基于GIS 的油田管網智能管控系統的開發與應用

吳利利，劉廣勝，陸 梅，程世東，劉天宇

（長慶油田分公司油氣工藝研究院，西安 710016）

0 引言

隨著油田不斷開發建設，各類管線增多，使得地下管網系統變得越來越龐雜，而且隨著時間推移，很多管線慢慢老化，大大增加了油田的管理難度和環境保護壓力，因此對油田管網智能管控系統具有迫切需求。

1 關鍵技術

1.1 信息技術

1.1.1 大數據融合診斷技術

油田管網智能管控系統一方面需要處理多傳感器采集數據融合問題，這就好像人類或其他生物系統利用視覺、聽覺、嗅覺、觸覺等獲取物理世界的信息，并進行綜合處理；另一方面需要處理已有的各類管網信息碎片，這些數據呈現出海量性、多元異構性、實時性、分布式特征，對設計提出了較高要求。本文利用大數據融合診斷技術實時處理多種信息，實現油田管網狀態智能判識、管道剩余年限智能預測等，提高了系統的智能化管理水平。

1.1.2 神經網絡

該技術是從功能角度模擬神經元提出的一種網絡。本文主要利用神經網絡的重要特征——學習，通過學習使系統具有智能特性，實現基于影像識別管道周邊、基于光纖感知管道情況，對管網運行狀況進行分析預判。

1.2 管道完整性管理

根據國內外經驗和國內的管理特點，可以將管道完整性管理分為數據收集、高后果區識別、風險評價、完整性評價、維修維護和效能評價6 個環節［1-2］?；诖耍疚闹贫艘惶着c管理體系結合的體系文件及標準規范，并開發了管道完整性管理數據庫及基于數據庫搭建的系統平臺。

2 系統設計

2.1 建設目標

本文系統主要建設目標可以分為3 個方向。

（1）構建油田管道完整性基礎地理信息平臺。基于APDM數據模型，建立準確、安全的油田管道完整性數據庫，實現空間數據查詢、統計、分析等基本應用。

（2）提供數據共享和功能服務。通過地理信息系統（Geographic Information System，GIS）服務功能，實現導航、可視化、空間分析、決策支持等地理信息共享服務，為管道完整性管理提供支持。

（3）實現重點業務應用功能。結合油田實際需求，構建具有油田特色的管道完整性管理業務系統，滿足日常管道完整性管理工作要求。

2.2 數據組織方式

地面管道信息數據庫根據數據形式可以分為油田管網信息數據、相關地理空間信息數據和一些非結構化數據3 部分。其中，地理空間信息數據可以根據情況分層級、分精度地使用免費地圖信息或買入相關信息；油田管網數據來源則由4 部分構成，即新建數據、歷史檔案數據、已存電子數據、工業實時數據；非結構化數據主要來源于一些歷史資料或相關專業庫。

2.3 系統架構設計

系統架構設計分為5 個層次［3］，分別是物理層、數據層、服務層、顯示層、應用層（見圖1）。物理層主要是支撐系統運行的各類服務器、防火墻和網絡等，數據層主要完成基礎地理數據、管網業務數據和其他數據的采集、校驗、存儲等，服務層主要完成數據的加工處理，顯示層主要完成數據加工后的呈現處理操作，應用層主要完成系統相關功能應用。

圖1 系統架構設計

3 系統功能模塊

系統采用瀏覽器/服務器（Browser/Server，B/S）架構，多模塊分布協同完成數據存儲、分析統計、發布、監控預警等功能。

3.1 管線巡線模塊

通過該功能，管理人員可以直接下發及分配管線巡檢任務［4-5］，并對巡線軌跡做出相應要求，實時監控巡檢人員、考核出勤和業績；通過手持移動端，巡檢員工可以實時上報事件發生情況，準確記錄各類巡檢事件，引導巡檢路徑，有效提高巡檢效率和準確度。圖2 為員工接受巡檢任務、顯示巡檢路線、定位拍照、記錄上報功能移動端界面。

圖2 管線巡檢移動端界面

3.2 應急管理模塊

該模塊通過快速定位事故點，并對管道、站庫、維修隊、穿跨越、周邊設施、河流水系、危險源等相關要素信息進行大數據疊加分析，實現事故點周邊智能預警、智能推薦搶險方案、輔助進行維搶修人員調度指揮［6］、事后事故后果分析等一系列功能，其流程如圖3 所示。

圖3 應急管理流程

3.3 隱患分析模塊

隱患分析是在人工和系統風險識別估測的基礎上評估發生風險的可能性及危害程度，并決定是否需要采取相應措施的過程，之后根據管線參數評估給出預警。系統定位隱患檢測點后，可實時查詢檢測數據，統計查詢管道檢測計劃、防腐層破損點、雜散電流、周邊土壤腐蝕性等信息，實現管線完整性評價分析功能。

3.4 管道評估預警功能

基于GIS 地圖綜合展示管道中線、穿跨越、隱患點、風險源等關注信息，并利用多信息融合診斷算法，根據管線的管徑、運行壓力、運行溫度、管材最低屈服強度、設計系數等要素進行管線剩余使用年限的評估，給出預警。多信息融合診斷模型利用專家經驗算法和大數據神經網絡兩種算法進行加權計算，預測管道剩余年限［7-8］。

3.5 管線運維管理功能

管線運維管理以廠為單位，建立“作業區—廠級”管理模式，作業區管理員負責上報管線運維信息，其中包括產建管線管理與管線改線歷史記錄，由廠級管理員審核后入庫。管理人員通過上傳現場相片或視頻，描述管線異常情況，建立管線異常和運維完整性檔案，實現數據統計、報表管理等功能，并采用地圖可視化技術，方便用戶在圖中查看管線異常點地理位置，顯示現場照片、異常原因分析等信息。

3.6 快速查詢功能

快速查詢是一個管道本體數據綜合展示查詢的平臺?；贕IS 地圖綜合展示管道中線、穿跨越、隱患點、風險源等重點信息。如圖4 所示，點擊特征點，會彈出現場采集照片，展示現場情況及埋深等信息。

圖4 快速查詢界面

3.7 數據維護功能

數據維護功能提供一個快速數據入庫、維護的平臺，將傳統報表形式的數據轉換成空間數據格式，導入管道完整性數據庫，包括管道路由、線性參考系等多類數據。

4 結語

本系統自研發完成以來，在國內部分油田中得到較好應用，不僅實現了油田管網實時在線受控運行，形成了油田管網數據中心，而且通過多信息融合診斷算法與日常管理需求相融合，提高了油田管網巡檢效率與質量，提升了油田管網智能化管理水平，對于確保油田管網安全平穩運行，創建環境友好型企業，實現油田安全發展、清潔發展具有重要的意義。