油氣生產智能運維系統iPES-PE研究

王炳國，毛軍軍*，孫雙春，康立智，史小斌，周曉雪

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油氣生產智能運維系統iPES-PE研究

王炳國1，毛軍軍2*，孫雙春3，康立智3，史小斌3，周曉雪2

（1. 勝利石油管理局電力管理總公司；2. 北京雅丹石油技術開發有限公司，北京昌平，102200；3. 山東廣域科技有限責任公司）

目前油氣生產現場管理主要采用人工巡檢，基于這種傳統模式的巡檢方式存在信息采集效率低、真實性得不到保障且信息共享性差，對于巡檢目標的異常狀態無法高效、準確、實時的回傳技術人員進行評價、決策工作；對油氣田生產運行管理造成了巨大經濟效益隱患。本文結合業務目標分析，從系統架構、PC客戶功能設計和移動智能終端設計出發，構建了油氣生產運維系統iPES-PE。該系統實現了系統管理、報警管理、任務管理、設備資產管理、巡檢管理、成本管理、人員管理、考核等功能應用開發，切實幫助油氣生產用戶實現提高油氣田生產運維效率，降低運維成本等目標。

油氣生產；巡檢；智能運維；移動智能終端

引言

油氣生產現場的設備及工藝流程巡檢管理要求極為嚴格。現階段傳統模式的巡檢工作普遍存在信息采集效率低下、數據采集準確度不高、生產現場管控方式單一、巡檢工作考核不完備等諸多問題。針對傳統巡檢工作所面臨的問題，利用現代的移動互聯網技術和先進的信息技術處理手段，建立健全油氣高效生產以及安全運維管理體系，開發研制高效、可靠的運維管理系統，科學規范地實施巡檢工作，對于提高數據采集的效率和準確性，加強運維現場的管控力度，對于提高運維管理水平具有重要意義。

1 巡檢技術的現狀研究

目前行業采用的巡檢方式參差不齊，大多都是在傳統巡檢的基礎上，應用物聯網技術提高巡檢時效，巡檢監管力度，并對巡檢數據提供分析匯總功能。

現有的巡檢技術主要有人工現場巡檢、采用遠程視頻監控以及飛行器、機器人、智能眼鏡巡檢等手段。但是這些巡檢方式使用成本高、范圍面比較窄、外在因素影響比較大，從而巡檢質量難以得到保證。

2 業務分析及系統目標

傳統的生產運維管理模式主要依靠人工現場巡檢，受限于巡檢工作量大、巡檢質量和生產數據收錄的真實性無法保障，巡檢信息共享性差，人員管理成本高，特別是在巡檢時間、巡查路線和檢查內容方面很難實現量化管理，且對于巡檢目標的異常狀態無法高效、準確、實時的同步回傳技術人員進行評價、決策工作，對油氣生產運行管理造成了巨大經濟效益隱患。

通過建立油氣高效生產以及安全智能運維管理體系，優化油氣生產運維管理機制，以生產運維管理為出發點，從日常巡檢、調度工作流程入手，通過應用服務器和移動巡檢終端的信息交互、共享，構成一個高效運作的信息化有機體，將各項業務明晰的融入在智能運維管理系統的流程中，所有生產運維管理業務有據可依，科學高效的實現油氣生產運維管理等業務；促使業務管理水平的提高；形成行業生產智能運維專業化系統，切實幫助用戶提高油氣生產運維效率，優化運維流程、降低運維成本等目標。

通過建立健全油氣高效生產以及安全運維巡檢管理體系，提供一個科學化、信息化、網絡化的管理平臺，切實幫助用戶實現維巡檢工作的無紙化生產模式轉變，生產運維數據采集的智能化、規范化、運維巡檢標準化、工作績效的量化管理；達到巡檢有計劃，過程有監督，事后有分析的目的；最終幫助企業和用戶提高生產綜合管理水平。具體來講，應該達到以下目標：

1）完成巡檢無紙化模式的轉變，實現數據采集的智能化、信息化；

2）提高巡檢工作的真實性、準確性、時效性；

3）通過工況診斷和設備故障預警實時形成運維任務；

4）對安裝、維修、巡檢、緊急事項等任務進行管理，形成遠程會診與指揮調度；

5）資產設備的庫存管理、使用狀況評估，實現資產采購、調撥等智能化運營；

6）通過調度記錄和運維人員管理記錄，對運維人員的工作業績進行量化考核；

7）對運維成本進行核算、分析、評價；

8）標準化生產運維管理制度，優化生產運維管理流程，提高管理水平；

9）運維巡檢管理標準化，規范化，達到減員增效的目的。

3 系統架構

油氣生產智能運維系統iPES-PE（Production Enhancement）依托移動互聯網技術、GPS衛星定位技術、GIS地理信息技術、物聯識別技術及移動終端系統技術的交互融合，形成了以油氣智能生產運維業務為驅動下的系統平臺。

3.1 系統架構

油氣生產智能運維系統iPES-PE架構主要圍繞系統層、平臺應用層、移動終端展示層來構建，系統層主要由系統應用（云）服務器、數據庫服務器構成，主要負責運維生產數據的接收、存儲及管理等；平臺應用層主要為系統功能應用提供基礎組件，包含可視化組件、應用框架、服務框架、數據處理以及數據管理等，是實現油氣生產運維過程中的業務應用；移動終端層主要由巡檢系統手持智能終端、RFID巡檢標簽等組成，是實現巡檢過程實施和人機交互的重要環節。系統架構如圖1所示。

圖1 油氣生產智能運維系統iPES-PE總體架構

3.2 業務流程

其中生產運維工單任務主要包括：

1）對設備進行巡更巡檢；

2）通過工況診斷和設備故障預警實時形成運維任務；

3）對安裝、維修、巡檢、緊急事項等任務進行管理，形成遠程會診與指揮調度；

4）資產設備的庫存管理、使用狀況評估，實現資產采購、調撥等智能化運營；

5）通過調度記錄和運維人員管理記錄，對運維人員的工作業績進行量化考核；

6）對運維成本進行核算、分析、評價。

油氣生產智能運維系統iPES-PE業務應用流程如圖2所示。

圖2 油氣生產智能運維系統iPES-PE業務應用流程

4 系統功能

系統采用PC端以及移動終端App為一體的應用模式，以提高生產管理水平為目標，集生產監控、設備管理、生產運維，包括系統管理、報警管理、任務管理、設備管理、資產管理、巡檢管理、成本管理、人員管理、績效考核、數據挖掘等定制化專業應用功能。主要功能架構如圖3所示。

圖3 油氣生產智能運維系統iPES-PE功能架構

4.1 PC客戶端功能

通過PC客戶端系統可完成工藝生產智能巡檢系統初始化、采集目標項的設立、實時顯示巡檢信息及狀態、匯總統計日報及圖表分析等工作以及業務應用功能的實現同時滿足實現與油氣生產信息系統數據庫的無縫接。油氣生產智能運維系統平臺客戶端界面。如圖4所示。

圖4 油氣生產智能運維系統平臺客戶端界面

4.1.1 系統管理

實現運維系統的管理，主要包括系統角色、角色權限、組織機構、用戶設置、日志管理、密碼修改等功能；通過此模塊可以對這些信息進行增加、刪除、修改、查找等操作，通過實際需要不斷的作出正確的調整，更好的維護整個運維系統。如圖5所示。

圖5 系統用戶操作界面

4.1.2 任務管理

按照生產運維類型或報警類型自動生成工單，工單生成之后按設定的工單流程逐級流轉，當現場工作人員按調度人員制定的工單要求完成任務，最終形成整張工單的反饋報告回轉給調度人員，以便調度人員安排后續工作。如圖6所示。

圖6 巡檢任務工單應用界面

4.1.3 設備管理

包括生產設備管理和物聯設備管理。生產設備管理主要是油氣生產設備全生命周期服役管理，即設計、安裝、使用、維護、調配、維修、報廢管理；物聯設備管理是在線組態、狀態監測及診斷、基本校驗管理、快速回路檢查、報警監視、安全操作管理、OPC開發、記錄審查等。如圖7所示。

圖7 物聯設備管理界面

4.1.4 資產管理

包括供應商管理、設備臺賬、設備檔案、設備維修、設備報廢、設備技術狀況、設備調撥、查詢管理、設備數據導入、系統管理組成。此管理系統覆蓋經營管理部門對固定資產的管理，將管理流程體系完全網絡化、流程化。對設備進行綜合管理，達到全面規劃、合理配置、優先選購、正常使用、安全運行、適時改造和更新。如圖8所示。

圖8 資產管理界面

4.1.5 報警管理

實現油氣生產智能運維系統監控異常、工況異常、預警異常等報警信息的主動推送與結果查詢功能。當有異常信息出現時，達到提醒用戶的目的，讓用戶對所關注的工況報警信息及時進行處理。報警管理界面如圖9所示。

圖9 報警管理界面

4.1.6 人員管理

主要包括調度管理記錄和運維人員管理記錄；調度管理記錄指單位時間內任務量統計，任務完成率統計、工作時間統計；運維人員管理記錄指單位時間內任務量統計，任務完成率統計、維修任務工作時間統計、返修率統計、安全施工記錄、工作效率計算與排名。如圖10所示。

圖10 人員調度管理界面

4.1.7 績效考核管理

建立各項目標指標（比如考勤、巡檢質量等）的考核標準及目標，并依照此目標配置相應考核標準項及考核打分方式，系統自動據此標準對考核涉及到的各部門人員進行評分，最終形成評估報告。考核管理界面如圖11所示。

圖11 考核管理界面

4.1.8 成本管理

根據生產運維實現的目標，在成本預測、成本決策、測定目標成本的基礎上，進行目標成本的分解、控制分析、考核、評價的一系列成本管理工作。如圖10所示。

4.1.9 巡檢可視化

巡檢可視化是對巡檢分析的數據，采用曲線圖、柱狀圖、統計表等方式進行終端呈現的功能應用； iPES-PE具有自動巡檢任務的生成和高效的數據分析統計功能，自動比對設備運行參數是否達標，超標設備自動報警提示，能有效提高巡檢班組的綜合管理水平。

4.1.10 數據挖掘

iPES-PE借助于數據挖掘手段，應用可靠的灰度關聯分析、因素評價法、聚類分析、模糊綜合分析等挖掘模型算法結合生產業務模型，對生產運維巡檢過程產生的海量數據（原始數據、成果數據、平臺系統數據）進行剖析，發現各種影響因素與巡檢工作的內在規律，實現設備工況診斷、運維成本核算等挖掘目標；有效指導油氣生產運維工作的高效運行與安全管理。

4.2 移動終端功能

移動終端是巡檢系統重要的人機交互和數據采集設備，是系統實現的核心和關鍵；移動終端包括手持PDA、手機APP、巡更棒等，終端上功能主要有巡檢人員身份認證、巡檢任務下載、告警機制、巡檢線路查看、巡檢數據的管理、巡檢結果上傳等。

通過在生產現場的重要部位及巡檢路線上安裝ＲFID 巡檢標簽，巡檢人員按設定好的巡視路線到達巡檢區域后，使用手持智能終端巡檢器到各巡檢點錄取信息，同時進行錄取信息的回傳與交互應用。移動終端操作界面如圖12所示。

圖12 移動終端操作界面

其中巡檢數據采集技術包括RFID射頻識別技術、條碼技術、磁條技術、NFC識別技術、IC卡技術、光學字符識別等；現場采集數據可通過GPRS 或WI-FI 無線網絡方式、有線方式回傳采集數據至巡檢服務器數據庫中進行存儲。移動終端射頻識別技術如圖13所示。

圖13 移動終端射頻識別技術

4.3 Web云服務平臺

以安裝在云服務器上的iPES-PE系統為支撐平臺，與油田現有的設備信息采集與管理系統進行有機結合，形成一個統一的管理門戶，對油田的所有設備點運維工作、工作評價提供數據支撐服務。

利用云平臺將基礎設施進一步整合，實現數據存儲、工作運維、網絡資源一體化管理，根據應用需求按需自動交付，滿足應用環境快速部署的需求，進一步簡化運維工作，降低運營成本。云服務平臺如圖14所示。

圖14 云服務平臺

5 結束語

本文所研究的基于物聯網技術的油氣生產智能運維系統能有效避免現場巡檢人員的僥幸心理，同時也能對巡檢人員進行有效的監督管理，調動巡檢人員的工作積極性，避免漏檢、人員不到位等情況，進而大大降低事故的發生率。可以幫助用戶實現運維巡檢工作的無紙化生產模式轉變，生產運維數據采集的智能化、數據記錄規范化、運維巡檢標準化、工作績效的量化管理，通過數據支撐提升運維的分析與決策能力，而且采用自動化手段收集資產配置信息，實現對資產的精細化管理，可極大的提高巡檢的真實性、準確性、全面性以及生產綜合管理水平。

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Oil & Gas Production Intelligent Operations System iPES - PE Study

WANG Bingguo1, MAO Junjun2*, SUN Shuangchun3, KANG Lizhi3, SHI Xiaobin3,ZHOU Xiaoxue2

（1. Shengli Petroleum Administration Bureau -Power Management Corporation; 2. Beijing Yadan petroleum technology development co., LTD., Beijing changping；102200; 3. Shandong Wide Area Technology Co., Ltd.）

At present, manual inspection is mainly used in oil and gas production field, which based on the pattern of the traditional way with low efficiency of information collection. Authenticity is not guaranteed and information sharing is poor. The abnormal condition of the inspection object cannot be sent back to the technical personnel with high efficiency, accuracy or in real-time for evaluation and solution, which caused a huge economical problem in the operation and management of oil and gas production. Combined with business objective analysis and start from the system structure, PC customer function design and mobile intelligent terminal design, the Oil & Gas Production Intelligent Operations System iPES-PE is set up. This system can realize the functions of system management, alarm management, task management, equipment asset management, patrol management, cost management, personnel management and assessment function etc., which can help the users to improve the operation efficiency in oil and gas production and reduce the cost in the operation and maintenance.

oi and gas production; inspection; intelligent operation and maintenance; mobile intelligent terminal

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.01.09

TE329

A

1672-9129(2017)01-0032-05

2017-01-06；

2017-01-19。

王炳國，男，勝利石油管理局電力管理總公司，首席專家，高級工程師，負責公司的重大項目的管理。毛軍軍（1990-），男，山西忻州人，現主要從事石油天然氣集輸、油田管道設計及物聯網技術研究。E-mail：maomjj@126.com