耿關(guān)慶
大慶油田設(shè)計(jì)院有限公司
大慶油田儲(chǔ)運(yùn)與銷售分公司運(yùn)營(yíng)與維護(hù)大慶油田多座儲(chǔ)庫(kù)和多條長(zhǎng)輸管道,并儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)運(yùn)大慶油田的原油與成品油,也接轉(zhuǎn)來(lái)自俄羅斯等國(guó)的原油,是大慶油田有限責(zé)任公司油氣業(yè)務(wù)鏈的重要環(huán)節(jié),也是大慶油田公司數(shù)字化改造、智能化運(yùn)行的重要組成部分。本文通過(guò)論述智能化油田儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)、系統(tǒng)架構(gòu)以及系統(tǒng)功能,為油田數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化發(fā)展探索出新的實(shí)現(xiàn)路徑。
經(jīng)過(guò)多年發(fā)展,大慶油田儲(chǔ)運(yùn)管理的數(shù)字化信息系統(tǒng)已初步建立,包括原油儲(chǔ)庫(kù)完整性管理平臺(tái)、數(shù)字化站庫(kù)系統(tǒng)、加熱爐控制系統(tǒng)、可燃?xì)怏w火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、消防控制系統(tǒng)、電力控制系統(tǒng)、泵機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)等。上述系統(tǒng)對(duì)公司站庫(kù)、長(zhǎng)輸管道進(jìn)行調(diào)度、控制和管理[1],保證了管道的正常運(yùn)行,確保了安全生產(chǎn),為生產(chǎn)指揮人員提供了及時(shí)掌握生產(chǎn)運(yùn)行動(dòng)態(tài)的監(jiān)控和管理平臺(tái),也因此成為儲(chǔ)運(yùn)公司建設(shè)智能化儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)。
儲(chǔ)運(yùn)公司原油站庫(kù)三維GIS系統(tǒng)(地理信息系統(tǒng))完成了儲(chǔ)運(yùn)站庫(kù)管網(wǎng)的探測(cè),站庫(kù)設(shè)施三維模型建模等數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè),以及三維GIS 系統(tǒng)的開(kāi)發(fā),為原油儲(chǔ)庫(kù)生產(chǎn)可視化與輔助決策支持功能提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)GIS平臺(tái),是未來(lái)儲(chǔ)運(yùn)公司智能化運(yùn)維的基礎(chǔ)平臺(tái)。原油站庫(kù)三維GIS系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。該系統(tǒng)完成了GIS 基礎(chǔ)平臺(tái)框架、二三維聯(lián)動(dòng)、數(shù)字化站庫(kù)接口、油氣儲(chǔ)運(yùn)數(shù)據(jù)展示、查詢定位及統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系維護(hù)、三維GIS數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)、三維模型數(shù)據(jù)鏈接等,完成了南一油庫(kù)等多座油庫(kù)的三維模型與A5(中國(guó)石油采油與地面工程運(yùn)行管理系統(tǒng))屬性庫(kù)鏈接的工作。

圖1 原油站庫(kù)三維GIS系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.1 General framework of 3D GIS system for crude oil station and depot
原油儲(chǔ)庫(kù)完整性管理平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)油庫(kù)內(nèi)設(shè)備完整性的綜合分析,對(duì)故障點(diǎn)實(shí)現(xiàn)預(yù)警,實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理從傳統(tǒng)事故應(yīng)對(duì)式到預(yù)防性管理的轉(zhuǎn)變,已在儲(chǔ)運(yùn)公司所有站庫(kù)得以應(yīng)用。
數(shù)字化站庫(kù)系統(tǒng)集成了數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、關(guān)鍵數(shù)據(jù)監(jiān)控報(bào)警、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)顯示、動(dòng)態(tài)及靜態(tài)信息查詢、油庫(kù)工藝流程的模擬仿真等模塊,具備斷點(diǎn)續(xù)傳、逆向鏈接、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能,實(shí)現(xiàn)了各生產(chǎn)崗位SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控)系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)視和對(duì)生產(chǎn)報(bào)表的管理,管理人員通過(guò)該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)情況。
可燃?xì)怏w火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)將可燃?xì)怏w報(bào)警器信號(hào)采集至數(shù)字化站庫(kù)系統(tǒng),可燃?xì)怏w報(bào)警器已實(shí)現(xiàn)集中控制、報(bào)警參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。
加熱爐控制系統(tǒng)可對(duì)站庫(kù)內(nèi)鍋爐、加熱爐的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)采集,實(shí)現(xiàn)了超溫、超壓報(bào)警、燃燒控制系統(tǒng)連鎖保護(hù)及控制調(diào)節(jié)、燃?xì)庀到y(tǒng)緊急切斷、歷史信息查詢等功能,還可對(duì)鍋爐、加熱爐啟停及運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。
消防控制系統(tǒng)通過(guò)儲(chǔ)油罐區(qū)、消防閥室、消防泵房的消防設(shè)備實(shí)現(xiàn)油庫(kù)火災(zāi)的及時(shí)發(fā)現(xiàn)、報(bào)警,并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的功能,從而提高了火災(zāi)應(yīng)急處理能力。
視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)WEB 發(fā)布,在管理人員辦公室、分公司、油庫(kù)兩級(jí)調(diào)度及生產(chǎn)崗位均可查看視頻信息。系統(tǒng)提供監(jiān)控圖像瀏覽與回放、用戶管理、權(quán)限分配、日志記錄和查詢、錄像備份等功能,實(shí)現(xiàn)了分公司生產(chǎn)指揮中心、大隊(duì)調(diào)度室、小隊(duì)生產(chǎn)崗位的三級(jí)管理,該系統(tǒng)可在油田局域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下網(wǎng)頁(yè)瀏覽。
以智能化技術(shù)的應(yīng)用來(lái)推動(dòng)企業(yè)未來(lái)發(fā)展,實(shí)現(xiàn)公司業(yè)務(wù)和信息系統(tǒng)的整合,利用數(shù)字化、智能化技術(shù),以感知、互聯(lián)、數(shù)據(jù)融合為基礎(chǔ),并通過(guò)開(kāi)展大數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用,推動(dòng)多系統(tǒng)融合貫通,建立智能化油田儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)運(yùn)站庫(kù)在感知預(yù)警、運(yùn)維控制等方面的智能化,全面提升經(jīng)濟(jì)效益。
智能化油田儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)將集成儲(chǔ)運(yùn)與銷售分公司現(xiàn)有數(shù)字化站庫(kù)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等各系統(tǒng)信息,完成全流程質(zhì)量控制與運(yùn)維管理,可應(yīng)用于生產(chǎn)調(diào)度管控、工藝仿真監(jiān)控、設(shè)備運(yùn)維管理、管網(wǎng)安全監(jiān)控、故障報(bào)警與處置、人員模擬培訓(xùn)等。智能化油田儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 智能化油田儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.2 General framework of intelligent oilfield storage and transportation system
智能化油田儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)共分以下四部分:生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)控、生產(chǎn)指揮可視化、三維管控中心和數(shù)字化協(xié)同辦公。
油田儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)控包括站庫(kù)監(jiān)控,視頻監(jiān)控及其集成管理、智能巡檢以及監(jiān)控預(yù)警。
2.1.1 站庫(kù)監(jiān)控
站庫(kù)監(jiān)控按照組織機(jī)構(gòu)對(duì)站庫(kù)運(yùn)行及站庫(kù)設(shè)備采集的各類數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行匯總監(jiān)控管理。
建設(shè)站庫(kù)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)了對(duì)站庫(kù)運(yùn)維流程中的各類閥、泵、動(dòng)轉(zhuǎn)管線的在線視頻監(jiān)控;可獲取各類油、氣、水處理裝置的工藝參數(shù),可實(shí)時(shí)獲得設(shè)備異常狀況的異常信息并進(jìn)行推送報(bào)警,設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息可以記錄,并進(jìn)行圖形化顯示[2];實(shí)現(xiàn)了對(duì)站庫(kù)儲(chǔ)罐各類參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、記錄和存儲(chǔ),并圖形化顯示。當(dāng)液位、溫度、空容、進(jìn)出罐流速、進(jìn)出油狀態(tài)等參數(shù)超過(guò)設(shè)定閥值時(shí),系統(tǒng)將接到遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)推送的報(bào)警信息[3]。
2.1.2 視頻監(jiān)控
通過(guò)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)集成,實(shí)現(xiàn)多視角視頻監(jiān)測(cè),利用智能化視覺(jué)分析技術(shù),獲取視頻中的目標(biāo)特征,識(shí)別事件信息,進(jìn)而根據(jù)設(shè)定的報(bào)警規(guī)則進(jìn)行報(bào)警。可針對(duì)油品泄漏,是否穿戴安全帽、工服,以及異常人員入侵等進(jìn)行智能識(shí)別。
2.1.3 智能巡檢
智能巡檢包括站場(chǎng)三維可視化虛擬巡檢、無(wú)人機(jī)巡檢、機(jī)器人巡檢。
站場(chǎng)三維可視化虛擬巡檢功能使巡檢人員在虛擬的三維場(chǎng)景中,沿系統(tǒng)中設(shè)定的、與真實(shí)站庫(kù)內(nèi)一致的路線巡檢[3],查看巡檢過(guò)程中設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)、關(guān)鍵運(yùn)行數(shù)據(jù)等;查看監(jiān)控視頻以了解安防情況,查看當(dāng)日設(shè)備的耗電量情況和加熱爐耗氣量,以掌握設(shè)備的能耗情況和能耗趨勢(shì)曲線。巡檢過(guò)程中,通過(guò)查看設(shè)備標(biāo)識(shí)牌也能夠及時(shí)掌握設(shè)備的能耗情況,并及時(shí)了解設(shè)備安全情況;相應(yīng)設(shè)備的維保歷史記錄與其設(shè)備基本信息是相關(guān)聯(lián)的,可同時(shí)進(jìn)行查詢。
無(wú)人機(jī)巡檢、智能巡檢機(jī)器人等巡檢方式,以其特有的技術(shù)優(yōu)勢(shì),可以替代人工進(jìn)行巡檢,實(shí)現(xiàn)場(chǎng)站的無(wú)人值守,是未來(lái)站場(chǎng)及長(zhǎng)輸管道巡檢方式的發(fā)展方向[4]。
2.1.4 監(jiān)控預(yù)警
監(jiān)控預(yù)警功能對(duì)各類預(yù)警信息進(jìn)行流程化管理,實(shí)現(xiàn)智能推送、提醒、跟蹤處置及考核,實(shí)現(xiàn)多終端應(yīng)用;實(shí)現(xiàn)了異常識(shí)別、預(yù)警信息配置管理、預(yù)警信息分級(jí)分類推送、報(bào)警事件統(tǒng)計(jì)分析和預(yù)警處置考核等功能。
生產(chǎn)指揮可視化模塊可實(shí)現(xiàn)全面、實(shí)時(shí)獲取生產(chǎn)數(shù)據(jù),把握公司生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)整體運(yùn)行動(dòng)態(tài),通過(guò)多維度掌握業(yè)務(wù)開(kāi)展情況,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)信息穿透聯(lián)動(dòng)分析,對(duì)公司生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)進(jìn)行全面決策和指揮。生產(chǎn)指揮可視化模塊的功能包括生產(chǎn)管理、智能調(diào)度、生產(chǎn)指揮可視化大屏和安全環(huán)保。
2.2.1 生產(chǎn)管理
生產(chǎn)管理功能可以實(shí)時(shí)監(jiān)控原油儲(chǔ)存、銷售計(jì)劃執(zhí)行情況、銷售曲線、原油銷售量等,為原油調(diào)配、安全生產(chǎn)提供信息保障,并基于GIS地圖進(jìn)行查詢與分析,查看油罐、設(shè)備等具體目標(biāo)的運(yùn)行動(dòng)態(tài)、壓力曲線、液位變化等信息。
生產(chǎn)管理功能能夠進(jìn)行設(shè)備的智能化管理,通過(guò)整合接入設(shè)備“進(jìn)、維、修、檢”等各項(xiàng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù),并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分級(jí)、分類,設(shè)置預(yù)警和警告的值域,在智能化油田儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與預(yù)警模塊中,對(duì)監(jiān)測(cè)預(yù)警與警示功能設(shè)定完整的閉環(huán)流程,實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)警與警示自動(dòng)化[5];通過(guò)建立設(shè)備臺(tái)賬和設(shè)備履歷,運(yùn)用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)更高效的設(shè)備管理[6]。
生產(chǎn)管理功能能夠監(jiān)測(cè)與分析儲(chǔ)庫(kù)輸油泵、壓縮機(jī)組、閥門(mén)等關(guān)鍵設(shè)備的多種實(shí)時(shí)狀態(tài)信息,當(dāng)設(shè)備在振動(dòng)、溫度、流量、電壓及電流運(yùn)行等方面出現(xiàn)異常時(shí),實(shí)現(xiàn)預(yù)警與報(bào)警[7],自動(dòng)推送維修工單進(jìn)行預(yù)知性維修,保證管道關(guān)鍵設(shè)備的正常運(yùn)行。
2.2.2 智能調(diào)度
智能調(diào)度功能可實(shí)現(xiàn)值班管理和調(diào)度管理,統(tǒng)一了管理生產(chǎn)值班業(yè)務(wù)(公司、前線班組),包括值班記錄填報(bào)、例行事務(wù)管理、值班考核等,并通過(guò)組織在線、調(diào)度在線管理,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)總值班室與二級(jí)單位生產(chǎn)辦、二級(jí)單位生產(chǎn)辦與前線調(diào)度(場(chǎng)站調(diào)度)的互聯(lián)互通,通過(guò)信息群發(fā)管理,實(shí)現(xiàn)調(diào)度智能聯(lián)動(dòng)。智能調(diào)度管理如圖3所示。

圖3 智能調(diào)度管理Fig.3 Intelligent dispatching management
2.2.3 生產(chǎn)指揮可視化大屏
生產(chǎn)指揮可視化應(yīng)用場(chǎng)景是對(duì)公司各路生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行集成、梳理、分析,以大屏、PC 等多種方式,以GIS、圖表等多種形式,以靜態(tài)數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等多種維度,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)行的可視化展示,方便用戶高效、快捷掌握情況。
生產(chǎn)指揮可視化大屏采用高分渲染技術(shù),將主要生產(chǎn)指標(biāo)、管網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)、設(shè)備維護(hù)信息、監(jiān)測(cè)預(yù)警信息等在大屏上進(jìn)行綜合展示,滿足“一張圖指揮、一站式查詢、一體化應(yīng)用”功能需求,滿足各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)參觀訪問(wèn)、展示匯報(bào)等需求,滿足“視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程會(huì)商、遠(yuǎn)程指揮”功能需求。
2.2.4 安全環(huán)保
安全環(huán)保功能主要應(yīng)用在兩個(gè)方面,分別是施工作業(yè)智能管控和安全風(fēng)險(xiǎn)管控。施工作業(yè)智能管控對(duì)接地面建設(shè)工程智慧工地,實(shí)時(shí)查看施工項(xiàng)目信息、現(xiàn)場(chǎng)視頻、項(xiàng)目進(jìn)度、安全、質(zhì)量、人員等關(guān)鍵數(shù)據(jù),全面掌控施工現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)狀況,進(jìn)一步提升施工監(jiān)管水平;安全風(fēng)險(xiǎn)管控基于GIS 可視化,以圖層的形式對(duì)重點(diǎn)防護(hù)目標(biāo)、安保物資、隱患分布進(jìn)行可視化展示,同時(shí)可直接查看各要素詳細(xì)信息,集成重點(diǎn)目標(biāo)出入口、周界的視頻監(jiān)控,預(yù)防潛在危害或突發(fā)事件等。
三維管控中心通過(guò)搭建GIS 二三維技術(shù)平臺(tái),使實(shí)體站庫(kù)和虛擬站庫(kù)在規(guī)格、參數(shù)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)等方面完全一致,并通過(guò)平臺(tái)的分析、模擬、虛擬演練、虛擬培訓(xùn)和監(jiān)控功能,使實(shí)體站庫(kù)和虛擬站庫(kù)高度融合,實(shí)現(xiàn)智能化三維管控功能。
三維管控中心提供三維站庫(kù)可視化、地下管線管理、設(shè)備分布與定位、攝像頭分布與定位、設(shè)備分專業(yè)過(guò)濾顯示、風(fēng)險(xiǎn)源分布、消防物資分布等多場(chǎng)景切換,更加清楚地反映站庫(kù)的真實(shí)環(huán)境和生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的狀態(tài),進(jìn)而增強(qiáng)平臺(tái)對(duì)站場(chǎng)安全生產(chǎn)的監(jiān)管能力。
2.3.1 三維數(shù)字化生產(chǎn)監(jiān)控
借助數(shù)據(jù)采集、仿真模擬等技術(shù),采集設(shè)備數(shù)據(jù),在三維模式下將儲(chǔ)庫(kù)、監(jiān)控設(shè)備、工藝裝置等信息模擬成現(xiàn)實(shí)狀態(tài),直觀掌握相關(guān)設(shè)備儀器的工作狀態(tài),進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)瀏覽;工作人員可選取虛擬場(chǎng)景中的相關(guān)設(shè)備,對(duì)其屬性、狀態(tài)、行為等參數(shù)進(jìn)行查看,如身臨其境般地管理生產(chǎn)設(shè)備,實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)庫(kù)、設(shè)備、生產(chǎn)、運(yùn)行等信息狀態(tài)全過(guò)程的三維展示、細(xì)節(jié)查看、預(yù)警報(bào)警等操作。
2.3.2 三維數(shù)字化視頻監(jiān)控
通過(guò)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)集成,實(shí)現(xiàn)多視角視頻監(jiān)測(cè),在三維場(chǎng)景中定位查看現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域監(jiān)控視頻,點(diǎn)擊查看監(jiān)控視頻,可切換不同場(chǎng)景,按需要展現(xiàn)視頻監(jiān)測(cè)畫(huà)面,為現(xiàn)場(chǎng)人員管理、安全隱患工作提供支持。
2.3.3 三維數(shù)字化設(shè)備管理
儲(chǔ)運(yùn)站庫(kù)設(shè)備的基本信息和實(shí)時(shí)狀態(tài)與三維模型相融合,通過(guò)查看設(shè)備“標(biāo)識(shí)牌”,站庫(kù)運(yùn)行維護(hù)人員可以掌握設(shè)備基本參數(shù)、安全情況以及維修保養(yǎng)歷史記錄。
設(shè)備維護(hù)功能使站庫(kù)運(yùn)行維護(hù)人員可以查看設(shè)備基本參數(shù)的同時(shí),維護(hù)與設(shè)備相連接的工單信息,掌握設(shè)備維護(hù)基本流程和狀況。
利用流程引擎、低代碼開(kāi)發(fā)、移動(dòng)開(kāi)發(fā)等技術(shù),以公司規(guī)章制度為依據(jù),整理所有日常辦公應(yīng)用需求,分類梳理羅列、理順流程,搭建融合多領(lǐng)域、多部門(mén)、跨越時(shí)間、空間的協(xié)同辦公平臺(tái)[8],實(shí)現(xiàn)在統(tǒng)一平臺(tái)上進(jìn)行統(tǒng)籌管理,使整個(gè)公司的各種資源可以被迅速找到并集合到一起,實(shí)現(xiàn)集中管理、協(xié)同整合、靈活適應(yīng)、有效應(yīng)用的目標(biāo)。
協(xié)同辦公平臺(tái)的建設(shè)將趨向移動(dòng)化和輕量化,通過(guò)開(kāi)發(fā)移動(dòng)辦公APP,內(nèi)外網(wǎng)各類工作數(shù)據(jù)與應(yīng)用同步更新,保證員工可以通過(guò)移動(dòng)終端隨時(shí)隨地辦公。
綜上所述,通過(guò)充分分析油田儲(chǔ)運(yùn)與銷售分公司現(xiàn)有信息化系統(tǒng)現(xiàn)狀,并以此為基礎(chǔ)展望智能化油田儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)建設(shè)的發(fā)展方向[9],即通過(guò)應(yīng)用地理信息系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù),以智能化技術(shù)全面提升儲(chǔ)運(yùn)與銷售公司在生產(chǎn)運(yùn)行、監(jiān)測(cè)與預(yù)警等方面的技術(shù)水平,實(shí)現(xiàn)油田儲(chǔ)庫(kù)運(yùn)行與維護(hù)業(yè)務(wù)的智能化,為油田“數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化發(fā)展”[10]提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),是切實(shí)可行的。