李兵元 羅李黎 劉振國(guó) 再開日亞·安尼娃爾 董虎

［摘 要］采油廠智能化是采油廠信息化的必然發(fā)展方向，也是采油廠提高生產(chǎn)和管理水平的重要技術(shù)手段。分析和設(shè)計(jì)采油廠的智能化規(guī)劃是實(shí)現(xiàn)智能化采油廠的第一步。文章從業(yè)務(wù)方面分析某采油廠智能化規(guī)劃中存在的問題，提煉智能化規(guī)劃需求，提出智能化指標(biāo)，設(shè)計(jì)某采油廠智能化規(guī)劃的總體架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)和數(shù)據(jù)架構(gòu)，以期有效指導(dǎo)某采油廠的信息化建設(shè)工作。

［關(guān)鍵詞］智能油田；智能采油廠；智能化規(guī)劃

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2023.24.038

［中圖分類號(hào)］F270.7 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A ［文章編號(hào)］1673-0194（2023）24-0116-03

0? ? ?引 言

數(shù)字油田是數(shù)字化的油氣田企業(yè)實(shí)體［1］，以先進(jìn)的經(jīng)營(yíng)管理理念為指導(dǎo)，充分發(fā)揮信息技術(shù)的支撐作用，實(shí)現(xiàn)從油氣勘探、評(píng)價(jià)、開發(fā)、生產(chǎn)、管理到?jīng)Q策環(huán)節(jié)各類數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取、充分共享和深度應(yīng)用，達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)、精細(xì)化管理與量化決策的一體化運(yùn)作，從而顯著提升運(yùn)營(yíng)效率和創(chuàng)新能力，增強(qiáng)綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

智能油田是在數(shù)字油田建設(shè)成果基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、知識(shí)化管理、輔助決策、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)油藏的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、精確評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的全面自動(dòng)化和決策過程的智能化［2］。只有先建成智能采油廠，才能逐步地建成智能油田。智能采油廠是數(shù)字采油廠的高級(jí)階段，是在充分完成數(shù)字化的基礎(chǔ)上，能夠全面感知采油廠的動(dòng)態(tài)，自動(dòng)操控采油廠的生產(chǎn)活動(dòng)，預(yù)測(cè)采油廠的變化趨勢(shì)，并且持續(xù)優(yōu)化采油廠的管理，智能輔助采油廠的運(yùn)行管理決策，從而實(shí)現(xiàn)全面感知、自動(dòng)操控、優(yōu)化決策、智能預(yù)測(cè)的采油廠。某采油廠的信息化建設(shè)已經(jīng)完成數(shù)字化建設(shè)，需要進(jìn)一步采用更先進(jìn)的技術(shù)提高信息化水平，使該廠的信息化朝著智能化方向發(fā)展，以提升生產(chǎn)和管理水平。

1? ? ?某采油廠智能化規(guī)劃存在的問題

某采油廠的業(yè)務(wù)包括勘探開發(fā)、地面工程、生產(chǎn)運(yùn)行、經(jīng)營(yíng)管理和安全環(huán)保共5類業(yè)務(wù)，下面從業(yè)務(wù)出發(fā)，分析每項(xiàng)業(yè)務(wù)中存在的問題。

1.1? ?勘探開發(fā)業(yè)務(wù)

勘探開發(fā)業(yè)務(wù)是某采油廠的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)，主要工作：組織開展轄區(qū)滾動(dòng)勘探目標(biāo)優(yōu)選及評(píng)價(jià)部署，完成探明儲(chǔ)量計(jì)算和申報(bào)，編制全廠產(chǎn)能建設(shè)方案，產(chǎn)能井投產(chǎn)跟蹤，油藏精細(xì)描述和重大專題研究等。

勘探開發(fā)業(yè)務(wù)中多項(xiàng)工作分別需要對(duì)采油廠所屬的地質(zhì)區(qū)塊的儲(chǔ)層、構(gòu)造、油藏進(jìn)行深入細(xì)致的研究，為了能夠有效共享利用各項(xiàng)研究中的成果，需要建立統(tǒng)一的地質(zhì)模型作為研究工作的基礎(chǔ)；在勘探和開發(fā)方案編制中，存在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和方案成果存儲(chǔ)分散、人工進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)和分析計(jì)算耗時(shí)耗力等問題，亟須數(shù)據(jù)和成果的智能獲取系統(tǒng)，以及智能分析和計(jì)算系統(tǒng)，以提高效率，實(shí)現(xiàn)有效共享。同時(shí)，在評(píng)價(jià)井管理過程中，還存在數(shù)據(jù)采集間隔長(zhǎng)、跟蹤管理和措施調(diào)整困難等問題。

1.2? ?地面工程業(yè)務(wù)

油氣田地面工程是油田開發(fā)過程中相對(duì)于勘探、鉆井、修井等地下工程而言的，主要包括井場(chǎng)、集輸管線、集油匯管/集油計(jì)量、轉(zhuǎn)油站、處理站、通信及電力線路等工程的建設(shè)、管理和運(yùn)維工作。經(jīng)過多年建設(shè)，該采油廠在油氣田地面工程中建立了較為完善的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，但還存在數(shù)據(jù)采集參數(shù)不完整問題，井場(chǎng)、站場(chǎng)、管線都需要增加傳感器采集相關(guān)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。站庫(kù)的關(guān)鍵流程切換與狀態(tài)切斷仍需要人工操作，以及增加自動(dòng)控制閥，實(shí)現(xiàn)流程的自動(dòng)切換。在井場(chǎng)和站場(chǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)中報(bào)警分析類別單一，報(bào)警數(shù)量多，關(guān)聯(lián)報(bào)警難以實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，智能分析應(yīng)用不足，需要結(jié)合井場(chǎng)、站場(chǎng)、管線及生產(chǎn)視頻等數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，提出建議措施，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各類生產(chǎn)異常并采取有效措施，利用人臉識(shí)別等智能技術(shù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)人員闖入、違章行為，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)管理。

1.3? ?生產(chǎn)運(yùn)行業(yè)務(wù)

生產(chǎn)運(yùn)行主要涉及生產(chǎn)流程監(jiān)控、綜合生產(chǎn)運(yùn)行管理、原油產(chǎn)量監(jiān)控、生產(chǎn)調(diào)度與應(yīng)急管理等業(yè)務(wù)。在生產(chǎn)流程監(jiān)控方面，油水井日常管理、生產(chǎn)運(yùn)行、措施管理等仍以人工線下為主，亟須智能化管理系統(tǒng)提供輔助決策工具，以提高各種效率；動(dòng)液面數(shù)據(jù)主要以外包形式按需測(cè)量，無法實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)油井供液能力的情況，需要增加先進(jìn)的測(cè)量設(shè)備和智能分析軟件，以自主實(shí)時(shí)管理油井。在綜合生產(chǎn)運(yùn)行管理方面，一是車輛管理方面缺少車輛調(diào)度系統(tǒng)，并未對(duì)車輛準(zhǔn)入實(shí)現(xiàn)集中管理和跟蹤分析；二是水電管理方面無法對(duì)能耗（水、電、氣）、水平衡進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、智能分析、診斷優(yōu)化。

1.4? ?經(jīng)營(yíng)管理業(yè)務(wù)

經(jīng)營(yíng)管理業(yè)務(wù)以油田全生命周期業(yè)務(wù)活動(dòng)為主線，涵蓋滾動(dòng)勘探評(píng)價(jià)、產(chǎn)能建設(shè)、開發(fā)生產(chǎn)、集輸儲(chǔ)運(yùn)等業(yè)務(wù)領(lǐng)域，重點(diǎn)分為投資（成本）管理、生產(chǎn)管理、財(cái)務(wù)管理、資產(chǎn)管理、區(qū)塊（單井）效益評(píng)價(jià)等業(yè)務(wù)。由于業(yè)務(wù)涉及多個(gè)領(lǐng)域，其所需數(shù)據(jù)分散在多個(gè)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)分析時(shí)，很難把所需數(shù)據(jù)匯集為一體。油氣井投資、成本經(jīng)濟(jì)效益以及單井成本構(gòu)成與動(dòng)因的多維度分析缺乏有效的評(píng)價(jià)方法和工具支持，進(jìn)行全價(jià)值鏈、全生命周期的成本費(fèi)用分析有一定的難度，對(duì)挖潛增效、風(fēng)險(xiǎn)管控、決策支持能力提升作用有限［3］。

1.5? ?安全環(huán)保業(yè)務(wù)

安全環(huán)保業(yè)務(wù)包括安全生產(chǎn)管理、安全防控管理、職業(yè)健康管理、承包商管理、QHSE（Quality，質(zhì)量；Health，健康；Safety，安全；Environmental，環(huán)境）體系管理、環(huán)境保護(hù)管理等方面的業(yè)務(wù)內(nèi)容。由于業(yè)務(wù)涉及多個(gè)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)分散存儲(chǔ)在多個(gè)系統(tǒng)中，存在標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、重復(fù)錄入的問題，亟待數(shù)據(jù)治理及智能化數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)。在實(shí)際工作中，以人工分析、人工監(jiān)管為主要手段，輔以少量智能分析系統(tǒng)，存在無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患并預(yù)警、查詢困難、工作量大等問題，亟須提高智能分析能力，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)預(yù)警，及時(shí)采取措施，以確保安全生產(chǎn)。

2? ? ?某采油廠智能化規(guī)劃需求分析

針對(duì)采油廠的現(xiàn)狀和問題，本文對(duì)標(biāo)國(guó)內(nèi)外油氣田，從基礎(chǔ)設(shè)施、知識(shí)共享、新技術(shù)應(yīng)用、業(yè)務(wù)管理、經(jīng)營(yíng)管理、決策管理等6個(gè)方面對(duì)采油廠的需求進(jìn)行分析。

在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面，井場(chǎng)需要加裝在線含水分析儀、動(dòng)液面監(jiān)測(cè)儀、電加熱清蠟儀等設(shè)備，提高井場(chǎng)的監(jiān)控能力；在小型站場(chǎng)中，在重要節(jié)點(diǎn)需要加裝壓力變送器、可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)等設(shè)備，提高安全可靠能力；在大中型站場(chǎng)，需要提高流程切換的遠(yuǎn)程控制能力，實(shí)現(xiàn)智能巡檢、設(shè)備故障的智能分析，以及智能生產(chǎn)綜合預(yù)警體系；在監(jiān)控盲區(qū)和高后果區(qū)加裝高空瞭望搭配萬向攝像機(jī)、萬向球形攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控；在能源管控方面，需要對(duì)電、氣、水前端動(dòng)設(shè)備進(jìn)行智能化改造，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)分析與計(jì)算，精確各單元耗能量，實(shí)現(xiàn)能源智能管控。

在知識(shí)共享方面，需要建立知識(shí)共享系統(tǒng)及數(shù)據(jù)子湖，實(shí)現(xiàn)知識(shí)和數(shù)據(jù)共享共用。

在新技術(shù)應(yīng)用方面，需要采用智能機(jī)器人、手持終端、衛(wèi)星巡線等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)井場(chǎng)和站場(chǎng)的智能巡檢；采用邊緣計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)井場(chǎng)的智能化控制。

在協(xié)同工作方面，建立業(yè)財(cái)融合一體化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)和財(cái)務(wù)融合管理；建立協(xié)同研究一體化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多專業(yè)各級(jí)研究人員在同一個(gè)平臺(tái)上協(xié)同工作，同時(shí)實(shí)現(xiàn)成果共享應(yīng)用。

在業(yè)務(wù)管理方面，建立智能管理中心云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)統(tǒng)一管理。

在決策管理方面，利用大數(shù)據(jù)分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等智能技術(shù)分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)，提出建議，輔助技術(shù)人員決策，大幅減輕工作量，提高效率。

3? ? ?某采油廠智能化規(guī)劃規(guī)劃設(shè)計(jì)

3.1? ?規(guī)劃原則

智能化規(guī)劃以“五統(tǒng)一、兩轉(zhuǎn)變”為建設(shè)原則，即標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、技術(shù)統(tǒng)一、平臺(tái)統(tǒng)一、設(shè)備統(tǒng)一、管理統(tǒng)一，構(gòu)建智能化管理模式下的油田綜合生產(chǎn)運(yùn)行管理新模式，促進(jìn)生產(chǎn)思維方式和管理模式的雙轉(zhuǎn)變，并形成可復(fù)制、可推廣的智能化管理運(yùn)行新型模式。

3.2? ?規(guī)劃思路

根據(jù)某采油廠生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理工作的業(yè)務(wù)需求、業(yè)務(wù)流程、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等進(jìn)行全面調(diào)研和梳理，在現(xiàn)有的數(shù)字化和信息化基礎(chǔ)上，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、移動(dòng)應(yīng)用等先進(jìn)技術(shù)，規(guī)劃并設(shè)計(jì)某采油廠智能化總體架構(gòu)、業(yè)務(wù)架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)等內(nèi)容，形成智能采油廠頂層規(guī)劃和建設(shè)方案。

3.3? ?規(guī)劃指標(biāo)

為能夠有效地評(píng)估某采油廠智能化水平，建立智能采油廠智能化評(píng)估指標(biāo)體系，分別從協(xié)同研究、生產(chǎn)運(yùn)行、安全環(huán)保、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)、決策指揮等5個(gè)方面確定共26項(xiàng)可考核的指標(biāo)。指標(biāo)給出現(xiàn)在指標(biāo)值和建成后的預(yù)期值。例如，平均單井日產(chǎn)量，現(xiàn)日產(chǎn)油

3.7 t/d，預(yù)期日產(chǎn)油3.8 t/d；生產(chǎn)場(chǎng)站數(shù)字化系統(tǒng)覆蓋率，現(xiàn)98.20%，預(yù)期100%；單位處理綜合能耗，現(xiàn)

34 778.41 t標(biāo)煤，預(yù)期34 778.41 t標(biāo)煤；生產(chǎn)場(chǎng)站數(shù)字化系統(tǒng)覆蓋率，現(xiàn)99.40%，預(yù)期100%等［4］。

3.4? ?總體架構(gòu)

整體架構(gòu)分為邊緣層、基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（Infrastru-

cture as a Service，IaaS）層、數(shù)據(jù)即服務(wù)（Data as a Service，

DaaS）層、平臺(tái)即服務(wù)（Platform as a Service，PaaS）層以及軟件即服務(wù)（Software as a Service，SaaS）層，如圖1

所示。

3.5? ?應(yīng)用架構(gòu)

應(yīng)用架構(gòu)按照模塊配置靈活、管理業(yè)務(wù)全面到位、隨業(yè)務(wù)變化而變化的要求，構(gòu)建業(yè)務(wù)所需的一體化智能應(yīng)用生態(tài)，形成整體業(yè)務(wù)與局部業(yè)務(wù)，既能做到協(xié)調(diào)統(tǒng)一，又能做到業(yè)務(wù)應(yīng)用隨時(shí)添加與調(diào)減。應(yīng)用架構(gòu)規(guī)劃五個(gè)一體化智能應(yīng)用，包含生產(chǎn)運(yùn)行一體化（7個(gè)子模塊）、安全環(huán)保一體化（5個(gè)子模塊）、協(xié)同研究一體化（7個(gè)子模塊）、經(jīng)營(yíng)管理一體化（3個(gè)子模塊）與決策支持一體化（5個(gè)子模塊）。通過不斷完善業(yè)務(wù)一體化應(yīng)用，逐步完善業(yè)務(wù)所需應(yīng)用模塊，實(shí)現(xiàn)全域業(yè)務(wù)管理，各部門業(yè)務(wù)協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)、集成共享、互聯(lián)互通的智能應(yīng)用生態(tài)效果。

3.6? ?數(shù)據(jù)架構(gòu)

根據(jù)業(yè)務(wù)及應(yīng)用架構(gòu)，從數(shù)據(jù)的采、傳、存、管、用5個(gè)方面設(shè)計(jì)“采油廠數(shù)據(jù)子湖”，打破數(shù)據(jù)“孤島”，推動(dòng)數(shù)據(jù)共享，將生產(chǎn)管理所需業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)、中間數(shù)據(jù)庫(kù)、地理信息及管線信息數(shù)據(jù)庫(kù)、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等統(tǒng)一納入某采油廠數(shù)據(jù)子湖，形成數(shù)據(jù)共享

基礎(chǔ)［5］。

4? ? ?結(jié)束語

本文通過分析某采油廠現(xiàn)狀和問題，對(duì)標(biāo)國(guó)內(nèi)外油田的智能化建設(shè)指標(biāo)，完成了某采油廠的智能化規(guī)劃分析和設(shè)計(jì)。按照企業(yè)的投資管理辦法，有方案才能有投資，有投資才能真正地實(shí)施，在未來5～10年，本規(guī)劃設(shè)計(jì)方案既可以讓某采油廠以此爭(zhēng)取投資，又可以指導(dǎo)某采油廠智能化實(shí)際建設(shè)，為有效提高某采油廠的生產(chǎn)和管理水平奠定基礎(chǔ)。

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