng)等已有數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源頭，在開發(fā)生產(chǎn)信息系統(tǒng)架構(gòu)下搭建海上油田智能注水管理模塊。整合注采井相關(guān)數(shù)據(jù)、資料及成果，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、高效利用及深度挖掘；實(shí)時(shí)對油水井生產(chǎn)動態(tài)、開發(fā)效果等進(jìn)行預(yù)測預(yù)警和動態(tài)評價(jià)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)注采矛盾；基于注采連通關(guān)系、注水井劈分系數(shù)等已有成果，考慮對相鄰油井的影響分析，自動計(jì)算最優(yōu)注水調(diào)配方案，指導(dǎo)生產(chǎn)優(yōu)化；同時(shí)滿足管理上對注水效果跟蹤評價(jià)、措施工作量跟蹤統(tǒng)計(jì)、年度注水任務(wù)跟蹤考核等相關(guān)統(tǒng)計(jì)圖表的輸出需求，提高注水油田管理水平。

通過智能注水管理功能開發(fā)實(shí)現(xiàn)了對注水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的有效應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)油藏、測試、工藝、地面、作業(yè)等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)/資料規(guī)范管理及信息融合共享，通過對油水井生產(chǎn)動態(tài)監(jiān)測、開發(fā)指標(biāo)預(yù)測預(yù)警和動態(tài)評價(jià)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)問題與注采矛盾，基于注采連通關(guān)系、注水井劈分系數(shù)等已有成果，考慮對相鄰油井的影響分析，自動計(jì)算最優(yōu)注水調(diào)配方案，指導(dǎo)生產(chǎn)優(yōu)化，同時(shí)滿足管理上對注水效果跟蹤評價(jià)、措施工作量跟蹤統(tǒng)計(jì)、年度注水任務(wù)跟蹤考核等統(tǒng)計(jì)圖表的輸出需求，從而實(shí)現(xiàn)海上油田精細(xì)注水、高效注水的目的。

2.4 化學(xué)藥劑智能監(jiān)控

化學(xué)藥劑是海上油田重要生產(chǎn)物料，由于其運(yùn)輸和使用時(shí)間較長，采購和出入庫存在較大的時(shí)間差，不便于精細(xì)管理。另外，各化學(xué)藥劑供應(yīng)商包裝和規(guī)格不一致、補(bǔ)充化學(xué)藥劑手段落后、化學(xué)藥劑注入泵排量不穩(wěn)定和化學(xué)藥劑流量計(jì)缺失，最終導(dǎo)致化學(xué)藥劑損耗多，理論注入量和實(shí)際注入量存在差異。

針對上述問題，團(tuán)隊(duì)以開發(fā)生產(chǎn)信息系統(tǒng)等已有數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源頭，在開發(fā)生產(chǎn)信息系統(tǒng)架構(gòu)下開發(fā)化學(xué)藥劑智能監(jiān)控功能模塊，利用現(xiàn)有各類系統(tǒng)，采用以下方式建立了化學(xué)藥劑監(jiān)測與動態(tài)手段，實(shí)現(xiàn)化學(xué)藥劑全生命周期監(jiān)控。

第一步，通過通訊傳輸協(xié)議將MAXIMO 系統(tǒng)和SAP系統(tǒng)的化學(xué)藥劑采購、出庫、入庫等信息傳輸至開發(fā)生產(chǎn)信息系統(tǒng)，與開發(fā)生產(chǎn)信息系統(tǒng)添加量、實(shí)際消耗量、理論消耗量等信息進(jìn)行匯總、組合。

第二步，設(shè)定采購合理指數(shù)、庫存管理指數(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量指數(shù)、操作精細(xì)指數(shù)4個(gè)關(guān)鍵指數(shù)，計(jì)算公式分別為：采購合理指數(shù)＝采購量/添加量；庫存管理指數(shù)＝出庫量/添加量；產(chǎn)品質(zhì)量指數(shù)＝消耗量/添加量；操作精細(xì)指數(shù)＝添加量/理論量。

第三步，通過監(jiān)測4 個(gè)關(guān)鍵指數(shù)的月度和年度數(shù)據(jù)，再進(jìn)行橫向各油田指數(shù)對比，找到問題及優(yōu)化方向?；瘜W(xué)藥劑監(jiān)測統(tǒng)計(jì)見表1。

由表1可見，A-A平臺采購指數(shù)高，庫存不規(guī)范；A-B 平臺3 號藥劑加注過量，存在操作不當(dāng)；A-C 平臺化學(xué)藥劑包裝量或添加存在問題；B-A 平臺5號藥劑加注濃度不足。

最終，實(shí)施化學(xué)藥劑智能監(jiān)控系統(tǒng)后，油田可直觀了解到化學(xué)藥劑采購、庫存、操作某個(gè)環(huán)節(jié)存在的問題，A-A 平臺庫存周轉(zhuǎn)天數(shù)從6 個(gè)月下降至2 個(gè)月，A-B 平臺3 號藥劑年消耗量從300 m3下降至200 m3，A-C 平臺4 號藥劑包裝缺陷問題得到反饋解決，B-A 平臺5 號藥劑加注濃度提高至合理濃度，通過化學(xué)藥劑智能監(jiān)控功能模塊開發(fā)實(shí)現(xiàn)了對化學(xué)藥劑結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的有效應(yīng)用，依靠科技手段監(jiān)測各油田化學(xué)藥劑管理水平，指導(dǎo)技術(shù)和管理優(yōu)化方向，提高了管理水平。

3 結(jié)論及建議

油井智能預(yù)警、計(jì)量監(jiān)測與修正、智能注水管理、化學(xué)藥劑智能監(jiān)控等功能模塊在某海上油田群的成功應(yīng)用，有效提升了該油田群的生產(chǎn)效率，降低了其運(yùn)營成本。該思路可指導(dǎo)油田企業(yè)因地制宜地開展各類結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的智能分析與應(yīng)用，數(shù)字化轉(zhuǎn)型可助力企業(yè)核心業(yè)務(wù)提升，推進(jìn)智能油田建設(shè)，保障油田高效開發(fā)和油田企業(yè)高質(zhì)量可持續(xù)綠色發(fā)展。

表1 化學(xué)藥劑監(jiān)測統(tǒng)計(jì)