徐英卓 張 帆,2

（1.西安石油大學(xué)2.中海石油深圳分公司）

海洋油氣田智能巡檢系統(tǒng)研究

徐英卓1張 帆1,2

（1.西安石油大學(xué)2.中海石油深圳分公司）

針對目前海上油氣田仍然采取人工巡檢的方式，提出了一種可應(yīng)用于海洋油氣田的智能巡檢系統(tǒng)構(gòu)想。首先介紹了該系統(tǒng)的組成，包括PDA巡檢器和現(xiàn)場電子標(biāo)識、巡檢管理軟件三部分，并且PDA巡檢器可與采用RFID射頻識別技術(shù)的現(xiàn)場電子標(biāo)識和管理軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)連接。然后對該系統(tǒng)的工作流程和每一個模塊的功能進行了介紹。最后對該系統(tǒng)投入應(yīng)用后會產(chǎn)生的預(yù)期效果進行了展望。指出該系統(tǒng)的研發(fā)對于實現(xiàn)巡檢工作的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，提高工作效率和現(xiàn)場管理智能化程度有著積極的作用，該系統(tǒng)投入應(yīng)用后，將有利于提升海洋油氣生產(chǎn)、管理和數(shù)據(jù)建設(shè)的技術(shù)水平，滿足海洋油氣開采步入“大數(shù)據(jù)”時代的技術(shù)需求。圖3參12

PDA巡檢器RFID射頻識別智能巡檢系統(tǒng)

0 引言

隨著我國能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，海上油氣開采力度的加大，海洋油氣開采不僅需要在工程技術(shù)方面有所創(chuàng)新，而且海上智能化油氣田的建設(shè)也刻不容緩［1］。建設(shè)智能化油氣田的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)在于確保生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集的快速、準(zhǔn)確、規(guī)范。目前國內(nèi)海上油氣生產(chǎn)設(shè)施日常數(shù)據(jù)采集已經(jīng)可以通過傳感器遠(yuǎn)程監(jiān)控［2］，但由于受成本、安全、可靠性等因素的制約，仍需要在生產(chǎn)現(xiàn)場采用人工巡檢的方式作為補充、校驗；而且，目前的人工巡檢工作中，巡檢人員仍在使用紙質(zhì)巡檢表格進行手工記錄數(shù)據(jù)，存在著數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)記錄不規(guī)范、數(shù)據(jù)記錄后難以校驗和及時有效利用等缺陷，致使巡檢結(jié)果的準(zhǔn)確性和真實性也無法保證。因此，為了實現(xiàn)巡檢工作的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，減少巡檢人員的工作量，提高巡檢工作效率，確保巡檢結(jié)果的真實、可靠、準(zhǔn)確，建立智能巡檢系統(tǒng)勢在必行［3］。

本文針對上述現(xiàn)狀，在分析國內(nèi)建立智能巡檢系統(tǒng)的可行性的基礎(chǔ)上，提出應(yīng)用PDA（Personal Digital Assistant）巡檢器和RFID（Radio Frequency I-dentification）射頻識別技術(shù)來提高工作效率和現(xiàn)場管理智能化程度的技術(shù)途徑，旨在引入該系統(tǒng)為生產(chǎn)數(shù)據(jù)的共享與應(yīng)用，以及海洋油氣開采在“大數(shù)據(jù)”時代的背景下建設(shè)智能化油氣田提供技術(shù)支持［4］。

1 系統(tǒng)組成

由于海上油氣開采工作環(huán)境的特殊性，智能巡檢系統(tǒng)使用的設(shè)備均應(yīng)能在惡劣天氣環(huán)境下工作，滿足《GB50183-2015石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定中防水、防火、防爆的要求。

智能巡檢系統(tǒng)主要由PDA巡檢器、現(xiàn)場電子標(biāo)識、巡檢管理軟件三部分組成。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能巡檢系統(tǒng)組成示意圖

2 巡檢系統(tǒng)工作流程

巡檢流程如圖2所示。

（1）巡檢人員首先使用記錄有個人信息的身份卡登錄PDA巡檢器，隨后在巡檢管理軟件下載巡檢任務(wù)到PDA巡檢器。

（2）巡檢人員到達(dá)巡檢任務(wù)指定的位置后，使用PDA巡檢器掃描現(xiàn)場電子標(biāo)識，PDA巡檢器讀取到現(xiàn)場電子標(biāo)識中的定位信息后自動調(diào)出對應(yīng)的電子巡檢表，巡檢人員根據(jù)巡檢任務(wù)讀取現(xiàn)場數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)錄入PDA巡檢器。

圖2 巡檢流程示意圖

（3）PDA巡檢器中內(nèi)置的巡檢軟件可以對每個參數(shù)設(shè)定報警值，巡檢人員輸入的數(shù)據(jù)如果存在異常，巡檢軟件將自動發(fā)出報警提示。如有報警，巡檢人員再次核對現(xiàn)場數(shù)據(jù)是否輸入正確，排除人為輸入錯誤的影響。如果確實存在異常，則可以結(jié)合現(xiàn)場實際工況進行分析，排除隱患。

（4）巡檢人員到生產(chǎn)現(xiàn)場完成巡檢任務(wù)后，通過USB、WIFI或GPS的方式將數(shù)據(jù)上傳至巡檢管理軟件。由后臺軟件進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析和處理。

（5）根據(jù)統(tǒng)計、分析的結(jié)果，結(jié)合數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，管理人員（一般為中控主操）可以實時改進巡檢任務(wù)和工藝參數(shù)設(shè)置，達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)工藝之目的。

3 模塊功能設(shè)計

3.1 PDA巡檢器

采用Brower/server構(gòu)架，搭載windows操作系統(tǒng)，內(nèi)置巡檢軟件，是集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能于一體的移動終端。巡檢人員使用PDA巡檢器可以完成巡檢任務(wù)下載、現(xiàn)場巡檢數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)上傳至巡檢管理軟件等工作[5]。

3.2 現(xiàn)場電子標(biāo)識

現(xiàn)場電子標(biāo)識是安裝在現(xiàn)場某一區(qū)域的電子芯片，無需供電，使用RDIF射頻識別技術(shù)與PDA巡檢器進行數(shù)據(jù)交換，PDA巡檢器讀取芯片中的定位信息后，會生成對應(yīng)該區(qū)域的巡檢表格，有效的確保了巡檢數(shù)據(jù)的真實性、有效性。

3.3 巡檢管理軟件

安裝在生產(chǎn)局域網(wǎng)PC上，后臺采用Client/Server結(jié)構(gòu)應(yīng)用系統(tǒng)[6]。PDA巡檢器可以通過USB或WIFI與巡檢管理軟件連接，下載或上傳數(shù)據(jù)到后臺數(shù)據(jù)庫中，巡檢管理軟件會在后臺對上傳的數(shù)據(jù)進行處理加工，自動生成巡檢記錄表，并可以與數(shù)據(jù)庫中已設(shè)定的生產(chǎn)數(shù)據(jù)正常范圍值、報警值和歷史數(shù)據(jù)進行對比，如有異常會自動發(fā)出報警提示，并在生成的各類表格上進行標(biāo)注，提前發(fā)現(xiàn)安全隱患。

軟件主要功能如下：

（1）系統(tǒng)的維護

對巡檢管理軟件進行初始化設(shè)定和日常維護工作，包括：時間設(shè)定、PDA巡檢器的注冊登記、用戶權(quán)限和密碼修改和對數(shù)據(jù)庫中已有的歷史數(shù)據(jù)進行整理與備份。

（2）巡檢任務(wù)管理

巡檢任務(wù)設(shè)置、巡檢人員設(shè)置、巡檢任務(wù)和巡檢人員的綁定(每個巡檢人員分配相應(yīng)的巡檢區(qū)域)、對生產(chǎn)數(shù)據(jù)按重要程度進行分級。使用巡檢管理軟件還可以根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)的實際工況，為每個巡檢數(shù)據(jù)設(shè)定報警值，并可以將設(shè)定的報警值下載到PDA巡檢器中。另外，PDA巡檢器上還可以保存最近一個月的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，巡檢人員在現(xiàn)場執(zhí)行任務(wù)時可以使用PDA巡檢器隨時查看生產(chǎn)數(shù)據(jù)的歷史趨勢圖。

（3）安全隱患管理

現(xiàn)場巡檢是現(xiàn)場安全生產(chǎn)的必要輔助手段，其主要目的是及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，并及時做出處理，優(yōu)化生產(chǎn)流程、排除安全隱患。具體包括隱患信息的標(biāo)識、隱患信息與巡檢人員的綁定、隱患信息的記錄、隱患的整改計劃與完成進度跟蹤等。

（4）巡檢人員身份信息管理

對巡檢人員個人信息管理（包括巡檢人員身份注冊、用戶權(quán)限、登錄密碼等）。

（5）數(shù)據(jù)查詢

使用不同的用戶權(quán)限登錄后可以查看對應(yīng)權(quán)限的查詢結(jié)果，主要包括歷史記錄查詢、巡檢人員信息查詢、隱患信息查詢、歷史報告查詢等。

（6）數(shù)據(jù)分析

主要是針對采集到的數(shù)據(jù)與軟件管理系統(tǒng)中已設(shè)定的報警值和歷史數(shù)據(jù)交叉對比，進行綜合分析，生成各類統(tǒng)計圖表。還可以對巡檢計劃進行綜合考評，根據(jù)巡檢人員完成巡檢任務(wù)和發(fā)現(xiàn)隱患的記錄進行綜合考評。

（7）預(yù)留ERP接口

智能巡檢系統(tǒng)還可與ERP管理系統(tǒng)進行無縫對接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與應(yīng)用。

圖3 巡檢管理軟件功能模塊組合示意圖

2 結(jié)論及預(yù)期效果

智能巡檢系統(tǒng)可以提升海洋油氣生產(chǎn)、管理和數(shù)據(jù)建設(shè)的技術(shù)水平，滿足海洋油氣開采步入“大數(shù)據(jù)”時代的技術(shù)需求[7]。主要體現(xiàn)在以下幾方面:

（1）完善生產(chǎn)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)的應(yīng)用使得巡檢工作這一生產(chǎn)管理環(huán)節(jié)的末梢、死角得以納入到海洋油氣田信息化建設(shè)的大環(huán)境中[8]。通過PDA、有線和無線網(wǎng)絡(luò)、計算機軟件和數(shù)據(jù)庫應(yīng)用等各種先進的信息技術(shù)取代了傳統(tǒng)的人工巡視、手工紙質(zhì)記錄和手工匯總統(tǒng)計的低效工作方式。從而杜絕了人為因素、降低了管理成本、對巡檢人員工作狀態(tài)起到了有效的監(jiān)督和增效作用，使即時、定性、定量、客觀地考核巡檢人員的工作成為可能。

（2）使日常巡檢工作更具科學(xué)性、更有效率性。系統(tǒng)所采用的巡檢任務(wù)定期下載、巡檢任務(wù)按生產(chǎn)需要實時調(diào)整的管理模式，使巡檢工作的管理更靈活、更規(guī)范，符合生產(chǎn)實際技術(shù)發(fā)展的需求[9]。

（3）保障設(shè)備及油氣生產(chǎn)工作的安全。有效保證設(shè)備安全是智能巡檢系統(tǒng)必須的技術(shù)要求,通過巡視檢查來掌握設(shè)備的動態(tài)運行狀況及周圍環(huán)境變化，實時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障和安全隱患，有利于及時消除隱患，預(yù)防預(yù)警事故發(fā)生，保證設(shè)備的安全運行和油氣生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定維護，確保達(dá)到“安全、經(jīng)濟、高效”的運行目標(biāo)。

（4）充實、完善了海洋油氣田生產(chǎn)管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。經(jīng)過十多年的海洋油氣田生產(chǎn)信息化建設(shè)，國內(nèi)各大海洋油氣田基本都已營造了自成體系的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫環(huán)境。這些數(shù)據(jù)庫包括直接反映海洋油氣生產(chǎn)的“開發(fā)靜態(tài)”、“開發(fā)動態(tài)”、“井下作業(yè)”，和輔助生產(chǎn)的“生產(chǎn)測試”、“生產(chǎn)試井”、“采油工程”等相關(guān)技術(shù)信息[10]，涉及了油氣生產(chǎn)的各個作業(yè)環(huán)節(jié)。但是，巡檢工作仍沿用著傳統(tǒng)手工方式，巡檢數(shù)據(jù)以紙質(zhì)文本或電子表格形式存儲、傳遞，數(shù)據(jù)散亂、難以匯總、無法進行系統(tǒng)的分析與處理，智能巡檢系統(tǒng)將填補這一技術(shù)空缺。

（5）智能巡檢系統(tǒng)創(chuàng)新巡檢數(shù)據(jù)應(yīng)用方式方法，以海油生產(chǎn)現(xiàn)場計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫存儲技術(shù)為基礎(chǔ)，開發(fā)相關(guān)計算機軟件，構(gòu)建符合海油生產(chǎn)現(xiàn)場安全要求的智能巡檢系統(tǒng)，徹底結(jié)束巡檢數(shù)據(jù)的信息孤島分布現(xiàn)狀[11]。

（6）智能巡檢系統(tǒng)將先進的數(shù)據(jù)采集技術(shù)與計算機管理有效結(jié)合起來，能夠克服傳統(tǒng)巡檢方式的各種弊端，對巡檢人員的工作進行有效的實時監(jiān)管，切實提高海洋油氣田生產(chǎn)的監(jiān)管技術(shù)水平[12]。

1潘繼平，張大偉，岳來群，等.全球海洋油氣勘探開發(fā)狀況與發(fā)展趨勢[J].中國礦業(yè)，2006（11）:04-07.

2Melisa A.Manning.世界深水油氣勘探開發(fā)迎來快速發(fā)展的勢頭[J].世界石油工業(yè)，2005（8）:42-44.

3蘇斌，馮連勇，王思聰，等.世界海洋石油工業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].中國石油企業(yè)，2006（3）:138-141.

4OHGAKI K，NAKANO S,MATSUBARA T，et al.De-composition of CO2.[J].Journal of Chemical Engineering of Japan，1997,30（2）:310-314.

5張周峰.基于RFID的智能巡檢系統(tǒng)架構(gòu)和安全性分析[D].鄭州:鄭州大學(xué),2011.

6楊斌.智能巡檢系統(tǒng)在克拉美麗氣田的應(yīng)用[J]中國信息界，2012（12）:81-82.

7洪文鵬，劉霞.基于RFID數(shù)據(jù)終端的電力設(shè)備巡檢系統(tǒng)[J],東北電力技術(shù)，2005（1）:36-37.

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9Dr.Andrew J.Latham.深水和超深水的油氣勘探[J].世界石油工業(yè)，2005（7）:14-17.

10馬思平，張宏，魏萍，等.靖邊氣田在役天然氣管線完整性管理體系的建立[J].石油與天然氣化工，2011，40（4）: 424-428.

11陳立輝.基于北斗衛(wèi)星和GPRS雙信道通信的水雨情自動測報系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].杭州：浙江工業(yè)大學(xué)，2012.

12SHIMIZU Y，YAMAZAKI F,YASUDA S，et al.Development of real-time safety control system for urban gas supply network[J].Journal Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,2006,132（2）:237-249.

（修改回稿日期2015-05-27編輯景岷雪）

徐英卓，女，1964年4月出生，畢業(yè)于西北工業(yè)大學(xué)計算機軟件專業(yè)，工學(xué)碩士學(xué)位，教授，西安石油大學(xué)計算機學(xué)院教授、研究生導(dǎo)師。地址：（710065）西安市雁塔電子二路西安石油大學(xué)計算機學(xué)院。電話：13096949510。E-mail：707416631@qq.com