王壽平 彭鑫嶺 呂清林 龍 飛 姜貽偉 蒙玉平

1.中國(guó)石化中原油田分公司 2.中國(guó)石化中原油田普光分公司

0 引言

位于四川盆地的普光氣田是中原油田三大油氣基地（東濮老區(qū)、普光氣田、內(nèi)蒙古探區(qū)）之一，是中原油田油氣生產(chǎn)主產(chǎn)區(qū)。普光氣田位于四川省達(dá)州市宣漢縣普光鎮(zhèn)，是中國(guó)目前投入開(kāi)發(fā)規(guī)模最大的海相整裝高含硫氣田[1]，探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量超過(guò)4 000×108m3。已整體建成混合氣產(chǎn)能100×108m3/a，并建成了120×108m3/a處理能力的天然氣凈化廠，該氣田于2009年10月投產(chǎn)運(yùn)行。

普光氣田為高含硫化氫的構(gòu)造—巖性氣藏，具有開(kāi)發(fā)難度大、技術(shù)含量高、安全風(fēng)險(xiǎn)大等特點(diǎn)[1-2]。為了保障氣田高效開(kāi)發(fā)和安全生產(chǎn)，普光氣田在建設(shè)之初就以“數(shù)字氣田”為目標(biāo)，按照無(wú)人值守的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，建立了全覆蓋的生產(chǎn)光傳輸網(wǎng)絡(luò)、先進(jìn)的自控化控制系統(tǒng)、全方位的監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)、ESD四級(jí)緊急關(guān)斷系統(tǒng)、基于云存儲(chǔ)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)、緊急疏散廣播系統(tǒng)等一系列數(shù)字化的生產(chǎn)控制與信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了氣田的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

隨著數(shù)字化的不斷發(fā)展和深入，國(guó)內(nèi)外許多領(lǐng)域開(kāi)始從數(shù)字化向智能化邁進(jìn)，如智慧城市、智能制造、智慧農(nóng)業(yè)、智能家居[3-4]。在油氣田行業(yè)，一些國(guó)際石油公司率先啟動(dòng)智能化建設(shè)，如Shell（殼牌公司）在智能油田項(xiàng)目中實(shí)施的智能井、先進(jìn)協(xié)作環(huán)境、整體油藏管理，為Shell帶來(lái)的整體收益高達(dá)50億美元。Statoil（挪威國(guó)家石油公司）在整合運(yùn)營(yíng)項(xiàng)目中通過(guò)對(duì)組織結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)流程不斷優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了更安全、更高效、更科學(xué)的決策。BP（英國(guó)石油公司）通過(guò)未來(lái)油田項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了基于實(shí)時(shí)分析的快速?zèng)Q策，實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科、多地點(diǎn)的遠(yuǎn)程協(xié)同，對(duì)其總產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率達(dá)到50%。

目前物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)等新技術(shù)日趨成熟，在“數(shù)字油氣田”的基礎(chǔ)上，按照“全面感知、集成協(xié)作、預(yù)測(cè)預(yù)警、優(yōu)化決策”4個(gè)發(fā)展階段打造智能油氣田，實(shí)現(xiàn)油氣田增儲(chǔ)上產(chǎn)、降本增效、安全綠色生產(chǎn)[5]，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)油氣田新一輪信息技術(shù)革命的必經(jīng)之路，對(duì)油氣田發(fā)展的結(jié)構(gòu)調(diào)整、戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 建設(shè)目標(biāo)

由于不同油氣田的基礎(chǔ)、規(guī)模、業(yè)務(wù)和目標(biāo)需求不盡相同，所以目前國(guó)內(nèi)外對(duì)智能油氣田建設(shè)沒(méi)有統(tǒng)一的定義、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有固定的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ娇梢詮?fù)制。普光氣田借助全覆蓋的光傳輸生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)和先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，在物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)等新技術(shù)規(guī)劃建設(shè)智能氣田[6-7]，建立知識(shí)庫(kù)和專(zhuān)家系統(tǒng)，通過(guò)集成協(xié)作、智能模型、機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)預(yù)警、業(yè)務(wù)優(yōu)化和智能輔助決策，支撐普光氣田增儲(chǔ)穩(wěn)產(chǎn)、降本增效、安全生產(chǎn)，保障氣田安穩(wěn)長(zhǎng)滿優(yōu)運(yùn)行，使普光氣田信息化水平和管理水平達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際一流水平。

2 整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

普光智能氣田建設(shè)遵循“六統(tǒng)一”原則，即統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一投資、統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一管理，并按照總體規(guī)劃、分步實(shí)施、步步見(jiàn)效、突出重點(diǎn)的思路，進(jìn)行智能氣田整體架構(gòu)設(shè)計(jì)，整體架構(gòu)為“一個(gè)平臺(tái)、兩個(gè)中心、兩個(gè)體系”，即一體化協(xié)同應(yīng)用平臺(tái)、資源共享中心、智能輔助決策指揮中心、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、信息安全體系（圖1）。

其中資源共享中心是基礎(chǔ)，兩個(gè)體系是保障，一體化協(xié)同應(yīng)用平臺(tái)是核心，智能輔助決策指揮中心是最終目標(biāo)。

2.1 資源共享中心

資源共享中心以云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)[7-8]，為普光智能氣田所有應(yīng)用系統(tǒng)提供高效的計(jì)算運(yùn)行環(huán)境和數(shù)據(jù)，主要包括硬件資源共享、數(shù)據(jù)資源共享兩部分。硬件資源共享主要是利用虛擬化技術(shù)建立的云計(jì)算環(huán)境，實(shí)現(xiàn)硬件資源按需分配、高性能服務(wù)、自動(dòng)計(jì)量、自動(dòng)回收、共享使用，包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲(chǔ)、系統(tǒng)軟件等；數(shù)據(jù)資源共享主要利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，基于油氣物聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集、數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)建立普光智能氣田中心數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)建設(shè)與共享，為所有應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐。

普光智能氣田數(shù)據(jù)資源建設(shè)的主要內(nèi)容包括氣田勘探開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)、氣田生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)、氣田實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、氣田綜合研究成果數(shù)據(jù)庫(kù)、文檔數(shù)據(jù)庫(kù)、視頻數(shù)據(jù)庫(kù)等，并建立主數(shù)據(jù)以確保數(shù)據(jù)的共享。數(shù)據(jù)建設(shè)的方式主要是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、崗位數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控視頻集成。

2.2 一體化協(xié)同應(yīng)用平臺(tái)

圖1 普光智能氣田整體架構(gòu)圖

一體化協(xié)同應(yīng)用平臺(tái)[9-10]是普光智能氣田的核心，是智能氣田所有基礎(chǔ)服務(wù)和應(yīng)用系統(tǒng)集中運(yùn)行與管理的中心，該平臺(tái)基于SOA（Service-Oriented Architecture）架構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)建立統(tǒng)一身份認(rèn)證、統(tǒng)一權(quán)限、統(tǒng)一日志、統(tǒng)一工作流程、統(tǒng)一待辦、統(tǒng)一用戶(hù)界面、統(tǒng)一組件共享、統(tǒng)一公用功能服務(wù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的互聯(lián)互通和業(yè)務(wù)橫向之間的協(xié)同，實(shí)現(xiàn)所有基礎(chǔ)服務(wù)和應(yīng)用系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、集中化運(yùn)行、集中化管控、模塊化共享、統(tǒng)一化架構(gòu)、統(tǒng)一化運(yùn)維、一體化管理。主要功能包括：

2.2.1 單點(diǎn)登錄管理

即SSO（Single Sign On），結(jié)合統(tǒng)一身份認(rèn)證（IDS）和統(tǒng)一權(quán)限管理，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)登錄，通過(guò)平臺(tái)登錄即可直接訪問(wèn)平臺(tái)中任何應(yīng)用系統(tǒng)。

2.2.2 統(tǒng)一日志管理

日志是平臺(tái)監(jiān)控、應(yīng)用跟蹤、系統(tǒng)運(yùn)維、業(yè)務(wù)大數(shù)據(jù)分析的重要信息，通過(guò)平臺(tái)日志管理實(shí)現(xiàn)各應(yīng)用系統(tǒng)日志的標(biāo)準(zhǔn)化記錄和應(yīng)用。

2.2.3 統(tǒng)一流程引擎管理

即 BPM（Business Process Management），是實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)橫向協(xié)同的關(guān)鍵，通過(guò)建立普光氣田統(tǒng)一的工作流管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)氣田統(tǒng)一待辦任務(wù)處理中心，使任務(wù)集中高效處理，并實(shí)現(xiàn)流程端到端的統(tǒng)一監(jiān)控，把握業(yè)務(wù)的全過(guò)程。

2.2.4 公用組件服務(wù)

為了避免程序功能重復(fù)開(kāi)發(fā)，并保證程序功能的獨(dú)立性、完整性、規(guī)范性，在平臺(tái)上針對(duì)氣田業(yè)務(wù)特點(diǎn)以微服務(wù)方式開(kāi)發(fā)公用組件庫(kù)，包括系統(tǒng)組件，如表格組件、報(bào)表組件、圖形組件等，以及業(yè)務(wù)組件，如測(cè)井曲線回放、固井質(zhì)量圖回放、井身軌跡立體投影圖回放、監(jiān)控視頻調(diào)用等?；谄脚_(tái)的應(yīng)用系統(tǒng)，只需設(shè)定參數(shù)調(diào)用組件，組件即可自動(dòng)訪問(wèn)資源中心數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。

2.2.5 公共程序服務(wù)

對(duì)于功能復(fù)雜的公用功能，利用平臺(tái)SOA架構(gòu)通過(guò)ESB企業(yè)服務(wù)總線，以服務(wù)模式開(kāi)發(fā)公共服務(wù)程序，我們目前的建立的公共服務(wù)程序包括三維地理信息服務(wù)、文檔服務(wù)服務(wù)、全文檢索服務(wù)、視頻監(jiān)控服務(wù)、流程引擎服務(wù)等。

2.2.6 應(yīng)用程序管理

對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的登記注冊(cè)、版本、注銷(xiāo)、自動(dòng)更新、刪除、服務(wù)啟停、資源文件等進(jìn)行統(tǒng)一管理。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系

普光智能氣田標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系建設(shè)的原則是以國(guó)家、行業(yè)、企業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為基礎(chǔ)，結(jié)合普光高含硫氣田特點(diǎn)和業(yè)務(wù)實(shí)際進(jìn)行制訂，包括技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、管理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、工作標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等。

2.3.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范、數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯結(jié)構(gòu)、主數(shù)據(jù)建設(shè)規(guī)范、一體化平臺(tái)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)規(guī)范、組件及服務(wù)開(kāi)發(fā)規(guī)范、移動(dòng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)規(guī)范、三維仿真模型建模規(guī)范、信息安全建設(shè)規(guī)范。

2.3.2 管理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

主要是針對(duì)智能氣田建設(shè)建立的管理制度與規(guī)范文件，包括智能氣田組織機(jī)構(gòu)成立文件、云計(jì)算資源管理規(guī)定、應(yīng)用系統(tǒng)管理規(guī)定、數(shù)據(jù)資源管理規(guī)定、信息安全管理規(guī)定、信息系統(tǒng)應(yīng)急預(yù)案等。

2.3.3 工作標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

對(duì)智能氣田建設(shè)中關(guān)鍵的基礎(chǔ)工作，明確工作的責(zé)任、權(quán)利、范圍、質(zhì)量要求、程序、檢查方法、考核辦法等，主要包括數(shù)據(jù)采集與考核標(biāo)準(zhǔn)、智能氣田工作考核辦法等。

2.4 信息安全體系

普光智能氣田信息安全建設(shè)借鑒國(guó)內(nèi)外信息安全建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，包括TCSEC標(biāo)準(zhǔn)、BS7799標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)布的信息技術(shù)安全標(biāo)準(zhǔn)（ISO/IEC）以及我國(guó)的信息安全標(biāo)準(zhǔn)（GB/T15843.x–y、GB 15851—1995、GB 15852—1995），結(jié)合普光整體架構(gòu)和建設(shè)原則，重點(diǎn)規(guī)劃設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)、數(shù)據(jù)庫(kù)安全建設(shè)、應(yīng)用系統(tǒng)安全建設(shè)、工控網(wǎng)與辦公網(wǎng)邊界防護(hù)建設(shè)、用戶(hù)桌面終端安全防護(hù)建設(shè)等，并建立態(tài)勢(shì)感知系統(tǒng)，以安全大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)[11-13]，從全局視角提升對(duì)信息安全威脅的發(fā)現(xiàn)識(shí)別、理解分析、應(yīng)急處置、防范決策能力。

2.5 智能輔助決策指揮中心

智能輔助決策指揮中心是智能氣田建設(shè)的終極目標(biāo)，通過(guò)建立氣田勘探、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)運(yùn)行、安全與應(yīng)急指揮、經(jīng)營(yíng)管理等各專(zhuān)業(yè)知識(shí)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)管理，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)，建立業(yè)務(wù)智能分析模型，形成虛擬專(zhuān)家智能輔助決策分析系統(tǒng)，并通過(guò)自我深度學(xué)習(xí)不斷優(yōu)化完善，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)處理、預(yù)測(cè)預(yù)警、輔助決策、分析優(yōu)化，然后通過(guò)用戶(hù)桌面計(jì)算機(jī)終端、移動(dòng)設(shè)備、調(diào)度大屏隨時(shí)推送信息和輔助方案，實(shí)現(xiàn)氣田開(kāi)發(fā)生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的預(yù)測(cè)、預(yù)警、優(yōu)化和智能決策。

智能氣田總體架構(gòu)又分為技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)和業(yè)務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)（也稱(chēng)應(yīng)用架構(gòu)設(shè)計(jì)）。其中技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)指信息基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用平臺(tái)、應(yīng)用之間的關(guān)系，是縱向之間的依存關(guān)系；業(yè)務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)是指氣田各業(yè)務(wù)之間的關(guān)系，是橫向之間的協(xié)同協(xié)作關(guān)系。

3 技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

普光智能氣田技術(shù)架構(gòu)采用云計(jì)算技術(shù)架構(gòu)。自下而上包括工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)＋設(shè)備感知接入層、基礎(chǔ)設(shè)施云服務(wù)層（IaaS）、平臺(tái)云服務(wù)層（PaaS）、軟件云服務(wù)層（SaaS）等4個(gè)層次(圖2)。

圖2 普光智能氣田技術(shù)架構(gòu)圖

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)＋設(shè)備感知接入層以氣田站場(chǎng)光纜網(wǎng)絡(luò)、采氣集輸SCADA系統(tǒng)、天然氣凈化處理DCS系統(tǒng)為基礎(chǔ)，利用信息傳感設(shè)備，實(shí)時(shí)采集狀態(tài)、運(yùn)行、監(jiān)控、控制、生產(chǎn)等各種信息，實(shí)現(xiàn)氣田生產(chǎn)的全面感知。

基礎(chǔ)設(shè)施云服務(wù)層IaaS（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）由計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、網(wǎng)絡(luò)資源共享服務(wù)組成。平臺(tái)云服務(wù)層PaaS（平臺(tái)即服務(wù)）提供基礎(chǔ)技術(shù)服務(wù)、公共服務(wù)、業(yè)務(wù)服務(wù)，基礎(chǔ)技術(shù)服務(wù)借助于DCOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)線性動(dòng)態(tài)擴(kuò)展、異地資源調(diào)度等方面的優(yōu)異性能，提供物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、資源調(diào)度、通用技術(shù)等服務(wù)，統(tǒng)一交付服務(wù)基于SCRUM流程和DEVOPS理念，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的應(yīng)用程序構(gòu)建、部署和交付流程，統(tǒng)一運(yùn)營(yíng)服務(wù)采用自動(dòng)化運(yùn)維、資源管理等技術(shù)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的資源調(diào)度、應(yīng)用管理、組件控制等；公共服務(wù)基于微服務(wù)架構(gòu)提供用戶(hù)服務(wù)、日志服務(wù)、權(quán)限服務(wù)等；業(yè)務(wù)服務(wù)通過(guò)面向微服務(wù)的組件編排技術(shù)，快速定制提供如勘探、開(kāi)發(fā)等專(zhuān)業(yè)業(yè)務(wù)服務(wù)功能。軟件云服務(wù)層SaaS（軟件即服務(wù)）通過(guò)PaaS層的平臺(tái)服務(wù)，靈活構(gòu)建面向氣田勘探、開(kāi)發(fā)、天然氣生產(chǎn)、天然氣凈化、安全環(huán)保、經(jīng)營(yíng)管理、生產(chǎn)保障的業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件，簡(jiǎn)化應(yīng)用系統(tǒng)的部署、運(yùn)維和管理。

4 業(yè)務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

普光智能氣田業(yè)務(wù)架構(gòu)圍繞“四個(gè)支撐單元”進(jìn)行設(shè)計(jì)，即氣田勘探開(kāi)發(fā)管理、氣田生產(chǎn)運(yùn)行與應(yīng)急指揮管理、氣田QHSE管理、氣田經(jīng)營(yíng)管理。

4.1 氣田勘探開(kāi)發(fā)管理

通過(guò)建立智能勘探開(kāi)發(fā)管理系統(tǒng)，結(jié)合一體化協(xié)同研究成果，建立勘探開(kāi)發(fā)知識(shí)庫(kù)和輔助分析預(yù)測(cè)預(yù)警模型，運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)勘探目標(biāo)優(yōu)選、探井優(yōu)選輔助設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)氣井、氣藏開(kāi)發(fā)自動(dòng)問(wèn)題診斷、實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)預(yù)警，實(shí)現(xiàn)勘探開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)智能決策，輔助氣田開(kāi)發(fā)技術(shù)政策制定。架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示。

天然氣勘探智能輔助決策方面，建立勘探專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)，利用大數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)出解決問(wèn)題的最優(yōu)方案方法，形成相應(yīng)的智能分析和預(yù)測(cè)模型；實(shí)現(xiàn)勘探目標(biāo)智能優(yōu)選；綜合地面地下進(jìn)行探井井位優(yōu)化設(shè)計(jì)；探井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)模擬鉆頭軌跡并提出動(dòng)態(tài)調(diào)整建議，及時(shí)修正地質(zhì)認(rèn)識(shí)。

氣藏智能管理方面，建立氣田開(kāi)發(fā)方案專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)方案過(guò)程跟蹤與智能輔助優(yōu)化調(diào)整；多井智能對(duì)比分析輔助氣藏動(dòng)態(tài)分析；通過(guò)氣藏監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)模擬，實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)趨勢(shì)預(yù)測(cè)，優(yōu)化生產(chǎn)和作業(yè)計(jì)劃；通過(guò)氣藏分析和預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)氣藏模型逐步校準(zhǔn)；通過(guò)措施智能分析，實(shí)現(xiàn)措施方案評(píng)估和效果評(píng)價(jià)等。

氣井智能管理方面，建立單井動(dòng)態(tài)模擬和智能診斷、自動(dòng)報(bào)警模型；實(shí)現(xiàn)氣井智能分析預(yù)測(cè)和優(yōu)化；自動(dòng)生成單井診斷報(bào)告和措施建議等。

4.2 氣田生產(chǎn)運(yùn)行與應(yīng)急指揮管理

圖3 普光智能氣田勘探開(kāi)發(fā)管理業(yè)務(wù)架構(gòu)圖

氣田生產(chǎn)運(yùn)行方面，實(shí)現(xiàn)氣田采氣、地面集輸、凈化處理、污水處理、作業(yè)、設(shè)備管理等業(yè)務(wù)信息協(xié)同流程化，結(jié)合三維地理信息，實(shí)現(xiàn)從基層操作到生產(chǎn)指揮、生產(chǎn)管理、應(yīng)急管理和公司決策層的生產(chǎn)調(diào)度、運(yùn)行分析、腐蝕預(yù)警、設(shè)備檢維修預(yù)測(cè)、壽命預(yù)測(cè)和工作流程協(xié)同，基于地下地上一體化流程模擬的系統(tǒng)分析和優(yōu)化，包括生產(chǎn)運(yùn)行報(bào)警信息自動(dòng)診斷、利用專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)輔助快速?zèng)Q策并給出處理方案、自動(dòng)執(zhí)行生產(chǎn)指令；集輸管網(wǎng)和設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、預(yù)警、報(bào)警、快速診斷；管網(wǎng)的智能平衡和自動(dòng)調(diào)節(jié)；全網(wǎng)的實(shí)時(shí)模擬分析、預(yù)測(cè)、處理措施建議、現(xiàn)場(chǎng)指令反饋等。

氣田應(yīng)急指揮方面，運(yùn)用三維地理信息與站場(chǎng)集輸管網(wǎng)三維仿真模型，實(shí)現(xiàn)氣田三維可視化管理，并集成道路、水源、應(yīng)急搶險(xiǎn)物資、醫(yī)院、消防、居民分布等基礎(chǔ)地理信息，結(jié)合H2S泄漏監(jiān)測(cè)報(bào)警、火氣報(bào)警、地災(zāi)監(jiān)測(cè)報(bào)警、環(huán)境監(jiān)測(cè)報(bào)警等信息，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急報(bào)警實(shí)時(shí)接入、應(yīng)急視頻監(jiān)控自動(dòng)定位追蹤、應(yīng)急預(yù)案快速啟動(dòng)、應(yīng)急資源快速定位、應(yīng)急指揮與搶險(xiǎn)人員融合通信調(diào)度、利用應(yīng)急專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)輔助快速?zèng)Q策并給出處理步驟、搶險(xiǎn)處置實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)、處置過(guò)程全程數(shù)字化記錄、事件經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和自我學(xué)習(xí)等。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)行與應(yīng)急搶險(xiǎn)指揮的一體化管理。架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4所示。

4.3 氣田QHSE管理

根據(jù)普光氣田高含硫化氫、超深、高壓、復(fù)雜山地、多雨潮濕的特點(diǎn)，以風(fēng)險(xiǎn)管理為核心，以氣田自動(dòng)化和智能化設(shè)備、三維地理信息、站場(chǎng)與集輸管網(wǎng)三維仿真模型為基礎(chǔ)，綜合利用氣體泄漏在線監(jiān)測(cè)、火氣在線監(jiān)測(cè)、環(huán)境在線監(jiān)測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害在線監(jiān)測(cè)、腐蝕在線監(jiān)測(cè)、視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控、周界防范、緊急疏散廣播等安全環(huán)保信息，對(duì)氣田安全生產(chǎn)中的危險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、消減和措施的制訂、運(yùn)行、控制、監(jiān)測(cè)、監(jiān)督、經(jīng)驗(yàn)提升等進(jìn)行全面過(guò)程控制和高效動(dòng)態(tài)管理。利用大數(shù)據(jù)和評(píng)價(jià)模型（如H2S泄漏擴(kuò)散模型），提高風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和預(yù)警預(yù)測(cè)的科學(xué)性和實(shí)用性；利用FRID和PAD物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)直接作業(yè)環(huán)節(jié)全過(guò)程管控，并實(shí)現(xiàn)氣田特種設(shè)備、空氣呼吸器等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備智能化管理和高效調(diào)度；通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)和事故原因分析，及時(shí)、準(zhǔn)確、定量地發(fā)現(xiàn)氣田安全生產(chǎn)中人、機(jī)、料、法、環(huán)的薄弱環(huán)節(jié)，更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)未來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn)趨勢(shì)，提高QHSE決策能力，優(yōu)化質(zhì)量和能源管理。架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖5所示。

4.4 氣田經(jīng)營(yíng)管理

圍繞ERP系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)劃、財(cái)務(wù)、銷(xiāo)售、投資、物資、人力資源的協(xié)同管理；建立物資管理實(shí)現(xiàn)物資的計(jì)劃、采購(gòu)、質(zhì)量、出入庫(kù)、庫(kù)存的管理；基于決策樹(shù)模型進(jìn)行生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)綜合分析，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)輔助管理（圖6）。

5 實(shí)施與效果

普光智能氣田建設(shè)實(shí)施按照“一個(gè)平臺(tái)、兩個(gè)中心、兩個(gè)體系”的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)合氣田關(guān)鍵業(yè)務(wù)目標(biāo)和“分步實(shí)施、步步見(jiàn)效”實(shí)施原則，重點(diǎn)圍繞智能氣田資源共享中心、一體化協(xié)同應(yīng)用平臺(tái)、智能輔助決策指揮中心開(kāi)展了實(shí)施與應(yīng)用。

圖4 普光智能氣田生產(chǎn)運(yùn)行與應(yīng)急指揮管理業(yè)務(wù)架構(gòu)圖

圖5 普光智能氣田QHSE管理業(yè)務(wù)架構(gòu)圖

圖6 普光智能氣田經(jīng)營(yíng)管理業(yè)務(wù)架構(gòu)圖

5.1 建立了智能氣田資源共享中心，實(shí)現(xiàn)氣田全面感知

首先針對(duì)普光氣田采氣集輸SCADA系統(tǒng)、凈化廠處理DCS系統(tǒng)、電力調(diào)度SCADA系統(tǒng)等相對(duì)獨(dú)立的自控系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)資源共享中心建立了統(tǒng)一的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)SCADA、DCS等自控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行集中集成，通過(guò)OPC協(xié)議對(duì)外提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

其次建立了以“崗位”為采集單位的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，覆蓋全氣田200多個(gè)基層生產(chǎn)崗位，實(shí)現(xiàn)了崗位資料標(biāo)準(zhǔn)化、資料采集數(shù)字化、數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化、數(shù)據(jù)審核流程化、報(bào)表生成自動(dòng)化、異常提醒智能化。完成了除實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以外其他動(dòng)、靜態(tài)資料的數(shù)字化采集。

最后基于主數(shù)據(jù)管理，實(shí)現(xiàn)了不同類(lèi)型數(shù)據(jù)在資源共享中心的集中管控，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)、三維仿真模型數(shù)據(jù)、文檔類(lèi)數(shù)據(jù)、地質(zhì)綜合研究成果數(shù)據(jù)、勘探開(kāi)發(fā)生產(chǎn)數(shù)據(jù)等，并建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)，為應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)資源共享。

5.2 建立了智能氣田一體化應(yīng)用平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)集中與協(xié)同

一體化應(yīng)用平臺(tái)通過(guò)建立各種共享服務(wù)，如賬戶(hù)管理、權(quán)限管理、日志管理、GIS服務(wù)、流程服務(wù)、功能組件服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、接口管理等，將不同應(yīng)用系統(tǒng)集成到一體化應(yīng)用平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)間信息共享、功能共享，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)的橫向協(xié)同，避免了煙囪式開(kāi)發(fā)造成的信息孤島（圖7）。

在一體化應(yīng)用平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的基于三維地理信息的站場(chǎng)三維仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了從井筒、站場(chǎng)、管線、閥室、穿跨域、隧道、總站等全過(guò)程1∶1三維模型可視化管理（圖8）；開(kāi)發(fā)的勘探開(kāi)發(fā)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了氣田開(kāi)發(fā)(調(diào)整)方案輔助決策、開(kāi)發(fā)規(guī)劃與部署輔助設(shè)計(jì)、勘探目標(biāo)及探井輔助設(shè)計(jì)、氣藏開(kāi)發(fā)預(yù)測(cè)及預(yù)警、單井預(yù)警與診斷管理；開(kāi)發(fā)的生產(chǎn)運(yùn)行指揮系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)監(jiān)控、生產(chǎn)預(yù)警、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)、調(diào)度協(xié)調(diào)、生產(chǎn)考核“五位一體”的調(diào)度管理；開(kāi)發(fā)的QHSE及直接作業(yè)環(huán)節(jié)管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高效風(fēng)險(xiǎn)分析與現(xiàn)場(chǎng)施工安全管控。

圖7 普光智能氣田一體化應(yīng)用平臺(tái)效果圖

圖8 普光智能氣田三維仿真系統(tǒng)效果圖

5.3 推進(jìn)輔助決策指揮中心建設(shè)，智能化應(yīng)用初見(jiàn)成效

首先根據(jù)普光氣田高含硫特點(diǎn)，研究總結(jié)氣藏、氣井、設(shè)備腐蝕等方面的理論公式、經(jīng)驗(yàn)公式、案例庫(kù)及有關(guān)模型，建立了相應(yīng)知識(shí)庫(kù)，初步實(shí)現(xiàn)了氣井智能預(yù)警診斷、設(shè)備健康診斷及措施建議優(yōu)選。其次建立了跨平臺(tái)的移動(dòng)應(yīng)用[11]，實(shí)現(xiàn)了氣田生產(chǎn)信息實(shí)時(shí)感知、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)視頻移動(dòng)監(jiān)控、生產(chǎn)異常及時(shí)推送、公文與事務(wù)審批移動(dòng)辦理，使辦公效率與生產(chǎn)管理水平大幅度提高。

通過(guò)持續(xù)推進(jìn)普光智能氣田建設(shè)，著重打造了勘探開(kāi)發(fā)輔助決策能力、生產(chǎn)優(yōu)化與協(xié)同能力、安全管控與處置能力、經(jīng)營(yíng)管理精細(xì)化能力等4項(xiàng)能力，支撐了普光氣田平穩(wěn)運(yùn)行、高效管理、安全生產(chǎn)。

6 結(jié)論

1）普光智能氣田建設(shè)借鑒國(guó)內(nèi)外智能油氣田試驗(yàn)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和理念，結(jié)合高含硫氣田生產(chǎn)特點(diǎn)開(kāi)展整體規(guī)劃部署和實(shí)施，建設(shè)思路與實(shí)施方法行之有效，整體架構(gòu)設(shè)計(jì)符合信息技術(shù)發(fā)展方向，取得較好效果，建設(shè)過(guò)程中形成了相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，具有一定借鑒意義。

2）智能油氣田建設(shè)服務(wù)于油氣田開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，油氣田管理水平和效益的提升是評(píng)價(jià)智能油氣田建設(shè)效果的唯一標(biāo)準(zhǔn)，因此，智能油氣田規(guī)劃設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是尋找油氣田核心業(yè)務(wù)需求與先進(jìn)信息技術(shù)的交集。

3）智能油氣田涉及的業(yè)務(wù)面廣，應(yīng)用的信息化技術(shù)多，為了實(shí)現(xiàn)油氣田的整體智能化水平，要建立業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)及信息技術(shù)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，在智能系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中注重業(yè)務(wù)的橫向貫通，組建核心開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)，綜合利用內(nèi)外技術(shù)力量進(jìn)行建設(shè)。