油田生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲優(yōu)化應(yīng)用

魏進(jìn)榮

[摘要]研究實時數(shù)據(jù)庫建設(shè)核心技術(shù)原理，梳理已建系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)，分析中原油田業(yè)務(wù)需求，建立中原油田實時數(shù)據(jù)采集規(guī)范；針對目前已信息化改造管理區(qū)，分析數(shù)據(jù)現(xiàn)狀，開發(fā)數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)管理區(qū)的數(shù)據(jù)集中管理。

[關(guān)鍵詞]信息化 實時數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)采集 源頭數(shù)據(jù)采集

1前言

中國石油化工集團公司明確提出“采用先進(jìn)的信息技術(shù)，改造和提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，最大限度地提高國際競爭力”的要求，在總部信息系統(tǒng)管理部的統(tǒng)一規(guī)劃下，中原油田2013年開始籌劃信息化采油區(qū)改造工作，主要包含了管理體制的改革，自動化采集設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施完善、更新，控制室環(huán)境的搭建，統(tǒng)一管理軟件平臺的部署。

2生產(chǎn)信息化數(shù)據(jù)現(xiàn)狀

2.1數(shù)據(jù)現(xiàn)狀

中原油田源頭數(shù)據(jù)采集從2011年開始，涵蓋了物探、鉆井、測井、分析化驗等12類專業(yè)，涉及采油一廠等24個油田生產(chǎn)單位，680個采集點，日增數(shù)據(jù)約2萬條。數(shù)據(jù)中心建設(shè)在信息、勘探、開發(fā)、工程等核心業(yè)務(wù)部門通力協(xié)作下，完成了軟硬件環(huán)境部署、綜合服務(wù)平臺及模型部署、歷史數(shù)據(jù)加載、局級應(yīng)用庫支持、綜合研究數(shù)據(jù)支持等系列工程，建立了“標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、上下一致、結(jié)構(gòu)合理、安全可靠”的油田企業(yè)數(shù)據(jù)管理模式。目前中原油田數(shù)據(jù)資源管理模式，是源頭數(shù)據(jù)和相關(guān)專業(yè)的數(shù)據(jù)，統(tǒng)一納入數(shù)據(jù)中心管理，再通過數(shù)據(jù)應(yīng)用緩沖池為各應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

中原油田已在濮東采油廠馬廠采油管理區(qū)等6個采油區(qū)完成了數(shù)字化改造，剩余的采油區(qū)信息化建設(shè)已全部啟動。濮東采油廠慶祖采油管理區(qū)，通過采油區(qū)監(jiān)控指揮平臺管理174口油水井，10座計量站，1座集氣站，6個單拉點，1個管理點，1萬多個數(shù)據(jù)信號采集點。采油三廠四區(qū)監(jiān)控指揮平臺，管理242口油水井，10座計量站，2萬多個數(shù)據(jù)信號采集點。

2.2數(shù)據(jù)建設(shè)需求

隨著生產(chǎn)信息化、數(shù)字化采油區(qū)等工作的加速推進(jìn)，中原油田自動化程度越來越高，油氣井場站庫等生產(chǎn)現(xiàn)場豐富感知層（傳感器），能夠?qū)崟r感知（檢測）各類生產(chǎn)設(shè)施運行情況，形成生產(chǎn)運行參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)海量實時數(shù)據(jù)。如何有效利用這些實時數(shù)據(jù)，將實時數(shù)據(jù)由工控網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)儲到辦公網(wǎng)絡(luò)，并提供配套實時數(shù)據(jù)安全，對要訪問實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的終端進(jìn)行物理隔離，最終將實時數(shù)據(jù)處理成與數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)一致的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)而進(jìn)行實時數(shù)據(jù)庫建設(shè)變得非常迫切。

3實時數(shù)據(jù)庫建設(shè)研究與構(gòu)建

3.1整體技術(shù)架構(gòu)

研究實時數(shù)據(jù)庫建設(shè)核心技術(shù)原理，梳理已建系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)，分析中原油田業(yè)務(wù)需求，建立中原油田實時數(shù)據(jù)采集規(guī)范；針對目前已信息化改造管理區(qū)，分析數(shù)據(jù)現(xiàn)狀，開發(fā)數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)管理區(qū)的數(shù)據(jù)集中管理。

下圖為實時數(shù)據(jù)庫整體架構(gòu)：

整個信息調(diào)度按功能分為4層，現(xiàn)場數(shù)據(jù)層、安全傳輸層、數(shù)據(jù)存儲、分析與應(yīng)用。

現(xiàn)場數(shù)據(jù)層為數(shù)據(jù)整合平臺，已信息化建設(shè)的采油管理區(qū)的監(jiān)控系統(tǒng)，同時方便后續(xù)的其它管理區(qū)的數(shù)據(jù)接入。

安全傳輸層采用安全隔離網(wǎng)閘把現(xiàn)場各個子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)接入，采用標(biāo)準(zhǔn)OPC協(xié)議，安全隔離網(wǎng)閘可以實現(xiàn)信息層和控制層的有效數(shù)據(jù)安全隔離。安全隔離網(wǎng)閘和現(xiàn)場數(shù)據(jù)層通過TCP-IP協(xié)議進(jìn)行通訊。

數(shù)據(jù)存儲層包含了結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)、視頻等數(shù)據(jù)的存儲。通過部署相應(yīng)的服務(wù)器，采用高吞吐量的實時庫對實時數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。功圖數(shù)據(jù)等結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存儲到ORACLE關(guān)系庫中。

分析與應(yīng)用層為放置局級操作站和相關(guān)分析服務(wù)器，作為局級應(yīng)用和管理，可以通過用戶權(quán)限訪問現(xiàn)場各個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和畫面。

將已信息化建設(shè)的采油管理區(qū)的監(jiān)控指揮系統(tǒng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、記錄存儲、并進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，把數(shù)據(jù)傳送到局級統(tǒng)一存儲。構(gòu)建C/s結(jié)構(gòu)服務(wù)器平臺，便于客戶端軟件訪問。

3.2數(shù)據(jù)采集

自動化監(jiān)控對象包括計量站、油水井、單拉點等。計量站主要對設(shè)備運行狀況及參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控、采集。包括（量油分離器、增注泵、油氣分離器、水套爐、計量閥組、注水閥組、外輸閥組、回水閥組、混輸泵、加藥泵、多功能罐等），監(jiān)控指標(biāo)包括壓力、溫度、電力參數(shù)等。油井主要采集回壓數(shù)據(jù)、電力參數(shù)。水井主要采集油套壓壓力數(shù)據(jù)。單拉點主要采集油水井的壓力及溫度、電力參數(shù)，多功能罐液位、溫度，增壓注水泵壓力，電流等。

通過自動化采集集成建設(shè)，實現(xiàn)基于自動化實時庫規(guī)范和實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存規(guī)范，完成自動化數(shù)據(jù)的提取和源頭上報、自動化實時庫規(guī)范和實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存規(guī)范的管理，自動化設(shè)備運轉(zhuǎn)監(jiān)控、預(yù)警分析、自動化數(shù)據(jù)利用率等統(tǒng)計分析功能的開發(fā)，實現(xiàn)自動化數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲、管理、應(yīng)用的統(tǒng)一流程控制，建成自動化數(shù)據(jù)“采、管、存、用”一體化管理典范。

現(xiàn)場實時采集的油氣生產(chǎn)數(shù)據(jù)，經(jīng)RTU/PLC/DCS推送至采集服務(wù)器，匯聚進(jìn)入實時數(shù)據(jù)庫，通過SCADA組態(tài)界面直觀展示井、站設(shè)備、設(shè)施的運行狀態(tài)。并通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)以清晰的圖像實現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場的集中監(jiān)控。

4轉(zhuǎn)儲優(yōu)化技術(shù)

4.1統(tǒng)一實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲標(biāo)準(zhǔn)，建立油田實時數(shù)據(jù)庫，滿足不同平臺的數(shù)據(jù)需求

4.1.1由于管理區(qū)、廠級、局級的業(yè)務(wù)需求不同，實際需要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)也不同。各采油廠采集的實時數(shù)據(jù)需求量不同，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲時首先必須要統(tǒng)一數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)儲標(biāo)準(zhǔn)，建立齊全規(guī)范的數(shù)據(jù)存儲標(biāo)準(zhǔn)，以滿足不同業(yè)務(wù)部門的需求和不同平臺的數(shù)據(jù)應(yīng)用。

數(shù)據(jù)點表設(shè)計：為滿足生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動化采集的需要，統(tǒng)一規(guī)范生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)字化建設(shè)中實時數(shù)據(jù)采集點的命名方式，準(zhǔn)確識別和處理自動采集的各項數(shù)據(jù)，實現(xiàn)油田內(nèi)部實時數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理、統(tǒng)一應(yīng)用、統(tǒng)一數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，方便實時數(shù)據(jù)和應(yīng)用系統(tǒng)的維護(hù)管理，結(jié)合管理區(qū)信息化建設(shè)情況，制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)點表命名規(guī)范。根據(jù)各管理區(qū)實際情況，開發(fā)數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)管理區(qū)實時數(shù)據(jù)的自動提取、上傳。

已實施中原油田馬廠等6個采油管理區(qū)，涉及到井、站內(nèi)設(shè)備的250張實時采集數(shù)據(jù)表的轉(zhuǎn)儲規(guī)范，統(tǒng)一了中原油田的生產(chǎn)信息化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲標(biāo)準(zhǔn)，滿足了相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)應(yīng)用需求。

4.1.2搭建了實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)平臺，實現(xiàn)直接從前端組態(tài)軟件實時庫中提取數(shù)據(jù)，進(jìn)而轉(zhuǎn)儲到廠、局級數(shù)據(jù)庫中。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲中將原始的生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過服務(wù)平臺，根據(jù)不同的需求截取實際需要的數(shù)據(jù)，剔除異常數(shù)據(jù)。

4.2多重方案設(shè)計，提高實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲準(zhǔn)確性

方案配置的主要作用是配置實時數(shù)據(jù)庫測點與關(guān)系數(shù)據(jù)庫字段的映射匹配關(guān)系。通過配置關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫連接信息、目標(biāo)表、測點與目標(biāo)表字段的映射匹配、特殊匹配及轉(zhuǎn)儲條件等，形成一套完整的方案。

4.3多方位安全策略，保障實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲集成安全性

實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供完備的安全保護(hù)機制，以保證生產(chǎn)過程的安全可靠，用戶管理具備多個級別，并可根據(jù)級別限制對重要工藝參數(shù)的修改，以有效避免生產(chǎn)過程中的誤操作。

4.4自動化采集實時數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理，提升數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

實時數(shù)據(jù)存儲轉(zhuǎn)換：將現(xiàn)場采集存儲在實時數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)化的實時數(shù)據(jù)，從不同的實時數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)移到Oracle數(shù)據(jù)庫，形成結(jié)構(gòu)化實時數(shù)據(jù)，Oracle數(shù)據(jù)庫存儲在局級層面。

結(jié)構(gòu)化實時數(shù)據(jù)處理：將結(jié)構(gòu)化實時數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為與源頭數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、周期、頻率一致的數(shù)據(jù)，形成待審源頭數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)處理，待審源頭數(shù)據(jù)需同步傳輸?shù)接吞飻?shù)據(jù)中心，各采油區(qū)與數(shù)據(jù)中心建立數(shù)據(jù)同步。

5現(xiàn)場應(yīng)用

中原油田采油區(qū)實現(xiàn)了油水井、站、管線等重要生產(chǎn)參數(shù)的集成優(yōu)化；將海量的實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲優(yōu)化為各類生產(chǎn)指標(biāo)、生產(chǎn)現(xiàn)狀，能夠滿足各級生產(chǎn)管理人員全面掌握生產(chǎn)動態(tài)需求，提升企業(yè)數(shù)據(jù)管理能力。

整合實時數(shù)據(jù)庫與源頭數(shù)據(jù)庫相關(guān)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了源頭數(shù)據(jù)示功圖、溫度、壓力、電參等數(shù)據(jù)的自動提取加載或相互驗證，提高了源頭數(shù)據(jù)庫相關(guān)數(shù)據(jù)的效率和質(zhì)量，降低了基層采集人員工作強度。

加速了生產(chǎn)自動化，提高了生產(chǎn)管控效率。通過對自動化采集的實時數(shù)據(jù)自動管理分析，并在異常情況下及時報警。巡井工作的自動化，提高了巡井工作速度、減少了基礎(chǔ)工作用工量，節(jié)約了人工成本。慶祖采油管理區(qū)實現(xiàn)了上下班登記網(wǎng)上運行，取消了原有的線下紙質(zhì)交班方式，規(guī)范了管理流程，提供了調(diào)度運行效率。

6結(jié)論與認(rèn)識

通過對油田自動化實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲優(yōu)化，完成實時數(shù)據(jù)與關(guān)系數(shù)據(jù)的集成，實現(xiàn)了源頭數(shù)據(jù)示功圖、溫度、壓力、電參等數(shù)據(jù)的自動提取加載或相互驗證，提高了源頭數(shù)據(jù)庫相關(guān)數(shù)據(jù)的效率和質(zhì)量，降低了基層采集人員工作強度。為油田企業(yè)的生產(chǎn)管理和調(diào)度，數(shù)據(jù)分析，決策支持及遠(yuǎn)程查詢提供實時數(shù)據(jù)服務(wù)和多種數(shù)據(jù)管理功能，最終達(dá)到油田生產(chǎn)管理控制一體化的目的。