油田采油作業區物聯網示范區建設的探索

盧宏舉(中國石油冀東油田公司陸上油田作業區，河北 唐山 063200)

0 引言

為推進數字化油田建設，冀東油田陸上油田作業區第三工區作為陸上作業物聯網建設示范區、進行物聯網系統建設已有13年，大部分設備已經老化，系統架構亟待升級[1]。物聯網設備設施老化，井口物聯網設備的覆蓋率、上傳率、準確率都存在問題，導致技術人員借助物聯網數據快速分析井況問題的能力降低，物聯網系統、設備、功能、應用等諸多方面均亟待升級改造。

1 作業區的現狀

1.1 陸上油田作業區第三工區已基本完成數字化改造，實現生產過程數據采集和初步安防監控

目前全區39個生產平臺具有495口抽油機井、7口電泵井、10口螺桿泵井、2口提撈油井，安裝自動化設備油井數量為445口，自動化油井運行數量338口，自動化覆蓋率為86.24%；需要更換井口自動化設備的油井為235 口，其中具有A11設備的油井總數為247口，A11油井設備的覆蓋率55.5%；全區共有水井134口，其中安裝自動化設備的注水井為79口，水井的自動化覆蓋率為58.9%，其中A11水井共15口，A11水井設備的覆蓋率僅為18.9%，井口自動化設備的覆蓋率、上傳率、準確率都存在問題。

1.2 生產數據全面采集

作業區物聯網能夠實時采集轉油站、注水站、計量間、配水間、油水井的生產數據，實現了數字巡檢、自動計量、數據對比，能夠提高資料錄取效率，減輕員工工作強度，提高油井分析效率。

1.3 初步實現注水站安全防護

2021年作業區更換新安防系統，系統在保證全天候監控現場平臺生產、施工、作業情況的同時，還實現了自動追蹤、出入車輛人臉識別、泵房溫度檢測、邊界防護等功能。

第三工區數字化系統始建于2009年，在當時處于中石油領先水平，保障工區安全生產運行共13年。如今新型作業區改革需求不斷增加，原系統需完善升級,主要體現在：

(1)生產智能化程度亟待提升:油水井數字化設備不能實現遠程啟停井功能，無法自動調整注水井配注量,未滿足智能油井建設需求。

(2)數據采集覆蓋率需要提升：數字化管道覆蓋率不足，無法實現遠程監控平臺外輸和摻水匯管的溫變、壓變及生產數據，偏遠平臺生產數據無法采集。

(3)安防系統仍需完善:平臺視頻智能化程度不高，無法實現智能報警；站庫重要關鍵點位的智能化控制水平過低。

(4)控制系統架構需調整:現控制系統以采油隊為中心集中管控，操作繁瑣;管控設備增加后,現有的計算機性能不足控制系統中的數據流向復雜，不利于數據治理和備份。

陸上油田作業區數字化系統建設已有13年，大部分設備已老化，系統架構亟待升級。目前陸上作業區數據采集機構以采油隊為中心，由采油隊中控室將數據傳到其他中控室，此架構的問題是過于依賴采油隊中控室，而采油隊的計算機性能較低且無備份，數據處理慢、易丟失。鑒于現有架構存在的問題，作業區需要更改數據采集架構，利用高尚堡中心服務器采集所有數據，再分發到各個中控室，從而符合A l l油氣物聯師建設規范；更改為此架構后，高尚堡地區的中心機房職能加強，同時也便于陸上作業區對下設單元實施集中統一監視管理，系統數據處理能力更強大、數據交互更方便，工區中控室的負擔降低，計算機運行更流暢，同時有利于站場的少人值守和無人值守的建設；作業區還需要升級采集與監控子系統，做到系統功能和界面友好，同時需更換老舊的電腦。

2 物聯網示范區規劃

2.1 指 導思想和原則

物聯師示范區規劃的指導思想是以安全為核心，高質量發展為目標，遵循勘探與生產公司總體規劃和“冀東智慧油田”戰略，堅持實事求是、業務驅動、技術引領。示范區的規劃與建設要以作業區實際需求為前提,突出效益建設，分步實施，急用先建，以用促建，堅決杜絕重復建設。

2.1.1 “十四五”總體目標：前步建成智能油氣田

“十四五”期間，物聯網示范區應基本建成涵蓋勘探開發、經營管理、安全環保全領域全業務鏈的智能化生態應用，初步形成具有全面感知、自動操控、智能預測、持續優化的智能化生態運營模式，初步建成世界一流智能油氣田平臺。

(1)建設目標:形成智能數據生態

智能數據生態包括物聯網實現全覆蓋，能夠自動采集95%以上的數據,各類數據的智能入湖、智能治理與共享應用成為現實;基于機器學習實現智能分析,全面建成數據智能新生態。

(2)建設目標:生產過程智能操控

生產過程智能操控表現為生產現場基本實現智能監控、智能診斷、自動預警與自動控制，簡單的、重復性人工勞動基本被機器智能取代,生產現場基本實現全過程智能聯動與實時優化。

(3)建設目標:建成一流智能平臺

建成一流智能平臺，是要建成性能卓越、功能強健、服務完備、安全穩定的一流云平臺，平臺具備語音識別、多語種翻譯、軟件集成、模塊開發、智能分析、移動推送、系統運維、全業務鏈智能認知和實時建模分析等能力，從而打造智能共享、智能開發、智能運維的一流智能技術生態。

2.1.2 各層級工作重點：陸上油田作業區

按照中石油集團公司頂層設計和相關標準，油氣田公司負責油田信息網絡建設、物聯網建設、區域湖建設、開展數據入湖與治理，以及特色配套應用等項目建設。以塔里木油田為例，藍色背景部分由總部統一建設，其他部分由油田配套建設。

2.2 規劃思路

作業區智能化的規劃思路是實現“生產現場全面管控、遠程控制，設備設施數字化、業務管理精細化，決策部署智能化”(如圖1所示)。

2.3 建設四項能力，提升六項功能

建設四項能力，提升六項功能(如圖2所示)。

圖2 建設信息化能力提升方面

2.4 物聯網建設框架

(1)按照集團公司和油田公司相關建設標準，陸上作業區物聯網系統主體業務包括數據采集、生產管理、專業應用、數據治理、運行維護,貫穿于作業區、工區等不同層級。

(2)為實現“搭建智能作業區框架”的目標，加快數字化轉型智能化發展,作業區按照油田配套建設部署，圍繞數據采集基本覆蓋、生產現場智能管控兩個方面開展工作：①數據采集基本覆蓋：建立生產數據庫，改造站控系統，實現數據采集全覆蓋和邊遠平臺數據采集；②生產現場智能管控:改造油井采集設備,改造注水系統，完善安防系統。

2.5 生產數據監控中心建設

生產數據監控中心建設如圖3所示。

圖3 建設數據采集與監控子系統流程

建設目標:實現集中數據采集，統一監控，為油田智慧化建設提供數據基礎。

建設內容：(1)按照A l l標準建設數據采集與監控子系統。實現中控室對全工區生產過程全面監控報警。(2)更新服務器和計算機。增加服務器3臺，更換監控計算機10臺。(3)實現數據全面采集。全面采集生產現場生產數據，包括集輸管道運行數據、注水站生產數據等。

采集與監控子系統位于A l l油氣生產物聯網系統前端，負責生產現場數據的采集與監控，同時也作為數據源為實時數據庫和油田公司生產數據庫提供數據。

數據采集與監控子系統的功能涉及生產監視與遠程控制、報警通知與處置管理、數據采集與分析輔助、報表自動生成、物聯網設備管理等方面，涵蓋作業區油氣水井生產監控與管理的業務需求，其功能主要包括以下四個方面：

(1)數據采集:包括示功圖、壓力、溫度、電參數、轉速、注水流量、其他報警數據等井口數據和溫度、流量、壓力等站庫數據。

(2)數據分析:包括油氣水井監測、功圖查詢、計量監控、報警信息、運行報表、歷史數據、圖表對比等。

(3)遠程控制:主要包括遠程啟停、遠程控制配注量等。

(4)安全防護：視頻監控等。包括井場視頻圖像監控、可燃氣體報警、采油相關設備的運行狀態檢測等。

物聯設備的監控和管理功能是數據采集與監控子系統區別于以往自動化系統的一個顯著特點。傳統自動化監控系統往往注重數據的監控，而對數據采集與控制設備本身關注甚少，然而數據采集設備運行的狀態直接影響到數據監控的質量與準確性，因而物聯設備作為油田資產的一部分對生產自動化的影響至關重要。數據采集與監控子系統將物聯設備的運行狀態(SCADA服務器、網絡、物聯網)和物聯設備的屬性信息都進行了監控和管理，實現了基本的物聯設備監控功能，為工作人員快速解決數據采集問題提供了技術支持。

目前作業區站控系統軟硬件設備已老舊，需要升級采集與監控子系統、轉油站站控系統、注水站站控系統，做到功能和界面友好。作業區應按照集團公司A11物聯網建設規范標準升級站控系統，實現工區對現場生產運行的統一管理[2]。

2.6 邊遠平臺數據采集

建設目標：采集拉油平臺儲罐液位和溫度等數據，并對拉油車輛進行監控管理，從而實現對拉油平臺的在線遠程監控。

建設內容：(1)搭建拉油車智能調度系統，實現對油罐液位的實時監控和油罐液位智能預測。(2)對拉油車的裝卸過程進行實時監測，同時記錄其中關鍵節點；基于智能鎖實現拉油車全程裝卸油孔狀態的實時監測。(3)通過收集油罐液位、拉油車卸油重量等信息實現原油運輸過程生產數據的閉環管理。

2.7 智能油水井建設

建設目標：實現陸上作業區油水井數據智能化升級和集中數據采集，統一監控，智能調參，故障診斷，達到A11建設標準，為油田智慧化建設提供數據基礎。

建設內容：(1)升級油井智能采集設備。更換符合A11物聯網建設標準的智能設備200套，升級設備247套。升級后的設備具備智能控制(遠程啟停、沖次自動調整、智能間抽、主機保護)、智能診斷(工況分析，能耗分析，平衡度分析，系統效率分析)相關功能，可保證井口監控、功圖量油、能耗管理等需求的實現。(2)升級水井采集設備。更換符合A11物聯網建設標準的智能設備74套，改造流量自控儀。

油井、水井井口自動化設備老舊，而且井口自動化設備均沒有完全覆蓋工區的油井、水井，在人員逐漸減少的趨勢下，這給第三工區安全生產帶來了一定的困難和風險。第三工區39個生產平臺共有495口抽油機井、7口電泵井、10口螺桿泵井、2口提撈油井，目前安裝自動化設備的油井共445口，自動化油井運行數量為338口，自動化覆蓋率為86.24%，其中安裝A11設備的油井總數為247口，A11油井設備的覆蓋率為55.5%，需要更換井口自動化設備的油井為235口；需要更換井口自動化設備的注水井為134口。目前第三工區注水井、增注井井口和配水間配備有荊州明德、丹東濟海、天津萬眾、浙江裕順、浙江富馬、上海一諾、浙江澳新等十余種廠家的流量計，流量計大部分因自控閥流量不準確及電機問題無法實現自動調配水量功能；荊州明德、天津萬眾、浙江富馬等舊式注水流量計和流量自控儀存在無廠家維修或無維修配件的問題，因此工區需更換74口在注注水井的流量計為流量自控儀，從而使其能適應室外環境需求，實現智能調控水量。

2.8 安防系統完善

建設目標：對“人、車、火情、煙霧、泄漏”進行智能識別和行為分析。

建設內容：(1)攝像機智能升級：采用智能攝像機，實現邊緣計算。智能攝像機可自主對畫面進行分析，并傳輸報警信號，滿足視頻分析和報警功能需求。(2)建設視頻報警系統：視頻報警系統可對場站人員異常行為進行分析，并進行跟蹤拍攝和錄像，同時向控制中心報警。視頻報警系統應可自動彈出現場畫面，并增加井場喊話系統。(3)建立完整的安防體系。對工區所有井間站按照無人值守的條件設計、設立安防平臺，實現工區中心控制室對全工區的安全管理。安放體系應包括門禁系統、周界報警系統，智能視頻監控系統，喊話系統，視頻智能報警系統等。

3 結語

隨著數字化油田建設的步伐加快，作業區需探索運用自動化、智能化、智慧化技術和設備，進一步優化、升級、改造油水井采集系統、自動計量系統、自動配注系統、轉油站監控系統、注水站監控系統、陸上油田作業區采油信息管理平臺、視頻監控存儲報警系統等物聯網建設系統和平臺，從而更好地服務于安全、生產、經營等各方面。