修增鵬

（大慶油田有限責任公司呼倫貝爾分公司）

0 引言

海拉爾油田積極推行信息化建設(shè)?；谛畔鬟f受地理環(huán)境制約的情況下，如何厘清平臺功能定位并充分運用信息技術(shù)手段，明確平臺搭建過程中的難點和技術(shù)路線，保持現(xiàn)場與管理層間信息互聯(lián)暢通，充分利用數(shù)據(jù)資源提升油田生產(chǎn)管理與決策效率，推動企業(yè)生產(chǎn)流程、組織結(jié)構(gòu)優(yōu)化，推進油田開發(fā)、生產(chǎn)、經(jīng)營智能管控，成為擺在技術(shù)和管理人員面前的研究課題。

1 平臺設(shè)計理念與整體架構(gòu)

中國石油地理信息系統(tǒng)（A4）是經(jīng)中國石油天然氣集團有限公司（以下簡稱集團公司）統(tǒng)建后投入使用的空間數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺，從宏觀角度為總部職能部門、專業(yè)分公司及所屬地區(qū)公司，提供了業(yè)務(wù)導航、空間操作、空間分析、二三維展示、專題應(yīng)用等地理信息服務(wù)。借此系統(tǒng)平臺設(shè)計理念，為充分發(fā)揮地理信息技術(shù)在決策支持和績效改善方面的能力，海拉爾油田提出油田生產(chǎn)指揮平臺建設(shè)方案，將指揮管理體系延伸至現(xiàn)場生產(chǎn)運行各個環(huán)節(jié)，強化數(shù)據(jù)為導向的決策方式［1］，通過數(shù)據(jù)分析與指令表單化傳達，掌握各油田整體生產(chǎn)經(jīng)營動態(tài)情況，確保油田生產(chǎn)業(yè)務(wù)的目標化、集中化管理。

生產(chǎn)指揮平臺運行以數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)表單化數(shù)據(jù)為信息支撐［2］，涵蓋油田采油、地面工程、生產(chǎn)調(diào)度等多項現(xiàn)場管理內(nèi)容。該平臺作為任務(wù)指令傳遞的終端環(huán)境，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)地理信息技術(shù)、全球定位系統(tǒng)（GPS），實現(xiàn)人員、車輛地理定位和任務(wù)監(jiān)督管理；采用生產(chǎn)數(shù)據(jù)、視頻圖像、文字信息等多種形式，表述油田整體生產(chǎn)運行狀況，借助網(wǎng)絡(luò)平臺推動現(xiàn)場管理流程高效、標準化運行?？紤]平臺子系統(tǒng)間業(yè)務(wù)相對獨立、數(shù)據(jù)相互共享的實際，根據(jù)各部門業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)和信息數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)產(chǎn)生的對應(yīng)、邏輯和勾稽關(guān)系，通過構(gòu)建面向服務(wù)架構(gòu)（Service Oriented Architecture）實現(xiàn)企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)集成優(yōu)化。

該平臺針對各油田采油采氣與地面工程領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的信息管理系統(tǒng)，采用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)手段搭接數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)互訪功能；發(fā)布統(tǒng)一標準的接口開發(fā)包（SDK），實現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的高效解析與映射；通過對油氣水井生產(chǎn)管理系統(tǒng)（A2）、采油與地面工程運行管理系統(tǒng)（A5）的數(shù)據(jù)庫中的油氣水系統(tǒng)專項管理模塊，進行數(shù)據(jù)資源的抽取、調(diào)用，合理規(guī)劃數(shù)據(jù)庫視圖，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的高效利用。該平臺以業(yè)務(wù)需求驅(qū)動數(shù)據(jù)模型組件的設(shè)計與擴展，基于Android系統(tǒng)擴充終端部分，著力于現(xiàn)場實際應(yīng)用，實現(xiàn)系統(tǒng)資源的合理部署與集中調(diào)配。平臺整體架構(gòu)設(shè)計如圖1所示［3-4］。

圖1 油田生產(chǎn)指揮平臺架構(gòu)

2 平臺組成系統(tǒng)及應(yīng)用

以油田生產(chǎn)業(yè)務(wù)鏈為主線，由傳感器、儀器儀表、視頻監(jiān)控等設(shè)備組成數(shù)據(jù)采集層，應(yīng)用B/S模式（瀏覽器/服務(wù)器模式）作為平臺架構(gòu)，架設(shè)LoRa基站滿足無線通信信號傳輸，依托集團公司總體部署的勘探開發(fā)、管道項目數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的建設(shè)成果，圍繞現(xiàn)場管理、生產(chǎn)指揮、智能預警、業(yè)務(wù)分析等功能需求，設(shè)計井站庫監(jiān)測管理系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)、井站庫智能巡檢系統(tǒng)、數(shù)據(jù)智能分析系統(tǒng)，具體系統(tǒng)功能及技術(shù)性設(shè)計包括以下幾個方面［5-6］：

2.1 地面生產(chǎn)管理系統(tǒng)

海拉爾油田將地面生產(chǎn)管理作為開發(fā)工作的重點內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)（WebGIS）是利用網(wǎng)絡(luò)平臺集成數(shù)據(jù)庫和計算機圖形學表述空間信息的新技術(shù)。海拉爾油田充分發(fā)揮WebGIS的技術(shù)優(yōu)勢，并將其應(yīng)用于地面生產(chǎn)管理系統(tǒng)。

通過A4系統(tǒng)接口功能，整合平臺基礎(chǔ)地理信息、與空間位置關(guān)系密切的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)一的地理信息系統(tǒng)平臺和數(shù)據(jù)標準，改變過去地質(zhì)信息管理的無序性；對油水井、管網(wǎng)、站庫中的計量和控制設(shè)備節(jié)點進行數(shù)字化處理，滿足數(shù)據(jù)采集、指令傳輸、設(shè)備控制的生產(chǎn)需求，對日常設(shè)備運行、檢修、事故原因和作業(yè)處理等內(nèi)容實行關(guān)鍵信息的電子化記錄。設(shè)計井站庫及關(guān)聯(lián)設(shè)備運行數(shù)據(jù)在空間地理信息的網(wǎng)絡(luò)多維可視化，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計、專題圖制作、空間分析等基本應(yīng)用，輔助技術(shù)人員直觀掌握系統(tǒng)生產(chǎn)運行狀況，具體功能如下：

2.1.1 油水井數(shù)據(jù)智能化管理

利用手持設(shè)備和傳感器，采集油水井參數(shù)信息，經(jīng)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至基站，有線光纜上傳至指揮平臺中心。開發(fā)數(shù)據(jù)接口，將油氣水井生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（A2）與本地數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)資源相互調(diào)用，最大限度地復用數(shù)據(jù)成果；借助人工手持設(shè)備和電腦錄入方式，完善和補充數(shù)據(jù)。將油水井位置信息和生產(chǎn)參數(shù)加載到網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)中，展示各作業(yè)區(qū)采油、注水、輸油的數(shù)據(jù)，與廠部下達的生產(chǎn)任務(wù)目標進行對比，初步分析當前各作業(yè)區(qū)和油田整體的原油生產(chǎn)趨勢。采用抽油機電參同步采集和注水井監(jiān)控設(shè)備，實施油井運行電流、電壓參數(shù)和注水井瞬時流量、壓力、注水工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)的遠程監(jiān)測調(diào)控；啟用RUT（遠程監(jiān)控采集）設(shè)備，遠程控制油水井開關(guān)，實現(xiàn)井場無固定人員值守［7-8］。

2.1.2 管網(wǎng)資料與地理信息融合

在傳統(tǒng)的平面管理方式中，管網(wǎng)資料多數(shù)以圖紙或CAD格式保存，日常維護或事故處理時必須人工調(diào)檔查閱，查詢效率低，且難以準確、直觀地顯示地下管線交叉排列的空間層次及位置關(guān)系；管網(wǎng)空間排布和穿孔處所關(guān)聯(lián)切斷閥位置等重要信息依賴于人工記憶，施工管網(wǎng)段信息缺少有效地傳遞和保存環(huán)境。

設(shè)計油田管網(wǎng)信息管理模塊，采取技術(shù)手段將管網(wǎng)構(gòu)成、屬性資料標示在地理信息中，做到施工管網(wǎng)快速地理定位，深度刻畫管網(wǎng)組成要素的空間關(guān)系，實現(xiàn)快速查閱關(guān)聯(lián)閥門、設(shè)備及管網(wǎng)結(jié)構(gòu)位置信息，為日常生產(chǎn)及事故快速響應(yīng)提供技術(shù)支撐；對管網(wǎng)施工作業(yè)位置添加電子化標簽，及時記錄管網(wǎng)施工動態(tài)信息，為現(xiàn)場人員優(yōu)化作業(yè)方案及事故預案提供參考。

2.1.3 站庫運行網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測

運用地理信息技術(shù)，直觀展示站庫空間結(jié)構(gòu)和屬性信息，規(guī)劃站庫重點生產(chǎn)參數(shù)監(jiān)測和視頻監(jiān)控部位；按照集輸生產(chǎn)流程關(guān)系，動態(tài)展示各輸油間來油外輸及聯(lián)合站、注水站、污水站的運行參數(shù)；通過人工抽檢與系統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備相結(jié)合，及時跟蹤進站、罐存、外輸油量的計量方式和盤庫動態(tài)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)作業(yè)區(qū)原油生產(chǎn)監(jiān)督和產(chǎn)量結(jié)構(gòu)分析；通過有線光纜和無線通信的數(shù)據(jù)傳輸方式，將站庫規(guī)模、管線關(guān)系、運行狀況和連通設(shè)備等信息，及地面站庫設(shè)施改造情況并入地面監(jiān)測管理模塊，為站庫維護提供準確的信息資源；搭配生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)，實現(xiàn)站庫集中網(wǎng)絡(luò)化管理，保障站庫平穩(wěn)運行，實現(xiàn)值守人員優(yōu)化配置［9-10］。

2.2 井站庫智能巡檢系統(tǒng)

井站庫智能巡檢系統(tǒng)由視頻監(jiān)控、設(shè)備故障智能預警功能模塊組成。通過電流采集模塊、井下壓力計、套壓變送器、溫度傳感器等設(shè)備，采集井站庫重點部位的生產(chǎn)參數(shù)，如：油井電流參數(shù)、站庫輸送液量、油量、進出站溫度、壓力、設(shè)備用電功率等，設(shè)置井站庫監(jiān)測管理系統(tǒng)異常參數(shù)報警值域范圍，達到設(shè)備故障智能預警效果。視頻監(jiān)控是巡檢系統(tǒng)關(guān)注的重點內(nèi)容，其監(jiān)控井場工作環(huán)境和抽油機運行狀態(tài)，實施采油、注水、集輸管線、站庫、防盜專題監(jiān)控。海拉爾油田合理規(guī)劃設(shè)備資源，對重點井及輸油管線實施視頻布控，達到井場和站庫視頻圖像的遠程監(jiān)視、儲存和控制的目標。在系統(tǒng)設(shè)備選型時，要考慮高寒、風雪等不利環(huán)境因素對系統(tǒng)運行穩(wěn)定性與可靠性的影響，保障數(shù)據(jù)信息傳輸渠道暢通、高效。

近年來，手持設(shè)備在各行業(yè)進入快速發(fā)展與廣泛應(yīng)用階段。其高集成度和便攜性拓展了儀器的適用范圍和使用場景，集成溫度、振動等多種傳感器及Android智能前端完成定位、通訊、拍照、數(shù)據(jù)記錄等便捷功能，手持設(shè)備的數(shù)據(jù)管理功能契合油田現(xiàn)場生產(chǎn)指揮及井站庫巡檢的工作需求。海拉爾油田根據(jù)現(xiàn)場工作實際，制定人工巡檢過程中重點設(shè)備點檢內(nèi)容及標準，探索硬件監(jiān)測系統(tǒng)與人工巡檢高效配合的工作方式，轉(zhuǎn)變現(xiàn)場管理模式、班組設(shè)置，優(yōu)化巡檢路線，降低員工野外勞動強度，提升人力資源使用效率，做到井站庫巡檢系統(tǒng)設(shè)計與管理相互促進。

以油水井智能巡檢管理為例：當值班員工巡井過程中發(fā)現(xiàn)油井功圖及電流異常，通過手持設(shè)備上報現(xiàn)場問題，業(yè)務(wù)部門和工藝研究所根據(jù)平臺反饋信息，派遣技術(shù)人員前往現(xiàn)場錄取功圖液面、測量電流、井口數(shù)據(jù)后，根據(jù)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場反饋情況安排抽油機更換電機、偏心井口養(yǎng)護等作業(yè)計劃，借助平臺優(yōu)化巡井、診斷、分析、處理等油水井日常管理流程。工藝研究所人員動態(tài)分析油井異常產(chǎn)量或水井異常注入原因時，首要分析地面設(shè)備對油水井生產(chǎn)的影響，操作平臺選擇分析井點并發(fā)布任務(wù)，系統(tǒng)自動向手持設(shè)備發(fā)送任務(wù)要求并定位井點，技術(shù)人員前往現(xiàn)場查看該井運行狀況，通過手持設(shè)備上報核檢結(jié)果，為井組生產(chǎn)動態(tài)分析提供現(xiàn)場依據(jù)。通過巡檢管理扁平化改變了傳統(tǒng)的多層級工作匯報方式，加強了現(xiàn)場與管理層之間信息與任務(wù)的雙向溝通［11］。

2.3 生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)

生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)是不同部門之間溝通、協(xié)作的平臺，其將作業(yè)區(qū)設(shè)備日常維護、突發(fā)事件處理流程表單化。制定表單需要總結(jié)經(jīng)驗，體現(xiàn)流程制度執(zhí)行中的關(guān)鍵節(jié)點，明確各級業(yè)務(wù)邏輯職責，優(yōu)化生產(chǎn)管理流程，增強平臺管理的時效性和可控性，生產(chǎn)管理現(xiàn)狀和信息資源可視化展示貫穿指揮全過程，進而加強企業(yè)各部門間的緊密協(xié)作，加快企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理活動的全面整合。

海拉爾油田各作業(yè)區(qū)開展原油生產(chǎn)和油田建設(shè)等日常工作，針對工作安排，制定周、月、季度計劃，并報備至生產(chǎn)調(diào)度指揮平臺；根據(jù)進度，安排采油、注水、修井、輸油等技術(shù)管理工作指標。作業(yè)班組攜帶具備定位功能的手持設(shè)備，確認員工出勤任務(wù)及設(shè)備配備情況；車輛監(jiān)控采用GPS定位系統(tǒng)，其跟蹤車輛狀態(tài)及運行路線，并傳輸?shù)街笓]系統(tǒng)，實時顯示作業(yè)現(xiàn)場地理位置信息及人員、設(shè)備施工情況；確認作業(yè)施工進度后，組長撰寫總結(jié)報告，該報告反饋至生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)，對照計劃，完成甘特圖。作為位置要素，將GPS定位技術(shù)引入地理信息系統(tǒng)；圍繞網(wǎng)絡(luò)化平臺，實時反映人員、車輛、物資、計劃之間的關(guān)系，滿足鉆機調(diào)度、管線穿孔處理、設(shè)備異常維修等現(xiàn)場作業(yè)任務(wù)的監(jiān)督管理需求。運用現(xiàn)代化信息手段，指揮現(xiàn)場生產(chǎn)高效、有序地運轉(zhuǎn)。

推進作業(yè)區(qū)HSE（健康安全環(huán)保）體系建設(shè)工作，以應(yīng)對現(xiàn)場突發(fā)事件為例：遇到井口漏油、設(shè)備狀態(tài)異常、井場大面積停電等突發(fā)狀況，通過地面生產(chǎn)管理系統(tǒng)和井站庫智能巡檢系統(tǒng)，跟蹤現(xiàn)場生產(chǎn)運行情況，及時預警，并迅速做出反應(yīng)?；谏a(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)，優(yōu)化應(yīng)急管理救援指揮框架，建立企業(yè)部門上下貫通、橫向協(xié)同的應(yīng)急指揮模塊，梳理和制訂應(yīng)急預案響應(yīng)標準、應(yīng)急過程控制措施、應(yīng)急救援后期處置等各類系統(tǒng)或設(shè)備故障預案細節(jié)，完善和加強日常應(yīng)急管理體系配套的相關(guān)工作，全面提高企業(yè)應(yīng)急管理和處置能力。

2.4 數(shù)據(jù)模型智能分析系統(tǒng)

根據(jù)生產(chǎn)管理需求，挖掘數(shù)據(jù)信息，進行深層次加工；依照現(xiàn)場生產(chǎn)經(jīng)驗，構(gòu)建模型，解決業(yè)務(wù)中存在的實際問題；設(shè)計圖表，對分析結(jié)果表述說明；解釋與評估數(shù)據(jù)結(jié)果，開展業(yè)務(wù)分析模型再優(yōu)化；明晰數(shù)據(jù)及其內(nèi)在的模式和關(guān)系，滿足管理者對生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)趨勢分析的訴求，為油田管理和決策提供量化因素［12-13］，平衡和協(xié)調(diào)計劃、資源、任務(wù)進度之間的關(guān)系（見圖2）。基于WebGIS地理信息系統(tǒng)，進行現(xiàn)場與管理交互［14］；以GPS為信息采集手段，結(jié)合GSM（全球移動通訊系統(tǒng)）、GPRS（通用分組無線服務(wù)技術(shù)）等多種方式，進行信息傳遞；通過數(shù)據(jù)和理論，支撐科學生產(chǎn)決策和資源有效配置（見圖3）。

圖2 數(shù)據(jù)分析模型邏輯示意

圖3 地理信息系統(tǒng)架構(gòu)體系示意

以設(shè)備維修為例：利用數(shù)據(jù)模型智能分析系統(tǒng)，在有效的作業(yè)時間內(nèi)提升維修質(zhì)量，延長維修周期，減少對設(shè)備生產(chǎn)時率的影響，保持設(shè)備均衡完好，保障設(shè)備安全生產(chǎn)和平穩(wěn)運行。統(tǒng)計管線穿孔頻率，找出易穿孔點，關(guān)注穿孔管線的周圍環(huán)境、設(shè)備、承受壓強，并對其重點防護。提取施工作業(yè)單中的數(shù)據(jù)，從維修頻率、檢修時間、更換備品配件情況、環(huán)境變量數(shù)據(jù)等方面，對設(shè)備運行狀況開展多維度研究，構(gòu)建模型，得出設(shè)備效能最大化與維修間隔的最佳平衡點，防止設(shè)備過維修與欠修，從而將維修對生產(chǎn)的影響降到最低。依托井站庫監(jiān)測系統(tǒng)，長期跟蹤設(shè)備利用運行情況數(shù)據(jù)，研判設(shè)備狀況變化、關(guān)鍵薄弱環(huán)節(jié)存在的傾向性問題，匯總各作業(yè)區(qū)待檢修的設(shè)備及可能存在問題的部位，制定維修、保養(yǎng)計劃，保障設(shè)備全生命周期管理的價值最大化。

借助信息系統(tǒng)平臺環(huán)境，優(yōu)化車輛、人員、路線、物資調(diào)配問題，以鉆井調(diào)度為例：為克服作業(yè)地點分散、生產(chǎn)組織復雜的不利因素，跟進鉆井方案設(shè)計、土地征用、環(huán)境影響評價等行政審批程序進展，以最短產(chǎn)能建設(shè)周期內(nèi)兼顧最大鉆井數(shù)量為目標，海拉爾油田根據(jù)鉆井、錄井、測井三家單位裝備部署情況，配合甘特圖表征手段，明確多井審批流程重疊時間內(nèi)提升設(shè)備周轉(zhuǎn)效率的業(yè)務(wù)模型，指導鉆井路線規(guī)劃、隊伍及設(shè)備的協(xié)調(diào)部署，減少鉆井關(guān)井因素對產(chǎn)量的影響。發(fā)揮地理信息系統(tǒng)和GPS定位系統(tǒng)的優(yōu)勢，對鉆井路線及運行狀況進行可視化監(jiān)督，圍繞鉆井部署及審批進展情況，各部門對實施進度跟蹤調(diào)整，完成鉆井調(diào)度的優(yōu)化安排。

3 結(jié)束語

近年來，油田各專業(yè)領(lǐng)域信息化程度不斷提高，但在生產(chǎn)指揮管理方面仍然相對薄弱，主要原因在于石油行業(yè)產(chǎn)生數(shù)據(jù)的環(huán)節(jié)較多、復雜。高效整合和應(yīng)用多源異構(gòu)數(shù)據(jù)資源是推行生產(chǎn)指揮平臺化過程中的重點和難點。海拉爾油田按照業(yè)務(wù)產(chǎn)生和使用數(shù)據(jù)信息的方式和特點，有針對性地進行生產(chǎn)指揮平臺架構(gòu)設(shè)計與實現(xiàn)，將生產(chǎn)管理中由于相對獨立的業(yè)務(wù)活動造成割裂的信息緊密聯(lián)系起來，打破由于地理位置等因素產(chǎn)生信息孤島的不利局面，提供信息交流和內(nèi)部溝通的應(yīng)用環(huán)境，為各部門共享具有分析價值的數(shù)據(jù)資源和油田現(xiàn)場生產(chǎn)指揮管理、領(lǐng)導層決策，提供全方位、多層次的信息服務(wù)和數(shù)據(jù)支持。