曹萬巖 趙雪峰 張德發(fā) 劉興煜

1大慶油田設(shè)計院有限公司

2大慶油田有限責(zé)任公司

大慶油田1960 年投入開發(fā)，歷經(jīng)60 年，建成了國內(nèi)規(guī)模最大的陸上整裝油田。目前油田包括長垣老區(qū)、外圍及海塔盆地三大區(qū)域，氣田主要包括徐深氣田和汪家屯等中淺層氣田。隨著大慶油田開發(fā)力度的不斷增大，站場數(shù)量不斷增加，截至2019 年底，大慶油田建成各類生產(chǎn)站場7 000 余座，對人力資源需求進一步增多，尤其是大、中型站場，傳統(tǒng)布站模式為各功能單元獨立布置，分崗管理，值守人員較多。隨著電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，大慶油田從2009 年開始，借助現(xiàn)代信息手段，將工業(yè)化與信息化、傳統(tǒng)管理與現(xiàn)代管理有機融合，在站場的建設(shè)與管理上進行了一系列積極有益的探索和實踐，取得了重要的階段性進展，促進了管理方式和組織架構(gòu)的變革，為控制生產(chǎn)用工、提高管理水平發(fā)揮了重要作用。

在當(dāng)前油價持續(xù)低迷的國際形勢下，大慶油田隨著主力油田全面進入高含水和特高含水開發(fā)期，能耗、建設(shè)投資也隨之增大，持續(xù)推進提質(zhì)增效，對于油田長效發(fā)展至關(guān)重要。通過全面推行站場數(shù)字化建設(shè)模式，將促進精益生產(chǎn)，推進生產(chǎn)方式、管理模式變革，從而有效利用資源，優(yōu)化生產(chǎn)運行，實現(xiàn)油氣田開發(fā)綠色安全、高質(zhì)量發(fā)展。

1 站場類型及傳統(tǒng)建設(shè)模式

參照中國石油天然氣股份有限公司2010 年發(fā)布的《中國石油油氣田站場視覺形象標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計規(guī)定》，對站場規(guī)模進行劃分。

小型站場指油氣田中功能單一、工藝簡單且規(guī)模較小的各類站場，包括油田的計量站、閥組間、配水間等；中型站場指油氣田中功能比較單一、工藝比較簡單的各類站場，包括油田的接轉(zhuǎn)站、注水站、水質(zhì)站、集氣站、獨立的35 kV變電所等；大型站場指油氣田中功能齊全、工藝完整的各類站場，主要包括油田的脫水站、配制站、聯(lián)合站等。

截至2019 年底，大慶油田建有計量間、集油閥組間、配水間等小型站場5 000 余座；已建設(shè)轉(zhuǎn)油站、注水站、脫水站、污水處理站及配制站等大中型站場2 000余座，2座及2座以上大中型生產(chǎn)站場合建的聯(lián)合站共計300余座。

大慶油田傳統(tǒng)站場建設(shè)模式中各崗位控制系統(tǒng)設(shè)置分散，例如采油五廠杏Ⅴ-1 大型聯(lián)合站，包含脫水、集氣、注水、污水處理、變電、鍋爐供熱等功能，全站共有7 個生產(chǎn)崗位，分別為脫水崗、鍋爐崗、注水崗、污水崗、深度水處理崗、新深度水處理崗、變電崗，各崗位均設(shè)置儀表值班室，人員值守分散。全站定員103人。

2 數(shù)字化建設(shè)模式

2.1 站場過程監(jiān)控模式

作業(yè)區(qū)生產(chǎn)管理中心設(shè)置SCADA 系統(tǒng)，無人值守井、站、管道由作業(yè)區(qū)直接遠程集中監(jiān)控；有人值守站場自設(shè)監(jiān)控系統(tǒng)，作業(yè)區(qū)對有人值守站實施統(tǒng)一監(jiān)視和管理。過程監(jiān)控模式見圖1。

2.2 大型聯(lián)合站采用“多崗合并，集中監(jiān)控”建設(shè)模式

2.2.1 站場平面布局

圖1 作業(yè)區(qū)監(jiān)控模式示意圖Fig.1 Schematic diagram of work area monitoring mode

為了充分利用已建設(shè)施，站場按照“新站新模式，老站老辦法”的建設(shè)思路進行集中監(jiān)控建設(shè)。

（1）新建站場。新建站場建設(shè)時考慮一步到位（圖2），實現(xiàn)全站集中監(jiān)控，崗位無人值守，站場平面采用“前中控、后站場”的標(biāo)準(zhǔn)化布站模式；針對不同類型站場的集中監(jiān)控，明確中控室整體布局，形成固定成果，在實施集中監(jiān)控站場中進行應(yīng)用。

如采油五廠聚杏Ⅴ-1 聯(lián)合站，將轉(zhuǎn)油放水站、污水處理站、注水曝氧站、配制站、變電所5個獨立生產(chǎn)單元合并建設(shè)，各單元崗位無人值守，生產(chǎn)信號上傳至中控室，統(tǒng)一在中控室內(nèi)集中監(jiān)控管理。中控室設(shè)在聯(lián)合站主入口，與生產(chǎn)單元前后呼應(yīng)，將配電室、機柜間、輔助間與中控室合建，共享系統(tǒng)依托，減少建筑面積，節(jié)省占地和投資。

（2）已建站場。已建站場結(jié)合實際進行優(yōu)化改造，最大限度實現(xiàn)集中監(jiān)控。站場立足已有崗位，在管理關(guān)鍵崗位設(shè)置中控室，例如采油三廠北Ⅱ-1聯(lián)合站將中控室設(shè)在脫水崗進行全站集中監(jiān)控。

同時，考慮以新帶老，對于相距較近的站場，當(dāng)中控室至最遠點巡檢距離不大于2 km 時，考慮采用集中監(jiān)控方式。例如采油三廠北Ⅲ-1 新建的轉(zhuǎn)油放水站與已建深度污水處理站、污水站、集氣站及鍋爐房臨近建設(shè)，統(tǒng)一在新站新建中控室，實現(xiàn)五崗合一。

2.2.2 站控系統(tǒng)建設(shè)

對于大型聯(lián)合站建設(shè)站場中心控制室，在其中部署控制系統(tǒng)主站及操作員站，每個生產(chǎn)崗位不再按照以往的模式設(shè)置值班人員，在每個分崗設(shè)置控制系統(tǒng)子站，整個站場的生產(chǎn)過程在中心控制室集中監(jiān)控，值班人員采用定期巡檢的方式對每個分崗生產(chǎn)崗位的生產(chǎn)設(shè)施進行例行檢查。

圖2 聚杏Ⅴ-1聯(lián)合站平面布局示意圖Fig.2 Schematic diagram of the layout of the Juxing Ⅴ-1 Multi-purpose Station

各生產(chǎn)單元不設(shè)置分崗顯示操作設(shè)施，當(dāng)工藝單元檢測控制點較多時，為減少進出中心控制室的線纜數(shù)量，在工藝裝置附近的就地機柜間設(shè)置就地I/O 數(shù)據(jù)采集控制裝置，實現(xiàn)站場內(nèi)所有工藝生產(chǎn)過程參數(shù)的自動采集及相應(yīng)的控制功能。另外，站場集中監(jiān)控控制系統(tǒng)與站內(nèi)油、氣、水處理的成橇設(shè)備、加熱裝置等設(shè)施自帶控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通信，采集這類裝置的生產(chǎn)數(shù)據(jù)并能進行遠程急停該類裝置。

2.2.3 采集點位設(shè)置

2016 年12 月發(fā)布SY/T 7352—2016《油氣田地面工程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》，該規(guī)范主要對石油行業(yè)的井站生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控要求進行了規(guī)范。

大慶油田2015 年審查通過并發(fā)布了大慶油田企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：Q/SY DQ1677—2015《大慶油田原油站場集中監(jiān)控設(shè)計規(guī)定》，該標(biāo)準(zhǔn)為后續(xù)集中監(jiān)控站場的規(guī)劃方案及設(shè)計提供了強有力的指導(dǎo)。2019年對該規(guī)范進行了升版，2020 年初完成升版，發(fā)布了Q/SY DQ1677—2020（修訂版）《大慶油田原油站場集中監(jiān)控設(shè)計規(guī)定》。

站場采集點位依據(jù)《油氣田地面工程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》及《大慶油田原油生產(chǎn)站場集中監(jiān)控設(shè)計規(guī)定》對各類站場具體的檢測和采集參數(shù)進行規(guī)定，重要工藝參數(shù)全部進入站控系統(tǒng)統(tǒng)一管理。

2.2.4 安防系統(tǒng)建設(shè)

站場內(nèi)設(shè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對需要進行監(jiān)控的站場和建筑物內(nèi)（外）的主要公共活動場所及通道、裝置重要部位和區(qū)域等進行有效的視頻監(jiān)視。

為防止人員從非入口區(qū)域擅自闖入，站場設(shè)置周界入侵報警系統(tǒng)，實現(xiàn)對非法闖入的人員進行快速定位、報警，并與視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動，即時進行圖像復(fù)核和錄像，從而防范各種潛在的危險[1]。

2.3 中型站場采用“區(qū)域集中監(jiān)控，站場無人值守”建設(shè)模式

2.3.1 區(qū)域管理中心建設(shè)

中型站場從2010 年開始，探索“區(qū)域集中監(jiān)控，站場無人值守”建設(shè)，首先在大慶油田長垣老區(qū)變電所實施。針對變電站相對集中的長垣老區(qū)推行電力調(diào)度—集控中心—操作隊—無人站管理模式。2014年，編制了《大慶油田35 kV無人值班變電站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》及《大慶油田35 kV無人值班變電站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計》，長垣老區(qū)各采油廠建立廠電力調(diào)度集控中心，175 座變電所實行“區(qū)域集中監(jiān)控，站場無人值守”建設(shè)。變電所通過建設(shè)、管理方式的變革，提高了油田電網(wǎng)運行管理水平及油田生產(chǎn)效益。

近幾年，隨著對數(shù)字化建設(shè)的快速、有序推進，以及對管理方式的不斷優(yōu)化完善，為便于組織架構(gòu)相應(yīng)調(diào)整，數(shù)字化建設(shè)考慮以作業(yè)區(qū)所轄井、站，整體為實施對象，在作業(yè)區(qū)設(shè)置生產(chǎn)管理中心，監(jiān)控作業(yè)區(qū)的井、間、站場數(shù)據(jù)，達到人員集中管理、運行集中控制、數(shù)據(jù)集中處理的數(shù)字化管理模式。因此，無人值守站場將生產(chǎn)數(shù)據(jù)直接上傳至作業(yè)區(qū)區(qū)域管理中心，實施區(qū)域集中監(jiān)控[2]。

2.3.2 采集點位設(shè)置

站場數(shù)據(jù)采集首先執(zhí)行《油氣田地面工程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》及《大慶油田原油生產(chǎn)站場集中監(jiān)控設(shè)計規(guī)定》。

為了確保站場安全運行，針對實施無人值守的站場，選取各類典型流程站場，進行HAZOP 分析，完善站場事故流程設(shè)置。同時，調(diào)研站場各崗位日常操作頻率，對于無人值守的站場在依據(jù)Q/SY DQ1677《大慶油田原油生產(chǎn)站場集中監(jiān)控設(shè)計規(guī)定》及SY/T 7352《油氣田地面工程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》基礎(chǔ)上，適當(dāng)增設(shè)自控點位，實現(xiàn)站場相關(guān)生產(chǎn)參數(shù)自動采集。如2019 年采油六廠喇十七深度污水、注水站為實現(xiàn)站場無人值守，通過HAZOP 分析，完善了站場事故工況時相應(yīng)的保障措施，從而確保了無人值守站場安全、平穩(wěn)運行[3]。

2.4 小型站場采用“區(qū)域巡檢、無人值守”建設(shè)模式

大慶油田小型站場主要包括計量間、集油閥組間、配水間。長垣老區(qū)油田集油系統(tǒng)主要以計量間為主，外圍低滲透油田集油系統(tǒng)主要以集油閥組間為主。

2.4.1 計量間

由于已建計量間自動選井、自動調(diào)節(jié)摻水改造工程量較大，投資較高，且后期維護難度大，因此，計量間推薦采用“自動計量、人工選井，遠程監(jiān)控、現(xiàn)場調(diào)節(jié)摻水量”的建設(shè)模式，即：采集集油和摻水匯管壓力、溫度及單井回油溫度，遠程監(jiān)控回油溫度的變化，現(xiàn)場手動調(diào)節(jié)摻水量，設(shè)置“U”型管自動量油裝置，單井液量計量時，手動選井，自動量油。計量間內(nèi)設(shè)視頻監(jiān)控。主要生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動采集，并將數(shù)據(jù)上傳至相關(guān)系統(tǒng)[4]。

該建設(shè)模式可以大幅度降低計量操作人員勞動強度，巡檢班組需定期進行選井計量，同時，通過監(jiān)測的實時數(shù)據(jù)，進行現(xiàn)場人工調(diào)節(jié)單井摻水量的操作。

2.4.2 集油閥組間

集油閥組間采集集油、摻水匯管壓力和溫度，同時，單環(huán)摻水管線設(shè)置摻水流量自動控制裝置，實現(xiàn)通過回油溫度自動控制摻水量，集油閥組間內(nèi)設(shè)視頻監(jiān)控，主要生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動采集，并將數(shù)據(jù)上傳至相關(guān)系統(tǒng)。

設(shè)置摻水流量控制裝置，可遠程調(diào)控集油閥組間油井摻水量，實現(xiàn)“區(qū)域巡檢、無人值守”的建設(shè)模式。

2.4.3 配水間

對來水壓力、每口單井壓力、單井流量均進行采集，每口注水井閥組安裝流量自控儀，遠程調(diào)控每口單井注入流量，配水間內(nèi)設(shè)視頻監(jiān)控。主要生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動采集，并將數(shù)據(jù)上傳至相關(guān)系統(tǒng)。

設(shè)置流量自控儀，可遠程調(diào)控每口單井注入流量，實現(xiàn)“區(qū)域巡檢、無人值守”的建設(shè)模式。

通過適當(dāng)增設(shè)采集點位，頻繁操作部位遠程自動操控，同時，配水間內(nèi)均設(shè)視頻監(jiān)控，使小型站場由白天有人值守逐步推行24 h無人值守。

3 實施效果及應(yīng)用前景

3.1 優(yōu)化工藝

（1）優(yōu)化集油系統(tǒng)運行。計量間、集油閥組間通過采集匯管溫度、壓力及單井回油溫度等，尋找規(guī)律，合理設(shè)置摻水量；掌握管線運行凍堵規(guī)律，逐步實施低溫集輸工藝。

（2）優(yōu)化注水系統(tǒng)運行。配水間采集注水井壓力、流量，根據(jù)管網(wǎng)壓力和油壓統(tǒng)計分析，優(yōu)化系統(tǒng)運行壓力；通過流量控制裝置，實現(xiàn)智能注水、遠程控制，可促進注水系統(tǒng)“管網(wǎng)串接，井口調(diào)注”工藝推廣，取消配水間，減少注水支線。

3.2 轉(zhuǎn)變生產(chǎn)管理方式

（1）提高生產(chǎn)過程各節(jié)點管控效率。通過數(shù)據(jù)自動采集、自動控制、遠程操控、自動報警等技術(shù)改造，以及縮短管理鏈條長度等組織機構(gòu)改革措施，生產(chǎn)管理實現(xiàn)了手動操作到自動控制的轉(zhuǎn)變、斷續(xù)數(shù)據(jù)點到連續(xù)信息流的轉(zhuǎn)變、經(jīng)驗管理到精細化管理的轉(zhuǎn)變，減少操作調(diào)整不及時的情況。

（2）確保設(shè)備設(shè)施本質(zhì)安全，提升安全監(jiān)控能力。通過技術(shù)改造確保設(shè)備設(shè)施本質(zhì)安全，利用生產(chǎn)管理平臺實時監(jiān)控設(shè)備設(shè)施運轉(zhuǎn)、關(guān)鍵部位狀況，實現(xiàn)關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)施、重點作業(yè)環(huán)節(jié)視頻監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)安全風(fēng)險并采取風(fēng)險應(yīng)對措施，降低生產(chǎn)運行風(fēng)險。

3.3 優(yōu)化組織機構(gòu)

3.3.1 數(shù)字化建設(shè)站場實施效果

站場數(shù)字化建設(shè)模式，在提高油田自動化程度的同時，挖掘人力資源潛力，優(yōu)化勞動組織形式，減少組織定員。例如采油六廠喇十七深度污水、注水站2019年10月30日完成“區(qū)域集中監(jiān)控，站場無人值守”建設(shè)模式改造，投產(chǎn)初期按照常規(guī)站場人員設(shè)置，崗位人員21 人；經(jīng)過對站場工藝熟悉后，崗位人員逐步減少，目前全站的監(jiān)視、控制等操作集中到作業(yè)區(qū)區(qū)域管理中心，實施對全站過程參數(shù)的監(jiān)控、消防監(jiān)控和視頻監(jiān)視，崗位定員減少至12人，節(jié)約人員配置42.9%。

表1 大慶油田數(shù)字化建設(shè)站場實施效果Tab.1 Implementation effect of Daqing Oilfield digital station construction

大慶油田已實施數(shù)字化建設(shè)的站場，共計減少定員2 069人，年節(jié)省用工成本3.1×108元（表1）。

3.3.2 數(shù)字化建設(shè)示范工程預(yù)期實施效果

大慶油田根據(jù)總體工作安排，第一階段井、站整體實施數(shù)字化建設(shè)示范單位包括采油二廠、三廠、五廠、海拉爾油田、龍虎泡油田，采氣分公司、外圍油田變電所。截至2020年6月，示范工程約30 000 口油水井、2 000 座大中小型站場全部完成方案編制，預(yù)計可減少定員4 000 余人，年節(jié)省用工成本5×108元左右。

大慶油田約12×104油水井，7 000座站場，整體實施數(shù)字化建設(shè)后，預(yù)計可節(jié)省一線員工25%左右。

4 認(rèn)識

（1）有序推進無人值守站場實施，先試點再規(guī)模推廣。為了確保油氣處理站場安全運行，根據(jù)站場生產(chǎn)運行及管理的實際需求，應(yīng)首先選取典型工程開展無人值守、自動控制、遠程操作試驗，通過典型工程摸索規(guī)律、暴露問題、總結(jié)經(jīng)驗、形成模式，持續(xù)優(yōu)化采集控制設(shè)置，不斷優(yōu)化完善站場建設(shè)模式，試驗成功后再大范圍推廣。

（2）站場數(shù)字化建設(shè)后，生產(chǎn)管理模式要相應(yīng)改變，與之相適應(yīng)。站場數(shù)字化建設(shè)與組織管理方式的轉(zhuǎn)變要相輔相成。通過站場數(shù)字化建設(shè)，提高站場自動化程度，充分利用信息化技術(shù)的優(yōu)勢，促進精細管理流程的再造和管理方式的改革[5]，可以有效推進管理層級的簡化；而數(shù)字化建設(shè)和應(yīng)用必須有相適應(yīng)的組織保證才能獲得預(yù)期效果[6]。例如外圍油田變電所無人值守方案，打破廠際界限，在8個外圍油田集中建設(shè)2座區(qū)域電力集控中心，對53座變電站進行統(tǒng)一管控，變電站轉(zhuǎn)為無人值班情況下運行，站內(nèi)原生產(chǎn)定員全部核減，運維人員由分散變?yōu)榧?，統(tǒng)一設(shè)置運行、巡視、操作班組。

建立健全運行維護機制是數(shù)字化應(yīng)用的重要保障措施。建立健全數(shù)字化油田的運維管理是確保數(shù)字化建設(shè)設(shè)施應(yīng)用的基礎(chǔ)，隨著數(shù)字化建設(shè)，需要打造技術(shù)水平高的油田數(shù)字化建設(shè)運維隊伍，為油田數(shù)字化工作穩(wěn)健開展提供人力資源，對于前端采集儀器儀表、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、生產(chǎn)信息采集與管理系統(tǒng)等設(shè)施進行及時有效的運行維護。運維隊伍的建設(shè)首先需要積極開展多形式、多層次的高技術(shù)培訓(xùn)，加快數(shù)字化人才培養(yǎng)，提高全員數(shù)字化技能；其次應(yīng)考慮依托生產(chǎn)單位自身建設(shè)的專業(yè)化隊伍，或委托專業(yè)化隊伍設(shè)立駐區(qū)檢修點，整合全油田優(yōu)秀的數(shù)字化建設(shè)運維人才，實現(xiàn)數(shù)字化人才的優(yōu)化配置，從而適應(yīng)數(shù)字化油田、智能化油田、智慧化油田的發(fā)展需要。

（3）站場數(shù)字化建設(shè)對油田提質(zhì)增效至關(guān)重要。隨著老油田開發(fā)進入“雙高”階段，地面系統(tǒng)負荷率低、生產(chǎn)效率低的問題日益突出。生產(chǎn)站場實施數(shù)字化建設(shè)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行自動采集、監(jiān)測和分析預(yù)警，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時推送，逐步實施精確注水、精確摻水、精確調(diào)溫、精確加藥、軟件計量、錯峰用電等措施，在降低現(xiàn)場工作強度的同時，大大提高工作效率，因此，站場實施數(shù)字化建設(shè)對持續(xù)提質(zhì)增效、實現(xiàn)油氣田高質(zhì)量發(fā)展至關(guān)重要。

（4）站場數(shù)字化建設(shè)是油田智能化應(yīng)用的基礎(chǔ)。油田實現(xiàn)自動感知、預(yù)測預(yù)警、業(yè)務(wù)協(xié)同、決策優(yōu)化的智能化應(yīng)用，需要通過數(shù)字化建設(shè)，建立各生產(chǎn)環(huán)節(jié)自動化、可視化系統(tǒng)，采集生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)，達到全面感知的目的。智能化應(yīng)用將在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等新興技術(shù)，研發(fā)生產(chǎn)運行、節(jié)能降耗、措施管理、綜合調(diào)整、安全預(yù)警輔助分析軟件，從而實現(xiàn)生產(chǎn)、開發(fā)的智能一體化管理，推動油田由數(shù)字化向智能化轉(zhuǎn)型[7]。