孫文劍 張瑩 孫偉偉 姚毅立

1大慶油田有限責任公司第五采油廠規(guī)劃設(shè)計研究所

2中國石油集團渤海鉆探工程有限公司第一鉆井工程分公司

《X 油田振興發(fā)展綱要》對于數(shù)字化的要求是逐步從數(shù)字油田發(fā)展為智能油田，最終建成智慧油田[1]。E 采油廠作為老區(qū)油田數(shù)字化建設(shè)示范廠，率先開展了數(shù)字化建設(shè)，秉持建管并重的原則，面對數(shù)字油田儀表運維檢測沒有成熟的經(jīng)驗可借鑒、專業(yè)技術(shù)人員緊缺等矛盾，深入開展了數(shù)字油田儀表運維與檢測工作技術(shù)研究，探索形成了符合生產(chǎn)實際的數(shù)字油田儀表及自控系統(tǒng)維修體系，保障了數(shù)字油田儀表精準，設(shè)備可靠，系統(tǒng)平穩(wěn)，同時為全油田的數(shù)字化運維檢測提供了參考依據(jù)[2-3]。

1 生產(chǎn)需求

1.1 已建站場儀表

目前E 采油廠大中型站場儀表主要包括油、氣、水、電計量儀表，溫度、壓力等自動化儀表，盤裝顯示儀表和安全柵、防雷柵、配電器等轉(zhuǎn)換儀表，共計36 000余塊，具體統(tǒng)計情況見表1。

表1 大中型站場儀表情況統(tǒng)計Tab.1 Statistics of instruments in large and medium stations

1.2 數(shù)字油田新增儀表

根據(jù)E采油廠油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)工程實施方案，預(yù)計數(shù)字油田建成后流量、壓力、溫度、液位、載荷、電參等儀表增加30 000余臺塊，增加種類見表2，主要有井間無線儀表、大中型站場有線儀表等。

表2 數(shù)字油田及產(chǎn)能儀表增加情況Tab.2 Increase of digital oilfield and productivity instruments

1.3 數(shù)字油田控制系統(tǒng)建設(shè)

目前E 采油廠已實施集中監(jiān)控站場有聯(lián)合站、配制站、注入站、變電所等，另有2座聯(lián)合站隨站內(nèi)改造及產(chǎn)能建設(shè)完成控制系統(tǒng)建設(shè)。同時根據(jù)E采油廠油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)工程實施方案，轉(zhuǎn)油站系統(tǒng)共新建可編程控制器（PLC）控制系統(tǒng)20 余套，擴容9套。注水站及水質(zhì)站新建PLC控制系統(tǒng)5 套，擴容2 套。數(shù)字化建設(shè)完成后，全部中型站場均建有控制系統(tǒng)。

1.4 存在的問題

（1）儀表運維方面，目前E采油廠雖具備大中型站場儀表及控制系統(tǒng)的維修能力，對于數(shù)字油田新增的無線儀表和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備目前還不具備維修能力，人員數(shù)量上也不足以承擔全部的維修工作。

（2）儀表檢測方面，目前E 采油廠雖具備油、氣、水、電等計量儀表檢定資質(zhì)，對于數(shù)字油田新增的無線儀表及溫變、壓變等自動化儀表，由于數(shù)量太大，不具備檢測能力。

2 管理思路

2.1 優(yōu)化儀表運維流程

堅持“立足內(nèi)部挖潛、分類外委維修、發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢、降低運維成本”的原則，認真總結(jié)近年站場集中監(jiān)控、運維、檢測經(jīng)驗做法，對標學(xué)習其他油田數(shù)字化運維檢測模式，充分結(jié)合生產(chǎn)運行實際，明確各級職責分工，充分利用新增數(shù)字化儀表三年質(zhì)保期作為緩沖，逐步建立適合E采油廠的數(shù)字化運維管理平臺，保障數(shù)字油田穩(wěn)定高效運行[4]。

（1）建立平臺，遠程診斷。通過建立數(shù)字化運維管理平臺，對前端儀表進行在線實時診斷，發(fā)現(xiàn)故障自動報警，專業(yè)人員指導(dǎo)作業(yè)區(qū)儀表運維專業(yè)化班組進行現(xiàn)場處理，或通過遠程運維的方式予以解決。

（2）現(xiàn)場更換，離線維修。井間現(xiàn)場儀表點多、面廣，與生產(chǎn)運行緊密聯(lián)系，為降低現(xiàn)場維修給生產(chǎn)帶來的影響，改變傳統(tǒng)現(xiàn)場維修的運維方式，按照“現(xiàn)場更換、離線維修”的原則，由相關(guān)單位遠程判斷，確定需要維修時，通知作業(yè)區(qū)儀表專業(yè)化班組對故障儀表進行現(xiàn)場更換，統(tǒng)一送到f研究所或g中心，集中進行離線維修。

（3）以我為主，分類外委。故障儀表集中送至f 研究所或g 中心后，兩家單位根據(jù)自身情況，可采取自主維修或分類外委的方式開展維修。對于常見故障，易于解決的要開展自主維修；對于問題復(fù)雜、專業(yè)技術(shù)性強的故障儀表，要具備故障診斷的能力，掌握問題所在，制定維修解決方案后再進行外委維修。

2.2 完善儀表檢測方式

井間新增無線遠傳儀表，若均延續(xù)傳統(tǒng)實驗室檢測方式，現(xiàn)場拆裝、參數(shù)調(diào)整等工作量巨大[5]。因此，按照“廠內(nèi)為主、外送為輔、量力而行、補足能力”的原則，建議轉(zhuǎn)變無線儀表檢測校驗?zāi)Ｊ剑袁F(xiàn)場校準為主、離線檢測為輔，開展儀表檢測校驗工作，此項工作涉及f研究所和各作業(yè)區(qū)。

（1）現(xiàn)場校準為主、離線檢測為輔。由作業(yè)區(qū)儀表運維專業(yè)化班組定期采用更高精度等級儀表進行現(xiàn)場對比測量，當兩塊儀表測量值相差較大時，需要將被測儀表拆卸送至f 研究所進行實驗室檢測，故障儀表維修完成后，需要通過實驗室檢測合格，進入備件庫作為備用。

（2）健全檢測資質(zhì)、確定檢測周期。目前油田沒有無線儀表檢測標準規(guī)范（包括實驗室校準規(guī)范和現(xiàn)場檢測比對方法），從調(diào)研過程中看，檢定周期一定會延長，延長1 個或者2 個周期，公司目前還沒有確定檢測周期。下一步將根據(jù)公司的企業(yè)標準，結(jié)合運行的實際情況，制定離線檢定的標準，明確不同儀表在多少誤差范圍內(nèi)要開展離線檢定。

3 工作主要技術(shù)思路

3.1 運維檢測體系建設(shè)

3.1.1 運維檢測職責劃分

根據(jù)第五采油廠油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)方案，數(shù)字油田建設(shè)完成后，確立“廠、作業(yè)區(qū)”兩級管理模式，儀表運維檢測按照該模式劃分，廠級儀表運維檢測工作主要由f 研究所和g 中心承擔，油田管理部、生產(chǎn)運行部在儀表運維檢測方面履行監(jiān)督管理、應(yīng)急調(diào)度、制定計劃、績效考核等職能。同時，在各作業(yè)區(qū)成立儀表專業(yè)化運維檢測隊伍，配合f研究所和g中心共同完成儀表運維檢測工作。

（1）f 研究所運維檢測職責。作為現(xiàn)場設(shè)備運維檢測的主要單位，在維持原有大中型站場儀表及控制系統(tǒng)運維檢定方式不變的前提下，儀表運維方面增加井間儀表、無線網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備、雷達、攝像機等前端設(shè)備。儀表檢測增加井間無線儀表的實驗室檢測。

（2）g 中心運維職責。作為平臺及有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運維的主要單位，主要增加雷達、視頻等后端系統(tǒng)，負責作業(yè)區(qū)管控平臺、生產(chǎn)網(wǎng)、辦公網(wǎng)的運維管理。

（3）作業(yè)區(qū)運維檢測職責。作為數(shù)字油田的主要應(yīng)用單位，需要成立專門的儀表運維專業(yè)化班組，除了負責儀表的日常保養(yǎng)、臺賬管理等，儀表運維方面，還需能夠清晰、準確描述儀表故障問題并及時上報，將故障儀表更換為庫存儀表，故障儀表統(tǒng)一報送f 研究所。儀表檢測方面，根據(jù)檢測需求對井間無線儀表進行檢定校驗。

3.1.2 建立廠、作業(yè)區(qū)兩級運維檢測隊伍

廠級隊伍主要為f 研究所和g 中心，目前兩家技術(shù)單位有部分運維檢測技術(shù)人員。數(shù)字油田建設(shè)初期，基本能夠滿足運維需求，但隨著E采油廠數(shù)字化的建設(shè)投運，3年質(zhì)保期的結(jié)束，將不能滿足需求，需要逐年進行補充。目前各礦技術(shù)隊配備了儀表組，部分聯(lián)合站配有儀表工，數(shù)字油田實施后，各作業(yè)區(qū)需要成立儀表運維檢測專業(yè)化班組，負責儀表日常管理、故障上報及現(xiàn)場儀表更換、無線儀表在線檢測等工作，大約8～10 人左右，不要求具有較高的儀表專業(yè)技術(shù)水平，只需要具備一定的動手操作能力。

3.2 運維檢測中心建設(shè)

利用擴建標定間廠房的儀表維修間、實驗室，劃分出三個區(qū)域，分別建設(shè)現(xiàn)場工藝仿真實驗室、遠程運維中心、維修配件庫。

（1）現(xiàn)場工藝仿真實驗室。由于油田集中監(jiān)控站場數(shù)量逐年增加，PLC控制系統(tǒng)種類多、型號不統(tǒng)一，維護困難，需要不斷加強和提高儀表技術(shù)人員的專業(yè)技能，以適應(yīng)數(shù)字化油田發(fā)展要求，為此需建立一個滿足數(shù)字化油田發(fā)展需要的實驗室。設(shè)置水箱、水泵、液位計、流量計、壓力變送器、溫度變送器等設(shè)備，對現(xiàn)場工藝進行仿真模擬，搭建油井控制單元、水井控制單元、計量間/配水間控制單元、面向工業(yè)過程自動化的工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)標準技術(shù)WIA-FA/PA 傳輸系統(tǒng)。同時搭建通用電氣（GE）、西斯耐特（SIXNET）兩套控制系統(tǒng)，仿真現(xiàn)場儀表可分別接入。滿足現(xiàn)場工藝、現(xiàn)場儀表接線、控制系統(tǒng)硬件接線的培訓(xùn)及學(xué)習，以及變頻控制、不同系列PLC上（下）位機開發(fā)調(diào)試需要。

（2）遠程運維中心。在儀表維修間劃分出78 m2的面積作為遠程運維中心，建設(shè)大屏幕、通信設(shè)備、工控機，設(shè)置操作臺、坐席，利用通信設(shè)備與各礦井、間、站進行組網(wǎng)通信，將集中監(jiān)控信號遠傳至運維中心，同時將網(wǎng)管系統(tǒng)介入運維中心。通過運維軟件，對現(xiàn)場設(shè)備參數(shù)及運行情況進行實時分析，及時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場存在的問題，方便維修人員及時發(fā)現(xiàn)及時處理。

（3）維修配件庫及維修平臺。根據(jù)數(shù)字油田儀表運維檢測方案，儀表以現(xiàn)場更換為主，需要逐步建立儀表備件庫，利用儀表3年質(zhì)保期，摸索各類儀表故障頻率，確定所需備份數(shù)量，質(zhì)保期結(jié)束后配足、配齊備份儀表，滿足生產(chǎn)需要。維修創(chuàng)新工作平臺主要配備示波器、萬用表、信號發(fā)生器、焊臺等設(shè)備，作為維修各類儀器儀表和進行研發(fā)的基礎(chǔ)硬件。搭建兩個多層貨架，分別用于備件、專用工具及待修閥門儀表擺放。同時設(shè)置待修變頻器、控制柜擺放區(qū)。

3.3 數(shù)字化運維管理平臺建設(shè)

以創(chuàng)建“數(shù)字采油廠、智慧采油廠”為方向，探索建立“全面感知、智能預(yù)測、聯(lián)動分析、優(yōu)化配置”的運維管理體系，打造網(wǎng)絡(luò)化、敏捷化、協(xié)同化、智能化的運維管理平臺，覆蓋設(shè)施監(jiān)控、日常運行、運維操作、隊伍管理、設(shè)備管理等數(shù)字化運維業(yè)務(wù)，形成廠、作業(yè)區(qū)兩個層級一體化的運維協(xié)同與交流共享環(huán)境，實現(xiàn)數(shù)字化設(shè)備全生命周期管理，保障設(shè)備運行安全，提高運維檢測效率、降低運維成本，實現(xiàn)油田生產(chǎn)提質(zhì)增效[6-8]。

（1）管理平臺技術(shù)架構(gòu)。采用分布式技術(shù)架構(gòu)，依托采油廠數(shù)字化改造和生產(chǎn)運維數(shù)據(jù)庫建設(shè)，建立數(shù)字化運維管理平臺。運維平臺主要分三層，即運維對象層、數(shù)據(jù)資源和支撐平臺、業(yè)務(wù)應(yīng)用層。運維對象層主要實現(xiàn)對現(xiàn)場儀表、傳輸設(shè)備、服務(wù)器、視頻等數(shù)字化設(shè)備的監(jiān)控；數(shù)據(jù)資源和支撐平臺主要實現(xiàn)儀表基礎(chǔ)信息、運維隊伍、配置信息、事件信息、知識庫等數(shù)據(jù)庫建設(shè)；業(yè)務(wù)應(yīng)用層主要實現(xiàn)數(shù)字化運維業(yè)務(wù)的具體應(yīng)用，包括設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、設(shè)備信息管理、運維隊伍管理、運維事件管理、設(shè)備校驗檢測管理、知識庫管理等方面的應(yīng)用。管理平臺技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 管理平臺技術(shù)架構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of technical architecture of management platform

（2）管理平臺基礎(chǔ)信息庫。數(shù)字化運維平臺基礎(chǔ)信息庫主要包括設(shè)備信息庫、運維人員庫、事件庫、知識庫、故障問題庫、配置信息庫6個數(shù)據(jù)庫的建設(shè)與管理工作，主要功能見圖2。

圖2 數(shù)字化運維管理平臺數(shù)據(jù)庫主要功能Fig.2 Main functions of digital operation and maintenance management platform database

設(shè)備信息庫包括儀表安裝、動態(tài)、更新維護、檢測保養(yǎng)等信息的管理；設(shè)備配置信息庫包括儀表配置參數(shù)、功能設(shè)置等；運維人員庫包括儀表在建設(shè)、運行、維修階段，操作人員、安裝隊伍、運維技術(shù)人員信息管理；事件庫包括運維事件的上報、報警運維信息的收集與推送、運維任務(wù)的分派、運維狀態(tài)監(jiān)管、運維結(jié)果反饋等；故障庫包括運維故障和問題的解決方案管理，為后續(xù)故障和問題提出解決方案；知識庫用于收集整理運維事件處理經(jīng)驗、故障問題處理方法方式，以及運維知識的共享，積累的經(jīng)驗和方法為運維事件提供參考，同時也為油田數(shù)字化后的智能化、智慧化應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

（3）管理平臺功能模塊設(shè)計。數(shù)字化運維管理平臺分為設(shè)備庫管理、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、設(shè)備運維管理、設(shè)備變更管理、運維人員隊伍管理、配置信息管理、知識庫管理七個功能模塊，具體模塊設(shè)置見圖3。

圖3 管理平臺功能模塊設(shè)計Fig.3 Design of management platform function module

七大功能模塊可以實現(xiàn)以下功能：儀表從采購入庫、出庫安裝應(yīng)用、運行檢測、維修維護到報廢的全生命周期管理[9-10]；實時監(jiān)測儀表運行狀態(tài)和異常信息等，并及時提供報警信息；全程跟蹤儀表運維事件進度、開始時間、結(jié)束時間；記錄儀表更換事件并更新基礎(chǔ)信息；記錄報修、維修、檢測人員隊伍信息；更換或維修設(shè)備時能遠程進行配置信息的導(dǎo)入；記錄儀表運維處理過程和結(jié)果信息，為后續(xù)的數(shù)字化運維提供參考和技術(shù)支持。

3.4 探索儀表全生命周期管理

數(shù)字化運維平臺應(yīng)用后，建立數(shù)字化油田儀表全生命周期的管理方式，通過對儀表全生命周期各單元管理進行細化，按照正常運行、故障替換離線維修、報廢更新等管理流程，確定了儀表運行管理過程中的3個閉環(huán)管理流程（圖4）。

圖4 儀表全生命周期管理流程Fig.4 Instrument full life cycle management process

（1）正常運行管理閉環(huán)。數(shù)字化儀表安裝完成并經(jīng)過調(diào)試運行后，則正式開始線上運行，該管理閉環(huán)重點在于儀表前期統(tǒng)計、初始檔案管理、網(wǎng)絡(luò)儀表參數(shù)配置記錄，以及制定維護保養(yǎng)細則，確定儀表檢定周期等，確保儀表安全、可靠運行。

（2）故障替換離線維修管理閉環(huán)。數(shù)字化儀表數(shù)量大、分布廣，發(fā)生故障后不能及時處理解決，需要采取先從配件庫取出好用的儀表將故障儀表替換的方式，提高運維工作效率。故障儀表線下維修完成經(jīng)檢測合格后進入配件庫作為備用。

（3）報廢更新管理閉環(huán)。儀表進入報廢管理流程后由相關(guān)單位資產(chǎn)部門進行報廢處理，同時應(yīng)針對儀表點位及參數(shù)進行更新管理，重新進行規(guī)劃、設(shè)計，保證儀表備用庫存。

4 結(jié)論及建議

X油田已全面進入數(shù)字化建設(shè)階段，數(shù)字油田儀表運維檢測是保障數(shù)字油田安全、平穩(wěn)、高效運行的重要工作，是確保數(shù)字油田可持續(xù)發(fā)展的有效保障，對站場本質(zhì)安全及油田生產(chǎn)提質(zhì)增效都具有積極意義，提出的運維檢測管理模式在老區(qū)油田數(shù)字化建設(shè)中有較強的代表性和較好的推廣應(yīng)用前景。

為便于后期運行維護，需在建設(shè)階段對施工建設(shè)基本信息進行嚴格存檔，主要包括施工圖紙，儀表設(shè)備及軟件設(shè)備資料，設(shè)備基礎(chǔ)信息及配置說明，施工建設(shè)日報、周報、月報，設(shè)計變更信息等。

目前E采油廠數(shù)字油田建設(shè)已全面鋪開，只有提前介入，全程跟蹤儀表設(shè)計、安裝、調(diào)試、運維、檢測等各階段，才能快速掌握新型儀表運維檢測技術(shù)。在儀表設(shè)計、安裝、調(diào)試階段了解掌握儀表基礎(chǔ)信息和配置信息，運維階段全程參與廠家質(zhì)保維修，學(xué)習積累運維經(jīng)驗，以逐步適應(yīng)數(shù)字油田儀表檢測運維工作。