大慶油田有限責任公司第五采油廠規(guī)劃設計研究所

油田的生產環(huán)節(jié)是石油企業(yè)管理中的重中之重，由于油田的基礎設施地理分布性較廣，各區(qū)域地理環(huán)境和地質條件差異性較大。因此，生產指揮與決策在已知生產動態(tài)信息的基礎上，與具體的遠程實地三維地理信息相聯系，將大幅提高油田企業(yè)生產管理的科技化程度，達到事半功倍的效果。油田在生產開發(fā)過程中，安全性保障是首要任務，對于各種災害的預案制定與快速反應是減少災損失的關鍵。三維系統(tǒng)可以根據受災地點位置快速查詢事故區(qū)周邊地理要素，計算最佳救災路線、財產損失并模擬各種方案的可行性程度。油田企業(yè)作為國家重要的經濟支柱產業(yè)之一，其科技化程度代表該企業(yè)的國際地位與先進水平?！皵底钟吞铩笔鞘推髽I(yè)百年發(fā)展夢想之一，數字油田的實現，需要先進的IT技術保障，而融合GIS技術和三維可視化技術的三維GIS技術正是當今先進IT技術的發(fā)展方向之一。因此，展示數字油田建設成果，需要三維技術保駕護航[1]。

1 三維可視化建設現狀

三維建模運用最新的圖像化處理技術，將數據由傳統(tǒng)的二維平面表現方式轉換為三維立體，構筑虛擬模型來真實地反映客觀事物，在油田建設中使用三維建模技術，已經成為工程建設、管理決策的發(fā)展趨勢。三維數字化、三維可視化及三維智能化運維技術在油氣田行業(yè)的運用，為油田的精細化管理提供了技術支持。

A采油廠于2013年著手開展部分站場的探測與三維建模工作，購置三維激光掃描儀及Skyline 系統(tǒng)平臺，舉辦探測設備、地面三維建模培訓班，為地面設施三維建模奠定基礎，以培養(yǎng)信息化建設精干人才隊伍。截至目前，先后制作了23 座站場的三維模型（7 座聯合站、2 座轉油站、2 座計量間、12座變電所），剩余聯合站將在后續(xù)的數字化建設中逐年完成。

在持續(xù)完善油田站場模型的同時，對注采井、井排道路、電力設施等生產設施根據規(guī)程規(guī)范進行建模。

2 存在的問題

（1）單體模型規(guī)模龐大不成體系。完成全廠23 座站場、11 634 口單井、445.98 km 井排道路的三維模型，但相對關系無法體現，具體使用還停留在瀏覽階段，不能為生產管理提供指導，

（2）設施設備信息單一。只具備圖形數據，站場、單井、道路模型沒有詳細的屬性數據支持，在分析與決策支持方面的能力相對較弱，

（3）油田設施不完善。缺乏地下管網的空間信息，不能有效的形成地上地下一體化的管理模式，在油田通用三維空間信息的網絡化與標準化等方面有待進一步完善，

（4）圖形應用方面存在局限性。與其他生產管理體系的數據共享、服務對接能力較弱。

3 技術管理綜合平臺構建技術路線

圖1 地面技術管理綜合平臺系統(tǒng)框架Fig.1 System framework of surface technology management integrated platform

（1）整體技術架構。平臺建設采取“整體布局、統(tǒng)一設計、分步實施”的模式（圖1），以航拍影像圖為基礎[2]，進行大場景三維展示。以站間、管道等地面設施為研究對象開展信息化油田管理建設工作，實現可視化多維信息交互表達，全方位、多層次、多專業(yè)的綜合管理，油田在科學決策部署、生產運行指揮、動靜態(tài)信息統(tǒng)計分析及輔助規(guī)劃設計等方面的數字化管理。

（2）正射影像圖制作。數字正射影像圖（DOM）是以航攝像片或遙感影像（單色/彩色）為基礎，具有地形圖的幾何精度和影像特征，是三維GIS開展可視化管理、構建“數字油田”的核心基礎信息[3]。

正射影像圖制作主要包括地形地貌影像背景圖編制、1∶2 000立體影像數據處理、1∶2 000數字高程模型制作、1∶2 000數字線劃地圖修正處理及油區(qū)1∶2 000航拍圖編制。

通過與油田地面設施（井場、站場、道路、電力線路等）模型的疊加，可以對油田設施與土地、水系、村屯、工業(yè)項目的交叉沖突進行有效管理（采用無人航拍技術對油區(qū)進行航拍修正，修正后油田三維區(qū)域背景分辨率可達0.3 m）。

（3）地面設施三維模型的展示?；跀底终溆跋駡D的高精度、直觀逼真、信息豐富、現實性強等特點，作為三維站場的背景，評價聯合站、轉油站、計量間、變電所等地面設施模型的精度、現實性和完整性，可直觀反映油田設施周邊環(huán)境的自然信息[4-5]，為油田用地、站場選址、產能規(guī)劃等工作提供圖形依據。

根據空間數據信息采集結果，將采出井、注入井的三維模型精確定位到數字正射影像圖中，真實反映井位分布，方便定位查詢，為管網調整、井位規(guī)劃、工業(yè)項目穿跨越提供支持。

（4）埋地管網補充完善。利用GPS-RTK 測量儀對區(qū)域內的工程數據（單井、管道、電力設施、道路、供排水設施等）進行現場測量和記錄，現場同步收集部分屬性數據，針對站（間）以上管網采取先探測后測繪的方式進行。

對管道根據管徑、輸送介質、埋深等信息進行三維建模[6-7]，根據起點、拐點、終點等空間信息精確定位到影像圖中，反映管線真實走向的同時體現了與周圍自然環(huán)境的關系（圖2）。

圖2 地面設施數據采集Fig.2 Surface facilities data acquisition

（5）油田路網拓撲圖。歷時6 個月處理100 余萬條線劃數據，繪制完成數據量小于3萬條，重新映射了影像圖和現場實際路網的邏輯關系，形成了準確的道路拓撲圖。將處理后的DOM 影像圖加載進入Auto CAD 中，描繪出全廠道路、溝渠、湖泊及陡坡，實現管道、井站的定位及導航，滿足通過步行、乘車等方式開展現場巡檢工作的路線選擇，提高了生產指揮效率，為地理信息定位導航系統(tǒng)實現直觀、互動的可視化信息查詢提供圖形依據。

（6）空間測量。利用點選、框選可在正射影像圖中進行簡單的長度計算和面積計算，降低了員工勞動強度、現場核實頻率，為輔助規(guī)劃設計提供技術手段。

（7）建立常用設備模型庫。完善單體設備（橫向流、核桃殼濾罐、石英砂濾罐等）三維模型，方便在以后的站場建模中直接調用，為確定新建站場站內布局提供輔助手段。

（8）密閉容器內部結構模擬。利用虛擬技術建立天然氣除油器、除油緩沖罐、三相分離器、加熱爐等密閉容器的內部結構模型，同時應用3D 技術打印三相分離器實物模型，提高現場操作人員對設備運行、流程運轉的認知，為應急演練、安全培訓提供技術支持。

4 平臺應用拓展

4.1 與集中監(jiān)控系統(tǒng)對接

在對現實生產體系的準確模型化描述的基礎上，為方便影像圖的深入應用，開展了影像圖切片編碼、動態(tài)數據實時傳輸研究等工作，為進一步實現數據采集自動化、動態(tài)分析及時化提供技術支持。

（1）影像數據處理。傳統(tǒng)的影像圖發(fā)圖需要使用服務器將圖片渲染完成后，將數據全部傳輸到客戶端瀏覽器才能加載，地表正射影像圖大小在40 G以上，嚴重影響了發(fā)布及使用。

通過對大體積影像數據的切片、壓縮，在保證圖像質量的基礎上，可以將數據量縮減至原有的十分之一，依據約定的命名規(guī)則進行存儲，在瀏覽時僅調用需要的圖片，方便在網絡上瀏覽大容量圖像。

（2）數據實時傳輸。應用新型的對象連接與嵌入技術，實現集中監(jiān)控實時數據遠傳。目前井、站數據主要采取就地儀表計量、手工錄取的方式，利用聯合站現場采集數據的計算機發(fā)布OPC 服務，各級管理者通過網頁調用、審核、匯總現場實時數據，供客戶端瀏覽者使用[8]。該技術獨立于平臺并且面向服務，具有較高的安全性，通過新技術的應用，井站數據可實現實時上傳，各級管理人員能及時掌握生產系統(tǒng)運行實時狀態(tài)，實現數據自動采集、信息關聯、數據共享，減少人為失誤，使資料更加準確。

（3）安防能力提升。為了探索數字化建設、油田保衛(wèi)技防、生產管理緊密結合的管控模式，將相控雷達與光學成像技術高度融合，根據監(jiān)測管轄范圍內的雷達系統(tǒng)，快速定位偷盜位置，并根據油田路網拓撲圖，快速制定導航路線，監(jiān)測面積在安防雷達全部實施后可達519 km2，有效降低盜油盜電案件發(fā)生。

（4）與管道信息管理平臺結合。管道信息管理平臺是以“管道完整性管理為標準，全生命周期為理念”開發(fā)的管理平臺，包括管道設計施工、管道穿孔、陰極保護系統(tǒng)、管道日常運行管理四個功能模塊，含管道工藝流程、設計施工、高后果區(qū)管理、風險評估管理、日常運行、更新報廢、失效事件、防腐檢測信息、犧牲陽極信息、強制電流信息管理10個子功能模塊。

全面梳理管道動、靜態(tài)管理流程，建立健全管道數據庫，開發(fā)與A5 的對接接口，配套相應管理軟件，并與埋地管網二、三維聯動圖形相匹配，實現地上地下一體化，同時可根據不同管道的流量、管徑、年限動態(tài)顯示不同顏色，便于區(qū)分[9]。埋地管道圖形與屬性數據的結合，保證站外管道完整性管理，實現動、靜態(tài)信息全方位信息化及可視化優(yōu)質管理，輔助提高專業(yè)化管理效率。

4.2 與數字化移交對接

隨著企業(yè)的不斷發(fā)展，在油田未來建設過程中，設計工作將逐步從二維設計向三維設計轉變，在提高設計效率的同時保證設計精度，實現工程立項、項目設計、現場施工、項目交付等全過程的數據集成。

（1）原始數據的收集整理。轉變技術管理綜合平臺數據存儲結構，除了日常生產動、靜態(tài)基礎數據外，通過對全廠聯合站、轉油站、計量間的設計圖紙、竣工圖紙等建設資料進行數字化處理，在數字化移交全面實施后提供原始數據支持。

（2）數據共享。技術管理綜合平臺和數字化移交都是以三維圖形引擎為支撐，可在彼此系統(tǒng)中實現三維數據的輸入、檢索查詢、調用、處理分析、展示，文檔在線查看、設備參數管理、文檔關聯功能等。

（3）虛擬設備巡檢。在平臺內油田地面設施三維模型全部建設完成后，利用三維數字化設備，可進行巡檢線路模擬、在線開展故障排查。

（4）智能化運維管理。以現有技術管理綜合平臺作為感知層，以三維模型和工藝流程模擬模型為基礎，結合基礎數據庫系統(tǒng)，為智能站場生產運維系統(tǒng)和生產模擬仿真培訓系統(tǒng)等提供底層數據，實現生產運營的智能化管理、離線狀態(tài)的工藝流程可視化模擬、工藝優(yōu)化、操作員仿真培訓等（圖3）。

5 系統(tǒng)整體效果

（1）生產過程各節(jié)點管控效率明顯提高。通過數據自動采集、報警自動檢測、指令快捷下傳、報表自動生成等功能，提高了管控效率。

（2）提升了油田安全監(jiān)控能力。依托數字平臺建設實時監(jiān)控設施運轉、關鍵部位狀況，及時發(fā)現和糾正違規(guī)隱患，掌握了風險防控主動權。

系統(tǒng)建設完成后，以數字化為基礎，優(yōu)化勞動組織架構，由“廠—礦—隊”三級管理變?yōu)椤皬S—作業(yè)區(qū)管理中心”兩級管理，簡化了管理流程，減少了中間環(huán)節(jié)，調度指揮直通基層，管理鏈條短，運行效率高。

圖3 智能化運維管理結構Fig.3 Intelligent operation and maintenance management structure

（3）生產管理實現了三個轉變。三個轉變包括：①手工操作到全自動處理的轉變。巡井方式目前為人工定期巡井，一天巡井兩次，井場手工操作關井，集油閥組間摻水量、配水間注水量人工調節(jié)，通過數字化建設，可實現電子巡井，監(jiān)控室僅需幾十秒可自動停井，單井摻水量、注水量完全實現遠程自動調節(jié)，且恒流穩(wěn)定精準。②斷續(xù)數據點到連續(xù)信息流的轉變。目前井、站數據主要采取就地儀表計量、手工錄取的方式，通過數字化建設，井站數據可實現實時上傳，各級管理人員能及時掌握生產系統(tǒng)運行實時狀態(tài)。③經驗管理到精細化管理的轉變。目前油井單環(huán)摻水量、注水井注水量均為人工粗略調節(jié)，通過數字化建設，油井單環(huán)摻水量可根據回油溫度、注水井注水量可根據注入壓力進行精確調節(jié)，做到精細化管理。

6 結束語

應用Skyline技術成功構建了3DGIS系統(tǒng)，通過將精準影像圖、精細模型與基礎數據相結合，全面展示油田規(guī)劃布局、生產運行、設備參數、輔助設施等一系列數字化信息，為油田規(guī)劃設計、生產指揮、動態(tài)查詢、模擬運行、智能管理、科學研究及培訓教學提供了良好的信息支撐，為全面提升地面工程技術管理水平奠定了堅實基礎。