數字油田儀表運維與檢測工作探討

孫文劍 張瑩 孫偉偉 姚毅立

1大慶油田有限責任公司第五采油廠規劃設計研究所

2中國石油集團渤海鉆探工程有限公司第一鉆井工程分公司

《X 油田振興發展綱要》對于數字化的要求是逐步從數字油田發展為智能油田，最終建成智慧油田[1]。E 采油廠作為老區油田數字化建設示范廠，率先開展了數字化建設，秉持建管并重的原則，面對數字油田儀表運維檢測沒有成熟的經驗可借鑒、專業技術人員緊缺等矛盾，深入開展了數字油田儀表運維與檢測工作技術研究，探索形成了符合生產實際的數字油田儀表及自控系統維修體系，保障了數字油田儀表精準，設備可靠，系統平穩，同時為全油田的數字化運維檢測提供了參考依據[2-3]。

1 生產需求

1.1 已建站場儀表

目前E 采油廠大中型站場儀表主要包括油、氣、水、電計量儀表，溫度、壓力等自動化儀表，盤裝顯示儀表和安全柵、防雷柵、配電器等轉換儀表，共計36 000余塊，具體統計情況見表1。

表1 大中型站場儀表情況統計Tab.1 Statistics of instruments in large and medium stations

1.2 數字油田新增儀表

根據E采油廠油氣生產物聯網建設工程實施方案，預計數字油田建成后流量、壓力、溫度、液位、載荷、電參等儀表增加30 000余臺塊，增加種類見表2，主要有井間無線儀表、大中型站場有線儀表等。

表2 數字油田及產能儀表增加情況Tab.2 Increase of digital oilfield and productivity instruments

1.3 數字油田控制系統建設

目前E 采油廠已實施集中監控站場有聯合站、配制站、注入站、變電所等，另有2座聯合站隨站內改造及產能建設完成控制系統建設。同時根據E采油廠油氣生產物聯網建設工程實施方案，轉油站系統共新建可編程控制器（PLC）控制系統20 余套，擴容9套。注水站及水質站新建PLC控制系統5 套，擴容2 套。數字化建設完成后，全部中型站場均建有控制系統。

1.4 存在的問題

（1）儀表運維方面，目前E采油廠雖具備大中型站場儀表及控制系統的維修能力，對于數字油田新增的無線儀表和網絡設備目前還不具備維修能力，人員數量上也不足以承擔全部的維修工作。

（2）儀表檢測方面，目前E 采油廠雖具備油、氣、水、電等計量儀表檢定資質，對于數字油田新增的無線儀表及溫變、壓變等自動化儀表，由于數量太大，不具備檢測能力。

2 管理思路

2.1 優化儀表運維流程

堅持“立足內部挖潛、分類外委維修、發揮技術優勢、降低運維成本”的原則，認真總結近年站場集中監控、運維、檢測經驗做法，對標學習其他油田數字化運維檢測模式，充分結合生產運行實際，明確各級職責分工，充分利用新增數字化儀表三年質保期作為緩沖，逐步建立適合E采油廠的數字化運維管理平臺，保障數字油田穩定高效運行[4]。

（1）建立平臺，遠程診斷。通過建立數字化運維管理平臺，對前端儀表進行在線實時診斷，發現故障自動報警，專業人員指導作業區儀表運維專業化班組進行現場處理，或通過遠程運維的方式予以解決。

（2）現場更換，離線維修。井間現場儀表點多、面廣，與生產運行緊密聯系，為降低現場維修給生產帶來的影響，改變傳統現場維修的運維方式，按照“現場更換、離線維修”的原則，由相關單位遠程判斷，確定需要維修時，通知作業區儀表專業化班組對故障儀表進行現場更換，統一送到f研究所或g中心，集中進行離線維修。

（3）以我為主，分類外委。故障儀表集中送至f 研究所或g 中心后，兩家單位根據自身情況，可采取自主維修或分類外委的方式開展維修。對于常見故障，易于解決的要開展自主維修；對于問題復雜、專業技術性強的故障儀表，要具備故障診斷的能力，掌握問題所在，制定維修解決方案后再進行外委維修。

2.2 完善儀表檢測方式

井間新增無線遠傳儀表，若均延續傳統實驗室檢測方式，現場拆裝、參數調整等工作量巨大[5]。因此，按照“廠內為主、外送為輔、量力而行、補足能力”的原則，建議轉變無線儀表檢測校驗模式，以現場校準為主、離線檢測為輔，開展儀表檢測校驗工作，此項工作涉及f研究所和各作業區。

（1）現場校準為主、離線檢測為輔。由作業區儀表運維專業化班組定期采用更高精度等級儀表進行現場對比測量，當兩塊儀表測量值相差較大時，需要將被測儀表拆卸送至f 研究所進行實驗室檢測，故障儀表維修完成后，需要通過實驗室檢測合格，進入備件庫作為備用。

（2）健全檢測資質、確定檢測周期。目前油田沒有無線儀表檢測標準規范（包括實驗室校準規范和現場檢測比對方法），從調研過程中看，檢定周期一定會延長，延長1 個或者2 個周期，公司目前還沒有確定檢測周期。下一步將根據公司的企業標準，結合運行的實際情況，制定離線檢定的標準，明確不同儀表在多少誤差范圍內要開展離線檢定。

3 工作主要技術思路

3.1 運維檢測體系建設

3.1.1 運維檢測職責劃分

根據第五采油廠油氣生產物聯網建設方案，數字油田建設完成后，確立“廠、作業區”兩級管理模式，儀表運維檢測按照該模式劃分，廠級儀表運維檢測工作主要由f 研究所和g 中心承擔，油田管理部、生產運行部在儀表運維檢測方面履行監督管理、應急調度、制定計劃、績效考核等職能。同時，在各作業區成立儀表專業化運維檢測隊伍，配合f研究所和g中心共同完成儀表運維檢測工作。

（1）f 研究所運維檢測職責。作為現場設備運維檢測的主要單位，在維持原有大中型站場儀表及控制系統運維檢定方式不變的前提下，儀表運維方面增加井間儀表、無線網絡傳輸設備、雷達、攝像機等前端設備。儀表檢測增加井間無線儀表的實驗室檢測。

（2）g 中心運維職責。作為平臺及有線網絡設備運維的主要單位，主要增加雷達、視頻等后端系統，負責作業區管控平臺、生產網、辦公網的運維管理。

（3）作業區運維檢測職責。作為數字油田的主要應用單位，需要成立專門的儀表運維專業化班組，除了負責儀表的日常保養、臺賬管理等，儀表運維方面，還需能夠清晰、準確描述儀表故障問題并及時上報，將故障儀表更換為庫存儀表，故障儀表統一報送f 研究所。儀表檢測方面，根據檢測需求對井間無線儀表進行檢定校驗。

3.1.2 建立廠、作業區兩級運維檢測隊伍

廠級隊伍主要為f 研究所和g 中心，目前兩家技術單位有部分運維檢測技術人員。數字油田建設初期，基本能夠滿足運維需求，但隨著E采油廠數字化的建設投運，3年質保期的結束，將不能滿足需求，需要逐年進行補充。目前各礦技術隊配備了儀表組，部分聯合站配有儀表工，數字油田實施后，各作業區需要成立儀表運維檢測專業化班組，負責儀表日常管理、故障上報及現場儀表更換、無線儀表在線檢測等工作，大約8～10 人左右，不要求具有較高的儀表專業技術水平，只需要具備一定的動手操作能力。

3.2 運維檢測中心建設

利用擴建標定間廠房的儀表維修間、實驗室，劃分出三個區域，分別建設現場工藝仿真實驗室、遠程運維中心、維修配件庫。

（1）現場工藝仿真實驗室。由于油田集中監控站場數量逐年增加，PLC控制系統種類多、型號不統一，維護困難，需要不斷加強和提高儀表技術人員的專業技能，以適應數字化油田發展要求，為此需建立一個滿足數字化油田發展需要的實驗室。設置水箱、水泵、液位計、流量計、壓力變送器、溫度變送器等設備，對現場工藝進行仿真模擬，搭建油井控制單元、水井控制單元、計量間/配水間控制單元、面向工業過程自動化的工業無線網絡標準技術WIA-FA/PA 傳輸系統。同時搭建通用電氣（GE）、西斯耐特（SIXNET）兩套控制系統，仿真現場儀表可分別接入。滿足現場工藝、現場儀表接線、控制系統硬件接線的培訓及學習，以及變頻控制、不同系列PLC上（下）位機開發調試需要。

（2）遠程運維中心。在儀表維修間劃分出78 m2的面積作為遠程運維中心，建設大屏幕、通信設備、工控機，設置操作臺、坐席，利用通信設備與各礦井、間、站進行組網通信，將集中監控信號遠傳至運維中心，同時將網管系統介入運維中心。通過運維軟件，對現場設備參數及運行情況進行實時分析，及時發現現場存在的問題，方便維修人員及時發現及時處理。

（3）維修配件庫及維修平臺。根據數字油田儀表運維檢測方案，儀表以現場更換為主，需要逐步建立儀表備件庫，利用儀表3年質保期，摸索各類儀表故障頻率，確定所需備份數量，質保期結束后配足、配齊備份儀表，滿足生產需要。維修創新工作平臺主要配備示波器、萬用表、信號發生器、焊臺等設備，作為維修各類儀器儀表和進行研發的基礎硬件。搭建兩個多層貨架，分別用于備件、專用工具及待修閥門儀表擺放。同時設置待修變頻器、控制柜擺放區。

3.3 數字化運維管理平臺建設

以創建“數字采油廠、智慧采油廠”為方向，探索建立“全面感知、智能預測、聯動分析、優化配置”的運維管理體系，打造網絡化、敏捷化、協同化、智能化的運維管理平臺，覆蓋設施監控、日常運行、運維操作、隊伍管理、設備管理等數字化運維業務，形成廠、作業區兩個層級一體化的運維協同與交流共享環境，實現數字化設備全生命周期管理，保障設備運行安全，提高運維檢測效率、降低運維成本，實現油田生產提質增效[6-8]。

（1）管理平臺技術架構。采用分布式技術架構，依托采油廠數字化改造和生產運維數據庫建設，建立數字化運維管理平臺。運維平臺主要分三層，即運維對象層、數據資源和支撐平臺、業務應用層。運維對象層主要實現對現場儀表、傳輸設備、服務器、視頻等數字化設備的監控；數據資源和支撐平臺主要實現儀表基礎信息、運維隊伍、配置信息、事件信息、知識庫等數據庫建設；業務應用層主要實現數字化運維業務的具體應用，包括設備狀態監測、設備信息管理、運維隊伍管理、運維事件管理、設備校驗檢測管理、知識庫管理等方面的應用。管理平臺技術架構如圖1所示。

圖1 管理平臺技術架構示意圖Fig.1 Schematic diagram of technical architecture of management platform

（2）管理平臺基礎信息庫。數字化運維平臺基礎信息庫主要包括設備信息庫、運維人員庫、事件庫、知識庫、故障問題庫、配置信息庫6個數據庫的建設與管理工作，主要功能見圖2。

圖2 數字化運維管理平臺數據庫主要功能Fig.2 Main functions of digital operation and maintenance management platform database

設備信息庫包括儀表安裝、動態、更新維護、檢測保養等信息的管理；設備配置信息庫包括儀表配置參數、功能設置等；運維人員庫包括儀表在建設、運行、維修階段，操作人員、安裝隊伍、運維技術人員信息管理；事件庫包括運維事件的上報、報警運維信息的收集與推送、運維任務的分派、運維狀態監管、運維結果反饋等；故障庫包括運維故障和問題的解決方案管理，為后續故障和問題提出解決方案；知識庫用于收集整理運維事件處理經驗、故障問題處理方法方式，以及運維知識的共享，積累的經驗和方法為運維事件提供參考，同時也為油田數字化后的智能化、智慧化應用打下基礎。

（3）管理平臺功能模塊設計。數字化運維管理平臺分為設備庫管理、設備狀態監測、設備運維管理、設備變更管理、運維人員隊伍管理、配置信息管理、知識庫管理七個功能模塊，具體模塊設置見圖3。

圖3 管理平臺功能模塊設計Fig.3 Design of management platform function module

七大功能模塊可以實現以下功能：儀表從采購入庫、出庫安裝應用、運行檢測、維修維護到報廢的全生命周期管理[9-10]；實時監測儀表運行狀態和異常信息等，并及時提供報警信息；全程跟蹤儀表運維事件進度、開始時間、結束時間；記錄儀表更換事件并更新基礎信息；記錄報修、維修、檢測人員隊伍信息；更換或維修設備時能遠程進行配置信息的導入；記錄儀表運維處理過程和結果信息，為后續的數字化運維提供參考和技術支持。

3.4 探索儀表全生命周期管理

數字化運維平臺應用后，建立數字化油田儀表全生命周期的管理方式，通過對儀表全生命周期各單元管理進行細化，按照正常運行、故障替換離線維修、報廢更新等管理流程，確定了儀表運行管理過程中的3個閉環管理流程（圖4）。

圖4 儀表全生命周期管理流程Fig.4 Instrument full life cycle management process

（1）正常運行管理閉環。數字化儀表安裝完成并經過調試運行后，則正式開始線上運行，該管理閉環重點在于儀表前期統計、初始檔案管理、網絡儀表參數配置記錄，以及制定維護保養細則，確定儀表檢定周期等，確保儀表安全、可靠運行。

（2）故障替換離線維修管理閉環。數字化儀表數量大、分布廣，發生故障后不能及時處理解決，需要采取先從配件庫取出好用的儀表將故障儀表替換的方式，提高運維工作效率。故障儀表線下維修完成經檢測合格后進入配件庫作為備用。

（3）報廢更新管理閉環。儀表進入報廢管理流程后由相關單位資產部門進行報廢處理，同時應針對儀表點位及參數進行更新管理，重新進行規劃、設計，保證儀表備用庫存。

4 結論及建議

X油田已全面進入數字化建設階段，數字油田儀表運維檢測是保障數字油田安全、平穩、高效運行的重要工作，是確保數字油田可持續發展的有效保障，對站場本質安全及油田生產提質增效都具有積極意義，提出的運維檢測管理模式在老區油田數字化建設中有較強的代表性和較好的推廣應用前景。

為便于后期運行維護，需在建設階段對施工建設基本信息進行嚴格存檔，主要包括施工圖紙，儀表設備及軟件設備資料，設備基礎信息及配置說明，施工建設日報、周報、月報，設計變更信息等。

目前E采油廠數字油田建設已全面鋪開，只有提前介入，全程跟蹤儀表設計、安裝、調試、運維、檢測等各階段，才能快速掌握新型儀表運維檢測技術。在儀表設計、安裝、調試階段了解掌握儀表基礎信息和配置信息，運維階段全程參與廠家質保維修，學習積累運維經驗，以逐步適應數字油田儀表檢測運維工作。