淺談油氣田與“互聯網+”的融合之路

方 鸝，楊世海，尤靖茜，何光偉，黃海燕

（中國石油 長慶油田分公司，西安 710018）

0 引言

今天，以互聯網為代表的信息技術發展日新月異，并加速與諸多的行業、領域、業態深度融合。因此，石油天然氣上游生產行業實現與“互聯網+”技術的融合及應用，是傳統能源企業轉型升級，實現新安全環保要求下可持續發展的重要途徑。

要實現生產“智能化”的技術突破，則首先需突破現有的生產管理理念和建設模式。而一體化集成裝置的實踐與應用，則是石油天然氣生產企業中地面生產系統建設及運行管理方面與互聯網技術融合的契合點。

所謂一體化集成裝置，就是將多個工藝設備、電氣、自控儀表等按一定工藝要求安裝在橇座上，具有多功能、智能控制等特點，能夠替代油氣田中、小型站場或大型站場生產單元的生產設施。具有功能集成化、運行智能化、管理遠程化、制造工廠化等5項基本特性。一體化集成裝置的這一定位，符合“中國制造2025”的總體思路，順應現代設備制造技術的發展潮流。本文將以長慶油田的建設及發展情況為例展開論述。

1 一體化集成裝置與互聯網“+”了什么[1]

工業技術發展至今，已經歷了3個歷史時代：第1代，是以蒸汽機為標志的機械化；第2代是以電力廣泛應用為標志的電氣化；第3代是以計算機控制系統應用為標志的自動化。

在互聯網技術迅猛發展的當下，工業迎來了第4次革命。在“互聯網+”的技術背景下，新一代工業技術與產品的鮮明特點是：智能產品、智能服務、智能生產等。

之所以說一體化集成裝置是石油天然氣生產企業中，地面生產系統建設及運行管理方面與互聯網技術融合的切入點，是因為一體化集成裝置具備實現上述幾大特點的潛質。

1.1 智能產品

在一般文獻中，對智能產品的定義是基于民用產品，其典型特點是把產品作為一個數據采集端，不斷采集用戶的數據并上傳到云端，方便用戶進行應用管理。

而作為工業生產裝備的一體化集成裝置，其智能產品的特性主要表現為智能運行。這里的智能運行具體體現在兩個層面。

第一層面，就地自動運行。其基礎是裝置自配套的檢測儀表、執行機構及控制器等，將構成裝置的各單一壓力容器、輸油泵等機電設備，應用集散控制理論，以各設備的運行特性獨立進行運行控制和保護，從而就地實現裝置正常生產時的自動運行、設備故障情況下的自動聯鎖保護及站場事故時自動或遠程停車，確保裝置整體的安全、平穩運行。

第二層面是，遠程監控。通過專用通信信道，實時向生產作業區的生產監控系統（即作業區SCADA系統）傳送裝置的生產運行數據與圖像，實現作業區所轄各生產設施的遠程監控，監控人員可根據生產與檢修計劃，或生產過程中的突發情況，遠程實現計劃停車和緊急停車。

1.2 智能服務

對于一體化集成裝置，其智能服務是從兩個方面進行構建的：

第一方面，各配件的智能化。按照互聯、物聯理論的基本思路，對于構成裝置的核心設備如燃燒器、混輸泵，以及各類檢測儀表、執行機構等均選用智能設備，使得裝置的主要部件能夠進行自我運行分析和自我性能診斷，并將有關數據傳送至裝置自配套的控制器。同時，對于分離器、工藝管線、手動閥門等非智能設備，建立有關設備管理信息，從而實現一體化集成裝置全面地自動診斷、自動維保提示等功能。

第二方面，制造工廠的智能運維管理。工廠建立裝置運維管理系統，及時接收裝置各設備的運行參數，自動、高效、準確地確定各裝置、各配件的檢修、維護內容與時間。制造工廠可自主為自己制造的產品提供及時、準確的保養、維護與維修服務。

1.3 智能生產

智能生產，一般文獻主要指用戶通過網絡下訂單，實現多品種、小批量、個性化的定制生產，其核心應為定制生產。

該特性以長慶應用量最大（近400套）的一種一體化集成裝置——集成增壓裝置為例。

集成增壓裝置在應用選型時，主要是選擇工作壓力和處理量。對于特定于長慶所屬的油區應用，其工作壓力均一致，變化的只是不同工作區域的處理量的需求。基于此，在裝置的研發之初，對于決定該裝置處理量的核心設備即單螺桿混輸泵自主進行開發制造，使不同排量泵的可以在同一安裝基礎上進行安裝。從而該裝置能夠根據不同站場的處理量需求進行制造，同時還可以根據某一站場在不同時期處理量的變化，及時更換不同排量的混輸泵，以很好地適應生產需求。

因此，按照這一設計思路不斷地進行深化，拓展適用范圍、進一步細化生產（即用戶）的各種工況需求，一體化集成裝置完全可以按照用戶的需求進行個性化定制生產。

1.4 生產功能集成化

生產功能集成化不屬于“互聯網+”的特性，但對于油田的生產、管理等方面卻有著重大意義。

所謂生產功能集成化，即一體化集成裝置按照一座中、小型站場生產功能的需求，在工藝流程優化簡化的基礎上開展集成研究工作，用1套或2套裝置，完全替代功能相對比較單一的常規中、小型站場；另外，為保證多裝置構成的大型站場（如聯合站等）中，各裝置的正常運行，各類一體化集成裝置集成的功能應相對獨立，且運行不依賴其他裝置的輔助，這樣可根據不同站場的生產需求，任意組合功能適用的裝置。

2 一體化集成裝置的應用意義

2.1 開創新的油田地面總體規劃格局[2-4]

油氣田地面生產系統的建設，是圍繞著油氣集輸站場的部署，而帶動電、信、路、管和礦區等地面系統的配套建設。

油田傳統站場的建設，由于征地量較大，并需配套電力、通信及道路等輔助設施，設計、建設周期較長，建設投入資金量較大；同時由于還需配備一定數量的駐站值守人員，站場的運行費用也相對較高。因此，相應的地面建設的總體規劃為降低總體建設投資，則是以少布站為原則，因地制宜合理控制集輸半徑，由此形成了長慶油田的“三級布站”和“二級布站”的規劃建設方式。

以長慶油田部署最多的增壓點為例，當采用1套集成增壓裝置和1套集油收球加藥裝置進行建設時，占地面積節省57%，且無需單獨征地，在井場邊布置即可；建設周期縮短72%且不受季節影響，站場整體建設投資降低22%；不配備駐站值守人員，節約生產運行費用。因此，在地面建設總體規劃的總投資中，由一體化集成裝置構成的生產站場的建設投資占比明顯降低。

在這種格局下，為進一步節約總體建設投資，地面系統的總體規劃原則即轉為最大限度地縮短井場出油管線的總長度，即選擇海拔最低的井場布置增壓裝置，實現從“井場——.一體化集成裝置——聯合站”的“一級半布站”。此處的“半級”，是因為由一體化集成裝置構成的站場無駐站值守人員。

另外，在這種總體規劃格局下，地面集輸系統由一體化集成裝置構成的裝置化站場的總數，雖然會多于傳統規劃建設思路下的站場數量，但平均單站的轄井數減少了。當某一站場出現問題停車時，影響生產的區域和產量也相對比較小，很大程度上緩解了油田生產產量及經營管理方面的壓力。

在電、信、路等配套建設方面，正是由于一體化集成裝置無需駐站值守人員，則不需要運送日常倒班人員，降低道路的建設標準。電力與通信的配套建設，則采用OPPC技術“同線”敷設，一次性完成電力與通信系統的線路建設。

因此，一體化集成裝置作為新興的油田地面建設模式，不但為地面總體規劃帶來了新的思路，而且極大簡化了站場建設，縮短了地面集輸流程，節約了集輸系統建設及電、信、路等配套系統建設的總體投資。同時由于無站場駐守人員，也在一定程度上降低了運行費用。

2.2 優化生產組織方式[5,6]

生產技術進步的真正價值，不應只是技術本身，而是能夠有效地推動生產，尤其是生產管理的進步。因此，長慶油田在開展一體化集成裝置的研究與應用時，始終將技術升級推動管理提升為最終目的，圍繞著優化生產管理方式，打破原有以地下地質區塊劃分生產管理區域的模式，構建按地面生產流程管理的新型勞動組織架構開展研發工作。

基于一體化集成裝置多功能、可替代傳統中小型站場，以及其融入的物聯網配套技術，具備智能運行等技術特性的基礎上，即可推行井站一體化建設，日常生產運行不設置駐站值守人員，在其相應的生產管理機關進行遠程管理。如此，就可按照中石油物聯網系統的建設要求建立新型的數字化管理作業區。具體而言是將油田的聯合站或者氣田的處理廠（凈化廠）與作業區合建，并建設作業區SCADA系統。以聯合站或處理廠為核心構建“一級半”生產管理模式，運行人員集中進行生產管理，對作業區所轄的所有井、站（即一體化集成裝置）按照“油氣集輸一體化管理”的目標，實現油氣開采、集輸、處理一體化遠程監控；按照“供注水一體化管理”的目標，實現水系統“源、供、配、注”一體化遠程監控。

最終實現“井場——.一體化增壓裝置——聯合站（處理廠）”的數據流、生產流、業務流相統一，有效地壓縮了管理層級，實現油田生產的扁平化管理。

2.3 改變油氣田建設、維護模式

一體化集成裝置作為一種生產設備，其加工、制造是在資質完備的工廠進行。現場的施工僅需完成工藝、電氣、通信和自控等專業預留接口的連接，以及視頻監視、火氣監測等配套系統的建設工作。極大降低了現場施工工作量、縮短了現場施工工期。同時，由于一體化集成裝置是多專業技術的高度集成。因此，一體化集成裝置的現場安裝施工與投產開車，均由裝置的生產廠商完成，按照“交鑰匙”工程方式進行組織，很大程度上降低了建設單位的工程建設管理難度。

另外，也正是由于一體化集成裝置是多技術、多專業的高度集成，對維護保養的專業性、技術性也相對較高。因此，各類一體化集成裝置從設計、制造、投產調試、維護及保養、檢修等工作集成于一體，建立專業化隊伍的維護。對于日常檢定、保養等工作，采用駐點服務形式；對于大修等工作，則以工廠化維修方式為主。同時，利用裝置的自動診斷、自動維保提示功能，建設一體化集成裝置運維管理系統，專業化維護隊伍自主開展維護工作，實現裝置運維的信息化管理。這種類似汽車行業“4S”模式，由專業化隊伍全面負責的維護機制，極大地減輕采油廠的設備維護壓力，使采油單位只需專注油氣田的生產運行。

3 小結

一體化集成裝置通過與“互聯網+”技術的創新融合，不但能夠承載智能制造的新技術特性，同時能夠實現油、氣、水、電等類型站場，尤其是小型站場如油田的增壓點、氣田的集氣站，以及供水站、注水站、配水間和35kV變電所等的裝置化建設，并可實現由一體化集成裝置為主構成的各類生產站場的無人值守、遠程管理。

通過創新應用集散控制理論，實現裝置內部各設備及裝置化站場內各裝置間的生產運行的自動控制與自動聯鎖保護。

通過創新融合物聯理論，為裝置各構成設備和裝置嵌入自診斷功能，實現各設備和裝置的全生命周期的管理。

綜上所述，一體化集成裝置完全可以作為互聯網技術與油氣田上游生產融合的切入點，按照物聯理念系統地開展油氣田物聯網系統的建設，能夠為油氣田地面建設、生產組織調度、勞動組織架構，以及設備運維管理等方面帶來深刻的變革。