吳利利，劉廣勝，陸 梅，程世東，劉天宇

（長(zhǎng)慶油田分公司油氣工藝研究院，西安 710016）

0 引言

隨著油田不斷開(kāi)發(fā)建設(shè)，各類(lèi)管線增多，使得地下管網(wǎng)系統(tǒng)變得越來(lái)越龐雜，而且隨著時(shí)間推移，很多管線慢慢老化，大大增加了油田的管理難度和環(huán)境保護(hù)壓力，因此對(duì)油田管網(wǎng)智能管控系統(tǒng)具有迫切需求。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 信息技術(shù)

1.1.1 大數(shù)據(jù)融合診斷技術(shù)

油田管網(wǎng)智能管控系統(tǒng)一方面需要處理多傳感器采集數(shù)據(jù)融合問(wèn)題，這就好像人類(lèi)或其他生物系統(tǒng)利用視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)等獲取物理世界的信息，并進(jìn)行綜合處理；另一方面需要處理已有的各類(lèi)管網(wǎng)信息碎片，這些數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出海量性、多元異構(gòu)性、實(shí)時(shí)性、分布式特征，對(duì)設(shè)計(jì)提出了較高要求。本文利用大數(shù)據(jù)融合診斷技術(shù)實(shí)時(shí)處理多種信息，實(shí)現(xiàn)油田管網(wǎng)狀態(tài)智能判識(shí)、管道剩余年限智能預(yù)測(cè)等，提高了系統(tǒng)的智能化管理水平。

1.1.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

該技術(shù)是從功能角度模擬神經(jīng)元提出的一種網(wǎng)絡(luò)。本文主要利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的重要特征——學(xué)習(xí)，通過(guò)學(xué)習(xí)使系統(tǒng)具有智能特性，實(shí)現(xiàn)基于影像識(shí)別管道周邊、基于光纖感知管道情況，對(duì)管網(wǎng)運(yùn)行狀況進(jìn)行分析預(yù)判。

1.2 管道完整性管理

根據(jù)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)和國(guó)內(nèi)的管理特點(diǎn)，可以將管道完整性管理分為數(shù)據(jù)收集、高后果區(qū)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、完整性評(píng)價(jià)、維修維護(hù)和效能評(píng)價(jià)6 個(gè)環(huán)節(jié)［1-2］。基于此，本文制定了一套與管理體系結(jié)合的體系文件及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并開(kāi)發(fā)了管道完整性管理數(shù)據(jù)庫(kù)及基于數(shù)據(jù)庫(kù)搭建的系統(tǒng)平臺(tái)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 建設(shè)目標(biāo)

本文系統(tǒng)主要建設(shè)目標(biāo)可以分為3 個(gè)方向。

（1）構(gòu)建油田管道完整性基礎(chǔ)地理信息平臺(tái)?；贏PDM數(shù)據(jù)模型，建立準(zhǔn)確、安全的油田管道完整性數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)、分析等基本應(yīng)用。

（2）提供數(shù)據(jù)共享和功能服務(wù)。通過(guò)地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）服務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、可視化、空間分析、決策支持等地理信息共享服務(wù)，為管道完整性管理提供支持。

（3）實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)業(yè)務(wù)應(yīng)用功能。結(jié)合油田實(shí)際需求，構(gòu)建具有油田特色的管道完整性管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)，滿(mǎn)足日常管道完整性管理工作要求。

2.2 數(shù)據(jù)組織方式

地面管道信息數(shù)據(jù)庫(kù)根據(jù)數(shù)據(jù)形式可以分為油田管網(wǎng)信息數(shù)據(jù)、相關(guān)地理空間信息數(shù)據(jù)和一些非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)3 部分。其中，地理空間信息數(shù)據(jù)可以根據(jù)情況分層級(jí)、分精度地使用免費(fèi)地圖信息或買(mǎi)入相關(guān)信息；油田管網(wǎng)數(shù)據(jù)來(lái)源則由4 部分構(gòu)成，即新建數(shù)據(jù)、歷史檔案數(shù)據(jù)、已存電子數(shù)據(jù)、工業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要來(lái)源于一些歷史資料或相關(guān)專(zhuān)業(yè)庫(kù)。

2.3 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)分為5 個(gè)層次［3］，分別是物理層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、顯示層、應(yīng)用層（見(jiàn)圖1）。物理層主要是支撐系統(tǒng)運(yùn)行的各類(lèi)服務(wù)器、防火墻和網(wǎng)絡(luò)等，數(shù)據(jù)層主要完成基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、管網(wǎng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)的采集、校驗(yàn)、存儲(chǔ)等，服務(wù)層主要完成數(shù)據(jù)的加工處理，顯示層主要完成數(shù)據(jù)加工后的呈現(xiàn)處理操作，應(yīng)用層主要完成系統(tǒng)相關(guān)功能應(yīng)用。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

3 系統(tǒng)功能模塊

系統(tǒng)采用瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）架構(gòu)，多模塊分布協(xié)同完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析統(tǒng)計(jì)、發(fā)布、監(jiān)控預(yù)警等功能。

3.1 管線巡線模塊

通過(guò)該功能，管理人員可以直接下發(fā)及分配管線巡檢任務(wù)［4-5］，并對(duì)巡線軌跡做出相應(yīng)要求，實(shí)時(shí)監(jiān)控巡檢人員、考核出勤和業(yè)績(jī)；通過(guò)手持移動(dòng)端，巡檢員工可以實(shí)時(shí)上報(bào)事件發(fā)生情況，準(zhǔn)確記錄各類(lèi)巡檢事件，引導(dǎo)巡檢路徑，有效提高巡檢效率和準(zhǔn)確度。圖2 為員工接受巡檢任務(wù)、顯示巡檢路線、定位拍照、記錄上報(bào)功能移動(dòng)端界面。

圖2 管線巡檢移動(dòng)端界面

3.2 應(yīng)急管理模塊

該模塊通過(guò)快速定位事故點(diǎn)，并對(duì)管道、站庫(kù)、維修隊(duì)、穿跨越、周邊設(shè)施、河流水系、危險(xiǎn)源等相關(guān)要素信息進(jìn)行大數(shù)據(jù)疊加分析，實(shí)現(xiàn)事故點(diǎn)周邊智能預(yù)警、智能推薦搶險(xiǎn)方案、輔助進(jìn)行維搶修人員調(diào)度指揮［6］、事后事故后果分析等一系列功能，其流程如圖3 所示。

圖3 應(yīng)急管理流程

3.3 隱患分析模塊

隱患分析是在人工和系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別估測(cè)的基礎(chǔ)上評(píng)估發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的可能性及危害程度，并決定是否需要采取相應(yīng)措施的過(guò)程，之后根據(jù)管線參數(shù)評(píng)估給出預(yù)警。系統(tǒng)定位隱患檢測(cè)點(diǎn)后，可實(shí)時(shí)查詢(xún)檢測(cè)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)查詢(xún)管道檢測(cè)計(jì)劃、防腐層破損點(diǎn)、雜散電流、周邊土壤腐蝕性等信息，實(shí)現(xiàn)管線完整性評(píng)價(jià)分析功能。

3.4 管道評(píng)估預(yù)警功能

基于GIS 地圖綜合展示管道中線、穿跨越、隱患點(diǎn)、風(fēng)險(xiǎn)源等關(guān)注信息，并利用多信息融合診斷算法，根據(jù)管線的管徑、運(yùn)行壓力、運(yùn)行溫度、管材最低屈服強(qiáng)度、設(shè)計(jì)系數(shù)等要素進(jìn)行管線剩余使用年限的評(píng)估，給出預(yù)警。多信息融合診斷模型利用專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)算法和大數(shù)據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)兩種算法進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，預(yù)測(cè)管道剩余年限［7-8］。

3.5 管線運(yùn)維管理功能

管線運(yùn)維管理以廠為單位，建立“作業(yè)區(qū)—廠級(jí)”管理模式，作業(yè)區(qū)管理員負(fù)責(zé)上報(bào)管線運(yùn)維信息，其中包括產(chǎn)建管線管理與管線改線歷史記錄，由廠級(jí)管理員審核后入庫(kù)。管理人員通過(guò)上傳現(xiàn)場(chǎng)相片或視頻，描述管線異常情況，建立管線異常和運(yùn)維完整性檔案，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、報(bào)表管理等功能，并采用地圖可視化技術(shù)，方便用戶(hù)在圖中查看管線異常點(diǎn)地理位置，顯示現(xiàn)場(chǎng)照片、異常原因分析等信息。

3.6 快速查詢(xún)功能

快速查詢(xún)是一個(gè)管道本體數(shù)據(jù)綜合展示查詢(xún)的平臺(tái)?；贕IS 地圖綜合展示管道中線、穿跨越、隱患點(diǎn)、風(fēng)險(xiǎn)源等重點(diǎn)信息。如圖4 所示，點(diǎn)擊特征點(diǎn)，會(huì)彈出現(xiàn)場(chǎng)采集照片，展示現(xiàn)場(chǎng)情況及埋深等信息。

圖4 快速查詢(xún)界面

3.7 數(shù)據(jù)維護(hù)功能

數(shù)據(jù)維護(hù)功能提供一個(gè)快速數(shù)據(jù)入庫(kù)、維護(hù)的平臺(tái)，將傳統(tǒng)報(bào)表形式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成空間數(shù)據(jù)格式，導(dǎo)入管道完整性數(shù)據(jù)庫(kù)，包括管道路由、線性參考系等多類(lèi)數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)自研發(fā)完成以來(lái)，在國(guó)內(nèi)部分油田中得到較好應(yīng)用，不僅實(shí)現(xiàn)了油田管網(wǎng)實(shí)時(shí)在線受控運(yùn)行，形成了油田管網(wǎng)數(shù)據(jù)中心，而且通過(guò)多信息融合診斷算法與日常管理需求相融合，提高了油田管網(wǎng)巡檢效率與質(zhì)量，提升了油田管網(wǎng)智能化管理水平，對(duì)于確保油田管網(wǎng)安全平穩(wěn)運(yùn)行，創(chuàng)建環(huán)境友好型企業(yè)，實(shí)現(xiàn)油田安全發(fā)展、清潔發(fā)展具有重要的意義。