工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)在非常規(guī)智能化生產(chǎn)運(yùn)營管理的應(yīng)用實(shí)踐

摘?要：為保證非常規(guī)油氣田高效安全地生產(chǎn)運(yùn)營，借鑒石油企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)構(gòu)建了由生產(chǎn)管理、人員管理、設(shè)備設(shè)施監(jiān)控管理等先進(jìn)技術(shù)三大體系組成的智能化生產(chǎn)運(yùn)營管理平臺(tái)。結(jié)合企業(yè)組織管理模式、制度規(guī)范體系的要求，采用先進(jìn)技術(shù)建設(shè)了APP自助服務(wù)、生產(chǎn)管理、巡檢管理、人員管理、資產(chǎn)管理、應(yīng)急管理等主要維護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)了人員、流程、資產(chǎn)的有機(jī)整合，達(dá)到提高運(yùn)維效率、改善運(yùn)維服務(wù)質(zhì)量的目的。通過國內(nèi)具體試點(diǎn)項(xiàng)目的建設(shè)和應(yīng)用，積累了經(jīng)驗(yàn)，有利于進(jìn)一步提升數(shù)字氣田智能化生產(chǎn)運(yùn)營服務(wù)水平。

關(guān)鍵詞：非常規(guī)油氣田；智能化；數(shù)字氣田；生產(chǎn)運(yùn)營平臺(tái)

中圖分類號(hào)：TE49??文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Application?Practice?of?Industrial?Internet?Platform

in?Unconventional?Intelligent?Production?Operation?Management

Ji?Ping

China?United?Coalbed?Methane?Corp.，Ltd.?Beijing?100015

Abstract：In?order?to?ensure?the?efficient?and?safe?production?and?operation?of?unconventional?oil?and?gas?fields，an?intelligent?production?and?operation?management?platform?consisting?of?three?advanced?technology?systems，including?production?management，personnel?management?and?equipment?and?facilities?monitoring?management，has?been?built?through?the?industrial?Internet?platform?by?drawing?on?the?production?and?operation?experience?of?petroleum?enterprises.In?combination?with?the?requirements?of?enterprise?organization?and?management?mode，system?and?standard?system，advanced?technologies?are?adopted?to?build?APP?selfservice，production?management，inspection?management，personnel?management，asset?management，emergency?management?and?other?major?maintenance?functions，realizing?the?organic?integration?of?personnel，process?and?assets，and?achieving?the?purpose?of?improving?operation?and?maintenance?efficiency?and?service?quality.Through?the?construction?and?application?of?specific?pilot?projects?in?China，experience?has?been?accumulated，which?is?conducive?to?further?improving?the?service?level?of?intelligent?production?and?operation?of?digital?gas?fields.

Keywords：Unconventional?oil?and?gas?fields；Intelligent；Digital?gas?field；Production?and?operation?platform

1?建設(shè)背景

隨著非常規(guī)氣生產(chǎn)運(yùn)營服務(wù)項(xiàng)目的不斷擴(kuò)大，現(xiàn)場面臨著生產(chǎn)勞動(dòng)工作量大，井場很多操作依靠人力手動(dòng)操作，給現(xiàn)場工作人員和設(shè)備帶來安全隱患，現(xiàn)迫切需要研究出井場的智能生產(chǎn)方式以取代部分人力工作，提高工作效率。為了達(dá)到非常規(guī)氣智能井場生產(chǎn)運(yùn)營技術(shù)變革目標(biāo)，解決遠(yuǎn)程支持調(diào)節(jié)單井配產(chǎn)，超壓和欠壓遠(yuǎn)程關(guān)斷單井，應(yīng)急狀態(tài)下一鍵關(guān)井功能。實(shí)現(xiàn)試點(diǎn)智能井場的智能排采與加注、試點(diǎn)井的智能操控、生產(chǎn)參數(shù)異常報(bào)警和排采與加注控制功能優(yōu)化，達(dá)到生產(chǎn)運(yùn)營的智能化管理。逐步建成當(dāng)現(xiàn)場發(fā)生應(yīng)急事件時(shí)，聯(lián)動(dòng)應(yīng)急指揮中心快速響應(yīng)，保證事態(tài)控制及時(shí)。

非常規(guī)氣井場地理環(huán)境特殊，隨著產(chǎn)能的增加，井站數(shù)量增長速度快、氣田范圍廣，安全生產(chǎn)壓力日益顯現(xiàn)［1］。非常規(guī)氣田具有產(chǎn)氣量開始較大，但穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)時(shí)間較短，衰減較快的特征；隨著產(chǎn)氣量的降低，大部分氣井存在井筒積液問題，導(dǎo)致了單井產(chǎn)量迅速下降、生產(chǎn)時(shí)間縮短以及水淹停產(chǎn)等現(xiàn)象。［3］為適應(yīng)大規(guī)模開發(fā)建設(shè)需要，急需采用智能化加注與排采算法，優(yōu)化現(xiàn)有排采與加注措施流程，降低生產(chǎn)運(yùn)營成本，提高安全管理水平。

2?平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

2.1?整體業(yè)務(wù)流程

非常規(guī)氣智能井場生產(chǎn)運(yùn)營決策支持平臺(tái)是以生產(chǎn)運(yùn)營為核心，從人員、設(shè)備、安全等多個(gè)角度確保生產(chǎn)的正常運(yùn)營。以集氣站為單位，對(duì)人員的進(jìn)出和在崗、設(shè)備的維修保養(yǎng)和巡檢、園區(qū)的車輛與應(yīng)急分別進(jìn)行管理。

2.2?系統(tǒng)架構(gòu)

非常規(guī)氣智能井場生產(chǎn)運(yùn)營管理平臺(tái)的遵循符合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)踐到理論提升的工程化建設(shè)過程。以關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)為核心，業(yè)務(wù)變化驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)更新，最終在可視化人機(jī)交互界面展示業(yè)務(wù)狀態(tài)和業(yè)務(wù)成果。

總體采用微服務(wù)框架、組件化開發(fā)、云端部署的技術(shù)架構(gòu)，一方面能極大提高組件的復(fù)用度，另一方面能極大提高資源的利用率；此外，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)邊緣側(cè)的技術(shù)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)工廠邊緣側(cè)數(shù)據(jù)采集。具體技術(shù)架構(gòu)圖如下：

3?工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)融合應(yīng)用

根據(jù)非常規(guī)氣智能井場生產(chǎn)運(yùn)營管理的特點(diǎn)，平臺(tái)采用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)搭建并融合了生產(chǎn)監(jiān)控、措施分析、AI行為分析等應(yīng)用到井場的生產(chǎn)運(yùn)營管理實(shí)踐中。

3.1?智能生產(chǎn)監(jiān)控技術(shù)

通過工業(yè)網(wǎng)閘與現(xiàn)場中控系統(tǒng)及RTU/PLC系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)氣田整體生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控，指揮控制中心實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集、氣田關(guān)鍵設(shè)備的遠(yuǎn)程控制以及站場的遠(yuǎn)程控制。使用智能型防爆終端，加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行巡檢，掌握設(shè)備實(shí)施運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)信息以及氣體泄漏等情況，保證了氣田的管理過程更加高效和安全。［2］

3.2?智能措施分析技術(shù)

平臺(tái)采用智能化措施分析技術(shù)——攜液量分析應(yīng)用，是重要的井況調(diào)參指標(biāo)，攜液量的計(jì)算公式相對(duì)復(fù)雜，在計(jì)算過程中應(yīng)用到很多氣井?dāng)?shù)據(jù)，這些井生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)也成為應(yīng)用平臺(tái)需要采集或需要計(jì)算的指標(biāo)數(shù)據(jù)。在建設(shè)平臺(tái)設(shè)計(jì)階段，就要將這些指標(biāo)數(shù)據(jù)的采集、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)的需求納入建設(shè)范圍中，并在實(shí)際建設(shè)階段，通過大量的真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，達(dá)到為生產(chǎn)服務(wù)的目標(biāo)。

系統(tǒng)開發(fā)攜液量評(píng)價(jià)模型智能調(diào)整措施，實(shí)現(xiàn)了多維數(shù)據(jù)采集和分析，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)目標(biāo)。區(qū)塊措施井共30口，其中效果顯著9口井，雙周累計(jì)增產(chǎn)56.5萬方，平均單井日增產(chǎn)9796方；初見成效及低壓穩(wěn)產(chǎn)21口井，雙周累計(jì)增產(chǎn)23.7萬方；措施無效井3口，總體措施有效率為90%。

井場增產(chǎn)產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)表

序號(hào)井號(hào)管柱（in）措施措施時(shí)間油壓（MPa）套壓（MPa）油套壓差（MPa）措施前差（MPa）平均日產(chǎn)氣量（Nm3/d）措施前產(chǎn)量（Nm3/d）雙周增產(chǎn)（m3）措施效果建議優(yōu)化

根據(jù)采集區(qū)塊氣井的不同情況，采用不同的措施，同時(shí)檢測油壓、套壓和產(chǎn)氣量，分析評(píng)估措施效果。應(yīng)用成果見下圖。

3.3?智能AI行為分析技術(shù)

平臺(tái)集成AI視頻分析系統(tǒng)，可精準(zhǔn)識(shí)別氣田工作人員的行為，對(duì)進(jìn)出氣田的人員進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，對(duì)作業(yè)面等人員進(jìn)行規(guī)范，其勞保用品進(jìn)行預(yù)警和記錄，保證氣田當(dāng)中沒有非正常物品遺留，非法闖入等。同時(shí)還能強(qiáng)化對(duì)明火以及外來人員的檢測，當(dāng)氣田中出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警防御。［4］首先，行為分析技術(shù)。AI智能分析與監(jiān)控系統(tǒng)融合，通過采集視頻，分析行為數(shù)據(jù)進(jìn)行描述與建模，在數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行建模，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的AI行為分析模型，如發(fā)現(xiàn)行為與系統(tǒng)內(nèi)部模型一致，可以進(jìn)行預(yù)警和報(bào)警，提高了氣田安全性。其次，AI分析預(yù)警技術(shù)。應(yīng)用人工智能原理在圖像數(shù)據(jù)分析與管理事件數(shù)據(jù)間構(gòu)建一定的邏輯關(guān)系，［5］以確保計(jì)算機(jī)可以從海量數(shù)據(jù)中快速分析，識(shí)別異常，同時(shí)高效過濾干擾信息，自動(dòng)讀取重要信息，參照分析結(jié)果傳送預(yù)警信號(hào)。以氣田作業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行行業(yè)適配，形成12種預(yù)警模型，并與業(yè)務(wù)管理流程集成形成行業(yè)AI分析預(yù)警技術(shù)。

3.4?邊緣數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)架構(gòu)邊緣側(cè)統(tǒng)一進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并形成邊緣側(cè)數(shù)據(jù)中心，為生產(chǎn)運(yùn)營管理平臺(tái)系統(tǒng)與其他專業(yè)系統(tǒng)提供統(tǒng)一接口，用于井積液及預(yù)測數(shù)據(jù)、井故障及預(yù)測數(shù)據(jù)、閥門開關(guān)及告警數(shù)據(jù)、藥劑加注等數(shù)據(jù)的交互，具體集成架構(gòu)如圖5所示。

圖5?系統(tǒng)邊緣數(shù)據(jù)采集架構(gòu)

3.5?智能巡檢APP

系統(tǒng)同時(shí)開發(fā)一套應(yīng)用與巡檢移動(dòng)應(yīng)用，解決巡檢人員在日常的巡檢工作過程中存在著大量的人工記錄數(shù)據(jù)的場景，為了使巡檢人員更加規(guī)范且便捷地錄入和采集巡檢數(shù)據(jù)，供巡檢人員在日常工作中使用。

圖6?智能化巡檢APP

4?應(yīng)用及成效

（1）研發(fā)非常規(guī)氣智能井場“1+N”生產(chǎn)運(yùn)營技術(shù)，掌握核心技術(shù)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)，建立企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）以數(shù)字化、信息化、智能化為核心，搭建運(yùn)營管理及技術(shù)+裝備+服務(wù)專業(yè)化平臺(tái)。培養(yǎng)非常規(guī)氣智能井場運(yùn)營產(chǎn)業(yè)核心競爭力。非常規(guī)氣智能井場生產(chǎn)運(yùn)營決策支持平臺(tái)，從多方面支撐項(xiàng)目的信息化過程管理，幫助操作者提高工作效率同時(shí)加速了企業(yè)信息化升級(jí)進(jìn)程。豐富的大屏報(bào)表效果展示，靈活的手持端應(yīng)用協(xié)助管理者做好數(shù)據(jù)分析的同時(shí)，優(yōu)化現(xiàn)有排采與加注措施流程，降低生產(chǎn)運(yùn)營成本，提高生產(chǎn)管理水平。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：吉平（1995—?），男，漢族，天津人，大學(xué)本科，工程師，從事計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、生產(chǎn)信息化及智能化技術(shù)，信息安全管理工作。