羅李黎 吳東 張建河

[摘? ? 要] 采油系統(tǒng)4.0的研究，應(yīng)用地面無傳動設(shè)備+現(xiàn)場智能化管理+集中監(jiān)控、無人值守等技術(shù)，實現(xiàn)采油現(xiàn)場智能化管理，統(tǒng)一集中監(jiān)控，場站無人值守，提高油井?dāng)?shù)字化水平，減少員工現(xiàn)場工作量，全面提升勞動生產(chǎn)效率。以提高發(fā)展質(zhì)量、效率效益和提升油田開發(fā)效益為目標(biāo)，運用全新的理念、全新的技術(shù)、全新的模式，全面實現(xiàn)油田信息管理的物聯(lián)化和智能化。文章針對采油系統(tǒng)4.0技術(shù)進(jìn)行研究，并結(jié)合現(xiàn)場進(jìn)行應(yīng)用，供讀者參考。

[關(guān)鍵詞] 采油系統(tǒng)4.0;物聯(lián)網(wǎng);視頻監(jiān)控;智能化;大數(shù)據(jù)

1? ? ? 采油系統(tǒng)4.0概述

智能油田在數(shù)字油田基礎(chǔ)上進(jìn)行智能化開發(fā)，智能油田是油田未來的發(fā)展方向，以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)智能分析平臺為中心，通過分析海量的數(shù)據(jù)實時完成資源的合理調(diào)配、生產(chǎn)優(yōu)化運行、故障判斷、風(fēng)險預(yù)警等，最終實現(xiàn)油田的智能化管理。

從生產(chǎn)管理實際需要出發(fā)，為了解決生產(chǎn)現(xiàn)場管理中遇到的困難，開展采油系統(tǒng)4.0的研究，實現(xiàn)地面無傳動設(shè)備，采油現(xiàn)場智能化管理，統(tǒng)一集中監(jiān)控，場站無人值守，提高油井?dāng)?shù)字化水平，減少員工現(xiàn)場工作量，全面提升勞動生產(chǎn)效率。借助工業(yè)4.0概念，基于采油廠采油模式和技術(shù)水平發(fā)展到的不同階段，提出采油系統(tǒng)4.0模式，應(yīng)用地面無傳動設(shè)備+現(xiàn)場智能化管理+集中監(jiān)控、無人值守等技術(shù)，運用全新的理念、全新的技術(shù)、全新的模式，全面提升生產(chǎn)管理效益，促進(jìn)生產(chǎn)組織方式變革，全面實現(xiàn)油田信息管理的物聯(lián)化和智能化。

2? ? ? 采油系統(tǒng)4.0在油田建設(shè)中的應(yīng)用

為了優(yōu)化油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)思路、方法，探索油田高效開發(fā)、建設(shè)、生產(chǎn)模式，結(jié)合油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范，該系統(tǒng)總體架構(gòu)分為三個層次，第一層為現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控的感知層，第二層為數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏攲樱谌龑訛樯a(chǎn)管理的應(yīng)用層。

采油系統(tǒng)4.0主要包括油區(qū)井站生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，物聯(lián)網(wǎng)覆蓋率100%;生產(chǎn)計量含水自動化;站場集中監(jiān)控及自動控制;視頻監(jiān)控、語音廣播油區(qū)及站場覆蓋;集輸管網(wǎng)泄漏監(jiān)測;數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)油區(qū)全覆蓋;生產(chǎn)監(jiān)控與管理集中統(tǒng)一監(jiān)控，生產(chǎn)數(shù)據(jù)實現(xiàn)智能管理、分析、應(yīng)用。該模式實現(xiàn)了采油生產(chǎn)過程優(yōu)化，采油井場優(yōu)化智能化，具體應(yīng)用如下。

2.1? ?變革工藝流程，采油生產(chǎn)過程優(yōu)化

過去，傳統(tǒng)油田生產(chǎn)采用二級布站模式，即單井-計量站-處理站生產(chǎn)模式，計量站有人值守，人工計量，含水為人工取樣，人工化驗;集輸管網(wǎng)為枝狀匯聚，管網(wǎng)多，征地多，投資大;一線員工用工多，工作量大，勞動強度高。傳統(tǒng)油田采集井口油壓、回壓、套壓、溫度等參數(shù)。通過應(yīng)用采油系統(tǒng)4.0模式，采油現(xiàn)場無傳動設(shè)備，采用無桿泵采油，井場應(yīng)用單井液量含水自動計量撬，實現(xiàn)了采油工藝流程變革，采油生產(chǎn)過程的優(yōu)化，具體體現(xiàn)在以下三個方面：

（1）新型作業(yè)區(qū)取消計量站環(huán)節(jié)，由二級布站模式優(yōu)化為一級布站模式，即單井-聯(lián)合站，這種方式合理優(yōu)化了集輸管網(wǎng)布局，管網(wǎng)由枝狀匯聚變?yōu)榫€型串接，這種集輸模式無須建設(shè)計量站，不斷減少管網(wǎng)，減少征地，節(jié)約投資，實現(xiàn)節(jié)能降耗，工藝流程變革。

（2）單井在線含水自動計量撬是由稱重式單井液量計量儀與微波含水儀組合，統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口，實時采集瞬時液量和瞬時含水?dāng)?shù)據(jù)，通過RTU的程序算法，生成單井日產(chǎn)油量、日綜合含水和日產(chǎn)液量等生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并實時上傳至中控室監(jiān)控機，自動形成生產(chǎn)報表供日常生產(chǎn)分析使用。數(shù)據(jù)采用無線傳輸，操作人員在中控室可實現(xiàn)24小時自動計量，在線監(jiān)測含水。

（3）數(shù)據(jù)采集由井口數(shù)據(jù)的監(jiān)測變?yōu)榫聣毫?、溫度、電壓、電流、轉(zhuǎn)速等參數(shù)的監(jiān)測，對生產(chǎn)參數(shù)和關(guān)鍵流程進(jìn)行自動化建設(shè)，實現(xiàn)采油生產(chǎn)過程的優(yōu)化。

2.2? ?改變巡井模式，采油井場智能優(yōu)化

隨著油田的大力開發(fā)，管理井?dāng)?shù)增加、工作量日益增多，安全風(fēng)險突出，制約油田發(fā)展。通過自動化建設(shè)，可將傳統(tǒng)的人工巡檢，變?yōu)楣收涎矙z，實現(xiàn)生產(chǎn)運行的集中管理和控制，最終實現(xiàn)節(jié)能、節(jié)約運行成本的目標(biāo)。

通過井場物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，在井場安裝壓力變送器、溫度變送器、一體化示功儀等自動化儀表，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。通過井場安裝視頻監(jiān)控，實現(xiàn)油田現(xiàn)場視頻圖像采集。通過對井場優(yōu)化、智能化建設(shè)，實現(xiàn)巡井模式的改變，由日常巡檢變?yōu)楣收涎矙z。具體體現(xiàn)在以下兩個方面：

（1）通過井口RTU將井下和井口的各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動采集到生產(chǎn)指揮中心數(shù)據(jù)庫，并能夠跟標(biāo)準(zhǔn)值比對，實現(xiàn)生產(chǎn)預(yù)警，并可實現(xiàn)生產(chǎn)指揮中心遠(yuǎn)程調(diào)參，抽油機遠(yuǎn)程啟停、機泵的變頻控制、閥門的遠(yuǎn)程控制等遠(yuǎn)程控制功能。

（2）通過井場視頻監(jiān)控技術(shù)，實現(xiàn)現(xiàn)場巡井向桌面巡井的變革。視頻監(jiān)控對井場設(shè)備、環(huán)境、人員作業(yè)實時監(jiān)控，實現(xiàn)對油田現(xiàn)場的視頻圖像采集和周界防范，實現(xiàn)對外來闖入人員的警告。通過行為分析，實現(xiàn)人工或自動向井場喊話，對闖入者進(jìn)行喊話警示，還可以讓監(jiān)控中心與井場工作人員進(jìn)行語音互動和交流。實現(xiàn)井場無人值守，節(jié)約用工成本，提高工作效率。

2.3? ?創(chuàng)新油田管理，油田生產(chǎn)智能調(diào)度

油田生產(chǎn)管理涵蓋采油、工藝、地質(zhì)、生產(chǎn)運行、安全環(huán)保等多個領(lǐng)域，油田管理需要高質(zhì)量、高水平的推進(jìn)，創(chuàng)新油田管理模式，建設(shè)實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)處理智能化、生產(chǎn)指揮信息化、生產(chǎn)動態(tài)實時監(jiān)控，提高生產(chǎn)組織和指揮效率。油田生產(chǎn)智能指揮系統(tǒng)，就像給決策者安裝了“千里眼”和“順風(fēng)耳”，決策者坐在辦公室只需面對電腦，輕輕一點鼠標(biāo)，就可以直視油井工況與生產(chǎn)現(xiàn)場，為油田管理指揮調(diào)度，實現(xiàn)了生產(chǎn)運行效率的提高。具體體現(xiàn)在以下五個方面：

（1）視頻監(jiān)控隨意調(diào)取，在監(jiān)控大廳指揮平臺隨意調(diào)取且滾動播放;選取觀看時自由篩選單井或者多井，對于措施井、施工井等分組排列，便于統(tǒng)一查看;向井場語音喊話，對跑油、人員異常進(jìn)入、人員異常行為提示報警;所有單井、拉油點視頻隨時調(diào)取記錄能保存90天;非本單位人員進(jìn)入井場由監(jiān)控人員遠(yuǎn)程開啟。

（2）原油拉運根據(jù)液位及流量自動測算、自動排序，方便生產(chǎn)調(diào)度安排原油拉運;單罐井拉油油罐車及儲罐出液口自動上鎖、解鎖、裝液量計量、裝卸液及拉運過程取證監(jiān)測，任務(wù)指令下發(fā)及遠(yuǎn)程監(jiān)控。

（3）指揮調(diào)度模塊根據(jù)不同分組的單井壓力、溫度、液位、綜合液量、日綜合含水、日綜合油量等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)生異常的時候，數(shù)據(jù)顯示為紅色，提示監(jiān)控人員查看;監(jiān)控人員可以直接輸入井號進(jìn)入到監(jiān)控畫面，也可以查看指定的單井或者多井的綜合參數(shù);指揮控制中心對作業(yè)區(qū)所有單井及拉油點進(jìn)行實時監(jiān)控，并對報警進(jìn)行處理。

（4）資料報表模塊所有數(shù)據(jù)自動篩選生成報表，崗位人員負(fù)責(zé)審核數(shù)據(jù)、上傳生產(chǎn)數(shù)據(jù);報表查詢可以按照用戶意愿，能查找分鐘數(shù)據(jù)、半小時數(shù)據(jù)、小時數(shù)據(jù)、日數(shù)據(jù)等，可以選取1日、1周、1月的數(shù)據(jù);報表分為生產(chǎn)、報警和設(shè)備運轉(zhuǎn)類報表，可以實時或者歷史調(diào)用并打印;實現(xiàn)曲線的編輯功能，按照意愿把單井或者多口井的油壓、套壓、回壓、含水、計量、單罐液面等幾組數(shù)據(jù)曲線綜合在一個頁面里，并且可以自由地選取時間段來調(diào)取曲線，當(dāng)發(fā)生問題時，用戶可以根據(jù)多條曲線交叉比快速發(fā)現(xiàn)問題，從而找到解決辦法。

（5）報警模塊將所有單井、集中拉油站溫度設(shè)置連鎖，壓力、溫度、流量、硫化器以及煙感和溫感等異常參數(shù)報警;單井的壓力、液位、溫度等值報警上下限由用戶自行設(shè)定修改;井場實現(xiàn)周界報警、井場原油泄漏等異常自動報警;報警可篩選，用戶可根據(jù)需要查詢報警，建立報警及事件記錄。

油田生產(chǎn)智能指揮系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)分級授權(quán)實現(xiàn)對操作人員與管理人員的不同權(quán)限管理。

2.4? ?建立大數(shù)據(jù)，提供精準(zhǔn)智能分析

油田數(shù)據(jù)庫包括的主要內(nèi)容有單井、區(qū)塊的日月報數(shù)據(jù)、試井與生產(chǎn)測井?dāng)?shù)據(jù)、分析化驗數(shù)據(jù)、井下作業(yè)和地理信息數(shù)據(jù)等，數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)資源種類齊全、質(zhì)量高。大數(shù)據(jù)利用物聯(lián)網(wǎng)診斷單井問題，使用大數(shù)據(jù)技術(shù)對油田進(jìn)行全面感知、分析預(yù)測、優(yōu)化決策找到油水井生產(chǎn)規(guī)律，從而有助于油田生產(chǎn)管理指揮。大數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)庫的整理流程是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為信息，將信息轉(zhuǎn)化為知識，再將知識轉(zhuǎn)化為智慧。這個過程應(yīng)用于油田可以理解為是對油田的生產(chǎn)和管理工作。

大數(shù)據(jù)的處理具體體現(xiàn)在七個方面：對數(shù)據(jù)的提取和收集、清洗數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)找到潛在的內(nèi)在價值規(guī)律、建立預(yù)測模型、對結(jié)果進(jìn)行可視化估計、驗證結(jié)果、評估模型。建立大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，為油田的下一步勘探開發(fā)、油井分析、油田管理提供精準(zhǔn)智能的數(shù)據(jù)分析。

3? ? ? 采油系統(tǒng)4.0應(yīng)用效果分析

（1）實現(xiàn)采油工藝優(yōu)化，井場生產(chǎn)智能化。通過單井-聯(lián)合站的生產(chǎn)模式變革，取消計量站，無計量站投資費用;可縮短單井管線長度，減少單井管線建設(shè)費用;同時，也減少征地費用;對生產(chǎn)參數(shù)和關(guān)鍵流程優(yōu)化;減少地面設(shè)備，減少重復(fù)勞動，提高自動化水平。

（2）工況實時診斷、降低維護(hù)成本。通過對油田生產(chǎn)各環(huán)節(jié)集中監(jiān)控，實現(xiàn)重要設(shè)備、工藝單元、上下游系統(tǒng)的三層預(yù)警與防控，生產(chǎn)運行由事后處置變?yōu)槭虑邦A(yù)警，減少處置工作量。

（3）生產(chǎn)全面感知、實現(xiàn)精細(xì)管理。深入研究大數(shù)據(jù)應(yīng)用，充分發(fā)揮自動化、信息化采集的數(shù)據(jù)作用，利用配套系統(tǒng)研發(fā)，指導(dǎo)油田地質(zhì)、工程工藝、設(shè)備運行等工作，借助物聯(lián)網(wǎng)的平臺推進(jìn)油田研究和管理的高效提升。

（4）優(yōu)化工藝參數(shù)、推進(jìn)節(jié)能降耗。通過挖掘物聯(lián)網(wǎng)海量生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)，科學(xué)分析、優(yōu)化提高工藝、油水處理等工藝運行效果，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上可大幅降低生產(chǎn)運行成本。

（5）提升管控能力、實現(xiàn)本質(zhì)安全。通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實時監(jiān)測油氣生產(chǎn)全過程、全流程，生產(chǎn)參數(shù)運行異常、設(shè)備設(shè)施故障等情況得到及時發(fā)現(xiàn)、及時處置，合理減輕了員工在油氣生產(chǎn)場所的停留時間，油田上下游一體化安全環(huán)保管控能力得到加強，應(yīng)急與環(huán)保事件大幅減少，實現(xiàn)了油田生產(chǎn)本質(zhì)安全與周邊自然環(huán)境的和諧統(tǒng)一。

4? ? ? 結(jié)? ? 語

本文基于油田采油模式，研究采油系統(tǒng)4.0，建設(shè)地面無傳動設(shè)備，全面感知油田生產(chǎn)動態(tài)，加強生產(chǎn)過程監(jiān)控，生產(chǎn)管理層級簡化，勞動組織結(jié)構(gòu)優(yōu)化，輔助生產(chǎn)科學(xué)決策，生產(chǎn)運行成本降低，油田綜合效益提升，大數(shù)據(jù)智能分析，推進(jìn)以物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)為核心的生產(chǎn)管理新模式。采油系統(tǒng)4.0的應(yīng)用優(yōu)化了油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)思路與方法，探索了油田高效開發(fā)、建設(shè)、生產(chǎn)模式，為今后類似油田建設(shè)開發(fā)提供了寶貴的經(jīng)驗與方向。

主要參考文獻(xiàn)

[1]王海國.數(shù)字化油田建設(shè)效果與應(yīng)用前景分析[J].信息系統(tǒng)工程，2018（8）：163，165.

[2]趙海霞.物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)分析與發(fā)展探討[J].中國西部科技，2010，9（14）：25-26，43.

[3]張彬，解肖華，黃天虎，等.淺析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)視角下的油田數(shù)字化[J].中國管理信息化，2018，21（14）：48-49.

[4]李兵元，李愷，吳斌，等.油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)分析[J].中國管理信息化，2020，23（3）：102-105.