采油系統(tǒng)4.0在油田智能化建設(shè)中的研究與應(yīng)用

羅李黎 吳東 張建河

[摘? ? 要] 采油系統(tǒng)4.0的研究，應(yīng)用地面無傳動(dòng)設(shè)備+現(xiàn)場(chǎng)智能化管理+集中監(jiān)控、無人值守等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)采油現(xiàn)場(chǎng)智能化管理，統(tǒng)一集中監(jiān)控，場(chǎng)站無人值守，提高油井?dāng)?shù)字化水平，減少員工現(xiàn)場(chǎng)工作量，全面提升勞動(dòng)生產(chǎn)效率。以提高發(fā)展質(zhì)量、效率效益和提升油田開發(fā)效益為目標(biāo)，運(yùn)用全新的理念、全新的技術(shù)、全新的模式，全面實(shí)現(xiàn)油田信息管理的物聯(lián)化和智能化。文章針對(duì)采油系統(tǒng)4.0技術(shù)進(jìn)行研究，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行應(yīng)用，供讀者參考。

[關(guān)鍵詞] 采油系統(tǒng)4.0;物聯(lián)網(wǎng);視頻監(jiān)控;智能化;大數(shù)據(jù)

1? ? ? 采油系統(tǒng)4.0概述

智能油田在數(shù)字油田基礎(chǔ)上進(jìn)行智能化開發(fā)，智能油田是油田未來的發(fā)展方向，以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)智能分析平臺(tái)為中心，通過分析海量的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)完成資源的合理調(diào)配、生產(chǎn)優(yōu)化運(yùn)行、故障判斷、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等，最終實(shí)現(xiàn)油田的智能化管理。

從生產(chǎn)管理實(shí)際需要出發(fā)，為了解決生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理中遇到的困難，開展采油系統(tǒng)4.0的研究，實(shí)現(xiàn)地面無傳動(dòng)設(shè)備，采油現(xiàn)場(chǎng)智能化管理，統(tǒng)一集中監(jiān)控，場(chǎng)站無人值守，提高油井?dāng)?shù)字化水平，減少員工現(xiàn)場(chǎng)工作量，全面提升勞動(dòng)生產(chǎn)效率。借助工業(yè)4.0概念，基于采油廠采油模式和技術(shù)水平發(fā)展到的不同階段，提出采油系統(tǒng)4.0模式，應(yīng)用地面無傳動(dòng)設(shè)備+現(xiàn)場(chǎng)智能化管理+集中監(jiān)控、無人值守等技術(shù)，運(yùn)用全新的理念、全新的技術(shù)、全新的模式，全面提升生產(chǎn)管理效益，促進(jìn)生產(chǎn)組織方式變革，全面實(shí)現(xiàn)油田信息管理的物聯(lián)化和智能化。

2? ? ? 采油系統(tǒng)4.0在油田建設(shè)中的應(yīng)用

為了優(yōu)化油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)思路、方法，探索油田高效開發(fā)、建設(shè)、生產(chǎn)模式，結(jié)合油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范，該系統(tǒng)總體架構(gòu)分為三個(gè)層次，第一層為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控的感知層，第二層為數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏攲樱谌龑訛樯a(chǎn)管理的應(yīng)用層。

采油系統(tǒng)4.0主要包括油區(qū)井站生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，物聯(lián)網(wǎng)覆蓋率100%;生產(chǎn)計(jì)量含水自動(dòng)化;站場(chǎng)集中監(jiān)控及自動(dòng)控制;視頻監(jiān)控、語(yǔ)音廣播油區(qū)及站場(chǎng)覆蓋;集輸管網(wǎng)泄漏監(jiān)測(cè);數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)油區(qū)全覆蓋;生產(chǎn)監(jiān)控與管理集中統(tǒng)一監(jiān)控，生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)智能管理、分析、應(yīng)用。該模式實(shí)現(xiàn)了采油生產(chǎn)過程優(yōu)化，采油井場(chǎng)優(yōu)化智能化，具體應(yīng)用如下。

2.1? ?變革工藝流程，采油生產(chǎn)過程優(yōu)化

過去，傳統(tǒng)油田生產(chǎn)采用二級(jí)布站模式，即單井-計(jì)量站-處理站生產(chǎn)模式，計(jì)量站有人值守，人工計(jì)量，含水為人工取樣，人工化驗(yàn);集輸管網(wǎng)為枝狀匯聚，管網(wǎng)多，征地多，投資大;一線員工用工多，工作量大，勞動(dòng)強(qiáng)度高。傳統(tǒng)油田采集井口油壓、回壓、套壓、溫度等參數(shù)。通過應(yīng)用采油系統(tǒng)4.0模式，采油現(xiàn)場(chǎng)無傳動(dòng)設(shè)備，采用無桿泵采油，井場(chǎng)應(yīng)用單井液量含水自動(dòng)計(jì)量撬，實(shí)現(xiàn)了采油工藝流程變革，采油生產(chǎn)過程的優(yōu)化，具體體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

（1）新型作業(yè)區(qū)取消計(jì)量站環(huán)節(jié)，由二級(jí)布站模式優(yōu)化為一級(jí)布站模式，即單井-聯(lián)合站，這種方式合理優(yōu)化了集輸管網(wǎng)布局，管網(wǎng)由枝狀匯聚變?yōu)榫€型串接，這種集輸模式無須建設(shè)計(jì)量站，不斷減少管網(wǎng)，減少征地，節(jié)約投資，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，工藝流程變革。

（2）單井在線含水自動(dòng)計(jì)量撬是由稱重式單井液量計(jì)量?jī)x與微波含水儀組合，統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口，實(shí)時(shí)采集瞬時(shí)液量和瞬時(shí)含水?dāng)?shù)據(jù)，通過RTU的程序算法，生成單井日產(chǎn)油量、日綜合含水和日產(chǎn)液量等生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)上傳至中控室監(jiān)控機(jī)，自動(dòng)形成生產(chǎn)報(bào)表供日常生產(chǎn)分析使用。數(shù)據(jù)采用無線傳輸，操作人員在中控室可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)自動(dòng)計(jì)量，在線監(jiān)測(cè)含水。

（3）數(shù)據(jù)采集由井口數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)變?yōu)榫聣毫Α囟取㈦妷骸㈦娏鳌⑥D(zhuǎn)速等參數(shù)的監(jiān)測(cè)，對(duì)生產(chǎn)參數(shù)和關(guān)鍵流程進(jìn)行自動(dòng)化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)采油生產(chǎn)過程的優(yōu)化。

2.2? ?改變巡井模式，采油井場(chǎng)智能優(yōu)化

隨著油田的大力開發(fā)，管理井?dāng)?shù)增加、工作量日益增多，安全風(fēng)險(xiǎn)突出，制約油田發(fā)展。通過自動(dòng)化建設(shè)，可將傳統(tǒng)的人工巡檢，變?yōu)楣收涎矙z，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)行的集中管理和控制，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能、節(jié)約運(yùn)行成本的目標(biāo)。

通過井場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，在井場(chǎng)安裝壓力變送器、溫度變送器、一體化示功儀等自動(dòng)化儀表，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。通過井場(chǎng)安裝視頻監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)油田現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像采集。通過對(duì)井場(chǎng)優(yōu)化、智能化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)巡井模式的改變，由日常巡檢變?yōu)楣收涎矙z。具體體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

（1）通過井口RTU將井下和井口的各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集到生產(chǎn)指揮中心數(shù)據(jù)庫(kù)，并能夠跟標(biāo)準(zhǔn)值比對(duì)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)預(yù)警，并可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)指揮中心遠(yuǎn)程調(diào)參，抽油機(jī)遠(yuǎn)程啟停、機(jī)泵的變頻控制、閥門的遠(yuǎn)程控制等遠(yuǎn)程控制功能。

（2）通過井場(chǎng)視頻監(jiān)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)巡井向桌面巡井的變革。視頻監(jiān)控對(duì)井場(chǎng)設(shè)備、環(huán)境、人員作業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)油田現(xiàn)場(chǎng)的視頻圖像采集和周界防范，實(shí)現(xiàn)對(duì)外來闖入人員的警告。通過行為分析，實(shí)現(xiàn)人工或自動(dòng)向井場(chǎng)喊話，對(duì)闖入者進(jìn)行喊話警示，還可以讓監(jiān)控中心與井場(chǎng)工作人員進(jìn)行語(yǔ)音互動(dòng)和交流。實(shí)現(xiàn)井場(chǎng)無人值守，節(jié)約用工成本，提高工作效率。

2.3? ?創(chuàng)新油田管理，油田生產(chǎn)智能調(diào)度

油田生產(chǎn)管理涵蓋采油、工藝、地質(zhì)、生產(chǎn)運(yùn)行、安全環(huán)保等多個(gè)領(lǐng)域，油田管理需要高質(zhì)量、高水平的推進(jìn)，創(chuàng)新油田管理模式，建設(shè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)處理智能化、生產(chǎn)指揮信息化、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高生產(chǎn)組織和指揮效率。油田生產(chǎn)智能指揮系統(tǒng)，就像給決策者安裝了“千里眼”和“順風(fēng)耳”，決策者坐在辦公室只需面對(duì)電腦，輕輕一點(diǎn)鼠標(biāo)，就可以直視油井工況與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，為油田管理指揮調(diào)度，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)運(yùn)行效率的提高。具體體現(xiàn)在以下五個(gè)方面：

（1）視頻監(jiān)控隨意調(diào)取，在監(jiān)控大廳指揮平臺(tái)隨意調(diào)取且滾動(dòng)播放;選取觀看時(shí)自由篩選單井或者多井，對(duì)于措施井、施工井等分組排列，便于統(tǒng)一查看;向井場(chǎng)語(yǔ)音喊話，對(duì)跑油、人員異常進(jìn)入、人員異常行為提示報(bào)警;所有單井、拉油點(diǎn)視頻隨時(shí)調(diào)取記錄能保存90天;非本單位人員進(jìn)入井場(chǎng)由監(jiān)控人員遠(yuǎn)程開啟。

（2）原油拉運(yùn)根據(jù)液位及流量自動(dòng)測(cè)算、自動(dòng)排序，方便生產(chǎn)調(diào)度安排原油拉運(yùn);單罐井拉油油罐車及儲(chǔ)罐出液口自動(dòng)上鎖、解鎖、裝液量計(jì)量、裝卸液及拉運(yùn)過程取證監(jiān)測(cè)，任務(wù)指令下發(fā)及遠(yuǎn)程監(jiān)控。

（3）指揮調(diào)度模塊根據(jù)不同分組的單井壓力、溫度、液位、綜合液量、日綜合含水、日綜合油量等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)生異常的時(shí)候，數(shù)據(jù)顯示為紅色，提示監(jiān)控人員查看;監(jiān)控人員可以直接輸入井號(hào)進(jìn)入到監(jiān)控畫面，也可以查看指定的單井或者多井的綜合參數(shù);指揮控制中心對(duì)作業(yè)區(qū)所有單井及拉油點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)報(bào)警進(jìn)行處理。

（4）資料報(bào)表模塊所有數(shù)據(jù)自動(dòng)篩選生成報(bào)表，崗位人員負(fù)責(zé)審核數(shù)據(jù)、上傳生產(chǎn)數(shù)據(jù);報(bào)表查詢可以按照用戶意愿，能查找分鐘數(shù)據(jù)、半小時(shí)數(shù)據(jù)、小時(shí)數(shù)據(jù)、日數(shù)據(jù)等，可以選取1日、1周、1月的數(shù)據(jù);報(bào)表分為生產(chǎn)、報(bào)警和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)類報(bào)表，可以實(shí)時(shí)或者歷史調(diào)用并打印;實(shí)現(xiàn)曲線的編輯功能，按照意愿把單井或者多口井的油壓、套壓、回壓、含水、計(jì)量、單罐液面等幾組數(shù)據(jù)曲線綜合在一個(gè)頁(yè)面里，并且可以自由地選取時(shí)間段來調(diào)取曲線，當(dāng)發(fā)生問題時(shí)，用戶可以根據(jù)多條曲線交叉比快速發(fā)現(xiàn)問題，從而找到解決辦法。

（5）報(bào)警模塊將所有單井、集中拉油站溫度設(shè)置連鎖，壓力、溫度、流量、硫化器以及煙感和溫感等異常參數(shù)報(bào)警;單井的壓力、液位、溫度等值報(bào)警上下限由用戶自行設(shè)定修改;井場(chǎng)實(shí)現(xiàn)周界報(bào)警、井場(chǎng)原油泄漏等異常自動(dòng)報(bào)警;報(bào)警可篩選，用戶可根據(jù)需要查詢報(bào)警，建立報(bào)警及事件記錄。

油田生產(chǎn)智能指揮系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)分級(jí)授權(quán)實(shí)現(xiàn)對(duì)操作人員與管理人員的不同權(quán)限管理。

2.4? ?建立大數(shù)據(jù)，提供精準(zhǔn)智能分析

油田數(shù)據(jù)庫(kù)包括的主要內(nèi)容有單井、區(qū)塊的日月報(bào)數(shù)據(jù)、試井與生產(chǎn)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)、分析化驗(yàn)數(shù)據(jù)、井下作業(yè)和地理信息數(shù)據(jù)等，數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)資源種類齊全、質(zhì)量高。大數(shù)據(jù)利用物聯(lián)網(wǎng)診斷單井問題，使用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)油田進(jìn)行全面感知、分析預(yù)測(cè)、優(yōu)化決策找到油水井生產(chǎn)規(guī)律，從而有助于油田生產(chǎn)管理指揮。大數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的整理流程是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為信息，將信息轉(zhuǎn)化為知識(shí)，再將知識(shí)轉(zhuǎn)化為智慧。這個(gè)過程應(yīng)用于油田可以理解為是對(duì)油田的生產(chǎn)和管理工作。

大數(shù)據(jù)的處理具體體現(xiàn)在七個(gè)方面：對(duì)數(shù)據(jù)的提取和收集、清洗數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)找到潛在的內(nèi)在價(jià)值規(guī)律、建立預(yù)測(cè)模型、對(duì)結(jié)果進(jìn)行可視化估計(jì)、驗(yàn)證結(jié)果、評(píng)估模型。建立大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，為油田的下一步勘探開發(fā)、油井分析、油田管理提供精準(zhǔn)智能的數(shù)據(jù)分析。

3? ? ? 采油系統(tǒng)4.0應(yīng)用效果分析

（1）實(shí)現(xiàn)采油工藝優(yōu)化，井場(chǎng)生產(chǎn)智能化。通過單井-聯(lián)合站的生產(chǎn)模式變革，取消計(jì)量站，無計(jì)量站投資費(fèi)用;可縮短單井管線長(zhǎng)度，減少單井管線建設(shè)費(fèi)用;同時(shí)，也減少征地費(fèi)用;對(duì)生產(chǎn)參數(shù)和關(guān)鍵流程優(yōu)化;減少地面設(shè)備，減少重復(fù)勞動(dòng)，提高自動(dòng)化水平。

（2）工況實(shí)時(shí)診斷、降低維護(hù)成本。通過對(duì)油田生產(chǎn)各環(huán)節(jié)集中監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)重要設(shè)備、工藝單元、上下游系統(tǒng)的三層預(yù)警與防控，生產(chǎn)運(yùn)行由事后處置變?yōu)槭虑邦A(yù)警，減少處置工作量。

（3）生產(chǎn)全面感知、實(shí)現(xiàn)精細(xì)管理。深入研究大數(shù)據(jù)應(yīng)用，充分發(fā)揮自動(dòng)化、信息化采集的數(shù)據(jù)作用，利用配套系統(tǒng)研發(fā)，指導(dǎo)油田地質(zhì)、工程工藝、設(shè)備運(yùn)行等工作，借助物聯(lián)網(wǎng)的平臺(tái)推進(jìn)油田研究和管理的高效提升。

（4）優(yōu)化工藝參數(shù)、推進(jìn)節(jié)能降耗。通過挖掘物聯(lián)網(wǎng)海量生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，科學(xué)分析、優(yōu)化提高工藝、油水處理等工藝運(yùn)行效果，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上可大幅降低生產(chǎn)運(yùn)行成本。

（5）提升管控能力、實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全。通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油氣生產(chǎn)全過程、全流程，生產(chǎn)參數(shù)運(yùn)行異常、設(shè)備設(shè)施故障等情況得到及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處置，合理減輕了員工在油氣生產(chǎn)場(chǎng)所的停留時(shí)間，油田上下游一體化安全環(huán)保管控能力得到加強(qiáng)，應(yīng)急與環(huán)保事件大幅減少，實(shí)現(xiàn)了油田生產(chǎn)本質(zhì)安全與周邊自然環(huán)境的和諧統(tǒng)一。

4? ? ? 結(jié)? ? 語(yǔ)

本文基于油田采油模式，研究采油系統(tǒng)4.0，建設(shè)地面無傳動(dòng)設(shè)備，全面感知油田生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，加強(qiáng)生產(chǎn)過程監(jiān)控，生產(chǎn)管理層級(jí)簡(jiǎn)化，勞動(dòng)組織結(jié)構(gòu)優(yōu)化，輔助生產(chǎn)科學(xué)決策，生產(chǎn)運(yùn)行成本降低，油田綜合效益提升，大數(shù)據(jù)智能分析，推進(jìn)以物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)為核心的生產(chǎn)管理新模式。采油系統(tǒng)4.0的應(yīng)用優(yōu)化了油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)思路與方法，探索了油田高效開發(fā)、建設(shè)、生產(chǎn)模式，為今后類似油田建設(shè)開發(fā)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)與方向。

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