劉景慶

大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠

近年來數(shù)字經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，數(shù)字化轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為各行各業(yè)提檔升級的必然趨勢。在油氣行業(yè)中數(shù)字化轉(zhuǎn)型有其專業(yè)性和特殊性，尤其是老油田的轉(zhuǎn)型難度更大，數(shù)字化基礎(chǔ)相對薄弱，設(shè)備設(shè)施需求種類多，轉(zhuǎn)型建設(shè)規(guī)模體量大，生產(chǎn)流程工藝復(fù)雜，轉(zhuǎn)型難度高。在進(jìn)行油田地面工程項目建設(shè)與改造時需要投入大量資金，必須以試點(diǎn)先行為原則，持續(xù)的開展技術(shù)和措施優(yōu)化研究，在滿足數(shù)字化生產(chǎn)管控的前提下，進(jìn)一步降低成本，在投入與效益間尋找到平衡點(diǎn)，才能不斷緊跟大數(shù)據(jù)、云計算、數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展步伐，逐步構(gòu)建出數(shù)字油田、智能油田和智慧油田。

1 數(shù)字化建設(shè)現(xiàn)狀

從油田生產(chǎn)特點(diǎn)來講，在氣候、環(huán)境以及采出液物性和開發(fā)方式等方面都各有不同。在生產(chǎn)管控模式、地面工程建設(shè)方面也存在較大差異，需要根據(jù)各個油田實(shí)際的生產(chǎn)情況、具體的管控需求和對應(yīng)的開發(fā)方式選擇適合的實(shí)施方案開展建設(shè)。國內(nèi)外實(shí)踐證明，信息化是實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)和管理項目的重要手段，是助力改革的重要支撐手段，是加快智能油氣田建設(shè)的重要手段[1]。

以某采油廠為例，具體分析其在生產(chǎn)管理方面遇到的矛盾與瓶頸，主要體現(xiàn)為以下五個方面：

（1）基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)尚不完善?；A(chǔ)設(shè)施投用年限長，網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)能力不足，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍還存在盲區(qū)，無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用尚屬空白，骨干網(wǎng)承載能力不足，需要持續(xù)加大配套建設(shè)力度。

（2）物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)規(guī)模尚未形成。大部分采油廠的物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)還處于起步階段，物聯(lián)網(wǎng)覆蓋率低、配套建設(shè)的完善程度低。

（3）數(shù)據(jù)采集效率需提升。油井含水率等數(shù)據(jù)目前依靠人工取樣化驗，需要應(yīng)用成熟可靠設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動采集。

（4）生產(chǎn)管控水平需提升。注水井注水量調(diào)節(jié)、站場流程切換等工作仍采用手工操作，需要提升設(shè)備的自動控制水平。

（5）統(tǒng)籌指揮能力需提升。井、間、站等單節(jié)點(diǎn)自動控制尚未形成，系統(tǒng)間關(guān)聯(lián)分析、整體優(yōu)化更需深入研究。

2 數(shù)字化建設(shè)基本思路

遵循調(diào)整與篩選相結(jié)合的原則，堅持試點(diǎn)先行、綜合比選的理念，推動數(shù)字與智能一體化發(fā)展。按照先易后難、先試點(diǎn)再推廣的步驟，逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)智化轉(zhuǎn)型，達(dá)到用數(shù)賦智、以智提效的建設(shè)目標(biāo)。

2.1 調(diào)整與篩選相結(jié)合

在正式開展地面工程數(shù)字化建設(shè)之前，應(yīng)進(jìn)行充分的調(diào)整與篩選工作，通過將二者有效融合，為地面工程建設(shè)的順利進(jìn)行提供有力支持。

開展數(shù)字化建設(shè)首先需進(jìn)行地面系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整，固化數(shù)字化建設(shè)的實(shí)施對象。針對部分區(qū)域的系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷率低的矛盾，結(jié)合開發(fā)安排對原油集輸、配制注入、供水及水處理等系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行適應(yīng)性分析。通過核減、合并、降級、三優(yōu)一簡地上地下一體化優(yōu)化，進(jìn)行總體布局優(yōu)化及系統(tǒng)能力優(yōu)化，應(yīng)用簡化技術(shù)成果。實(shí)施站場合并、規(guī)模縮減、功能降級等優(yōu)化措施，避免了站場后續(xù)擴(kuò)改數(shù)字化建設(shè)中的費(fèi)用，同時，降低地面系統(tǒng)運(yùn)行能耗、提高地面系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷率，為建設(shè)高效益、低能耗數(shù)字化油田創(chuàng)造條件。

對不具備和已實(shí)施數(shù)字化建設(shè)的井、站進(jìn)行排查。對區(qū)域內(nèi)建設(shè)對象進(jìn)行現(xiàn)狀調(diào)查，對于已實(shí)施數(shù)字化建設(shè)的井、站和低效井等不具備實(shí)施數(shù)字化建設(shè)的井、站進(jìn)行排查后，確定數(shù)字化建設(shè)對象。

2.2 試點(diǎn)先行綜合比選

通過實(shí)施試點(diǎn)先行、綜合比選的理念，可以對具體施工方案進(jìn)行有效優(yōu)化，進(jìn)而不斷提高施工方案各環(huán)節(jié)的完善程度。例如，在采油廠地面工程的數(shù)字化建設(shè)過程中，可能會遇到無電源注水井井場配電的情況，可以考慮使用太陽能、風(fēng)能或兩者相互補(bǔ)充的發(fā)電方式解決。根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際情況選擇最適宜的發(fā)電操作方式，以保證注水井供電的穩(wěn)定性。

2.3 管理模式轉(zhuǎn)型再造

在開展地面系統(tǒng)數(shù)字化工程建設(shè)時，應(yīng)對建設(shè)施工管理模式及流程進(jìn)行優(yōu)化再造[2]。

首先，應(yīng)構(gòu)建清晰的管理職責(zé)和明確的崗位設(shè)定，為生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳、生產(chǎn)流程管控等一系列工作提供支持。其次，應(yīng)優(yōu)化基層站隊運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)站隊值守與巡檢的高度專業(yè)化，避免在組織管理工作的落實(shí)過程中出現(xiàn)疏忽。

2.4 實(shí)施路線

（1）物聯(lián)網(wǎng)覆蓋、數(shù)字化提升。完成涵蓋井、間、站、管網(wǎng)等關(guān)鍵生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)改造升級。實(shí)現(xiàn)云網(wǎng)建設(shè)、數(shù)據(jù)治理、數(shù)字辦公、網(wǎng)絡(luò)安全等信息基礎(chǔ)能力的提升。完成油氣開發(fā)、協(xié)同研究、生產(chǎn)運(yùn)行、QHSE 等核心業(yè)務(wù)的數(shù)字化建設(shè)。探索核心業(yè)務(wù)智能化示范場景的試驗與應(yīng)用，建立協(xié)同研究的基礎(chǔ)平臺和環(huán)境。

（2）智能化輔助、全鏈條協(xié)同。補(bǔ)全油氣開發(fā)、生產(chǎn)運(yùn)行、協(xié)同研究、QHSE 四大領(lǐng)域的智化場景建設(shè)；完成油氣勘探、油氣運(yùn)銷和新能源三大領(lǐng)域的智化場景建設(shè)。從生產(chǎn)數(shù)字化向管理智能化的躍升，需要構(gòu)建以業(yè)務(wù)流、數(shù)據(jù)流、控制流為鏈路的科研應(yīng)用一體化、地下地上一體化、生產(chǎn)經(jīng)營一體化的協(xié)同模式。

（3）智能化生態(tài)、全領(lǐng)域優(yōu)化。大數(shù)據(jù)、人工智能、邊緣計算等智能化技術(shù)全面融合，基本建成“人工智能載體前端感知分析，大數(shù)據(jù)云端共享分析、中端智能決策，油氣田終端智能化自主控制”的運(yùn)行構(gòu)架，生產(chǎn)經(jīng)營管理、運(yùn)行決策指揮由經(jīng)驗驅(qū)動轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)驅(qū)動。數(shù)字孿生、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)廣泛應(yīng)用，站場運(yùn)行管理全面實(shí)現(xiàn)無人值守智能化管控；構(gòu)筑可信可控的數(shù)字安全屏障，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)保障與支撐能力；實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)狀況全域感知、油氣開發(fā)協(xié)同聯(lián)動、調(diào)度指揮全局掌控、運(yùn)維保障即時響應(yīng)。

3 數(shù)字化實(shí)踐的措施優(yōu)化

3.1 優(yōu)化油井采集點(diǎn)位

優(yōu)化油井的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)位可以使油井運(yùn)行工況反饋的更加全面和及時。在優(yōu)化采集點(diǎn)位的過程中，應(yīng)包含抽油機(jī)的油壓、電壓、電流等參數(shù)，并將這些信息整合成圖表，然后上傳到平臺。部分油田的采油廠所處地理環(huán)境較為特殊，冬季環(huán)境溫度低，容易導(dǎo)致單井管道凍堵，及時處理這些問題可保證地面工程的綜合效益不受影響。同時，運(yùn)用電流自動采集還可達(dá)到防盜竊預(yù)警的效果，從而精準(zhǔn)監(jiān)測出當(dāng)前區(qū)域內(nèi)是否存在偷油等情況[3]。此外，通過有效采集載荷、位移等數(shù)據(jù)，可以診斷當(dāng)前油井的實(shí)際工況，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對油井產(chǎn)量的自動計算。根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行的實(shí)際需求，分析異常問題并進(jìn)行分級預(yù)警提示，這種方式有助于縮短油井故障判斷時間，保證分級預(yù)警機(jī)制在采油廠的有效實(shí)施。

3.2 完善注水井實(shí)施計劃

為了使油田地面工程數(shù)字化建設(shè)取得預(yù)期成果，應(yīng)將完善注水井實(shí)施計劃作為關(guān)鍵入手點(diǎn)。目前，在油田地面工程中，對注水井參數(shù)的采集主要有“采集型”和“控制型”兩個方面。根據(jù)區(qū)域內(nèi)的實(shí)際生產(chǎn)需求，選用合適的實(shí)施方案可獲得較好應(yīng)用效果。對于“采集型”，主要是確定當(dāng)前注水井的真實(shí)油壓、累積注入量等；而“控制型”則主要監(jiān)控注水井的具體注水量并進(jìn)行精確調(diào)整[4]。油田地面工程建設(shè)需要較為穩(wěn)定的注水量支持，通過這種方式，可以有效控制單井調(diào)節(jié)次數(shù)及頻率。因此，可根據(jù)“采集型”的要求對注水井中單井壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，從而獲得準(zhǔn)確程度更高的資料，有利于對工程建設(shè)成本的有效控制[5]。

3.3 合理優(yōu)選無線傳輸方案

由于油田地面工程建設(shè)過程中涉及多個小型站場，通常分布在大型站場周圍，導(dǎo)致通信信號單一、通信效率較低。有線光纜建設(shè)需投入較大資金且施工難度大，受地面施工破壞的影響幾率大。相比之下，構(gòu)建無線通信網(wǎng)絡(luò)可顯著降低成本，并具有施工環(huán)節(jié)精簡、局域網(wǎng)布局靈活等優(yōu)勢。

在開展地面工程無線傳輸方案構(gòu)建時，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需求，對其具體應(yīng)用種類進(jìn)行確定，可選擇5G 公網(wǎng)，也可以通過自建無線專網(wǎng)的方式，實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)體系的有效完善[6]。采用公網(wǎng)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在無需工程建設(shè)和大規(guī)模投資，但在使用公網(wǎng)時應(yīng)注意加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)，定期進(jìn)行安全認(rèn)證，確保數(shù)據(jù)安全性。自建包含“井-核心交換機(jī)-生產(chǎn)網(wǎng)-作業(yè)區(qū)管理中心”等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的無線專網(wǎng)，可使數(shù)據(jù)流向更為明確，及時將有價值的信息傳遞到監(jiān)控中心，確保信息分析及反饋更為及時[7]，為數(shù)字化生產(chǎn)運(yùn)行提供網(wǎng)絡(luò)支撐。

4 實(shí)施效果及運(yùn)維保障措施

4.1 實(shí)際應(yīng)用

以某采油廠某區(qū)的油水井?dāng)?shù)字化建設(shè)為例，通過實(shí)施井、間、站764 項數(shù)據(jù)的自動采集，已實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)參數(shù)全采集、監(jiān)控視頻全覆蓋、實(shí)時數(shù)據(jù)全共享，大幅提升生產(chǎn)時率、降低巡檢頻次，有效破解了生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大與員工總量自然遞減的難題。

在其中一座聯(lián)合站開展了數(shù)字化試點(diǎn)示范工程，生產(chǎn)管理已由傳統(tǒng)“全員駐守”轉(zhuǎn)變?yōu)椤凹斜O(jiān)控、少人值守”的運(yùn)行模式。同時，針對數(shù)據(jù)采集點(diǎn)不全、軟硬件不匹配、只監(jiān)不控等問題，實(shí)施了針對性的數(shù)字化升級，已實(shí)現(xiàn)站場生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的全覆蓋，達(dá)到報表自動生成、故障自動推送、流程自動切換，崗位已由原來8 個減為2 個，單站員工總數(shù)由原來86 人減至45 人，實(shí)現(xiàn)了“減員、增安、提效”的建設(shè)目標(biāo)。

4.2 保障體系

（1）建立“一體化專業(yè)維修”基地。建設(shè)數(shù)字化運(yùn)維指揮系統(tǒng)，對所有數(shù)字化設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)、儀器儀表在線狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計、分析和可視化管理。建立具備“專業(yè)化維修保養(yǎng)，一體化指揮運(yùn)行，規(guī)?；夼f利舊”的維修基地，涵蓋計量儀表、自控儀表、工控機(jī)、變頻器、電動閥、通訊設(shè)備、視頻監(jiān)控等30 余項維修項目，成為數(shù)字化生產(chǎn)管理的“綜合醫(yī)療中心”。

（2）打造“三層三全”運(yùn)維保障體系。組建專業(yè)化運(yùn)維保障隊伍。開展新型無線儀表、通訊設(shè)備（RTU）、視頻監(jiān)控等數(shù)字設(shè)備的維修維護(hù)工作。推行“分層分級復(fù)合化”管理方式，優(yōu)化現(xiàn)有勞動組織形式，整合作業(yè)區(qū)儀表工、維修工、電工，成立專業(yè)化運(yùn)維保障班組，職能涵蓋儀器儀表的日常巡檢和基礎(chǔ)運(yùn)維；采油廠層級組建“復(fù)合化大班組”，職能涵蓋測控系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、計量儀表、自控儀表、變頻器、通訊設(shè)備、視頻監(jiān)控等業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)維和鑒定；同步引入外部服務(wù)商專業(yè)維保力量，進(jìn)一步增強(qiáng)數(shù)字設(shè)備維修保養(yǎng)頻次和質(zhì)量，打造輻射井、間、站的數(shù)字化運(yùn)維生態(tài)圈。做精以RTU 為核心的“井間數(shù)據(jù)采集層”，做強(qiáng)以PLC 測控系統(tǒng)為核心的“站所現(xiàn)場控制層”，做優(yōu)以數(shù)據(jù)分析為核心的“平臺應(yīng)用層”，構(gòu)建起全過程管控、全鏈條融合、全方位運(yùn)維的保障體系，逐步培育數(shù)字化大運(yùn)維生態(tài)。

5 結(jié)束語

現(xiàn)階段我國石油化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模不斷擴(kuò)大，在當(dāng)前的工業(yè)背景下，想要實(shí)現(xiàn)對油田開采模式的有效創(chuàng)新，并提高開采效率，應(yīng)該加大對數(shù)字化油田地面工程建設(shè)的推廣力度，從而使油田地面工程逐漸朝向智能化、智慧化的方向邁進(jìn)。隨著新施工模式和新技術(shù)的涌現(xiàn)，油氣田地面建設(shè)管理的難度和挑戰(zhàn)不斷增加，亟需借助信息化、智能化手段推動油氣田地面工程建設(shè)管理優(yōu)化，目前地面建設(shè)工程的項目管理模式眾多，信息系統(tǒng)應(yīng)能支持IPMT、EPC、PMC 等項目管理模式的在線閉環(huán)管理[8-10]，地面工程數(shù)字化建設(shè)是支撐油田企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要基礎(chǔ)，需要通過在實(shí)踐中不斷摸索，創(chuàng)新出更多、更符合實(shí)際管理需求、更貼合現(xiàn)場應(yīng)用的技術(shù)措施，從而為油田數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供更加優(yōu)化的地面工程建設(shè)方案。