M油田群數字油田建設探索與思考

王宇文 梁嘉華 謝愛華 石寶磊

（中國海油伊拉克有限公司）

1 項目背景

M油田群位于伊拉克南部，包括A、B、F等3個油田，該油田群于1976年建設，曾2次在戰爭中關停，油田至今已運行近30年，設備落后老化。整個項目除改造現有設施外，還將新建超過300 km外輸管道、原油處理廠、燃氣發電廠、小型煉油廠、自動化操作系統、工作營地、機場和道路等。為了實現合同中規定的產量目標并維持穩定生產，同時滿足油田特殊的安全和自然環境要求，如何將數字油田先進的理念和管理引進到信息化嚴重落后的M油田群，成為需要解決的一個問題。

2 數字油田建設需求分析及總體規劃

2.1 需求分析

數字油田是一個以數字地球［1］為技術導向，以油田實體為對象，以地理空間坐標為依據，具有多分辨率、海量數據和多種數據融合，可用多媒體和虛擬技術進行多維表達，具有空間化、數字化、網絡化、智能化和可視化特征的技術系統。數字油田建設的首要條件是建立一個穩定高效的信息通訊網絡，其次再根據油田的生產需求逐步實現生產自動化和信息化。M油田群數字油田建設具體需求如下：

（1）在建設開發階段需要基本的通信網絡系統、辦公系統、財務系統、項目管理系統、采購系統、文檔系統，并需要收集、接管已往的地質、物探、測井、鉆井、完井等資料。

（2）由于工作涉及業主、合作伙伴、承包商及后援研究團隊，要能滿足四地（伊拉克、迪拜、北京、青島）協同辦公的需要。

（3）為了提高油田產量并穩定運營20年，需要建立一個綜合、集中的勘探開發生產數據倉庫，供開發生產研究及分析系統使用。

（4）油田日常生產需要運營操作管理系統支持，用以監控油井、處理廠、管道等各種設施及其檢維修與HSE管理。

（5）油田生產需要的生產調度、指揮及應急系統。

2.2 總體規劃

由于是在現有油田改造及重建的基礎上進行M油田群數字油田的總體規劃，既要滿足現在需求，還要考慮未來擴展。根據這一原則，選擇的數字油田網絡技術和各專業的信息系統具體如下：

（1）以Proxim 4G技術為主的無線網絡覆蓋，以Microsoft及Alfresco為基礎的統一通信及文檔辦公平臺；以SAP為主的ERP管理平臺，涵蓋人、財、物管理；以POSC WITSML為標準的實時鉆井跟蹤系統，以POSC PRODML為標準的油田生產動態優化管理系統；以SmartPlant Foundation（或Project wise）為基礎的設計建造改造全生命周期管理的工程數字工廠平臺。

（2）建立多點網絡接入，形成以北京、迪拜、伊拉克三地為主廣域網結構，并依據應用系統使用率決定系統的安裝所在地。

（3）以斯倫貝謝Petra系統平臺和ProSource數據管理平臺為勘探開發研究平臺及數據管理平臺，包括地球物理與地質研究軟件、油藏數值模擬與開發生產軟件、測井數據處理和解釋軟件以及試井解釋軟件。

（4）以Maximo為主的涵蓋生產運行、設備維護、井下作業和現場HSE管理的專業化、精細化、深度化平臺。

（5）以Tetra集群系統為主的生產調度、指揮應急系統。

依據M油田群數字油田的總體規劃，對各專業系統整體協作情況進行歸納，形成信息系統整體框架圖，見圖1。

圖1 M油田群數字油田信息系統整體框架圖

3 數字油田建設的探索

通過對M油田群數字油田建設的需求分析及總體規劃，重點開展了基礎通信生產控制網絡系統、勘探開發系統、設備運行維護管理系統、項目管理系統、生產報表系統和公司經營管理系統選型和建設的探索。

3.1 基礎通信生產控制網絡系統

（1）基礎業務網絡系統 本系統包括企業廣域網、油田廣域網、局域網系統。企業廣域網通過衛星和MPLS（多協議標記交換）／VPN（虛擬私有網絡）連接北京、伊拉克、迪拜三地；油田廣域網覆蓋營地、終端廠、9個脫氣站、泵站、井場、鉆井營地、長輸管線；局域網主要分布在脫氣站、終端廠和營地。采用無線WIFI和綜合布線技術承載數據、視頻、語音多種媒介，實現了三網融合。為了確保油田控制系統的物理安全，整個通訊網絡劃分為辦公網和控制網2張網，這2張網通過防火墻進行隔離，其中油田控制系統數據傳輸及CCTV（閉路電視監控）走控制網，由于這2個系統數據傳輸量基本固定，因此不會產生突發大數據量導致控制網的延遲；其他系統走辦公網。

（2）無線寬帶系統 考慮到未來近500口油井需要監控，而各井口分布在超過2 000 km2的沙漠范圍內，通過有線進行連接異常困難，而無線寬帶系統能夠方便靈活地進行部署。因此，本項目采用Proxim 4G無線寬帶系統，帶寬高達300 Mbps，在整個油田選擇7個站點建立基站就可以覆蓋整個油田群，為了快速有效地搭建整個系統，在項目初期利用微波連接這7個樞紐基站，項目后期隨著管道的建設再考慮鋪設光纖系統。

（3）光纖骨干數字網絡系統 油田的主要辦公場所為永久營地和終端廠，從工作營地到終端廠，從終端廠到FQS、AGS2、BUN三個區域中心，再從各區域中心到臨近的脫氣站，采用星型結構建立骨干光纖網。當光纖骨干數字網絡系統建立起來以后，微波變成了光纖網的一個備用通訊手段，當光纖網出現故障的時候，可以自動切換到微波傳輸。

（4）閉路電視監控（CCTV）系統 CCTV系統作為數字油田的眼睛，將對永久營地、終端廠、脫氣站、油井及哨所等實行全區域的監控，同時在油田的出入口、加油站以及主干道等敏感位置也設置監控探頭，及時發現安全隱患。CCTV系統采用兩級控制，區域中心各自采集、存儲及控制，中控中心可以調用各區域中心監控圖像（若一級攝像頭數量不多的話，也可以采用集中采集、存儲及控制）。攝像頭采用高清IP攝像頭，每路最多占帶寬2 M。監控系統有智能自動判斷功能，當所設定的條件滿足時會自動觸發報警。

（5）門禁系統 此系統用于車輛及人員的出入管理和公司員工的上下班考勤記錄，采用射頻識別技術無接觸遠距離進行讀卡。

（6）震動光纜報警系統 沿著永久營地四周院墻埋設震動光纜。當有振動時，此系統會分析震動信號，確認有入侵時會給監控室發出警報；此系統還可以與CCTV聯動，墻周圍的攝像頭會根據震動光纜報警系統給出的入侵地點對入侵物進行跟蹤。另外，震動光纜還可以作為長輸管道的泄漏檢測系統，可以大幅降低成本。

（7）自動路障系統 在永久營地主門口設置本系統，用于防止非法通行車輛企圖快速入侵永久營地。

（8）公共廣播報警（PAGA）系統 用來對全油田進行重大事件的廣播或報警，如火災、可燃氣體泄漏、自然災害、安全警報等。

（9）集群系統 TETRA（Terrestrial Trunked Radio，陸上集群無線電）數字集群通信系統用于M油田群生產作業的通訊集群調度，實現全油田的生產調度自動化和管理現代化，是保證油田區域內生產和應急的重要通訊保障。數字集群通信系統可在同一技術平臺上提供指揮調度、數據傳輸和電話服務，支持功能強大的移動臺脫網直通（DMO）方式，可實現鑒權、空中接口加密和端對端加密；具有虛擬專網功能，可以使一個物理網絡為互不相關的多個組織機構服務；具有豐富的服務功能、更高的頻率利用率、高通信質量、靈活的組網方式，許多新的應用（如車輛定位、圖像傳輸、移動互聯網、數據庫查詢等）都已在TETRA數字集群通信系統中得到實現。本項目采用摩托羅拉的TETRA數字集群通信系統，在3個油田分別部署了3個基站，覆蓋3個油田區域，每個基站能覆蓋20 km范圍。

（10）視頻會議系統 采用POLYCOM視頻會議系統作為數字油田溝通調度的一種手段，主站設立在永久營地應急指揮中心，并根據需要在終端廠中控室、行政樓等地設置分支。通過衛星和專線可以與迪拜、北京進行視頻通話，也可以通過互聯網與其他第三方連接。

（11）GPS系統 本系統利用衛星系統對車輛和人員在全球范圍內進行跟蹤和定位，發生危險時還可以發出衛星SOS求救信號。營地安全人員通過桌面電腦可以實時查看外出車輛的位置。

（12）程控交換機（PABX）／電話系統 采用基于初始會話協議（SIP）和開放標準的Avaya Aura結構的電話系統，通過IP網絡進行接入，不必考慮用戶的工作地點，適合區域廣的油田用戶。辦公室布線時也只需要布一條網線，可以節省建設及后期維護成本。

（13）交互式網絡電視（IPTV）系統 為了減少投資和后期維護成本，建立IPTV系統可以真正實現三網融合，不論身在油田任何地方，只要網絡覆蓋的地方都能實現TV功能。另外，這套IPTV系統除了用于娛樂外，也可以作為在線培訓系統。

3.2 勘探開發系統

對于M油田群勘探工作，目前的研究成果主要是基于地震和綜合地質數據而產生的用于分析的平面及剖面圖，如平面構造圖、儲層分布圖以及油藏剖面圖和地層地質框架圖等，而開發工作目前主要是基于油藏地質模型進行數值模擬。因此，勘探開發系統的主要功能是將勘探與開發工作更好地銜接起來，其關鍵是在勘探二維平面及剖面成果與開發三維數值模擬之間找到一個橋梁，這個橋梁就是全三維油藏地質模型。這里所說的“全”包含兩層意思：第一層意思是指靜態勘探地質研究的多層次、多級別綜合研究，即包括近井筒模型、油藏地質模型以及盆地模擬模型；第二層意思是指橫向的多學科綜合研究，即強調勘探開發多學科緊密結合、互為所用，從而提升整體研究水平和研究精度。基于這一思路，提出的M油田群數字油田建設勘探開發系統構成框架如圖2所示。

圖2 M油田群數字油田建設勘探開發系統框圖

3.3 設備運行維護管理系統

運營階段的重要工作是設備的維修管理。Maximo生產作業管理系統是以設備資產為基礎、以工作管理為主線，涵蓋生產運行、設備維護、井下作業、現場HSE等的專業化應用系統，具有石油行業專用版本，具備多項專業化擴展功能，支持地理信息導航、圖形化資產管理、手持移動工作、線性資產（各種管道）、狀態檢修等偏重設備與生產管理功能應用。由于Maximo和SAP系統的定位和特點不同，各自有最擅長的應用領域，具有很強的互補性，因此選擇SAP＋Maximo的集成架構符合實際需求，是當前信息技術應用的最佳選擇，目前這種模式已非常穩定和成熟。

3.4 項目管理系統

為了有效實現管理目標，本項目采用Smartplant fundation作為從設計、施工、移交、運營全生命周期的工廠文檔、圖紙、數據表等智能數字化管理系統。管理的數據有工程文件 （設計文件、供應商文件、調試記錄文件）、工程模型 （三維模型、智能P＆ID）和工程數據 （設計數據、供應商數據）。

項目管理平臺是公司統一辦公平臺的一個模塊，它區別于專業的項目管理系統，包括項目協助、控制、文檔管理、采辦管理等。圖3為M油田群數字油田建設項目管理系統框圖。

圖3 M油田群數字油田建設項目管理系統框圖

3.5 生產報表系統

為實現穩產增產目標，有必要建立一個油田生產數據庫，為短期、中長期研究分析的生產優化軟件系統提供數據。目前，由于國內外油氣田生產優化過程中不同公司、不同軟件對油氣生產數據格式和標準的要求不一致，導致信息的交流和共享十分困難，因此本項目參照了油氣田生產數據的國際統一標準PRODML、油田生產流程和生產設備二維矩陣模型，建立了油田基礎數據庫，該數據庫可以提供滿足各方需要的生產報表數據和優化分析系統所需數據，并且可與生產設備管理系統Maximo數據保持同步。

3.6 公司經營管理系統

公司最上層的經營管理系統是以財務為核心，集采辦、庫存為一體的SAP系統。根據公司特點獨立部署伊拉克公司ERP系統，處理聯合機構業務，并與總公司ERP系統同步，跨系統、按需求進行數據合并，支持公司總體的數據分析需求。

4 幾點思考

數字油田是公司信息化建設共同追求的遠景目標，但它的實現不可能一蹴而就。對于數字油田建設，有以下幾點思考：

（1）采用成熟、可靠、簡單、有效、快速上線、易于維護的系統，上系統前先制定好標準。

（2）嘗試采用開源系統、遠程維護管理方式和虛擬技術，以大幅降低成本；IT組織統一管理基礎及業務系統，以減少重復建設和集成復雜度。

（3）由于生產自控系統和IT技術越來越密不可分，IT部門要積極介入并與工程部門共同負責，最終由IT部門負責維護管理。

［1］崔偉宏.數字地球［M］.北京：中國環境科學出版社，1999.