艾鵬

（中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司大港油田分公司第二采油廠信息檔案室 天津市 061103）

近年來(lái)，隨著傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)以及云計(jì)算等技術(shù)的不斷發(fā)展，這些都為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了條件。在當(dāng)前油田建設(shè)的進(jìn)程中，數(shù)字化建設(shè)成為發(fā)展趨勢(shì)，且數(shù)字化技術(shù)在油田建設(shè)中日益廣泛，尤其如今數(shù)字化油田已經(jīng)到了發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，這也促使我們需要在油田建設(shè)中明確數(shù)字化和科學(xué)化的發(fā)展目標(biāo)[1]。

1 數(shù)字油田的概念

數(shù)字油田的概念，最早是來(lái)源于數(shù)字地球的說(shuō)法，在1999年是大慶油田的王權(quán)等人首次提出。從廣義來(lái)看，數(shù)字油田指的是油田實(shí)現(xiàn)全面信息化，以信息化技術(shù)手段來(lái)推動(dòng)油田行業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化、可視化和數(shù)字化；從狹義的視角來(lái)看，數(shù)字油田是將油田實(shí)體作為對(duì)象，數(shù)字地球作為技術(shù)導(dǎo)向，在地理空間坐標(biāo)為依據(jù)的前提下，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合，同時(shí)具有智能化、可視化、空間化與網(wǎng)絡(luò)化，利用虛擬技術(shù)和多媒體能夠多維表達(dá)。

數(shù)字油田的主要內(nèi)涵是實(shí)現(xiàn)油田生產(chǎn)的自動(dòng)化和管理信息化。隨著多年的發(fā)展，數(shù)字油田的發(fā)展與技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展日益彰顯出重要的影響力，成為國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)研究的重點(diǎn)[2]。本著當(dāng)前國(guó)家的基本路線，油田企業(yè)在數(shù)字油田的建設(shè)中，要順應(yīng)數(shù)字化發(fā)展的要求和趨勢(shì)，完善數(shù)字油田體系，從而讓物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)助力油田數(shù)字化水平的提高，取得良好的應(yīng)用成效。

簡(jiǎn)言之，數(shù)字油田是油田企業(yè)今后進(jìn)步發(fā)展的方向，更是保證經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、強(qiáng)化市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的表現(xiàn)之一，伴隨著油田開(kāi)發(fā)進(jìn)一步的發(fā)展 ，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)會(huì)成為推動(dòng)數(shù)字油田向高智能趨勢(shì)發(fā)展的重要手段。

2 劉官莊數(shù)字化油田構(gòu)建方案分析

隨著智能化技術(shù)在數(shù)字油田領(lǐng)域的推進(jìn)，利用AI 技術(shù)來(lái)建立高效、精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)分析系統(tǒng)，已經(jīng)成為發(fā)展趨勢(shì)。和過(guò)去傳統(tǒng)的油田建設(shè)方式相比，數(shù)字化油田構(gòu)建可以快速地提取發(fā)展規(guī)律，可以為油田各項(xiàng)業(yè)務(wù)帶來(lái)更加科學(xué)的發(fā)展方案。這是由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主要特征是具有及時(shí)性，且有不間斷性。

在油田的管理期間，將現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)采、倉(cāng)庫(kù)等作為信息原點(diǎn)，采用自動(dòng)化的控制儀器采集數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集的設(shè)備具有很高的專業(yè)性，且可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)性采集，在保證光纖網(wǎng)絡(luò)接入的情況下，就可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并傳輸?shù)叫畔⒐芾須v中心[3]。通過(guò)采集的數(shù)據(jù)，可以給油田相應(yīng)的管理人員在管理中，提供切實(shí)可行的決策依據(jù)，有利于做出正確的判斷，這樣可以避免因?yàn)橐恍┤藶橐蛩囟绊懡Y(jié)果。同時(shí)，對(duì)于收集的信息進(jìn)行綜合處理，然后開(kāi)展運(yùn)算和分析，構(gòu)建分析數(shù)據(jù)模型，了解油田的基本狀況。根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)的達(dá)標(biāo)與否，對(duì)油田的運(yùn)轉(zhuǎn)情況做出正確的判斷。一旦出現(xiàn)診斷的問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)管理和施工人員會(huì)第一時(shí)間處理，這就切實(shí)發(fā)揮了數(shù)據(jù)技術(shù)的高效優(yōu)勢(shì)，這和過(guò)去的油田管理模式相比，節(jié)省了很多勞動(dòng)成本。可以說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在數(shù)字油田建設(shè)中，不僅是整合了先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建了一體化的管理系統(tǒng)，更是保證了油田生產(chǎn)的安全性和高效性[4]。

圖1：數(shù)字油田

圖2：油井進(jìn)口監(jiān)測(cè)示意圖

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提高劉官莊油田數(shù)字化水平的應(yīng)用路徑研究

劉官莊油田按照“優(yōu)化整合、集中監(jiān)控、扁平管理”的原則，有效地轉(zhuǎn)變了生產(chǎn)組織方式，在油氣采集和運(yùn)輸?shù)确矫妫瑢?shí)現(xiàn)了一體化的管理，優(yōu)化了過(guò)去繁雜的管理模式。在推行無(wú)人值守的過(guò)程中，將安全隱患有效降低，人力資源實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化，生產(chǎn)效率也得到明顯的提高，探索出了創(chuàng)新油田發(fā)展模式、可持續(xù)發(fā)展的嶄新道路[5]。

3.1 建立并完善安防系統(tǒng)

劉官莊油田采用可視化的監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)相關(guān)區(qū)域的重要風(fēng)險(xiǎn)因素和站內(nèi)危險(xiǎn)源進(jìn)行全方位的覆蓋，避免出現(xiàn)死角和盲區(qū)，可以實(shí)時(shí)開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，一旦出現(xiàn)突發(fā)事件可以精準(zhǔn)定位。監(jiān)控?cái)z像的安裝位置減少了逆光的出現(xiàn)，可以清楚看清進(jìn)入車輛和人員，監(jiān)控中心能夠全方位地進(jìn)行無(wú)人值守，保障油田生產(chǎn)過(guò)程中的安全性[6]。同時(shí)，劉官莊油田的無(wú)人值守站配有暗安防系統(tǒng)，一旦四周出現(xiàn)入侵，則會(huì)發(fā)出警報(bào)，具有入侵檢測(cè)、安全防控、防盜報(bào)警等作用，且全天連續(xù)性監(jiān)測(cè)，能夠準(zhǔn)確定位入侵地點(diǎn)，將信息傳達(dá)到監(jiān)控中心，起到早干預(yù)、早控制的效果。

3.2 建立無(wú)人值守系統(tǒng)的生產(chǎn)管控中心

數(shù)字油田作為顛覆傳統(tǒng)油田的一種創(chuàng)新模式，是當(dāng)今和未來(lái)的發(fā)展主流趨勢(shì)，無(wú)人值守技術(shù)在數(shù)字油田中應(yīng)用，不僅可以減少油田巡檢人員的工作量，降低維護(hù)和檢修的成本，還能實(shí)現(xiàn)智慧化和信息化的進(jìn)一步融合，真正促使數(shù)字油田實(shí)現(xiàn)智能化的管理，契合當(dāng)前油田領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的要求，對(duì)未來(lái)油田的發(fā)展有著積極的影響。

（1）實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)管。劉官莊油田的生產(chǎn)管控中心作為無(wú)人值守系統(tǒng)的核心部分，利用人力交互技術(shù)，對(duì)油氣生產(chǎn)站場(chǎng)的運(yùn)行開(kāi)展遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制，對(duì)設(shè)備運(yùn)行的數(shù)據(jù)、參數(shù)等實(shí)現(xiàn)綜合處理。同時(shí)，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)可以利用軟件展開(kāi)對(duì)比和分析，出現(xiàn)異常狀況能夠及時(shí)報(bào)警。此外，生產(chǎn)的各種數(shù)據(jù)和趨勢(shì)分布，也可以為相應(yīng)的技術(shù)人員提供判斷依據(jù)。

（2）權(quán)限管控中心可以實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人值守站的設(shè)備進(jìn)行控制。管控中心將操作人員進(jìn)行了賬號(hào)統(tǒng)計(jì)和劃分，而遠(yuǎn)程控制的功能則是體現(xiàn)在一些高權(quán)限的賬號(hào)。系統(tǒng)各個(gè)操作后都會(huì)存留記錄，其中包括登錄的賬號(hào)、時(shí)間和詳細(xì)內(nèi)容。

（3）對(duì)故障設(shè)備實(shí)現(xiàn)應(yīng)急處置。劉官莊油田在無(wú)人值守的建設(shè)模式中，大幅度降低了站內(nèi)員工的巡檢強(qiáng)度。同時(shí)，生產(chǎn)管控中心則具有較高的運(yùn)行診斷能力，可以對(duì)日常設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行有效收集和存儲(chǔ)，從而豐富數(shù)據(jù)庫(kù)。故障應(yīng)急設(shè)置根據(jù)數(shù)據(jù)的變化，診斷出設(shè)備運(yùn)行的問(wèn)題，一旦出現(xiàn)異常報(bào)警，相關(guān)人員會(huì)第一時(shí)間趕到現(xiàn)場(chǎng)處理。

3.3 完善油田數(shù)字化建設(shè)的應(yīng)急管控機(jī)制

建立數(shù)字化應(yīng)急管理體系，可以將數(shù)字化系統(tǒng)有效應(yīng)用在應(yīng)急預(yù)案的管理與運(yùn)行中，更有利于應(yīng)急資源的調(diào)配和管理，實(shí)現(xiàn)預(yù)案模擬，促使施救工作更加標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，對(duì)提高油田企業(yè)的應(yīng)急管理水平有積極的意義。

（1）采用臨時(shí)供電系統(tǒng)，保證短時(shí)間內(nèi)容電量的供給。作為網(wǎng)絡(luò)通信和自動(dòng)化控制的臨時(shí)供電裝置，采用雙路供電的模式，可以起到穩(wěn)定電壓的作用，避免因?yàn)殡娏鬟^(guò)大損壞設(shè)備。同時(shí)，一旦遇到突發(fā)緊急情況，用來(lái)實(shí)現(xiàn)站內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸和報(bào)警，啟動(dòng)應(yīng)急流程[7]。

（2）劉官莊油田采用自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，可以及時(shí)反映設(shè)備故障。當(dāng)收集到的信息和數(shù)據(jù)一旦出現(xiàn)規(guī)律性的變化，超過(guò)警戒的數(shù)值，就會(huì)提醒并報(bào)警。劉官莊油田通過(guò)開(kāi)展抽油機(jī)井工況智能診斷技術(shù)的研究與實(shí)踐，結(jié)合示功圖分析技術(shù)，建立了《抽油機(jī)井故障智能診斷系統(tǒng)》。該系統(tǒng)的核心功能是對(duì)抽油機(jī)井生產(chǎn)過(guò)程中的抽油泵故障進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷，用以協(xié)助油井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)管理人員實(shí)時(shí)掌握抽油機(jī)井的桿、管、泵的工作狀況，為抽油機(jī)井故障判斷同時(shí)對(duì)抽油機(jī)井故障處理流程與處理結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)化管理。系統(tǒng)提供單井生產(chǎn)工況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、對(duì)比分析與故障綜合統(tǒng)計(jì)與處理分析等功能，幫助油井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)管理人員進(jìn)行綜合生產(chǎn)動(dòng)態(tài)管理與決策。

（3）劉官莊無(wú)人值守站的建設(shè)進(jìn)程中，使用了遠(yuǎn)程電控閥門來(lái)對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行控制。數(shù)字化的工藝參數(shù)作為信息采集的根據(jù)，可以控制電動(dòng)閥門，一旦應(yīng)急情況出現(xiàn)，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理。

3.4 先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)設(shè)計(jì)

劉官莊油田在數(shù)字化建設(shè)的過(guò)程中，始終堅(jiān)持科技創(chuàng)新，利用現(xiàn)代化的信息技術(shù)，來(lái)不斷優(yōu)化生產(chǎn)的安全網(wǎng)絡(luò)。在進(jìn)行安全防護(hù)研究中，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)隔離技術(shù)和網(wǎng)閘技術(shù)。其中，網(wǎng)絡(luò)隔離技術(shù)，從字面來(lái)講就是把兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)分開(kāi)，但是這樣的安全是不成立的。從實(shí)際運(yùn)用來(lái)看，劉官莊的網(wǎng)絡(luò)隔離技術(shù)并不是切斷網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，而是在原有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)交換，加工一有害的信息進(jìn)行隔離，適應(yīng)了一些新型的網(wǎng)絡(luò)攻擊手段，在可信任的網(wǎng)絡(luò)范圍外來(lái)保證信息不泄密的前提下，做好數(shù)據(jù)安全，這樣可以有效解決一些特殊的安全問(wèn)題。

此外，網(wǎng)閘技術(shù)的設(shè)計(jì)原理是將網(wǎng)絡(luò)的通用協(xié)議連接切斷，對(duì)數(shù)據(jù)包重新組織，構(gòu)建靜態(tài)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行安全數(shù)據(jù)的審查，確認(rèn)流入內(nèi)部單元的數(shù)據(jù)是安全的，同時(shí)保證內(nèi)部用戶可以獲取需要的數(shù)據(jù)信息。通常網(wǎng)閘是由內(nèi)、外網(wǎng)處理單元及專門隔離硬件交換單元組成。

4 結(jié)論

通過(guò)實(shí)踐表明，劉官莊油田運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提高劉官莊油田數(shù)字化水平的應(yīng)用路徑，堪稱行業(yè)的發(fā)展典范，不僅推動(dòng)了油田信息化建設(shè)的程度，還改進(jìn)了生產(chǎn)工藝，優(yōu)化了企業(yè)組織機(jī)構(gòu)，為傳統(tǒng)油田的發(fā)展探索出新型的發(fā)展之路，實(shí)現(xiàn)了油田無(wú)人值守，推動(dòng)油田實(shí)現(xiàn)了全面數(shù)字化管理新模式?？梢哉f(shuō)，劉官莊油田通過(guò)自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用，必將在未來(lái)的發(fā)展路程中創(chuàng)造出更多的輝煌，也有力地推動(dòng)了油田數(shù)字化變革的步伐，為同行數(shù)字化建設(shè)提供了有力的發(fā)展模式和依據(jù)。