油氣生產自動化流程分析報警系統建立與應用

蘭明菊 陸興 韓菲 寧曉波

[摘 要] 本文介紹一種油氣生產自動化流程分析系統，通過油田信息集成平臺，構建可視化流程框架，建立流程分析模型，進行自動化數據、生產流程報警分析。實現油田總圖—站庫—計量站—管匯—單井原油生產全流程展示，關鍵參數監測報警，產量異常波動跟蹤，有助于分析單井、區塊產量增減原因，快捷直觀了解現場生產信息，及時掌握原油生產動態，解決現場生產問題。系統的應用提高了油田問題井摸查效率，為現場生產分析和決策提供了依據，具有一定的應用前景。

[關鍵詞]油氣生產；自動化；流程分析；模型；應用

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 03. 033

[中圖分類號] F270.7；TP315 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）03- 0071- 04

1 引 言

油田現場計算機網絡、自動化建設不斷完善，已基本覆蓋油田各個站庫。油田規模不斷擴大，自動化系統快速發展，經歷了標準制定、數據庫建立、數據發布、報表生成、數據綜合應用五大階段，涵蓋油田多個業務領域，功能日趨強大，為油田智能化建設奠定了良好的基礎。

為滿足現場監控、生產管理等多方面的應用需求，深化自動化數據在流程報警分析等方面的應用，使油田自動化系統不僅能夠成為基層工作人員對現場監控的一種手段，而且逐漸成為生產管理層進行生產分析、決策的一種輔助工具，本文將現場實時自動化數據與日生產數據相結合，研究設計一種生產自動化流程分析報警系統。

2 系統設計

油氣生產自動化流程分析報警系統，運用油田信息集成平臺，通過建立油田知識庫，挖掘油田生產中的顯性和隱性知識，實現自動化實時數據的發布、報表管理、可視化流程監測、報警分析、數據分析應用等功能，深化油氣生產自動化系統應用。構建可視化流程框架，建立產量異常波動分析流程，實現關鍵參數報警監測，總圖—站庫—計量站—管匯—單井分析流程圖示化展示。系統通過關鍵參數對比，能夠多角度、直觀快捷地了解生產信息，及時掌握生產異常情況，解決生產實際問題，提高問題分析效率和管理水平，為生產現場提供分析、決策依據。

油田信息集成平臺，采用可視化的定義工具，操作步驟簡化，邏輯連貫。在遵循定制思想、優化定制流程的前提下，集成平臺以操作可視化、簡捷化、標準化為理念，避免了早期平臺功能實現時在數據庫中填寫大量數據復雜、枯燥的手工流程。該平臺采用相對簡便、邏輯清晰、所見即所得的操作完成復雜定制工作，極大地提高定制工作的效率和準確度，具有較強的適用性、安全性和擴展性。

2.1 系統架構

油氣生產自動化流程報警分析系統是一種以收集數據為基礎、實現數據的傳輸、發布、流程分析與報警于一體的綜合信息系統。自動化數據庫是架設在控制系統和應用系統之間的數據橋梁，通過數據采集、存儲和發布，為上層應用提供數據服務[1-2] 。在自動化數據庫的基礎上，調取開發數據庫日報數據，對每天的日數據進行動態分析，實現關鍵參數報警，異常情況進行閃爍提示，便于快速發現問題、分析問題的原因并進行處理。系統數據流程如圖1所示。

油氣生產自動化流程分析報警系統采用瀏覽器/服務器方式訪問數據庫，采用目前流行的多層開發模式進行信息發布[3]。同時，在數據庫開發以及功能實現方面，大量使用存儲過程訪問后臺數據庫并處理。整個系統在縱向上可分為3層，即：數據存儲層、應用服務層、用戶訪問層，系統架構如圖2所示。

在系統架構中，數據存儲層主要完成數據的區域性集中，實現對生產現場各種數據的自動收集和協議轉換，是自動化流程報警分析系統的基礎；應用服務層是利用計算機網絡技術、數據庫技術以及接口技術，通過編寫存儲過程、視圖、觸發器以及算法對數據進行統一加工、處理和分析，通過圖示化定制工具將流程圖與過程以及算法相關聯，進行數據調用，實現報警分析功能；用戶訪問層是指用戶通過客戶端應用程序或IE對發布的功能進行查詢，對現場的生產情況進行可視化查看[4]，了解掌握現場的生產情況。

2.2 功能結構

用戶訪問層使用的界面功能即是系統最終實現功能，該系統通過對自動化流程報警系統業務梳理，設計出主體思想，即系統展示方式呈遞進式，每一層級之間相互關聯。由總圖到處理站、轉油站，由轉油站到管匯，從管匯再到單井，逐步推進、逐級細化，實現實時數據與生產日數據無縫結合、動態展示功能。系統的功能結構如圖3所示。

3 流程分析模型與算法

3.1 流程分析模型

為實現系統功能，系統建立了流程分析報警模型。流程分析報警模型通過影響產量、生產的指標變化來綜合反映油井生產變化情況，根據變化及時采取相應的措施與對策，有效預防事態的進一步惡化，將損失減少到最小。生產流程分析模型建立的依據是產液量、產油量以及產油量波動百分比，將模型嵌入到程序開發的過程代碼之中，通過輸入項，執行程序中的流程分析算法，從而得到分析結果。報警模型的建立有利于解決生產實際問題，提高問題分析效率和管理水平，為生產現場提供分析、決策依據。報警模型如圖4所示。

3.2 流程分析算法

為實現系統功能，提出了流程分析算法的概念，通過建立油田知識庫，將油田生產中的顯性和隱性知識挖掘出來加以共享。分析算法將日期和報警值（即產量波動百分比，此時差值為負數）作為其中的可選參數，根據不同需求選擇相應參數進行查詢判斷，顯示出不同界限值情況下的報警信息。系統給定的起始值為3%，可選范圍為1%～20%，滿足不同用戶的需求，操作方便靈活。為取得報警界限值，系統通過算法進行處理，計算出產量波動百分比，根據產量波動百分比的數值來進行判斷。算法如下：

F=（a-b）/a*100%；

a=sum（rcyl），b=sum（rcyl2）； （公式一）

式中，F表示產量波動的百分比；a表示在給定條件下的產液量之和，例如計算的是**采油一站的產液量，那么所計算的就是**采油一站所有油井的產液量之和；

b表示在給定條件下產油量之和，例如計算**采油一站1#轉油站的產油量，那么所計算的就是1#轉油站下面的所有油井的產油量的總和；

rcyl表示單井每天的產液量；rcyl2表示單井每天的產油量。

通過每天對數據的對比，根據輸入的報警參數判斷是否需要做出報警，若需要，則及時發布報警信息。

3.3 報警信息報表

油氣生產自動化流程分析報警系統報警結果查詢形式多樣，其優點表現在以下3個方面：對歷史的報警結果進行任意查詢，自行選擇日期，增加的系統使用的靈活性；進行報警值的自主選取，設定的報警值以下降3%～20%為界限范圍，不同階層的用戶在使用過程中因需求的不同可進行自我定制，可操作性強；可對單一報警結果進行查看，也可統計查詢報警結果。

報警結果體現方式主要有兩種：一是通過可視化的界面實現對生產流程進行直觀報警，圖標變換大小不停閃爍，鼠標懸停在圖標上時顯示出具體的報警信息（單一報警結果查看）；二是以報表形式統計出各生產單元內的報警結果匯總信息。圖6顯示的是報警結果匯總統計。

3.4 系統應用效果

某油田通過實時數據、日生產數據以及專家知識庫綜合應用，建立了油氣生產流程分析報警系統，圖示化顯示單位、站名、日期、產液量、產油量、總井數、開井數以及異常波動信息，將超出規定的報警值范圍的信息以報表的形式展示出來，直觀明了，便于查找問題的源頭，進行分析并采取相應措施（參見圖7）。

系統投用后，不同生產崗位上人員借助系統對油田現場生產實時監控與查看，系統成為技術人員分析數據、做出調控分析以及決策的“眼睛”；圖形與數據相結合，便于用戶理解，使問題更加突顯，減少查找問題所用的時間，提高了分析問題與解決問題的效率。

4 結 論

本文提出建立統一標準的油氣生產報警流程，實現原油生產數據網上發布，隨時在線查看數據，對現場設備可視化監控，實時查看產量波動情況，分析增減的原因，實現了對單井數據的實時跟蹤，由傳統的事后分析變為報警調節，優化管理方法。系統采用統一平臺進行功能研發，后期維護方便、簡單易操作，適用性和擴展性強。

系統應用提升了現場生產管理水平，使自動化技術與生產管理更好地結合，為單位領導和科研人員提供決策依據。借助該系統能夠減少往返現場次數，降低安全風險，及時發現問題并解決問題，提高現場管理及科研工作效率。

主要參考文獻

[1]高寧波，金宏，王宏安.歷史數據實時壓縮方法研究[J].計算機工程與應用，2004（28）.

[2]張景濤，王華，王宏安.實時數據的存取與壓縮[J].化工自動化及儀表，2003，30（3）：47-50.

[3]蒲微，蔡志強.油田生產自動化數據應用智能分析設計與實現[J].數字石油和化工，2009（10）：61-65.

[4]單鴻飛，藺勝利，等.管控一體化技術在采氣一廠的應用[J].石油工業計算機應用，2010（1）：30-34.