文虎成，田濤，張紹輝，馬常軍，鄧攀

1.中國石油長慶油田分公司工程監(jiān)督處（陜西 西安 710016）

2.中國石油勘探與生產(chǎn)工程監(jiān)督中心 （北京 100083）

3.中國石油青海油田分公司監(jiān)督監(jiān)理公司（青海 茫崖 817500）

1 井下作業(yè)安全管控面臨的形勢

1）油田企業(yè)安全生產(chǎn)壓力與日俱增，施工作業(yè)現(xiàn)場安全監(jiān)管責(zé)任重大。新安全生產(chǎn)法頒布后，對企業(yè)安全生產(chǎn)提出了更高更嚴(yán)的要求。集團(tuán)公司、油田公司多次召開承包商安全生產(chǎn)管控推進(jìn)會，要求全面推行視頻監(jiān)控、智能行為分析等先進(jìn)技術(shù)手段，對承包商實施全天候、全方位、全過程、無死角過程管控，促進(jìn)監(jiān)管水平的提升。

2）井下作業(yè)工作量大、市場化程度高，給安全生產(chǎn)管控帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。集團(tuán)公司井下作業(yè)年工作量超21萬井次，其中長慶6.6萬井次（占鉆試修總量的85%）。井下作業(yè)類型多、工序復(fù)雜、監(jiān)管對象復(fù)雜，承包商市場化程度高（達(dá)98.5%），人員流動大且素質(zhì)參差不齊，工作量大（每天500支隊伍），作業(yè)區(qū)域點多、面廣，安全監(jiān)管人員不足，無法實現(xiàn)監(jiān)管全覆蓋。井控、安全、環(huán)保問題依舊突出（占比92%），承包商安全環(huán)保意識差，自主管理能力未從本質(zhì)上突破，難以全方位監(jiān)管；尤其是高后果區(qū)域存在小事件大后果風(fēng)險。給油氣田的安全生產(chǎn)和成本控制帶來了巨大挑戰(zhàn)。

3）傳統(tǒng)井下作業(yè)安全監(jiān)控模式及技術(shù)手段無法滿足全過程管控需要。傳統(tǒng)井下作業(yè)安全監(jiān)管以重點井、重點工序為主，監(jiān)管覆蓋面不全；雖然油田建設(shè)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)取得較好的成效，但還存在部分井場（井口）監(jiān)控畫面不清、不全，視頻監(jiān)控依靠人工盯防、智能化程度不足、未與業(yè)務(wù)系統(tǒng)融合等問題。

2 井下作業(yè)安全管控措施研究

2.1 規(guī)范井下作業(yè)監(jiān)督模式

長慶油田經(jīng)歷多年發(fā)展，井下作業(yè)數(shù)字化監(jiān)督模式以PC 端系統(tǒng)為平臺，對接遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺，監(jiān)督人員可以遠(yuǎn)程實時監(jiān)控和管理現(xiàn)場施工情況，達(dá)到巡檢、重點工序和駐井監(jiān)督的工作效果。作業(yè)隊伍通過移動單兵傳輸關(guān)鍵環(huán)節(jié)施工影像等；監(jiān)控監(jiān)督通過遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、連線巡檢、遠(yuǎn)程對話實現(xiàn)作業(yè)井遠(yuǎn)程監(jiān)督。由2～3 名監(jiān)督協(xié)同完成多口井監(jiān)督任務(wù)，以便井下作業(yè)管理人員及時發(fā)現(xiàn)井下情況，保障作業(yè)安全。

2.2 規(guī)范井下作業(yè)監(jiān)督要點

為確保井下作業(yè)監(jiān)督檢查信息化、數(shù)字化，以國家法律法規(guī)、石油行業(yè)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，將修井作業(yè)開工驗收，工序監(jiān)督檢查內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)化、表單化、信息化、模塊化，通過手持終端實時采集作業(yè)現(xiàn)場監(jiān)督檢查信息，傳送至后臺形成大數(shù)據(jù)。梳理規(guī)范井下作業(yè)監(jiān)督表單35 個，涵蓋作業(yè)工序397 項，常見問題及整改措施3 875 個，標(biāo)準(zhǔn)化整改與處罰措施4類，確保監(jiān)督系統(tǒng)規(guī)范化管理[1-4]。

小修（維護(hù)）作業(yè)主要是起下完井管（桿）柱，加上洗井、壓井、探?jīng)_砂等基本施工管柱。措施作業(yè)在起下完井管（桿）柱的基礎(chǔ)上，增加了為達(dá)到措施目的的施工管柱，包括壓裂、酸化、防砂等。試油作業(yè)在起下完井管（桿）柱的基礎(chǔ)上，增加了為達(dá)到試油目的的施工管柱，包括測試、排液、壓裂、酸化等。大修作業(yè)在起下完井管（桿）柱的基礎(chǔ)上，增加了為達(dá)到大修目的的施工管柱，包括磨銑、打撈等。

基于這4類井下作業(yè)的施工過程，確定小修（維護(hù)）作業(yè)是所有作業(yè)類型的基礎(chǔ)，本次項目研究優(yōu)先考慮小修作業(yè)施工工序的標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)而擴(kuò)展到措施、試油、大修，通過對起下管（桿）柱的監(jiān)控，從而實現(xiàn)對施工的安全控制。

2.3 井下作業(yè)視頻和信息監(jiān)控技術(shù)

修井作業(yè)現(xiàn)場視頻及信息采集系統(tǒng)，分為井場高清視頻監(jiān)控模塊、修井車載荷工況采集模塊、井口氣體安全檢測模塊、泵車、熱洗車工況采集模塊、壓裂曲線采集模塊、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集控制模塊[5-6]。應(yīng)用相關(guān)的視頻、單兵、數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)為A5 提供專門的調(diào)用接口，直接訪問作業(yè)現(xiàn)場信息，實現(xiàn)前后端、雙向視頻、音頻、數(shù)據(jù)互動交流。

1）井下作業(yè)視頻信息監(jiān)控。①井場固定式視頻監(jiān)控：依托油田生產(chǎn)運(yùn)行平臺已建設(shè)井場視頻監(jiān)控對井下作業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控，主要采用“無線網(wǎng)橋+有線電纜傳輸”方式進(jìn)入油田內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。截至2020年底，全油田共有井場18 099 個，安裝視頻監(jiān)控井場17 395 個，覆蓋率96.11%，其中標(biāo)清井場13 008個、高清井場4 387 個，高清井場覆蓋率24.24%。②井場移動式視頻監(jiān)控：在井場部署便攜式高清視頻攝像裝置，通過4G網(wǎng)絡(luò)將作業(yè)現(xiàn)場監(jiān)控畫面?zhèn)鬏斨帘O(jiān)控中心。通過井場無線傳輸，減少布線，優(yōu)選視頻監(jiān)控設(shè)備，經(jīng)APN 專網(wǎng)輸出至油田內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了影像、數(shù)據(jù)的安全采集、傳輸。便攜移動式視頻監(jiān)控裝置主要由安全控制模塊、蓄電池、攝像機(jī)天線構(gòu)件、防爆移動單兵、設(shè)備艙、手搖升降支架組成[7-8]。③手持移動終端監(jiān)控：手持移動終端是視頻監(jiān)控的有益補(bǔ)充，能夠?qū)ΡO(jiān)督關(guān)鍵環(huán)節(jié)及工序進(jìn)行圖像抓拍、遠(yuǎn)程風(fēng)險提示、現(xiàn)場作業(yè)指導(dǎo)，同時監(jiān)督人員可以利用手持終端將監(jiān)督檢查問題以圖像發(fā)送至后臺監(jiān)控系統(tǒng)。前端移動單兵為內(nèi)網(wǎng)用戶推送現(xiàn)場細(xì)節(jié)畫面；后臺WEB監(jiān)管用戶對監(jiān)控畫面進(jìn)行標(biāo)注，要求前端按需拍攝。

2）井下作業(yè)工況參數(shù)監(jiān)測。為實現(xiàn)井下作業(yè)現(xiàn)場全方位管控，基于通井機(jī)探索性開展了作業(yè)設(shè)備大鉤載荷的無線數(shù)字化監(jiān)測研制與試驗。大鉤載荷一體化采集器是用來對大鉤進(jìn)行載荷的實時數(shù)據(jù)采集，是修井作業(yè)進(jìn)行故障診斷、施工量計量的一個重要設(shè)備。拉力式觸感器相對于測量線纜的張力傳感器準(zhǔn)確度更高，更能真實反映拉力實際情況。為驗證大鉤拉力性能，在室內(nèi)對其精度進(jìn)行了測試。在空曠場景150 m距離內(nèi)測試信號強(qiáng)度低于-60 dBm，在安全過載150%下測試傳感器無質(zhì)量問題，在極限過載200%下測試無質(zhì)量問題[9-10]。

2.4 井下作業(yè)安全生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)

1）移動PC 端程序。以井下作業(yè)現(xiàn)場監(jiān)控為基礎(chǔ)，通過對井下作業(yè)視頻信息監(jiān)控，對井下作業(yè)開工許可、作業(yè)施工重點工序進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化、信息化管理，實現(xiàn)井下作業(yè)施工過程的管理。移動端應(yīng)用采用基于ANDROID 系統(tǒng)的原生APP；移動端與后臺服務(wù)器的數(shù)據(jù)交互通過基于HTTP SOAP 協(xié)議的WEB SERVICE 實現(xiàn)；服務(wù)器消息“井下作業(yè)監(jiān)督管理系統(tǒng)”通過APP 向用戶推送生產(chǎn)任務(wù)、生產(chǎn)指揮指令。

2）系統(tǒng)功能模塊。在現(xiàn)場需求梳理的基礎(chǔ)上，對功能模塊進(jìn)行設(shè)計。截至目前，井下作業(yè)監(jiān)督共設(shè)計了14 個功能模塊；包含壓裂、酸化常規(guī)措施的工序質(zhì)量檢驗卡，維護(hù)、帶壓作業(yè)、壓裂、酸化、射孔、化學(xué)堵水、固井封井的施工質(zhì)量監(jiān)督卡，現(xiàn)場檢查表等共10個數(shù)據(jù)表單的錄入、審核和查詢功能的設(shè)計。

井下作業(yè)視頻信息監(jiān)控數(shù)據(jù)可進(jìn)行實時查看、歷史數(shù)據(jù)查看。對維護(hù)、措施、大修、壓裂和酸化作業(yè)的開工許可證相關(guān)資料進(jìn)行在線網(wǎng)絡(luò)化資料審核，實現(xiàn)PC+APP的在線開工許可證審核。對洗井、試壓和下鉆作業(yè)過程實時監(jiān)控，實現(xiàn)作業(yè)過程的實時監(jiān)控、抓拍等?？蓪崿F(xiàn)監(jiān)督人員相關(guān)信息采集，作業(yè)過程中監(jiān)督日志、監(jiān)督總結(jié)的采集，并實現(xiàn)作業(yè)過程的實時監(jiān)控、抓拍等。通過隊伍資質(zhì)、設(shè)備等相關(guān)信息采集，隊伍人員的相片、身份證等相關(guān)信息，為后期視頻監(jiān)控識別提供基礎(chǔ)。

3 井下作業(yè)可視化管控技術(shù)應(yīng)用

3.1 井下作業(yè)現(xiàn)場視頻監(jiān)控應(yīng)用情況

依托井場數(shù)字化高清視頻改造，將現(xiàn)有井場視頻與井下作業(yè)系統(tǒng)對接融合，已完成1 588 個井場視頻接口對接，基本滿足井下作業(yè)現(xiàn)場遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。配套10支作業(yè)隊伍移動式視頻監(jiān)控裝置，現(xiàn)場試驗50 余井次，可通過云臺調(diào)節(jié)與井口距離，觀察井口操作，滿足全過程監(jiān)控需要。通過高清視頻監(jiān)控應(yīng)用，利用遠(yuǎn)程視頻檢查現(xiàn)場15 664 井次，發(fā)現(xiàn)問題449項，跟蹤夜間施工5 788井次，監(jiān)控登高、吊裝、倒扣、替油作業(yè)4 382井次。全過程跟蹤作業(yè)風(fēng)險，抓工序防違章，從源頭上加強(qiáng)現(xiàn)場管控能力。

3.2 井下作業(yè)監(jiān)督系統(tǒng)應(yīng)用情況

依托井筒可視化系統(tǒng)建設(shè)，修井作業(yè)監(jiān)督已配套手持終端912 個，截至目前已完成25 803 井次修井作業(yè)監(jiān)督檢查，使作業(yè)現(xiàn)場監(jiān)督檢查更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。同時通過系統(tǒng)應(yīng)用，井下數(shù)字化監(jiān)督管理模式與傳統(tǒng)監(jiān)督模式相比更具生命力，是油田高質(zhì)量發(fā)展的有效手段。

3.3 打造作業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用示范作業(yè)區(qū)

在采油作業(yè)區(qū)進(jìn)行了試點應(yīng)用，初步實現(xiàn)了從單一視頻監(jiān)控到“視頻監(jiān)控與監(jiān)督工作”相結(jié)合的新型監(jiān)督模式。

現(xiàn)場監(jiān)督從開工驗收到完井交接所涉及內(nèi)容全部由手持終端錄入，可遠(yuǎn)程查看施工過程。視頻監(jiān)督全程在線監(jiān)控，PC 端檢查錄入情況，對每一道提交工序進(jìn)行核查，實現(xiàn)了視頻監(jiān)控從單一監(jiān)控向雙核查的轉(zhuǎn)變。

通過“視頻監(jiān)控+移動終端+PC 端后臺管理”，使作業(yè)現(xiàn)場監(jiān)督檢查更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，監(jiān)督履職能力和履職效果有效提升；檢查信息透明化、公開化、剛性化，促進(jìn)了承包商自主管理能力提升，提高了井下作業(yè)現(xiàn)場安全風(fēng)險管控能力。全油田以“看的見、看的清”為原則，持續(xù)推進(jìn)視頻監(jiān)控工作有序進(jìn)行。截至目前，全油田累計開展視頻檢查現(xiàn)場15 664 井次，發(fā)現(xiàn)問題449 項，跟蹤夜間施工5 788 井次，監(jiān)控登高、吊裝、倒扣、替油作業(yè)4 382井次，跟蹤隊伍未及時到場2 377井次。

4 實施效果

1）基于可視化監(jiān)控，構(gòu)建了井下作業(yè)安全生產(chǎn)監(jiān)控新模式，實現(xiàn)了安全生產(chǎn)管控全覆蓋及提質(zhì)增效。構(gòu)建了井區(qū)-作業(yè)區(qū)-廠級-公司級的視頻監(jiān)督體系，設(shè)立視頻監(jiān)控崗、分層級開展監(jiān)督，通過視頻監(jiān)控對重點工序進(jìn)行指導(dǎo)、監(jiān)督、抽查，提升監(jiān)控預(yù)警和隱患排查能力，實現(xiàn)井下作業(yè)全過程監(jiān)控。井下作業(yè)數(shù)字化監(jiān)督管理新模式，由監(jiān)督人員現(xiàn)場駐點監(jiān)督或?qū)﹃P(guān)鍵工序監(jiān)督，從必須到現(xiàn)場轉(zhuǎn)變?yōu)槔靡曨l監(jiān)控的“遠(yuǎn)程+現(xiàn)場”雙重監(jiān)督全過程，現(xiàn)場監(jiān)督巡檢、抽檢，遠(yuǎn)程監(jiān)督全程在線監(jiān)控，實現(xiàn)2～3人協(xié)同完成多井監(jiān)督。

2）集成創(chuàng)新井下作業(yè)現(xiàn)場視頻監(jiān)控方式及視頻智能分析，實現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場全方位、全過程監(jiān)控。根據(jù)不同的作業(yè)類型，確定了小修、大修、帶壓、措施作業(yè)的監(jiān)控點個數(shù)、監(jiān)控點點位及視頻監(jiān)控范圍，形成視頻監(jiān)控配套技術(shù)，回傳井口畫面清晰流暢，滿足井口作業(yè)面重點監(jiān)控，減少布線對施工作業(yè)的影響。實現(xiàn)了現(xiàn)場作業(yè)區(qū)監(jiān)控區(qū)域的人員勞保穿戴及車輛闖入自動識別，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定模式自動進(jìn)行判斷與異常報警?？赏ㄟ^視頻監(jiān)測起下鉆速度，評估作業(yè)質(zhì)量和施工進(jìn)度。

3）開發(fā)了集視頻和作業(yè)動態(tài)的井下作業(yè)安全生產(chǎn)管控系統(tǒng)，實現(xiàn)了視頻監(jiān)控與業(yè)務(wù)系統(tǒng)共享融合。井下作業(yè)安全生產(chǎn)管控平臺實現(xiàn)施工井“作業(yè)設(shè)計、施工動態(tài)、隊伍管理、可視化監(jiān)控”于一體化的作業(yè)全流程管控。施工作業(yè)動態(tài)視頻監(jiān)控圖像抓拍、違章問題在線上報，對井控安全等重復(fù)性、嚴(yán)重問題系統(tǒng)備案整改。視頻監(jiān)控界面設(shè)置了圖像抓拍、違章問題在線上報功能。手持終端和PC端具有實時通信功能，遠(yuǎn)程監(jiān)督與現(xiàn)場監(jiān)督（作業(yè)隊伍）可在線互動。

4）通過“視頻監(jiān)控+”井下作業(yè)可視化安全生產(chǎn)管控新模式，現(xiàn)場累計應(yīng)用8 906井次，檢查出重復(fù)性問題及隱患同比下降10%，單井問題數(shù)從2.67 降至2.10，有力提升了井下作業(yè)監(jiān)管水平。

5）通過智能識別技術(shù)，實現(xiàn)了部分代替人工監(jiān)控，減少了人工監(jiān)控成本，并能實現(xiàn)7×24 h 監(jiān)控，極大地提高了監(jiān)督效率。目前長慶油田約3 000人的安全監(jiān)督隊伍，通過智能監(jiān)控手段至少能削減5%的人員成本，全年節(jié)省費(fèi)用約3 000 萬元。通過提升監(jiān)控智能化手段，為安全監(jiān)督作業(yè)、檢維修作業(yè)等提供了遠(yuǎn)程監(jiān)督能力，有效減少車輛配屬費(fèi)用，按每天減少出車104次消減16輛監(jiān)督配屬車輛計算，日節(jié)約成本5 600元，年節(jié)約成本204.4萬元。

6）利用可視化監(jiān)控及視頻智能分析代替人工盯防的監(jiān)控方式，緩解了井下作業(yè)工作量大與監(jiān)管人員短缺的矛盾。同時系統(tǒng)融合有效提升了安全管控人員信息感知能力，充分發(fā)揮了可視化監(jiān)控的威懾作用，防控風(fēng)險、降低損失，樹立良好的企業(yè)形象。