實時數據系統在海洋石油生產中的應用

劉帥(中海石油(中國)有限公司湛江分公司， 廣東 湛江 524057)

0 引言

生產實時數據系統項目是在某海上生產裝置以生產實時數據系統和關系數據為基礎，規范數據標準、統一數據源頭、實現數據的集中采集、存儲和管理，逐步建成生產實時數據中心的大數據庫，為其他業務系統提供標準數據出口和數據支持的一個實驗性項目。

1 數據統計對石油企業發展的影響

生產實時數據系統項目以大數據在海上油田的實踐應用為方向開展的一項循序漸進的工作。在當前大數據發展應用的前景下，需要我們正確認識和理解數據的重要性。大數據是從各種各樣來源中搜集得到的海量數據信息的總稱，具有數據量龐大，非結構化特點，同時在互聯網中面臨復雜性、安全性等新挑戰。算法的不斷跟新改進，使大數據對于新技術和人類技能的開發來說，逐漸成為一種需要。同時，大數據重新定義了數據管理的范圍，由數據提取、轉換、加載，演變為在大數據應用中凈化和組織非結構化數據的新技術(如分布式架構技術)[1]。

在石油行業智能化油田建設的引領下，迅速提升的大數據應用技術，在石油開發決策中提供著更多的幫助和支持。大數據發展新形勢下，數據統計應用分析為企業決策提供了支持和依據，將為石油行業企業運行設定正確的目標[2]。

2 生產實時數據系統的架構解析

生產實時數據系統是通過OPC協議，連通各種DCS系統，采用iFix實時讀取現場點表數據，并采用iHistorian進行存儲。某海上油田在進行生產實時數據系統建設過程中，部署安裝1套硬件采集設備，連通4個設施的中控系統，采集1 207個有效實時測點，每天采集存儲約32萬條現場實時數據，為生產實時數據系統庫中心提供大數據基礎信息。生產實時數據系統的建設主要包括信息系統架構、數據中心管理、標準化體系建立以及生產數據信息化處理四個部分。

2.1 信息系統架構

某海上油田生產實時數據中心信息系統架構(如圖1所示)集中展現了生產開發中的關鍵數據，為生產管理提供了數據信息支持。生產實時數據系統信息系統由數據采集、數據存儲、系統接口服務、數據應用以及專業業務系統架構組成。在信息系統架構中的應用表現在：第一，生產實時數據系統可以被應用在生產數據信息知識檢索中。第二，生產實時數據系統可以被應用在海上石油生產全面管理中。全面管理包括安全管理、生產管理、設備管理、能耗管理、計劃執行等多個環節。第三，生產實時數據系統可以被應用在行業的各類動態信息展示中[3]。

圖1 生產實時數據系統統計信息系統架構

2.2 數據中心管理

海上石油行業最主要的工作就是油田開發，在大數據管理的作用下，生產實時數據中心管理平臺可以對多元數據進行分類管理，并形成虛擬服務器，為訪問用戶提供虛擬化服務。多元數據包括測井技術采集的油藏物性基礎數據、海上平臺裝置的水文氣象數據、油井生產開發的工藝參數數據等。通過生產實時數據系統將各類基礎數據采集進入生產實時數據中心作為基礎數據信息。在油田開發過程中，專業人員可以通過數據中心管理平臺獲取地理地質工藝數據，為制訂科學的調度方案提供依據[4]。

3 生產實時數據系統在海底管道運營管理上的應用分析

海上油氣混輸管線輸送是海上石油最經濟、最安全有效的運輸方式之一。油氣管道在運行過程中會發生腐蝕，引發穿孔泄漏，不但會嚴重污染環境并破壞生態，還會帶來巨大的經濟損失。如何快速、精準查找出腐蝕點，并進行修復成為海上輸油管道日常管理的一項重點工作，受制于信息管理技術的制約，海底管道管理上更多的是一種事后補救的應對策略。海底管道運營在線預警機制是海底管道管理的重點方向，也是科學管理的目標。隨著實時數據系統的建立，現場利用海底管道基礎數據的實時采集，結合關系數據的整理分析，以海上海底管道互聯的兩個生產平臺為實例，從海底管道運營管理中的壓力、溫度基礎數據信息著手，對生產實時數據在海底管道運營管理上的應用進行分析。

3.1 海底管道智能化管理應用設計

海底管道智能化管理應用設計(如圖2所示)，A平臺、B平臺采集數據到PCS系統中，PCS系統服務器通過開放的OPC通訊協議，再經過網閘、網關后，通過ETHERNET傳輸到生產實時數據庫。生產數據庫將收集到的P、T參數、海底管道基礎數據參數統一錄入數據庫，數據中心調用混輸海底管道壓降、溫降關聯數據。通過壓降、溫降關聯數據算法核算海底管道下岸、上岸之間溫度、壓力差是否處于正產范圍，若超過壓差、溫差范圍立刻產生報警，判斷海底管道異常原因及應對措施，進而自動啟動海底管道保護程序。

圖2 海底管道智能化管理應用設計

3.2 海底管道實時數據壓降關聯性分析

對于均勻混合的油氣混輸管線，從壓降和溫降的角度最能直觀反應海底管道運營情況，進行直接預判。以海上某油田油氣混輸海底管道實時生產數據為例，根據能量平衡方程進行數據整理推導。 根據油氣混輸管線壓降實時數據統計分析，在海管正常管輸中，從 A平臺至B平臺油氣混輸管道上下岸壓力實時數據，同一時間段內的海管上下岸壓力變化趨勢一致，海底管道正常運營上下游裝置壓差范圍0.30～0.35 MPa之間。當壓差處于0.35～0.50 MPa時，上位機產生海底管道異常預報警；當壓差大于0.50 MPa時，初步可以判斷海管發生內部壓力異常，上位機產生海管外漏緊急報警，并啟動海底管道保護關斷程序。

3.3 海底管道實時數據溫降關聯性分析

海底管道壓力數據可以作為海管內部結構狀態監控的重要依據，海管外部結構狀態則可以通過實時溫度數據統計分析得出，從而在外部防護上實現預判預警。海底管道油氣混輸管線溫降分析采用蘇霍夫公式。根據油氣混輸海管上下岸溫度數據統計分析，A平臺至B平臺油氣混輸管道上下岸實時溫度，海底管道正常運營上下游裝置溫差范圍1.11～1.19 ℃之間。當溫差處于1.20～1.30 ℃時，生產平臺上位機產生預報警，上下游檢查是否有生產數據波動；當溫差大于1.40 ℃時，上位機產生緊急報警，并把信息發送到海底管道上下游平臺生產操作人員，啟動檢查海底管道外部損壞預警，現場組織啟動海底管道破損應急程序，檢查海底管道是否受到外力破損發生泄漏。以海上油氣混輸管道運營管理應用為例，生產實時數據系統的建立，為海底管道上下游裝置的管道數據信息實現實時采集和關聯計算建立了基礎。通過關聯計算分析，判定管道運營狀態，給出管道運行缺陷應對措施，降低海上輸油管線泄露事故風險。通過上述壓降、溫降數據統計分析，我們可以看出實時數據系統給海上油氣混輸管道管理帶來的全新技術變革。結合目前現場采用的海底管道物流組份在線檢測、在線腐蝕速率監測、水文氣象數據監測、海上雷達監測系統等數據的關聯性分析，海底管道實時數據分析將更加精準全面，真正實現智能化海底管道運營管理。

4 結語

隨著網絡信息技術的應用范圍越來越廣泛，大數據技術發展成為趨勢。本文從海洋油氣混輸管線運營管理的一個方面做了實時數據系統的統計應用分析。生產實時數據系統的建立，為海上裝置嘗試智能化油田建設建立了基礎。在此基礎上，對于生產數據處理和應用目前局限于統計和查詢，數據中蘊含的潛在價值仍在發掘階段。隨著生產數據量的不斷增長，生產數據的大容量儲存、管理和數據安全性問題，以及隨著海上油田在更大范圍的布局而產生的分散分布與數據集成之間的矛盾等，這些問題均給我們提出了新的課題。