北京亞控科技發(fā)展有限公司

1 項目背景

新疆油田地處荒漠，成千上萬口采油井分布在廣闊地域上，被按照采油井—計量站—轉(zhuǎn)油站—聯(lián)合站—采油區(qū)—采油廠—石油公司這樣的多層次結構、按照“三級控制、兩級管理”的模式進行生產(chǎn)管理。每一層級的控制，都需要大量的人員跑現(xiàn)場、抄表，效率低下，現(xiàn)場環(huán)境惡劣、員工工作負擔重；同時，地面集輸系統(tǒng)站點多、管線復雜，這些都導致了采油成本的增加。

新疆油田采油二廠采油生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)項目依靠技術創(chuàng)新與突破，轉(zhuǎn)變思想，改變傳統(tǒng)工藝模式，最大限度的取消計量站，配水間等中間環(huán)節(jié)設施，優(yōu)化采油區(qū)集輸管網(wǎng)部署結構，按照統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施的方式，組織開展綜合研究，重點做好示功圖求產(chǎn)與單井計量、數(shù)據(jù)遠程采集與傳輸、注水井的遠程自動化技術、設備遠程監(jiān)控與維護管理、增產(chǎn)措施預案與執(zhí)行等，達到優(yōu)化工藝、節(jié)能降耗、輔助管理的目的，打造具有“兩化融合”特色的數(shù)字化、信息化、智能化油田。

2 系統(tǒng)架構

為達到中石油采油生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設目標的要求，并保證系統(tǒng)的先進性、穩(wěn)定性、易操作性等，中石油采油生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構采用數(shù)據(jù)采集層、存儲層、應用層三級結構設計，每個層級使用亞控科技對應的相關軟件產(chǎn)品，完成對中石油各石油開采生產(chǎn)單位的實時在線數(shù)據(jù)及圖像監(jiān)控及對各類生產(chǎn)、設備運營的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析以及增產(chǎn)措施管理等功能。

（1）數(shù)據(jù)采集

KingIOServer數(shù)據(jù)采集與設備控制工程采用專門定制開發(fā)的設備驅(qū)動與設備實現(xiàn)連接，通過解析設備的通訊協(xié)議，讀取設備的實時數(shù)據(jù)，同時根據(jù)組態(tài)系統(tǒng)的授權檢驗和確認結果向設備發(fā)送控制參數(shù)和開關指令。

（2）SCADA系統(tǒng)

KingSCADA作為整個系統(tǒng)的工程核心，完成站控的圖形界面組態(tài)、設備控制授權檢驗、設備控制確認過程組態(tài)、系統(tǒng)實時歷史狀態(tài)分析等功能。

（3）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

在調(diào)度控制中心的工業(yè)實時歷史數(shù)據(jù)庫服務器上部署工業(yè)實時歷史數(shù)據(jù)庫KingHistorian，用來存儲海量的、具有時間特性的過程數(shù)據(jù)；使用用戶自定義關系數(shù)據(jù)表存放的是一旦確定不會經(jīng)常性變化的數(shù)據(jù)，如工作班次、管理類數(shù)據(jù)等。

工業(yè)實時歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)KingHistorian可實現(xiàn)先進靈活的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)檢索等功能，并具有開放性接口、在線離線方式的靈活設置、安全性、可靠性等特點。

3 數(shù)字化油田與最佳生產(chǎn)實踐管理

系統(tǒng)提供專業(yè)的石油采油分析功能，提供針對于采油設備的專業(yè)示功儀數(shù)據(jù)采集、存儲、分析與展示，提供專門的增產(chǎn)措施管理，利用宏觀控制圖提示增產(chǎn)措施方式。

3.1 功圖自動分析

系統(tǒng)實現(xiàn)采油生產(chǎn)實時監(jiān)控與管理，通過專業(yè)的抽油機功圖，完成功圖求產(chǎn)與抽油機故障分析檢測。系統(tǒng)將示功圖、電流圖原始數(shù)據(jù)在工業(yè)實時數(shù)據(jù)庫進行長期管理，后期分析不需要任何加工就可以直接調(diào)用。依據(jù)載荷位移關系，分析抽油機產(chǎn)液量、分析采油生產(chǎn)是否正常，實現(xiàn)生產(chǎn)管理與控制的自動化與信息化。

分析主要診斷結果為：氣體影響，游動凡爾漏失，抽油桿斷脫，卡泵，供液不足，固定凡爾漏失，氣鎖，連抽帶噴，固定凡爾卡死，泵嚴重磨損，完全液擊，柱塞脫落出工作筒，液體或機械磨損，泵上碰，泵下碰，泵工作基本正常等。

功圖自動分析一直以來是油田信息化的難點之一。目前，在油田生產(chǎn)中，功圖分析還主要是通過人工判斷，缺乏自動化分析手段，相關算法處于起步階段。亞控科技在2010年組建開發(fā)隊伍，和相關采油廠合作，詳細了解功圖各方面功能、清晰了解功圖需求，聯(lián)合開發(fā)出包括功圖展示、工況分析、功圖計產(chǎn)功能的智能功圖分析模塊。

（1）功圖展示

以“功圖”形式展示抽油機最新功圖數(shù)據(jù)，并同時展示從抽油機功圖數(shù)據(jù)所分析得到的實時抽油機狀態(tài)、抽油井產(chǎn)量、抽油井油壓、套壓、溫度等信息；可單幅功圖分析，可疊加分析等多種展示分析方式。

（2）工況分析報警

示功圖是作為反映有桿泵抽油機的工作狀態(tài)最直觀有效的分析手段。通過功圖自動分析，能夠及時發(fā)現(xiàn)抽油機砂卡、脫桿、凡爾漏失等工作狀態(tài)的變化和供液不足、氣體影響等油藏的動態(tài)變化，得出抽油機的工況狀態(tài)。并按照工況的故障類型做相應的報警。

按照故障的類型以及嚴重程度，功圖報警分成三級。一、二級報警會聲光提示監(jiān)屏人員，三級報警直接入庫，不做提示。

（3）功圖計量

功圖計產(chǎn)同樣因為油藏狀況多樣，對于低產(chǎn)油井等情況計量準確率差，目前沒有得到廣泛認可的求產(chǎn)計量算法。亞控的功圖計產(chǎn)算法是針對單次實時功圖的瞬時產(chǎn)量，用一個當前測試的功圖減一個極度供液不足的功圖，剩下的面積除以揚程可得出一個周期的產(chǎn)液量。再結合開停機時間可以計算當天油井產(chǎn)量。主要特點如下：

根據(jù)實時功圖計算抽油井實時產(chǎn)量；

根據(jù)多幅連續(xù)歷史功圖矯正抽油井統(tǒng)計產(chǎn)量；

能夠不斷優(yōu)化的計算方法，逐漸提升根據(jù)功圖換算抽油井實時產(chǎn)量準確率；

亞控科技的目標為功圖計算產(chǎn)量誤差小于10%，逐步建議去掉計量站。

功圖計量展示

對功圖計量分析后的單井產(chǎn)量和設備采集的數(shù)據(jù)按照時間和一定周期進行統(tǒng)計，通過時間軸進行分組展示曲線、柱狀圖、餅圖等，如圖1所示。

功圖數(shù)據(jù)處理

按照采油井分類按時間順序把載荷和沖程分開存儲在工業(yè)實時數(shù)據(jù)庫中，載荷、沖程各對應一個工業(yè)庫的變量，利用工業(yè)庫1024字節(jié)的“變長二進制”類型數(shù)據(jù)保存，可以保存長期數(shù)據(jù)。使用時首先解析為多個數(shù)據(jù)對。

同時對于如此龐大的數(shù)據(jù)，工業(yè)實時歷史數(shù)據(jù)庫提供死區(qū)壓縮、旋轉(zhuǎn)門壓縮等多種壓縮算法，在保證數(shù)據(jù)壓縮前后趨勢不變的前提下使得所消耗的磁盤空間下降。

采用亞控工業(yè)實時數(shù)據(jù)庫后，數(shù)據(jù)存取速度極快，即使是從10年的海量數(shù)據(jù)庫中讀取大規(guī)模的功圖信息，查詢反應時間均小于2秒。

3.2 宏觀控制圖

系統(tǒng)采用宏觀控制圖，如圖2所示，完整分析油田生產(chǎn)潛力，為增產(chǎn)措施科學管理與實施提供技術知識和信息保障，為實現(xiàn)采油生產(chǎn)最佳實踐分析提供有力工具。

3.3 設備在線運維

能對設備的在線運維，實時感知才能稱作物聯(lián)網(wǎng)平臺。亞控科技統(tǒng)一的設備管理平臺（數(shù)據(jù)采集平臺KingExchange）實現(xiàn)任意地理位置可對生產(chǎn)信息進行詳細的查詢。

在信息化生產(chǎn)管控系統(tǒng)中，系統(tǒng)自身的健康度是基礎。采集終端變送器、傳感器不準時將對生產(chǎn)管理造成未知破壞。而變送器、傳感器都是需要進行周期性的校驗及更換電池的。一口油井一般配有十個傳感器，一個采油廠一般有2000～4000左右口井。以一個具備2000口井的采油廠進行計算，傳感器、變送器的數(shù)量將為20000左右，巡井的工作量十分龐大。

本平臺支持設備的自動在線更新。每個變送器、傳感器以及RTU都擁有自己的RFID?，F(xiàn)場變送器、傳感器或者RTU設備增加或者退出時，現(xiàn)場人員使用手持終端對設備的RFID進行掃描即可捕獲該設備。然后在手持機中按照要求即可將該設備直接添加到工業(yè)庫中或者替換原來設備，或者按照類似的操作亦可將設備從庫中的除去。

在本平臺可實現(xiàn)變送器、傳感器異常或電量不足時自動向系統(tǒng)上報的功能。系統(tǒng)可快速定位到具體的站點、設備，無需再進行拉網(wǎng)式的檢修排查，這對于生產(chǎn)設備管理維護意義重大。

3.4 安全管理：全方位視頻安全感知系統(tǒng)

智能視頻結合SCADA監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)動，圖3所示，可使常規(guī)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的“眼睛”功能具有“大腦”的分析判斷處理功能，為用戶提供了智能分析入侵者、自動判斷煙情、火情、物品看管、遺留物檢測、目標種類識別、人體行為檢測、自動報警、自動智能錄像等系列的智能自動化視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可廣泛用于油田的各種重要場所和建筑公共治安的安防應用。

本系統(tǒng)還有一個效果：平時攝像頭按照常規(guī)進行存檔刪除，而對于出事的記錄，把SCADA系統(tǒng)報警前后的一段時間的視頻記錄單獨保存下來，這樣便于事故視頻的調(diào)出和事故的事件。

4 效益分析

通過采油生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設，采油工可通過電子巡井、遠程操控等手段，將每月野外工作量降低50%～70%；地面集輸系統(tǒng)可優(yōu)化減少站點30%左右，集輸管線每年能節(jié)省資金過百萬元人民幣。