氣井完整性管理平臺的設計與應用

楊冰，陳依，朱英杰，徐艷麗，陳富紅，胡志國

(中國石油西南油氣田分公司重慶氣礦，重慶 400707)

0 引言

氣井完整性管理的缺失引發的氣井設備失效、氣井泄漏等問題[1]會對環境造成污染，威脅周邊區域人員的生命和財產安全，同時也會縮短氣井壽命，增加氣井開采成本。因此，氣井完整性管理對氣井的安全平穩運行具有十分重要的現實意義。

氣井完整性管理數據(氣井基本信息、固井質量、環空壓力數據、套管基礎數據、油管基礎數據、井口裝置、檢測/監測信息、風險評價、維修維護等數據)較為分散，具有數據源多、數據量大的特點[2]，需要通過信息平臺進行數據集成，實現信息共享和數據的高效管理，并通過應用系統的建設體現其數據價值。一些現有的氣井完整性動態數據未有效利用，需進一步建立平臺入庫實現自動對比分析、預警等功能，輔助決策。創建氣井完整性管理數據建庫標準，完善各項數據資源，建立氣井完整性管理數據中心，并通過大數據的挖掘分析，為氣井完整性管理提供決策依據，以實現氣井的安全平穩生產。因此，建立一套氣井完整性管理平臺十分有必要。

1 總體架構

本研究參考SY/T 7026—2014 《油氣井管柱完整性管理》《高溫高壓及高含硫完整性管理規范》等完整性管理行業標準和規范，并結合重慶氣礦氣井實際情況，形成了重慶氣礦氣井完整性管理方案。根據該氣井完整性管理方案，設計相應的氣井完整性管理應用模塊，搭建重慶氣礦氣井完整性管理平臺，實現氣井現役設備的統計、分析和預警等功能，并能及時進行移動端的信息推送，全面掌握氣井生產及棄置階段情況，為氣礦管理提供科學決策，推動氣礦高質量發展。該氣井完整性管理平臺的總體架構如圖1 所示。

圖1 總體架構

該平臺的建設依托重慶氣礦現有的設備、網絡硬件資源和已建成的數字化融合平臺(digital integration platform，DIP)。DIP 完成了涵蓋重慶氣礦范圍內所有的基礎地理信息、宗地、管道、站場等空間數據的建設。如圖1 所示，根據業務流程可以將該平臺劃分為5 個部分：表現層、服務層、數據層、硬件層和感知層。該平臺的數據處理、分析和預警模型遵循完整性管理相應行業標準規范，在開發該平臺過程中保證數據的信息安全，要求符合中石油集團公司的數據安全保密要求。表現層是核心功能需求的直接展現，包括駕駛艙、基礎數據和生產動態等7 個部分；服務層將一些通用的基礎性功能類抽象為基礎性服務，包括元數據服務、WEB 地圖服務、數據轉換服務等服務；數據層將硬件層獲取得到的數據進行整理、歸納、分類和抽象建表，總體上可分為3 個部分：氣井檔案數據、鉆井情況數據和完井情況數據。硬件層與感知層則是依托重慶氣礦現有的網絡信息硬件資源和生產設備條件。

2 功能模塊

為了實現氣井完整性的全生命周期管理，本研究詳細分析了氣井生產管理的各個階段要素，梳理了氣井全生命周期完整性管理的業務需求，總結如下：搭建基礎數據平臺，實現基礎數據、生產運行數據、監測數據的采集、自動交換、匯總處理；建立風險評估模塊，實現氣井安全狀態自動評估；實現氣井類別、隱患風險統計分析，監測結果自動預警功能；建立氣井完整性管理平臺，按照完整性管理的步驟，從數據收集整理、生產運行管理、氣井監測數據采集、風險評估、維修維護、決策預警6 個方面建立閉環管理模式，不僅能準確、全面了解氣井現狀，更為氣井完整性管理工作開展作出指導。

根據上述梳理出的業務需求，本研究針對該氣井完整性管理平臺設計了如圖2 所示的總體功能模塊結構圖。該氣井完整性管理平臺包括了7 大核心功能模塊：駕駛艙、基礎數據、生產動態、監測及檢測、風險評估、維護及維修和技術決策。

圖2 總體功能模塊

2.1 駕駛艙

駕駛艙是一個氣井地理信息系統，可以讓管理者對所轄氣井的整體情況一目了然，為作出決策提供依據。應具備對氣井空間、屬性數據、基礎地理信息數據的導入、編輯。同時包括地圖放大、縮小、漫游、全圖顯示、圖層管理、視圖、量算等基本地圖操作功能，能提供完整性平臺中所需的各項GIS 功能的業務整合及顯示。

2.2 基礎數據

基礎數據包括氣井檔案、鉆井情況和完井情況3 個部分，主要功能是對各部分涉及到的圖片、參數、屬性數據以曲線、圖表等形式進行可視化展示。可對各要素進行增、刪、改、查等操作，讓管理者詳細了解所轄區域各氣井的全生命周期過程參數變化情況。

2.3 生產動態

生產動態包括生產井管理和回注井管理兩部分：生產井管理子模塊可實現配產預警、井口可燃氣體監測、氣質分析、水質分析和環空壓力管理，可根據手動設置的關鍵參數閾值，對氣井生產過程中的非正常狀態進行預警，提醒相關工作人員進行實時處理，實現氣井安全平穩運行；回注井井身的完整性是影響氣井回注安全風險的重要工藝因素，通過固井質量、套管結構、腐蝕狀況及剩余強度等多個方面對回注井井身結構進行完整性評價，可預先避免氣田水向其他地層滲漏或者返回地表，引發環境污染或生產的安全環保事故發生。

2.4 監測及檢測

監測及檢測模塊包括井筒監測和井口裝置檢測兩部分。平臺通過井筒監測和井口檢測設備采集到的壓力、溫度、流量、腐蝕/ 侵蝕情況、管柱壁厚度等相關數據，形成監控監測數據報表，設置預警閾值。當監測數據超過閾值范圍，系統自動形成預警信息。

2.5 風險評估

風險評估模塊使用LEC 風險評估模型，對風險評估進行分級，根據數據分析結果，平臺自動對三高井、老井、回注井進行完整性評價，形成評估報告。

平臺將識別出來的風險進行評估，用發生風險的可能性(L)，發生風險的頻繁程度(E)，發生風險產生的后果(C)，進行打分，用L×E×C 得出每一個風險的可能性大小(D)，即D=L×E×C。從而評估出每一個風險源的風險大小。

2.6 維護及維修

該模塊是一個數據展示模塊，該模塊數據由相應作業人員作業后將靜態數據手工錄入，或下載模板填寫后導入系統，系統根據更新后的維護及維修數據進行分類統計。

2.7 技術決策

技術決策包括統計分析、預警功能和制定措施3 個部分：統計分析可對氣井存在的隱患風險進行統計和展示，對相應的記錄信息實現增、刪、改、查操作；預警功能可對各預警參數的閾值進行設置，當超出閾值范圍時，系統自動生成預警信息，并將預警信息進行統計和展示；制定措施是平臺對完整性體系文件、采取的方案措施進行管理，實現錄入、修改、編輯、查詢和在線下載等功能，同時可以針對某文檔實施對用戶的閱讀與下載權限控制，對資料上傳和下載、共享、檢索、權限管理控制等。

3 數據庫

3.1 設計原則

數據庫是氣井完整性管理平臺的核心部分，平臺通過數據結構來組織、存儲和管理數據。在設計氣井完整性管理平臺的數據庫時應遵循兼容性、完整性、標準性、安全性和持續性5 個原則[3]：

(1)兼容性。在建立氣井完整性管理平臺的數據庫時，應充分發揮其數據價值，在確保信息安全的基礎上，應該與氣礦現有的其他系統進行無縫對接，如DIP 等。

(2)完整性。氣井完整性管理平臺的數據庫應該包括氣井全生命周期的各階段、各環節的各種屬性、業務數據，確保能及時、準確、全面地進行氣井完整性評估。

(3) 標準性。在開發設計數據庫的過程中，應嚴格執行國內完整性管理的行業標準規范，如《油氣井管柱完整性管理》《高溫高壓及高含硫井完整性指南》《高溫高壓及高含硫井完整性管理規范》《高溫高壓及高含硫完整性設計準則》。

(4)安全性。氣井完整性管理平臺的數據庫設計涉及高程度的商業機密，在設計數據庫的過程中應結合當前先進的加密技術、防火墻技術、反偵測技術、身份驗證等手段，確保數據庫的安全、穩定運行。

(5) 持續性。平臺的開發不是一蹴而就，一個完整、安全、平穩運行的氣井完整性管理平臺需要經歷數次版本迭代和功能逐步完善的過程，數據庫在設計之初就應考慮到根據業務需求的完善，具有不斷變化和調整的可持續性。

3.2 數據庫設計

為了使該平臺的管理能貫穿氣礦氣井的全生命周期，平臺采集了所轄氣礦所有氣井的鉆井檔案數據、鉆井情況數據和完井情況數據。根據數據屬性性質和種類的不同[4]將獲取的數據劃分為氣井基礎庫、巡檢庫和完整性管理庫3 個父類數據庫，并依據不同的功能屬性和業務應用特點分別建立了38 個氣井基礎類表單、16 個巡檢類表單、31 個完整性管理類表單，為后續的數據錄入、處理和分析提供基礎。

4 平臺應用效果

根據重慶氣礦的管理要求，重慶氣礦大貓坪區塊相關數據已入庫該平臺試運行，系統運行平穩，取得了顯著效果。圖3 展示了該平臺在重慶氣礦的實際應用情況。該平臺的推廣應用，改變了氣礦落后、分散的生產管理系統，實現了氣井的信息網絡化管理和基礎數據信息資源的共享，打通了信息壁壘，推動了重慶氣礦所轄氣井資產整合、運營業務整合。此外，能夠讓管理者及時、準確了解氣井安全現狀，提高現有信息系統的工作效率和綜合應用的深度，為管理者提供實時、客觀的決策依據，保障氣礦生產安全平穩的運行，有效提高氣井完整性管理的整體工作效率和水平，進一步提升重慶氣礦的管理能力和綜合競爭能力。

圖3 重慶氣礦氣井完整性管理平臺

5 結語

氣井完整性管理平臺建立的最核心要點之一是將分散的多源數據進行重聚和再統一，梳理出氣井生產管理中的關鍵要素，優選出最高效的風險評估模型，建立起行之有效的預警模型和風控模型，使管理者能夠對氣井的全生命周期管理“看得見、摸得著”，為其提供高效的科學決策。氣井完整性管理平臺的建設有助于推動國內油氣田完整性管理的信息化建設，促進信息化油氣田完整性管理標準規范的建立，提高我國的油氣田完整性管理的國際化競爭水平。