油田采氣的智能化建設(shè)應(yīng)用體系探究

韋繼軍 李曉玲 韋繼福（長慶油田分公司第一采氣廠，陜西 榆林718500）

智能化建設(shè)是時代發(fā)展的大勢所趨，也是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的必然選擇，同樣還是破解高質(zhì)量發(fā)展與傳統(tǒng)生產(chǎn)管理模式之間矛盾的關(guān)鍵技術(shù)。依托智能化建設(shè)，采氣生產(chǎn)中的用工緊張問題得到有效環(huán)節(jié)，同時也更好地滿足安全環(huán)保、產(chǎn)量任務(wù)持續(xù)加大的現(xiàn)實(shí)需求。以此，設(shè)計(jì)并落實(shí)氣田智能化建設(shè)極為必要。

1 概況簡述

1.1 采氣智能化建設(shè)情況

為了響應(yīng)智能化、自動化生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)需求，長慶第一采氣廠積極展開了智能化氣田的建設(shè)，積極引入了智能移動作業(yè)系統(tǒng)、智能巡檢機(jī)器人、實(shí)時數(shù)據(jù)中心等，實(shí)現(xiàn)了“數(shù)據(jù)獲取、智能分析、自動處置、異常預(yù)警”的智能化排水采氣管理新模式。

1.2 采氣智能化建設(shè)效果

第一，智能巡檢。依托智能巡檢機(jī)器人，減少員工在高硫化氫危險區(qū)域的作業(yè)頻次和時間，提升了巡檢的工作效率，也進(jìn)一步保證了采氣生產(chǎn)的安全。

第二，數(shù)據(jù)實(shí)時自動收集。在智能化應(yīng)用體系的支持下，我廠綜合自動化覆蓋率達(dá)73.65%；能夠?qū)ιa(chǎn)現(xiàn)場超過3萬個數(shù)據(jù)進(jìn)行一次性采集和預(yù)存儲；單位整體工作效率提高了25%以上，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時自動收集的同時，有效消除了信息孤島對采氣生產(chǎn)、現(xiàn)場管理帶來的阻礙，真正意義上實(shí)現(xiàn)了資源共享、智能管控。

2 油田采氣智能化應(yīng)用體系的設(shè)計(jì)

2.1 前端智能化

2.1.1 智能化氣井

在智能化氣井中，包括氣井生產(chǎn)控制智能化、氣井?dāng)?shù)據(jù)采集智能化、井口安防智能化。其中，在氣井生產(chǎn)控制智能化中，需要完成單井電磁閥智能運(yùn)行數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建，以此實(shí)現(xiàn)氣田生產(chǎn)規(guī)律的形成，并結(jié)合實(shí)際需求落實(shí)控制模式的更新[1]；在氣井?dāng)?shù)據(jù)采集智能化中，需要設(shè)置儀表數(shù)值異常判斷、數(shù)據(jù)存儲功能，并結(jié)合檢測端口的拓展以及單井電容電量的檢測，達(dá)到單井供電提前預(yù)警的效果；在井口安防智能化中，落實(shí)了氣井井口圖像智能拍照，能夠?qū)﹃J入井場的人、物、動物等進(jìn)行拍照、存儲，并完成警告信息的主動回傳，保證氣井現(xiàn)場的安全。

2.1.2 智能化集氣站

在智能化集氣站中，包括集氣站生產(chǎn)預(yù)警智能化、集氣站安全防范智能化。其中，在集氣站生產(chǎn)預(yù)警智能化中，需要完成集氣站數(shù)據(jù)診斷模型的構(gòu)建，結(jié)合實(shí)際工況以及現(xiàn)場環(huán)境信息，實(shí)現(xiàn)氣田生產(chǎn)狀態(tài)的自動判斷，并能夠?qū)⑾嚓P(guān)結(jié)果傳輸至工作人員處，為工作流程的分析與后續(xù)操作展開提供支持；在集氣站安全防范智能化中，依托集氣站的溫度、聲音、設(shè)備運(yùn)行情況、環(huán)境信息等，向相關(guān)工作人員發(fā)出預(yù)警，促使無人值守區(qū)域安全性的提升[2]。

2.1.3 智能化氣區(qū)

在智能化氣區(qū)中，主要實(shí)現(xiàn)了兩種功能，即管網(wǎng)智能管控以及公共系統(tǒng)監(jiān)控。其中，對于管網(wǎng)智能管控來說，承擔(dān)著對管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)展開智能化分析的任務(wù)，并同時完成溫度檢測以及管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)差壓的監(jiān)控；對于公共系統(tǒng)監(jiān)控來說，完成了現(xiàn)場車輛、道路狀況、氣區(qū)環(huán)境的監(jiān)測與預(yù)警，并為工作決策的形成提供支持。

2.2 中端智能化

2.2.1 系統(tǒng)智能運(yùn)行診斷

在該模塊中，主要依托實(shí)施數(shù)據(jù)分析模型以及專家系統(tǒng)，并與提前設(shè)定的數(shù)據(jù)參數(shù)對比，完成故障診斷。

2.2.2“動態(tài)”集中受控管理

在“動態(tài)”集中受控管理中，包括設(shè)備動態(tài)運(yùn)行監(jiān)控、車輛動態(tài)運(yùn)行監(jiān)控以及污水罐的動態(tài)監(jiān)測。其中，在設(shè)備動態(tài)運(yùn)行監(jiān)控中，主要依托提前設(shè)置的參數(shù)范圍，完成現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測與報警，并落實(shí)故障分析，迅速向工作人員提供故障位置、成因以及應(yīng)對策略；在車輛動態(tài)運(yùn)行監(jiān)控中，能夠完成車輛運(yùn)行狀態(tài)的顯示、危險點(diǎn)提示以及超速報警，并依托當(dāng)日車輛運(yùn)行狀態(tài)形成車輛調(diào)度意見；在污水罐的動態(tài)監(jiān)測中，不僅實(shí)現(xiàn)了污水液位的監(jiān)測，還落實(shí)了油水體積動態(tài)預(yù)警，完成油水體積計(jì)算的同時設(shè)定了合理的報警限值。

2.3 后端智能化

2.3.1 設(shè)備管理智能分析

在模塊中，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)行故障、備品消耗等參數(shù)的分析，并形成設(shè)備狀態(tài)信息庫，完成不同分析結(jié)果的自動化生成。

2.3.2 工藝運(yùn)行智能分析

在工藝運(yùn)行智能分析中，包括排水采氣分析以及管網(wǎng)運(yùn)行分析。其中，在排水采氣分析中，能夠結(jié)合生產(chǎn)狀態(tài)的不同完成排水采氣策略的確定，并自動生成排水采氣工作制度；在管網(wǎng)運(yùn)行分析中，可以依托上下游壓差、管網(wǎng)運(yùn)輸能力的計(jì)算，完成清管作業(yè)提示的自動生成，并結(jié)合溫度等參數(shù)，確定不同集氣支線的甲醇注入量（冬季，每天）。

2.3.3 生產(chǎn)動態(tài)智能分析

在生產(chǎn)動態(tài)智能分析中，包括氣井生產(chǎn)狀態(tài)自動分析、氣井生產(chǎn)指標(biāo)自動分析、生產(chǎn)管理指標(biāo)優(yōu)化分析以及單井產(chǎn)量預(yù)測。其中，在氣井生產(chǎn)狀態(tài)自動分析中，主要實(shí)現(xiàn)了壓力運(yùn)行分析以及產(chǎn)量運(yùn)行分析；氣井生產(chǎn)指標(biāo)自動分析主要依托開井時率、氣井降壓速率的自動計(jì)算完成；生產(chǎn)管理指標(biāo)優(yōu)化分析的實(shí)現(xiàn)主要結(jié)合間歇井的自動篩選以及特點(diǎn)，并對比專家系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)完成；在單井產(chǎn)量預(yù)測中，主要利用單井開關(guān)井時間、數(shù)量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)完成分析。

2.4 其他

2.4.1 智能巡檢機(jī)器人

智能巡檢機(jī)器人的參數(shù)主要如下：外形尺寸（1200×750×900）mm；質(zhì)量300 kg；行駛速度0～0.8m/秒；爬坡角度不高于20°；運(yùn)行環(huán)境溫度為-30℃～60℃；能量來源（電池型號）為磷酸鐵鋰電池36V 30Ah；控制方式為遠(yuǎn)程監(jiān)控結(jié)合自主運(yùn)行。

在實(shí)際的運(yùn)行中，智能巡檢機(jī)器人需要完成增壓站、丙烷儲罐、脫烴脫水裝置區(qū)等多個區(qū)域的巡檢，且需要完成至少190項(xiàng)巡檢項(xiàng)目。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要在采氣現(xiàn)場布設(shè)110處儀表巡檢識別任務(wù)點(diǎn)，并配置至少7 處wifi 通信基站、2 處自動開關(guān)門。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，每臺智能巡檢機(jī)器人完成一次巡檢需要行駛2.2 km、耗時2h 39min、耗電28%～40%。

為了滿足氣田生產(chǎn)的實(shí)際需求，智能巡檢機(jī)器人必須具備以下幾種功能：圖像識別功能、設(shè)備聲音異常識別、關(guān)鍵設(shè)備巡視、對講功能、氣體濃度監(jiān)測、自動生成診斷報告實(shí)時預(yù)警、自主充電等等[3]。其中，對于圖像識別功能來說，需要智能巡檢機(jī)器人完成可見光照片識別以及紅外熱成像照片識別；對于設(shè)備聲音異常識別來說，依托現(xiàn)場采集聲音與提前預(yù)設(shè)聲音的對比，就能夠完成運(yùn)行狀態(tài)的判斷；對于關(guān)鍵設(shè)備巡視來說，能夠結(jié)合溫度、聲音等參數(shù)的監(jiān)測，完成設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時判斷；對于氣體濃度監(jiān)測來說，依托巡檢位置的氣體泄漏檢測即可完成；對于自動生成診斷報告實(shí)時預(yù)警來說，可以結(jié)合巡檢過程中收集的數(shù)據(jù)信息自動生成報表，一旦發(fā)現(xiàn)異常，能夠立即發(fā)出警報；對于自主充電來說，當(dāng)電量達(dá)到30%及以下時，智能巡檢機(jī)器人能夠自動返回充電屋展開充電操作，并在充滿電后自行斷開充電。

2.4.2 實(shí)時數(shù)據(jù)中心

在建設(shè)實(shí)時數(shù)據(jù)中心的過程中，需要重點(diǎn)依托云計(jì)算完成。依托實(shí)時數(shù)據(jù)中心，能夠捕捉和采集氣田生產(chǎn)現(xiàn)場的所有數(shù)據(jù)，并形成數(shù)據(jù)集合。在此基礎(chǔ)上，可以對員工在權(quán)限范圍內(nèi)，隨時隨地通過計(jì)算機(jī)和移動終端設(shè)備查看氣田生產(chǎn)中各個單點(diǎn)的實(shí)時數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)提供支持。結(jié)合廠級SCADA 系統(tǒng)的建立，能夠促使實(shí)時數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)對氣田全生產(chǎn)過程自動監(jiān)測和預(yù)警。此時，需要針對各個氣田生產(chǎn)網(wǎng)分別部署2臺數(shù)據(jù)采集服務(wù)器。同時，還需要分別部署至少1套網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)系統(tǒng)，以確保數(shù)據(jù)傳輸和生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的安全性。在此過程中，采集到的生產(chǎn)數(shù)據(jù)會傳輸漢字生產(chǎn)指揮中心的實(shí)時數(shù)據(jù)庫，并實(shí)現(xiàn)匯總，為后續(xù)對數(shù)據(jù)展開調(diào)用做好準(zhǔn)備。

3 結(jié)語

綜上所述，長慶第一采氣智能化建設(shè)中，實(shí)現(xiàn)了氣井、集氣站、氣區(qū)、故障診斷、設(shè)備運(yùn)行管理、生產(chǎn)狀態(tài)管理等多方面的智能化。結(jié)合智能巡檢機(jī)器人、實(shí)時數(shù)據(jù)中心的使用，提升了采氣生產(chǎn)的實(shí)際效率，保證了生產(chǎn)區(qū)域的安全性，為氣田發(fā)展注入了新生機(jī)、新活力。