喇十七站庫智能化建設深化探索

褚金金

大慶油田有限責任公司第六采油廠

隨著油田成本增加及投資壓力越來越大，近年來地面系統積極推近各項控本增效措施，以提高生產運行效率，節約運行成本。喇嘛甸油田結合相關規劃要求及上級的指示精神，開展喇十七深度污水、注水站無人值守模式的創建。首次實現并突破大型離心泵遠程控制，實現減員提效目標，提高站庫數字化管理，實現站庫整體信息化。根據數字油田未來發展方向，數字化站庫應逐漸向智能化站庫跨越，在喇十七無人值守站庫的基礎上開展智能化平臺開發，具有重要的意義[1]。

1 建設背景及發展歷程

按照集團公司總體要求，“十四五”實現“數字中國石油”建設，積極推進油田數字化建設，由點及面、整體推進，在“十四五”末實現全油田井、間、站數字化的全覆蓋，形成“建、維、管”三套體系，按照“數字油田、智能油田、智慧油田”三步走戰略，逐步替代員工的“眼”遠程監測、數據采集，“手”仿真模擬、遠程監控，“腦”預測預判、動態調整，從而全面推進數字化建設。

喇嘛甸油田2010 年開始數字化建設，針對站庫PLC 系統進行改造；2013 年對喇二聯合站集中監控、合崗設計，實現大型站庫數字化改造；2016 年持續推進大中型站庫集中監控建設；2017年開始智能化建設探索，實現供電、注入系統無人值守建設；2020 年持續推進數字化建設進程，實現油田首座喇十七站庫無人值守建設。

2 無人值守建設研究

近年來大慶油田采油六廠地面系統積極推近各項控本增效措施，以提高生產運行效率，節約運行成本。結合相關規劃要求，開展喇十七深度污水、注水站無人值守模式的創建，為今后的污水、注水站庫數字化無人值守改造提供技術支撐[2]。

2.1 站庫建設現狀

喇十七深度污水、注水站于1993 年10 月建成投產。注水站現有注水泵3 臺，冷卻水泵2 臺，稀油站1 座，2 000 m3污水罐2 座，200 m3冷卻水罐1座，冷卻塔1 座。主要負責喇十七深度污水站污水回注。深度污水處理站現有升壓泵3 臺，反沖洗泵2 臺，回收水泵3 臺，變壓器2 臺，500 m3緩沖罐2座，1 000 m3反沖洗水罐1 座；一次壓力式過濾罐8座，二次壓力式過濾罐8 座；現有污水處理流程、注水流程、濾罐反沖洗流程三個主要工藝流程。

2.2 無人值守建設及改造

2019 年，喇嘛甸油田對喇十七深度污水、注水站進行合崗設計改造，新建控制和監視系統，中控室設立在第二油礦機關院內，中心控制室與喇十七站庫直線距離為2.7 km，采用光纜進行數據連接，注水電動機急停采用電信號方式進行遠程傳輸。喇十七深度污水、注水站無人值守建設，以確保安全生產為重點，以全面數據采集為目標，對重要生產過程自動控制、關鍵生產參數智能預警，從而實現無人值守站庫按照無人值守進行設計，現場的點位采集和控制點位共481 個。站庫控制系統輸入輸出量（I/O）點位統計見表1。

表1 喇十七站庫控制系統I/O 數量統計Tab.1 I/O quantity statistics of La 17 station/depot control system

喇十七站庫投產運行后，具有周界報警、參數監測、遠程控制及視頻監控等功能，通過喇十七無人值守建設探索，創建了大慶油田設計院污水、注水站無人值守企業標準，喇十七深度污水、注水站成為“全站庫、多崗位”“集中監控、無人值守”模式的站庫。

3 無人值守智能化探索

喇十七無人值守示范站庫通過一年多的生產運行，已基本實現站庫無人值守、定期巡檢，持續跟蹤站庫運行情況的功能，結合油田公司改革模式，以及數字油田未來發展方向，喇十七無人值守的建設模式還具有一定的改善空間。因此，開展喇十七站庫智能化平臺深化探索，進一步完善數字化站庫的無人值守，提升數據運用深度、三維可視化建設等11 項關鍵技術，以智能平臺為輔助，形成油田最前沿的喇十七無人值守建設模式[3]。

3.1 存在的問題

隨著前線值班人員全部撤回，喇十七污水、注水站成為“全站庫、多崗位”全部運行的“集中監控、無人值守”模式的站庫，通過1 年多的運行，持續跟蹤現場無人值守運行情況，發現主要存在以下三個問題：

（1）采集數據顯示誤差。現場部分儀表傳輸方式無法滿足上傳需求，站內部分流量計對應數據點位與上位機數據存在差值，該通信方式為4～20 mA信號傳輸，通過累加進行底數計算，長時間存在差值后，底數的誤差以萬方計，存在顯示誤差。

（2）操作節點缺少控制。隨著站庫運行時間的增加，結合生產、巡檢及員工的設備操作過程，如升壓泵的出口壓力監測、冷卻水回注閥門的開關及回收水泵的就地啟動等，導致員工需要到現場監測數據，出現頻繁操作設備的情況，不符合站庫無人值守的控制模式。

（3）采集數據利用率低。按照公司數字化油田的發展戰略，喇十七站庫系統存在功能不完善的缺陷，系統內缺少設備健康管理，數據沒有深度運用，平臺系統開發深度不夠，無法滿足站庫無人值守智能化需求。

3.2 無人值守智能化建設方案

喇十七數字化無人值守站庫已基本完成站庫的數據采集、遠程傳輸、安全預警、基礎感知等功能。結合站庫的運行情況及智能油田的發展需求，應持續開展站庫數據的深化應用、控制完善、分析預警、決策能力等功能，將喇十七打造成智能化站庫[4]。

3.2.1 總體建設思路

喇十七站庫智能化無人值守按照一個核心三個細則（既以智能化平臺為核心，站場信息“全”感知、站場狀態“深”分析、站場事件“快”響應為三個細則），分析喇十七站庫現有建設情況，完善響應功能，從而實現智能化無人值守。

3.2.2 全面感知技術方案

全面感知主要包括生產數據（場站核心工藝職能相關的數據，例如輸送過程中的壓力、溫度、流量，上下游計量和審計數據等）、設備數據（包括生產設備和輔助設備的本體狀態數據）、環境數據（場站生產環境例如供電、通信等相關數據）、能耗數據（場站的用能信息）、安防數據（監控視頻流、周界安防數據、動態識別、門禁信息等）、消防和安全數據（消防設施狀態、可燃氣體傳感器數據、有毒有害氣體傳感器數據）、新增系統數據（用于支撐無人值守的其他系統的數據，例如巡檢機器人數據、無人機數據、音頻監控信息數據）。針對喇十七無人值守現有功能，完善相應智能化感知，實現智能無人值守[5]。

（1）完善生產數據。調整現場的信號傳輸方式，將現場的4～20 mA 的信號傳輸方式，調整為RS485 傳輸方式，不通過計算的方式累加底數，用RS485 的模式直接采集單塊儀表內的瞬時流量和累計流量，保證數據的準確。根據調研，現場儀表均具有RS485 功能，注水站已有RS485 控制模塊，需要在污水站控制柜內增加1 個RS485 通信模塊。

（2）完善安防數據。增設視頻AI 識別，通過視頻采集+智能算法+智能檢測+統計分析，完成人臉、煙火、車輛的識別與檢測，系統對人員、動物入侵進行自動識別及預警，與視頻系統聯動，顯示異常位置的監控視頻，在識別報警后，系統自動播放預定喊話內容或由中控人員遠程喊話。

（3）完善新增系統數據。增設區域安防系統，結合在建相控雷達預警系統，通過平臺開發，實現站庫安防與監測管轄范圍內的雷達系統連鎖動作，快速定位偷盜位置，并根據油田路網拓撲圖，快速制定導航路線，有效降低采油、盜油、盜電案件的發生。增設無人機自動巡檢，將站庫坐標輸入飛控系統，無人機根據GPS 導航飛達目標點。機體搭載可見光云臺和紅外云臺，實現晝夜連續視頻傳輸，調控中心通過對比，對站庫設備設施、人員闖入等進行巡查，發現異常及時組織人員進行處置[6]。

（4）完善能耗數據。對同一網絡架構下的電力、清水等能源數據進行采集和集控，實現能耗數據自動采集，對實時和歷史能耗數據分析，系統歸納總結單臺設備的能耗波峰和波谷值，根據波谷值，挖掘最優的設備運行參數，實現節能降耗的目標。

3.2.3 深化分析技術方案

目前，在喇十七站庫的相關系統中，已經有一些簡單的分析功能。例如機泵的溫度監視，根據預值上限設定報警，實現機泵的遠程停泵。但是，這些系統缺乏深度數據的分析運用，即基于機理的模型的運用。以污水站應急處置流程為例，根據HAZOP 分析，最終安全控制節點為污水池液位，系統根據液位上限報警，聯鎖關閉來水閥門。建立分析模型后，引入管道流量累計數值、罐體液位、機泵運行狀態等，分析計算、精確定位問題所在，可提前介入應急流程，避免事故的發生[7]。

（1）增加節點監測和控制。增加壓力、液位、視頻等關鍵節點監測，增加閥門及運行設備遠程控制功能，將現場生產數據傳回中心值班室，崗位員工可在值班室內遠程監測、控制和調整設備，除正常巡檢和維護外，無需到現場監測數據、啟停設備[8]。

（2）增加運行數據分析及智能調控。根據設備的運行數據，增加數據預測算法，依據智能分析結果，預判當前生產運行狀態，系統自動進行線性調控，直至設備運行正常并記錄操作日志，對無效調控及時給出預警，并回退調控前狀態，提示調控異常，且系統自動判斷是否能智能調控站庫設備。如果可以使異常數據恢復正常，系統會發出自動調控指令，遠程調控相關設備，使報警數據恢復，并記錄調控記錄。

（3）增加數據智能整理系統，新增報表生成系統。將站控系統采集的現場數據，在每天規定時間，按照要求自動上傳至報表生成系統，實現報表的自動生成。報表內數據與前一天報表數據進行線性分析對比，若差值過大，該數據在報表中調整為紅字。

（4）增加設備生命周期管理。不斷采集動態設備的數據，對采集的數據進行模型算法建設并進行智能分析，依據智能分析成果，結合設備基礎信息，開發設備全生命周期集控功能。根據系統采集設備的參數變化情況，判斷設備的健康狀態，生成設備狀態報告，自動制定設備維護計劃，崗位員工按照設備維護計劃進行設備維護。

（5）增加管道完整性管理。使用管道探測儀完成對場站內地下管道的探測工作，并完成對管線附屬信息（包括坐標信息、埋深信息、探測點屬性信息等）記錄入庫，按照站庫的布局、工藝進行三維可視化建設，呈現站庫地上、地下運行情況，具備關鍵點位的控制功能，使儀表數據、設備狀態與現場相同，顯示直觀、可靠。

3.2.4 快速響應技術方案

場站事件“快”響應是對場景立體投射技術運用的延續，同時也對無人值守中控系統的云邊一體的能力提出了要求[9]。這需要兩個層級同時發力，具體操作主要分為三步：一是站庫全維度數據/信息獲取，分層級構架獲取靜態及動態數據；二是基于立體直觀的實時/歷史數據展示，給出當前站庫的準確狀態；三是以成熟的三維模型為基礎，對不同的場站事件做出準確響應，本地自動處理或信息推送至人工操作端。應針對喇十七現有無人值守模式，完善快速響應操作機制。

（1）建立數字孿生站庫。以站庫二、三維可視化為核心，建立三維模型，等比例還原工藝流程、設備布置，以圖形化、可視化的方式查看站庫生產動態。充分利用數據、站場模型，多尺度完成系統映射，建立數字孿生站庫，反映出現場設備、工藝的全生命周期過程[10]。

（2）AR 定期巡檢。在數字孿生站庫基礎上，設定自動巡檢路線，系統自動反饋巡檢路線，上傳巡檢結果，發現問題自動報警，記錄每次巡檢數據，逐步實現智能系統代替人、超過人、全過程、全時段的自動巡檢[11]。

4 智能油田展望

近年來，大慶油田采油六廠穩步推進數字化油氣田建設，取得了一些成效，但距離實現智能化油氣田建設目標，還有很大差距，與國家大數據、云計算、智能化發展戰略相比，差距更大。未來油田發展由產量向效益轉變，智能油田建設應緊緊圍繞“價值創造”這一核心，以BCI 為主導方向，實現“兩化”深度融合、創新驅動發展。智能生產的應用，基于油藏經營優化指標，應用實時大數據建立配套生產模型，完成自動控制，智能優化調參、智能診斷、智能統計分析，實現油水井、站庫、集輸流程生產無人化。需進一步解放思想，搶抓機遇，借助此次喇十七站庫智能化建設深化探索，持續推動智能化平臺與各項工作有機融合，加速管理技術提檔升級，努力實現安全環保可控、生產運行高效、人力資源挖潛增效、運行成本大幅下降，為油田公司高質量推進二次加快發展做出新貢獻。