耿關(guān)慶

大慶油田設(shè)計院有限公司

大慶油田儲運與銷售分公司運營與維護(hù)大慶油田多座儲庫和多條長輸管道，并儲存與轉(zhuǎn)運大慶油田的原油與成品油，也接轉(zhuǎn)來自俄羅斯等國的原油，是大慶油田有限責(zé)任公司油氣業(yè)務(wù)鏈的重要環(huán)節(jié)，也是大慶油田公司數(shù)字化改造、智能化運行的重要組成部分。本文通過論述智能化油田儲運系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)、系統(tǒng)架構(gòu)以及系統(tǒng)功能，為油田數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化發(fā)展探索出新的實現(xiàn)路徑。

1 大慶油田儲運信息系統(tǒng)現(xiàn)狀

經(jīng)過多年發(fā)展，大慶油田儲運管理的數(shù)字化信息系統(tǒng)已初步建立，包括原油儲庫完整性管理平臺、數(shù)字化站庫系統(tǒng)、加熱爐控制系統(tǒng)、可燃?xì)怏w火災(zāi)報警系統(tǒng)、消防控制系統(tǒng)、電力控制系統(tǒng)、泵機(jī)組振動監(jiān)測系統(tǒng)、視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)等。上述系統(tǒng)對公司站庫、長輸管道進(jìn)行調(diào)度、控制和管理[1]，保證了管道的正常運行，確保了安全生產(chǎn)，為生產(chǎn)指揮人員提供了及時掌握生產(chǎn)運行動態(tài)的監(jiān)控和管理平臺，也因此成為儲運公司建設(shè)智能化儲運系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)。

1.1 原油站庫三維GIS系統(tǒng)

儲運公司原油站庫三維GIS系統(tǒng)（地理信息系統(tǒng)）完成了儲運站庫管網(wǎng)的探測，站庫設(shè)施三維模型建模等數(shù)據(jù)庫建設(shè)，以及三維GIS 系統(tǒng)的開發(fā)，為原油儲庫生產(chǎn)可視化與輔助決策支持功能提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)GIS平臺，是未來儲運公司智能化運維的基礎(chǔ)平臺。原油站庫三維GIS系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。該系統(tǒng)完成了GIS 基礎(chǔ)平臺框架、二三維聯(lián)動、數(shù)字化站庫接口、油氣儲運數(shù)據(jù)展示、查詢定位及統(tǒng)計、數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系維護(hù)、三維GIS數(shù)據(jù)訪問服務(wù)、三維模型數(shù)據(jù)鏈接等，完成了南一油庫等多座油庫的三維模型與A5（中國石油采油與地面工程運行管理系統(tǒng)）屬性庫鏈接的工作。

圖1 原油站庫三維GIS系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.1 General framework of 3D GIS system for crude oil station and depot

1.2 原油儲庫完整性管理平臺

原油儲庫完整性管理平臺可以實現(xiàn)對油庫內(nèi)設(shè)備完整性的綜合分析，對故障點實現(xiàn)預(yù)警，實現(xiàn)設(shè)備管理從傳統(tǒng)事故應(yīng)對式到預(yù)防性管理的轉(zhuǎn)變，已在儲運公司所有站庫得以應(yīng)用。

1.3 數(shù)字化站庫系統(tǒng)

數(shù)字化站庫系統(tǒng)集成了數(shù)據(jù)自動采集、關(guān)鍵數(shù)據(jù)監(jiān)控報警、設(shè)備運行參數(shù)顯示、動態(tài)及靜態(tài)信息查詢、油庫工藝流程的模擬仿真等模塊，具備斷點續(xù)傳、逆向鏈接、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能，實現(xiàn)了各生產(chǎn)崗位SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控）系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)監(jiān)視和對生產(chǎn)報表的管理，管理人員通過該系統(tǒng)可實時掌握現(xiàn)場情況。

1.4 可燃?xì)怏w火災(zāi)報警系統(tǒng)

可燃?xì)怏w火災(zāi)報警系統(tǒng)將可燃?xì)怏w報警器信號采集至數(shù)字化站庫系統(tǒng)，可燃?xì)怏w報警器已實現(xiàn)集中控制、報警參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測。

1.5 加熱爐控制系統(tǒng)

加熱爐控制系統(tǒng)可對站庫內(nèi)鍋爐、加熱爐的參數(shù)進(jìn)行自動采集，實現(xiàn)了超溫、超壓報警、燃燒控制系統(tǒng)連鎖保護(hù)及控制調(diào)節(jié)、燃?xì)庀到y(tǒng)緊急切斷、歷史信息查詢等功能，還可對鍋爐、加熱爐啟停及運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

1.6 消防控制系統(tǒng)

消防控制系統(tǒng)通過儲油罐區(qū)、消防閥室、消防泵房的消防設(shè)備實現(xiàn)油庫火災(zāi)的及時發(fā)現(xiàn)、報警，并可實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的功能，從而提高了火災(zāi)應(yīng)急處理能力。

1.7 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過WEB 發(fā)布，在管理人員辦公室、分公司、油庫兩級調(diào)度及生產(chǎn)崗位均可查看視頻信息。系統(tǒng)提供監(jiān)控圖像瀏覽與回放、用戶管理、權(quán)限分配、日志記錄和查詢、錄像備份等功能，實現(xiàn)了分公司生產(chǎn)指揮中心、大隊調(diào)度室、小隊生產(chǎn)崗位的三級管理，該系統(tǒng)可在油田局域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下網(wǎng)頁瀏覽。

2 智能化油田儲運系統(tǒng)功能設(shè)計

以智能化技術(shù)的應(yīng)用來推動企業(yè)未來發(fā)展，實現(xiàn)公司業(yè)務(wù)和信息系統(tǒng)的整合，利用數(shù)字化、智能化技術(shù)，以感知、互聯(lián)、數(shù)據(jù)融合為基礎(chǔ)，并通過開展大數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用，推動多系統(tǒng)融合貫通，建立智能化油田儲運系統(tǒng)，實現(xiàn)儲運站庫在感知預(yù)警、運維控制等方面的智能化，全面提升經(jīng)濟(jì)效益。

智能化油田儲運系統(tǒng)將集成儲運與銷售分公司現(xiàn)有數(shù)字化站庫系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等各系統(tǒng)信息，完成全流程質(zhì)量控制與運維管理，可應(yīng)用于生產(chǎn)調(diào)度管控、工藝仿真監(jiān)控、設(shè)備運維管理、管網(wǎng)安全監(jiān)控、故障報警與處置、人員模擬培訓(xùn)等。智能化油田儲運系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 智能化油田儲運系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.2 General framework of intelligent oilfield storage and transportation system

智能化油田儲運系統(tǒng)共分以下四部分：生產(chǎn)運行監(jiān)控、生產(chǎn)指揮可視化、三維管控中心和數(shù)字化協(xié)同辦公。

2.1 生產(chǎn)運行監(jiān)控

油田儲運系統(tǒng)生產(chǎn)運行監(jiān)控包括站庫監(jiān)控，視頻監(jiān)控及其集成管理、智能巡檢以及監(jiān)控預(yù)警。

2.1.1 站庫監(jiān)控

站庫監(jiān)控按照組織機(jī)構(gòu)對站庫運行及站庫設(shè)備采集的各類數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行匯總監(jiān)控管理。

建設(shè)站庫監(jiān)控實現(xiàn)了對站庫運維流程中的各類閥、泵、動轉(zhuǎn)管線的在線視頻監(jiān)控;可獲取各類油、氣、水處理裝置的工藝參數(shù)，可實時獲得設(shè)備異常狀況的異常信息并進(jìn)行推送報警，設(shè)備的實時運行信息可以記錄，并進(jìn)行圖形化顯示[2]；實現(xiàn)了對站庫儲罐各類參數(shù)的實時監(jiān)控、記錄和存儲，并圖形化顯示。當(dāng)液位、溫度、空容、進(jìn)出罐流速、進(jìn)出油狀態(tài)等參數(shù)超過設(shè)定閥值時，系統(tǒng)將接到遠(yuǎn)程實時推送的報警信息[3]。

2.1.2 視頻監(jiān)控

通過與視頻監(jiān)控系統(tǒng)集成，實現(xiàn)多視角視頻監(jiān)測，利用智能化視覺分析技術(shù)，獲取視頻中的目標(biāo)特征，識別事件信息，進(jìn)而根據(jù)設(shè)定的報警規(guī)則進(jìn)行報警。可針對油品泄漏，是否穿戴安全帽、工服，以及異常人員入侵等進(jìn)行智能識別。

2.1.3 智能巡檢

智能巡檢包括站場三維可視化虛擬巡檢、無人機(jī)巡檢、機(jī)器人巡檢。

站場三維可視化虛擬巡檢功能使巡檢人員在虛擬的三維場景中，沿系統(tǒng)中設(shè)定的、與真實站庫內(nèi)一致的路線巡檢[3]，查看巡檢過程中設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)、關(guān)鍵運行數(shù)據(jù)等；查看監(jiān)控視頻以了解安防情況，查看當(dāng)日設(shè)備的耗電量情況和加熱爐耗氣量，以掌握設(shè)備的能耗情況和能耗趨勢曲線。巡檢過程中，通過查看設(shè)備標(biāo)識牌也能夠及時掌握設(shè)備的能耗情況，并及時了解設(shè)備安全情況；相應(yīng)設(shè)備的維保歷史記錄與其設(shè)備基本信息是相關(guān)聯(lián)的，可同時進(jìn)行查詢。

無人機(jī)巡檢、智能巡檢機(jī)器人等巡檢方式，以其特有的技術(shù)優(yōu)勢，可以替代人工進(jìn)行巡檢，實現(xiàn)場站的無人值守，是未來站場及長輸管道巡檢方式的發(fā)展方向[4]。

2.1.4 監(jiān)控預(yù)警

監(jiān)控預(yù)警功能對各類預(yù)警信息進(jìn)行流程化管理，實現(xiàn)智能推送、提醒、跟蹤處置及考核，實現(xiàn)多終端應(yīng)用；實現(xiàn)了異常識別、預(yù)警信息配置管理、預(yù)警信息分級分類推送、報警事件統(tǒng)計分析和預(yù)警處置考核等功能。

2.2 生產(chǎn)指揮可視化

生產(chǎn)指揮可視化模塊可實現(xiàn)全面、實時獲取生產(chǎn)數(shù)據(jù)，把握公司生產(chǎn)經(jīng)營整體運行動態(tài)，通過多維度掌握業(yè)務(wù)開展情況，實現(xiàn)動態(tài)信息穿透聯(lián)動分析，對公司生產(chǎn)經(jīng)營進(jìn)行全面決策和指揮。生產(chǎn)指揮可視化模塊的功能包括生產(chǎn)管理、智能調(diào)度、生產(chǎn)指揮可視化大屏和安全環(huán)保。

2.2.1 生產(chǎn)管理

生產(chǎn)管理功能可以實時監(jiān)控原油儲存、銷售計劃執(zhí)行情況、銷售曲線、原油銷售量等，為原油調(diào)配、安全生產(chǎn)提供信息保障，并基于GIS地圖進(jìn)行查詢與分析，查看油罐、設(shè)備等具體目標(biāo)的運行動態(tài)、壓力曲線、液位變化等信息。

生產(chǎn)管理功能能夠進(jìn)行設(shè)備的智能化管理，通過整合接入設(shè)備“進(jìn)、維、修、檢”等各項基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分級、分類，設(shè)置預(yù)警和警告的值域，在智能化油田儲運系統(tǒng)的監(jiān)測與預(yù)警模塊中，對監(jiān)測預(yù)警與警示功能設(shè)定完整的閉環(huán)流程，實現(xiàn)設(shè)備預(yù)警與警示自動化[5]；通過建立設(shè)備臺賬和設(shè)備履歷，運用信息技術(shù)實現(xiàn)更高效的設(shè)備管理[6]。

生產(chǎn)管理功能能夠監(jiān)測與分析儲庫輸油泵、壓縮機(jī)組、閥門等關(guān)鍵設(shè)備的多種實時狀態(tài)信息，當(dāng)設(shè)備在振動、溫度、流量、電壓及電流運行等方面出現(xiàn)異常時，實現(xiàn)預(yù)警與報警[7]，自動推送維修工單進(jìn)行預(yù)知性維修，保證管道關(guān)鍵設(shè)備的正常運行。

2.2.2 智能調(diào)度

智能調(diào)度功能可實現(xiàn)值班管理和調(diào)度管理，統(tǒng)一了管理生產(chǎn)值班業(yè)務(wù)（公司、前線班組），包括值班記錄填報、例行事務(wù)管理、值班考核等，并通過組織在線、調(diào)度在線管理，實現(xiàn)生產(chǎn)總值班室與二級單位生產(chǎn)辦、二級單位生產(chǎn)辦與前線調(diào)度（場站調(diào)度）的互聯(lián)互通，通過信息群發(fā)管理，實現(xiàn)調(diào)度智能聯(lián)動。智能調(diào)度管理如圖3所示。

圖3 智能調(diào)度管理Fig.3 Intelligent dispatching management

2.2.3 生產(chǎn)指揮可視化大屏

生產(chǎn)指揮可視化應(yīng)用場景是對公司各路生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行集成、梳理、分析，以大屏、PC 等多種方式，以GIS、圖表等多種形式，以靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等多種維度，實現(xiàn)生產(chǎn)運行的可視化展示，方便用戶高效、快捷掌握情況。

生產(chǎn)指揮可視化大屏采用高分渲染技術(shù)，將主要生產(chǎn)指標(biāo)、管網(wǎng)運行數(shù)據(jù)、設(shè)備維護(hù)信息、監(jiān)測預(yù)警信息等在大屏上進(jìn)行綜合展示，滿足“一張圖指揮、一站式查詢、一體化應(yīng)用”功能需求，滿足各級領(lǐng)導(dǎo)參觀訪問、展示匯報等需求，滿足“視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程會商、遠(yuǎn)程指揮”功能需求。

2.2.4 安全環(huán)保

安全環(huán)保功能主要應(yīng)用在兩個方面，分別是施工作業(yè)智能管控和安全風(fēng)險管控。施工作業(yè)智能管控對接地面建設(shè)工程智慧工地，實時查看施工項目信息、現(xiàn)場視頻、項目進(jìn)度、安全、質(zhì)量、人員等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，全面掌控施工現(xiàn)場真實狀況，進(jìn)一步提升施工監(jiān)管水平；安全風(fēng)險管控基于GIS 可視化，以圖層的形式對重點防護(hù)目標(biāo)、安保物資、隱患分布進(jìn)行可視化展示，同時可直接查看各要素詳細(xì)信息，集成重點目標(biāo)出入口、周界的視頻監(jiān)控，預(yù)防潛在危害或突發(fā)事件等。

2.3 三維管控中心

三維管控中心通過搭建GIS 二三維技術(shù)平臺，使實體站庫和虛擬站庫在規(guī)格、參數(shù)、實時動態(tài)數(shù)據(jù)等方面完全一致，并通過平臺的分析、模擬、虛擬演練、虛擬培訓(xùn)和監(jiān)控功能，使實體站庫和虛擬站庫高度融合，實現(xiàn)智能化三維管控功能。

三維管控中心提供三維站庫可視化、地下管線管理、設(shè)備分布與定位、攝像頭分布與定位、設(shè)備分專業(yè)過濾顯示、風(fēng)險源分布、消防物資分布等多場景切換，更加清楚地反映站庫的真實環(huán)境和生產(chǎn)運營的狀態(tài)，進(jìn)而增強(qiáng)平臺對站場安全生產(chǎn)的監(jiān)管能力。

2.3.1 三維數(shù)字化生產(chǎn)監(jiān)控

借助數(shù)據(jù)采集、仿真模擬等技術(shù)，采集設(shè)備數(shù)據(jù)，在三維模式下將儲庫、監(jiān)控設(shè)備、工藝裝置等信息模擬成現(xiàn)實狀態(tài)，直觀掌握相關(guān)設(shè)備儀器的工作狀態(tài)，進(jìn)行實時數(shù)據(jù)瀏覽；工作人員可選取虛擬場景中的相關(guān)設(shè)備，對其屬性、狀態(tài)、行為等參數(shù)進(jìn)行查看，如身臨其境般地管理生產(chǎn)設(shè)備，實現(xiàn)儲庫、設(shè)備、生產(chǎn)、運行等信息狀態(tài)全過程的三維展示、細(xì)節(jié)查看、預(yù)警報警等操作。

2.3.2 三維數(shù)字化視頻監(jiān)控

通過與視頻監(jiān)控系統(tǒng)集成，實現(xiàn)多視角視頻監(jiān)測，在三維場景中定位查看現(xiàn)場區(qū)域監(jiān)控視頻，點擊查看監(jiān)控視頻，可切換不同場景，按需要展現(xiàn)視頻監(jiān)測畫面，為現(xiàn)場人員管理、安全隱患工作提供支持。

2.3.3 三維數(shù)字化設(shè)備管理

儲運站庫設(shè)備的基本信息和實時狀態(tài)與三維模型相融合，通過查看設(shè)備“標(biāo)識牌”，站庫運行維護(hù)人員可以掌握設(shè)備基本參數(shù)、安全情況以及維修保養(yǎng)歷史記錄。

設(shè)備維護(hù)功能使站庫運行維護(hù)人員可以查看設(shè)備基本參數(shù)的同時，維護(hù)與設(shè)備相連接的工單信息，掌握設(shè)備維護(hù)基本流程和狀況。

2.4 數(shù)字化協(xié)同辦公

利用流程引擎、低代碼開發(fā)、移動開發(fā)等技術(shù)，以公司規(guī)章制度為依據(jù)，整理所有日常辦公應(yīng)用需求，分類梳理羅列、理順流程，搭建融合多領(lǐng)域、多部門、跨越時間、空間的協(xié)同辦公平臺[8]，實現(xiàn)在統(tǒng)一平臺上進(jìn)行統(tǒng)籌管理，使整個公司的各種資源可以被迅速找到并集合到一起，實現(xiàn)集中管理、協(xié)同整合、靈活適應(yīng)、有效應(yīng)用的目標(biāo)。

協(xié)同辦公平臺的建設(shè)將趨向移動化和輕量化，通過開發(fā)移動辦公APP，內(nèi)外網(wǎng)各類工作數(shù)據(jù)與應(yīng)用同步更新，保證員工可以通過移動終端隨時隨地辦公。

3 結(jié)論

綜上所述，通過充分分析油田儲運與銷售分公司現(xiàn)有信息化系統(tǒng)現(xiàn)狀，并以此為基礎(chǔ)展望智能化油田儲運系統(tǒng)建設(shè)的發(fā)展方向[9]，即通過應(yīng)用地理信息系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)，以智能化技術(shù)全面提升儲運與銷售公司在生產(chǎn)運行、監(jiān)測與預(yù)警等方面的技術(shù)水平，實現(xiàn)油田儲庫運行與維護(hù)業(yè)務(wù)的智能化，為油田“數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化發(fā)展”[10]提供實踐經(jīng)驗，是切實可行的。