采油廠地面工程數字化建設實踐研究

劉景慶

大慶油田有限責任公司第一采油廠

近年來數字經濟迅猛發展，數字化轉型已經成為各行各業提檔升級的必然趨勢。在油氣行業中數字化轉型有其專業性和特殊性，尤其是老油田的轉型難度更大，數字化基礎相對薄弱，設備設施需求種類多，轉型建設規模體量大，生產流程工藝復雜，轉型難度高。在進行油田地面工程項目建設與改造時需要投入大量資金，必須以試點先行為原則，持續的開展技術和措施優化研究，在滿足數字化生產管控的前提下，進一步降低成本，在投入與效益間尋找到平衡點，才能不斷緊跟大數據、云計算、數字孿生技術的發展步伐，逐步構建出數字油田、智能油田和智慧油田。

1 數字化建設現狀

從油田生產特點來講，在氣候、環境以及采出液物性和開發方式等方面都各有不同。在生產管控模式、地面工程建設方面也存在較大差異，需要根據各個油田實際的生產情況、具體的管控需求和對應的開發方式選擇適合的實施方案開展建設。國內外實踐證明，信息化是實現業務和管理項目的重要手段，是助力改革的重要支撐手段，是加快智能油氣田建設的重要手段[1]。

以某采油廠為例，具體分析其在生產管理方面遇到的矛盾與瓶頸，主要體現為以下五個方面：

（1）基礎設施建設尚不完善。基礎設施投用年限長，網絡安全防護能力不足，網絡覆蓋范圍還存在盲區，無線網絡應用尚屬空白，骨干網承載能力不足，需要持續加大配套建設力度。

（2）物聯網建設規模尚未形成。大部分采油廠的物聯網建設還處于起步階段，物聯網覆蓋率低、配套建設的完善程度低。

（3）數據采集效率需提升。油井含水率等數據目前依靠人工取樣化驗，需要應用成熟可靠設備實現自動采集。

（4）生產管控水平需提升。注水井注水量調節、站場流程切換等工作仍采用手工操作，需要提升設備的自動控制水平。

（5）統籌指揮能力需提升。井、間、站等單節點自動控制尚未形成，系統間關聯分析、整體優化更需深入研究。

2 數字化建設基本思路

遵循調整與篩選相結合的原則，堅持試點先行、綜合比選的理念，推動數字與智能一體化發展。按照先易后難、先試點再推廣的步驟，逐步實現數智化轉型，達到用數賦智、以智提效的建設目標。

2.1 調整與篩選相結合

在正式開展地面工程數字化建設之前，應進行充分的調整與篩選工作，通過將二者有效融合，為地面工程建設的順利進行提供有力支持。

開展數字化建設首先需進行地面系統優化調整，固化數字化建設的實施對象。針對部分區域的系統運行負荷率低的矛盾，結合開發安排對原油集輸、配制注入、供水及水處理等系統運行情況進行適應性分析。通過核減、合并、降級、三優一簡地上地下一體化優化，進行總體布局優化及系統能力優化，應用簡化技術成果。實施站場合并、規模縮減、功能降級等優化措施，避免了站場后續擴改數字化建設中的費用，同時，降低地面系統運行能耗、提高地面系統運行負荷率，為建設高效益、低能耗數字化油田創造條件。

對不具備和已實施數字化建設的井、站進行排查。對區域內建設對象進行現狀調查，對于已實施數字化建設的井、站和低效井等不具備實施數字化建設的井、站進行排查后，確定數字化建設對象。

2.2 試點先行綜合比選

通過實施試點先行、綜合比選的理念，可以對具體施工方案進行有效優化，進而不斷提高施工方案各環節的完善程度。例如，在采油廠地面工程的數字化建設過程中，可能會遇到無電源注水井井場配電的情況，可以考慮使用太陽能、風能或兩者相互補充的發電方式解決。根據施工現場的實際情況選擇最適宜的發電操作方式，以保證注水井供電的穩定性。

2.3 管理模式轉型再造

在開展地面系統數字化工程建設時，應對建設施工管理模式及流程進行優化再造[2]。

首先，應構建清晰的管理職責和明確的崗位設定，為生產數據上傳、生產流程管控等一系列工作提供支持。其次，應優化基層站隊運行模式，實現站隊值守與巡檢的高度專業化，避免在組織管理工作的落實過程中出現疏忽。

2.4 實施路線

（1）物聯網覆蓋、數字化提升。完成涵蓋井、間、站、管網等關鍵生產節點的基礎物聯網改造升級。實現云網建設、數據治理、數字辦公、網絡安全等信息基礎能力的提升。完成油氣開發、協同研究、生產運行、QHSE 等核心業務的數字化建設。探索核心業務智能化示范場景的試驗與應用，建立協同研究的基礎平臺和環境。

（2）智能化輔助、全鏈條協同。補全油氣開發、生產運行、協同研究、QHSE 四大領域的智化場景建設；完成油氣勘探、油氣運銷和新能源三大領域的智化場景建設。從生產數字化向管理智能化的躍升，需要構建以業務流、數據流、控制流為鏈路的科研應用一體化、地下地上一體化、生產經營一體化的協同模式。

（3）智能化生態、全領域優化。大數據、人工智能、邊緣計算等智能化技術全面融合，基本建成“人工智能載體前端感知分析，大數據云端共享分析、中端智能決策，油氣田終端智能化自主控制”的運行構架，生產經營管理、運行決策指揮由經驗驅動轉為數據驅動。數字孿生、虛擬現實等技術廣泛應用，站場運行管理全面實現無人值守智能化管控；構筑可信可控的數字安全屏障，增強網絡保障與支撐能力；實現生產狀況全域感知、油氣開發協同聯動、調度指揮全局掌控、運維保障即時響應。

3 數字化實踐的措施優化

3.1 優化油井采集點位

優化油井的數據采集點位可以使油井運行工況反饋的更加全面和及時。在優化采集點位的過程中，應包含抽油機的油壓、電壓、電流等參數，并將這些信息整合成圖表，然后上傳到平臺。部分油田的采油廠所處地理環境較為特殊，冬季環境溫度低，容易導致單井管道凍堵，及時處理這些問題可保證地面工程的綜合效益不受影響。同時，運用電流自動采集還可達到防盜竊預警的效果，從而精準監測出當前區域內是否存在偷油等情況[3]。此外，通過有效采集載荷、位移等數據，可以診斷當前油井的實際工況，進而實現對油井產量的自動計算。根據生產運行的實際需求，分析異常問題并進行分級預警提示，這種方式有助于縮短油井故障判斷時間，保證分級預警機制在采油廠的有效實施。

3.2 完善注水井實施計劃

為了使油田地面工程數字化建設取得預期成果，應將完善注水井實施計劃作為關鍵入手點。目前，在油田地面工程中，對注水井參數的采集主要有“采集型”和“控制型”兩個方面。根據區域內的實際生產需求，選用合適的實施方案可獲得較好應用效果。對于“采集型”，主要是確定當前注水井的真實油壓、累積注入量等；而“控制型”則主要監控注水井的具體注水量并進行精確調整[4]。油田地面工程建設需要較為穩定的注水量支持，通過這種方式，可以有效控制單井調節次數及頻率。因此，可根據“采集型”的要求對注水井中單井壓力數據進行采集，從而獲得準確程度更高的資料，有利于對工程建設成本的有效控制[5]。

3.3 合理優選無線傳輸方案

由于油田地面工程建設過程中涉及多個小型站場，通常分布在大型站場周圍，導致通信信號單一、通信效率較低。有線光纜建設需投入較大資金且施工難度大，受地面施工破壞的影響幾率大。相比之下，構建無線通信網絡可顯著降低成本，并具有施工環節精簡、局域網布局靈活等優勢。

在開展地面工程無線傳輸方案構建時，應該根據實際需求，對其具體應用種類進行確定，可選擇5G 公網，也可以通過自建無線專網的方式，實現對網絡體系的有效完善[6]。采用公網的優勢主要體現在無需工程建設和大規模投資，但在使用公網時應注意加強網絡安全防護，定期進行安全認證，確保數據安全性。自建包含“井-核心交換機-生產網-作業區管理中心”等關鍵節點的無線專網，可使數據流向更為明確，及時將有價值的信息傳遞到監控中心，確保信息分析及反饋更為及時[7]，為數字化生產運行提供網絡支撐。

4 實施效果及運維保障措施

4.1 實際應用

以某采油廠某區的油水井數字化建設為例，通過實施井、間、站764 項數據的自動采集，已實現生產參數全采集、監控視頻全覆蓋、實時數據全共享，大幅提升生產時率、降低巡檢頻次，有效破解了生產規模擴大與員工總量自然遞減的難題。

在其中一座聯合站開展了數字化試點示范工程，生產管理已由傳統“全員駐守”轉變為“集中監控、少人值守”的運行模式。同時，針對數據采集點不全、軟硬件不匹配、只監不控等問題，實施了針對性的數字化升級，已實現站場生產數據采集點的全覆蓋，達到報表自動生成、故障自動推送、流程自動切換，崗位已由原來8 個減為2 個，單站員工總數由原來86 人減至45 人，實現了“減員、增安、提效”的建設目標。

4.2 保障體系

（1）建立“一體化專業維修”基地。建設數字化運維指揮系統，對所有數字化設備運行狀態、網絡通信狀態、儀器儀表在線狀態進行統計、分析和可視化管理。建立具備“專業化維修保養，一體化指揮運行，規模化修舊利舊”的維修基地，涵蓋計量儀表、自控儀表、工控機、變頻器、電動閥、通訊設備、視頻監控等30 余項維修項目，成為數字化生產管理的“綜合醫療中心”。

（2）打造“三層三全”運維保障體系。組建專業化運維保障隊伍。開展新型無線儀表、通訊設備（RTU）、視頻監控等數字設備的維修維護工作。推行“分層分級復合化”管理方式，優化現有勞動組織形式，整合作業區儀表工、維修工、電工，成立專業化運維保障班組，職能涵蓋儀器儀表的日常巡檢和基礎運維；采油廠層級組建“復合化大班組”，職能涵蓋測控系統、網絡服務、計量儀表、自控儀表、變頻器、通訊設備、視頻監控等業務系統的運維和鑒定；同步引入外部服務商專業維保力量，進一步增強數字設備維修保養頻次和質量，打造輻射井、間、站的數字化運維生態圈。做精以RTU 為核心的“井間數據采集層”，做強以PLC 測控系統為核心的“站所現場控制層”，做優以數據分析為核心的“平臺應用層”，構建起全過程管控、全鏈條融合、全方位運維的保障體系，逐步培育數字化大運維生態。

5 結束語

現階段我國石油化工產業的發展規模不斷擴大，在當前的工業背景下，想要實現對油田開采模式的有效創新，并提高開采效率，應該加大對數字化油田地面工程建設的推廣力度，從而使油田地面工程逐漸朝向智能化、智慧化的方向邁進。隨著新施工模式和新技術的涌現，油氣田地面建設管理的難度和挑戰不斷增加，亟需借助信息化、智能化手段推動油氣田地面工程建設管理優化，目前地面建設工程的項目管理模式眾多，信息系統應能支持IPMT、EPC、PMC 等項目管理模式的在線閉環管理[8-10]，地面工程數字化建設是支撐油田企業轉型升級的重要基礎，需要通過在實踐中不斷摸索，創新出更多、更符合實際管理需求、更貼合現場應用的技術措施，從而為油田數字化轉型提供更加優化的地面工程建設方案。