油氣田作業區生產管控平臺設計與實現

楊建偉

(大慶油田信息技術公司，黑龍江大慶163453)

1 項目背景

根據大慶油田數字化建設規劃的安排，按“一個中心、兩級平臺、N個用戶”思路，作為公司級監管中樞大慶油田智慧指揮中心業已建成，作為大慶油田智慧指揮體系底層支撐的生產現場數字化建設業已全面開展，而作為“公司級智慧指揮中心和區域級生產管控中心”兩級架構中重要一級的作業區的生產管控信息化和智能化較為滯后，因此，作業區生產智能分析管理平臺建設已迫在眉睫。

2 系統設計

2.1 總體思路

以“網絡是基礎、采集是前提、平臺是關鍵、數據是核心、應用是焦點、安全是保障”為指導，在生產現場的數字化基礎上，匯聚井場、站場、管道等生產現場物聯網采集數據、移動端采集數據，抽取生產運行數據、業務管理數據、各統建、自建系統數據，以“集中監控、應急管理、精益管理、智能分析、協同聯動、深度互聯”為目標，建設作業區生產管控平臺，生產監控、生產管理、生產動態、調度運行、物聯設備、能耗管控等功能。以區域中心的智能管控為方向，實現業務歸核化、管理架構扁平化，促進組織機構變革、業務流程優化和降本增效，為指揮中心的智慧決策提供支撐。如圖1所示。

圖1 系統的總體思路

2.2 技術架構

作業區生產管控平臺，基于微服務架構[2]和區域湖，采用基礎設施層、邊緣層、數據層、服務層、應用層、展示層等層級進行構建。如圖2所示。

圖2 系統的技術架構

2.3 功能架構

以業務應用為核心，將傳統的經驗模式轉變為精細化、專業化、動態化的管理模式，將分散多級的運行管理單元轉變為集中統一的監管控單元，實現既邊界清晰又可相互穿透的六大子系統。如圖3所示。

圖3 系統的六大子系統

2.4 數據架構

井場、站場、管道、設備等生產現場采集的實時數據和填報的運行數據上傳至作業區本地部署的數據庫，同步至油田區域湖。作業區生產管控平臺從區域湖獲取業務數據，并與智慧指揮中心進行數據交互。如圖4所示。

圖4 系統的數據架構

2.5 部署架構

作業區生產網部署組態、關系庫、實時庫、物聯設備管控、本地視頻等服務器，為本地實時存儲計算提供環境。在辦公網-生產網DMZ區部署負載均衡、Web應用、緩存、數據庫及數據服務轉發等服務器，為生產網用戶提供服務。在辦公網部署負載均衡、Web 應用、緩存及公共服務，為辦公網用戶提供服務。在互聯網-辦公網DMZ區部署接口服務器，為互聯網移動端用戶提供服務。如圖5所示。

2.6 安全架構

按照等級保護三級要求標準進行安全建設，根據實際網絡拓撲及業務需求設計業務系統部署位置，以分級分域的思想劃分網絡。

3 技術實現

3.1 實時數據采集與處理

基于開源的消息中間件與時序數據庫技術，按照工業互聯網架構體系，搭建油氣生產物聯網底層數據平臺[3]，實現海量物聯設備接入與實時數據高并發處理，為上層智能應用與數據深度挖掘提供有效支撐。實時數據動態呈現如圖5所示。

圖5 實時數據動態呈現

3.2 業務功能實現

1)生產監控

基于生產實時數據及監控視頻，建立基礎判斷模型，針對井、間、站、庫故障進行及時準確的故障分析和報警預警。以設定生產參數閥值，實現生產參數自動對比報警[1]。實現注水井、油井、計量間、配水間等生產監控、報警預警、報警閉環處置功能。如圖6所示。

圖6 生產監控頁面

按照故障報警、問題預警、計劃提醒、計劃工作對注水井、油井、計量間、配水間等進行多級報警配置，支持批量配置，支持針對單井的自定義配置。例如油井的集油管道凝堵故障判斷代碼。

2)生產管理

以大數據智能分析、決策優化為手段，針對采油、注入、集輸管理提升難題，實現從問題發現、分析評價、措施優化、效果跟蹤等全過程智能一體化閉環管理。

3)生產動態

采用多維度數據分析技術，實現指標管理、總況數據、日常班報、日報、月報的自動匯總統計，根據統計結果繪制趨勢分析曲線，以報表、曲線的形式輔助作業區管理人員全面、及時掌握生產運行態勢，實現生產能力動態分析、運行情況分類統計。

4)調度運行

由油田智慧指揮中心向下延伸，開發值班管理、通知公告、報表管理、設備調派、應急處置、水務管理、電力運行等模塊，實現作業區日常調度運行管理，實現信息上傳下達、事件協調處置，實現事件信息登記、上報、落實、反饋、存檔的閉環管理。

5)物聯設備

實現設備監控、問題診斷、精確定位、處置管理、維修保養、備品備件、統計分析等功能，大幅減少發現問題、定位問題源頭、設備保養和日常管理等時間、人力、物力成本，降低物聯設備異常處置對產量的影響，從而達到提升工作效率、提高經濟效益的目的。

6)能耗管控

與油田能耗管控平臺進行集成，利用人工智能技術，建立能耗預測及優化功能，實現油田生產各環節水、電、氣能耗實時評價和智能動態優化，挖掘節能空間，全面支撐油公司、作業區的分級能源管控，構建新型能源管理模式。

3.3 大屏數據可視化

利用數據可視化技術，開發作業區生產管控大屏，分為生產總況、生產監測、油氣集輸、注入系統、調度運行、信息資源6個主屏。

3.4 移動辦公實現

采用uni-app 框架，開發作業區生產管控移動端。實現生產監控、報警預警、委派處置、生產管理、生產指標查詢等功能。

4 應用情況

作業區生產管控平臺已經在采油五廠、頭臺油田上線運行，完成井間數據點表34960條的配置和39座站場工藝流程圖的繪制，實現對1950口油井、910口水井、102座計量(閥組)間、37 座配水間的實時監控，基于3 類39 項數據清洗規則、2 類85項報警預警規則、3類43項數據質控規則的建模分析實現報警預警，滿足了作業區基本的生產管控需求。

圖7 生產管控中心大屏指揮

5 結論

本文首先介紹了大慶油田作業區生產管控平臺的建設背景。其次提出了總體思路，闡述了技術架構、功能架構、數據架構、部署架構以及安全架構。最后重點講述了實時數據采集與處理技術路線及實現，介紹了業務功能、大屏數據可視化、移動辦公等技術實現。通過作業區生產管控平臺的開發與應用，實現油氣田作業區的生產智能監控、工況智能分析、運行智能協同、安全智能管理，有效支撐作業區將分散多級的運行管理單元整合為集中統一的監管控單元，打造一體化管理、一體化運行、一體化調控的大慶油田智慧指揮體系。后續，將基于作業區生產管控平臺開展機采工況智能分析、功圖診斷智能量液、結蠟治理優化析、注水工況智能預警、物聯設備故障智能預警等智能化提升。該項目促進了傳統油氣田生產方式與管理模式變革，實現以技術密集替代勞動力密集[4]，取得的技術成果和實施經驗在油氣行業具有廣闊的推廣應用前景。