數字化井場標準模板研究與應用

劉偉?吳超?唐夢

摘要：國內首個數字化井場試點德探1井試運行以來，初見成效，其運行效率、處置能力與管控能力得到了一定的提升，但試點井集成功能不足，沒有形成數字化井場標準，不能快速進行推廣應用，并且不同隊伍狀況及設備配置不相同，數字化水平參差不齊，為井場的數字化轉型增添了難度。針對該問題，通過數字化井場標準模板研究，不斷升級完善數字化鉆井隊信息化應用標準，整合現場工程、井控、裝備、安全等多種數據資源，全面推進鉆井現場數字化轉型，進一步提高現場作業風險管控、技術支撐能力，打造高質量、高效率、可復制的新型數字化鉆井隊。

關鍵詞：數字化井場；硬件研發；軟件組成；管理制度； EISS系統

一、前言

國外多家石油公司已開發作業支持中心并應用實踐，如哈里伯頓的RTOC[1]和斯倫貝謝的 OSC[2]。作業支持中心是由相關科學技術、工作流程和IT基礎架構組成的前后方協同工作系統，專業團隊借助于該系統同時對多個鉆井作業進行實時監控、專家支持、動態決策，以此實現數字化井場。目前國內還沒有形成全國聯網的鉆井技術數據庫，各企業的鉆井數據庫建設良莠不齊，缺乏對數據的更深層次分析處理、綜合利用以及對鉆井全過程的協同管理與指揮功能，鉆井數據的自動采集率低、實時性差，鉆井的智能化程度還很低[3-4]。川慶鉆探公司在德探1井率先進行數字化井場試點。通過數字化井場標準模板研究，不斷升級完善數字化鉆井隊信息化應用標準，整合現場工程、井控、裝備、安全等多種數據資源，全面推進鉆井現場數字化轉型，進一步提高現場作業風險管控、技術支撐能力，打造高質量、高效率、可復制的新型數字化鉆井隊。

二、數字化井場硬件部署研究

數字化井場硬件包含各類工程、裝備、人員等實時動態數據采集裝備，同時在打造的“三個中心”里可以實時展示各類視頻、實時數據，提供多專業協同作戰，提高現場應急處置效率，如圖1所示。

（一）數字化協同工作室

協同工作室布置三臺電腦，分別設置鉆井、錄井與鉆井液三大工程師平臺，工作室實行工程、地質及鉆井液三位工程師協同辦公，同時，布置兩臺液晶電視，展示現場實時生產情況，實現現場人機綜合管控和與EISC遠程支持有效銜接。協同工作室還配備polycom視頻會議終端、視頻監控、一體化數據采集器等。

（二）數字化值班房

數字化值班房主要包括電腦、液晶電視、全向麥克風等。值班房主要用于當班人員具體工作部置，班前會、班中巡檢與班后會內容全程在線展示，生產組織過程透明，應用大數據分析自動推送當日工況下具體措施和重點施工方案。

（三）一體化采集器

一體化采集器具有作業現場數據采集、數據儲存、井場組網、視頻監控、視頻會議、VoIP語音通信、設備運行監控管理功能。現場端口數據流分析，輕量化網絡安全防御，運行狀態監控管理、內置冗余AC電源、內置電池及保護管理、支持遠程運維管理等特性。可實現對作業現場多專業、不同類型裝備的工控數據的采集、儲存、傳輸。為現場鉆井、錄井、試井、鉆井液作業等專業數據建成一個完整、穩定、高效的井場數據應用中心，實現井場各業務數據的一體化接入。

（四）無線組網設備

無線組網可解決現場生產數據采集后網絡傳輸延遲、丟包率問題，縮小網絡廣播域，減少網絡廣播數據包對生產數據傳輸的干擾，保障數據采集的實時性、完整性，把井場無線局域網分成2個部分，實現二層網絡隔離。包括數據采集傳輸應用專網和井場辦公應用無線覆蓋專網。

（五）電子液面坐崗儀硬件

電子液面坐崗儀主要包括防爆液面坐崗監視一體機、防爆電源接頭、CPU、固態硬盤、無線網卡、高清攝像頭、防爆繞行管、天線、防水插頭、安裝配件等。通過在循環罐處增加一臺防爆顯示器，實現了液面坐崗記錄的電子化，并集成了液面實時數據跟蹤、起下鉆井液修正表、回流量記錄表、井控預警和歷史數據查詢等功能，實現了坐崗工的無紙化與智能化辦公。電子液面電子坐崗儀由標尺位移傳感器、防爆觸摸屏和預警軟件組成。

（六）司鉆領航儀硬件

司鉆領航儀主要包括防爆觸摸一體機、CPU、固態硬盤、無線網卡、有線網口、高清攝像頭、拾音器、音頻、電源、安裝附件等。

三、數字化井場軟件部署研究

用信息化平臺把鉆井隊的全業務鏈數字化，持續優化數字化鉆井方案，改變原有的作業模式，實現了“經驗鉆井”向“智能鉆井”的轉變，如表1所示。

四、數字化井場管理制度研究

（一）機構與職責

鉆井隊：負責現場數據錄入；拆遷安期間，通過手持終端每日上報搬安數據；完成鉆井日報數據上報；井史數據在數據產生后24小時內上報；負責數字化設備的安裝、拆卸和管理；負責數字化現場的運行，核心功能的使用。

鉆井液作業隊：完成鉆井液日報數據上報；鉆井液動態數據在數據產生的當日填報；鉆井液井史數據在數據產生后24小時內上報；負責數字化現場鉆井液專業相關功能的使用和正常運行。

錄井作業隊：負責井場組網；現場作業井錄井實時數據傳輸、上報；完成錄井日報數據上報；錄井動態數據在產生后24小時內上報。

（二）核心功能應用制度

智能任務書：鉆井技術負責人是該功能應用的責任主體；每日7：30、19：30班前會前應提前生成當班任務書，工程參數、工作安排具有針對性。智能班前會：鉆井隊長、技術負責人是主體；記錄工應組織召開班前會，負責操作系統、錄音、維護參會人員等；參會人員及語音記錄人數應大于5人。智能巡檢：崗位員工負責巡檢手持機的使用；崗位員工應在當班班前會前完成崗位巡檢內容；每班應完成崗前、崗中、崗后三次巡檢。

工程師平臺：執行24小時值班制度；值班人員及時處理EISS信息系統推送的預警信息， 2小時，值班人員完成當班預警信息并確認；及時回執川慶公司、鉆探公司專家指令，2小時內，值班人員完成當班EISC信息并確認；每日匯報內容，9點以前完善相關資料；氣層起鉆作業前，必須使用起下鉆安全分析模塊，并根據油氣層起鉆前安全評價分析，決定是否進行起鉆作業。

（三）硬件管理制度

工程師值班室EISS系統管理：技術負責人或技術員（安排指定人員）負責每天輸入、校核系統基本參數；專人負責工程師值班室內的設備管理；工程作業智能支持系統井場版EISS系統，鉆采院工信中心負責設備軟件升級。數字化值班室管理：技術負責人或技術員負責生成當班鉆井作業計劃書；數字化值班室設備管理，由當班記錄工負責；記錄工負責數字化值班室內硬件設備，設備故障時，及時上報隊領導。司鉆導航系統管理：由當班司鉆負責顯示器正常運行、日常維護；如遇緊急情況時，專家、領導會通過司鉆導航系統直傳指令。

手持終端巡崗系統管理：手持機由指定崗位負責，日常巡崗、交接班正常使用；手持終端硬件故障時，及時向設備副隊長匯報。多傳感器采集系統管理：由各崗位負責人定期巡回檢查各傳感器工作情況；出現故障時，及時上報井隊負責人。井場內網系統管理：定期巡檢井場內網網橋；網絡設備不得隨意移動、變更位置；信號中斷時，及時上報。

五、數字化井場應用及效果

自數字化井場標準模板研發以來，目前已高效完成24支數字化鉆井隊轉型建設，超額完成年初計劃的21項指標，增強全面感知能力，推進現場崗位資料“減負”，開展生產協同，生產時效大幅提升；以司鉆領航儀為核心的輕量版數字化鉆井隊已推廣8支隊伍。數字化助力公司生產效率整體提高5%，川渝地區鉆井故障復雜時率降幅20%，整體提速17%，應急處理時間同比降低30%。

（一）增強全面感知能力

部署12大類、500余個傳感器，配備智能手持終端，數據采集從部分到全面 、從單一到多元、從地面到地下，實時采集參數增加近17倍，初步建立了鉆井現場作業的全面感知能力。

（二）推進現場崗位資料“減負”

80%的作業信息實現自動采集和共享。減少基層填報紙質表格140余張，現場數據質量得到有效保證。每日資料收集工作量減少50%以上，提升了一線員工的工作效率。

（三）開展生產協同

以井筒工程作業為主線，實現了井筒全產業鏈的數據共享和業務協同，生產要素信息全程跟蹤，資源智能調配、作業智能預警、服務訂單管理，生產時效大幅提升。

（四）打造科學鉆井模式

1.開展實時數據分析，利用邊緣云計算，鉆井全過程“邊鉆邊算” ，精準作業。建立以數據驅動的工作模式，集成工程主要計算模塊，探索“邊鉆邊算”的工作新模式。打造鉆井、錄井、鉆井液工程師協同平臺，創建工程地質一體化協同作業新環境。

2.探索關鍵崗位數據賦能，促進工程管理上新臺階。崗位賦能：開發現場主要關鍵崗位工作智能助手App，提高關鍵崗位工作效率。智能任務書：每班智能定制工作任務書，科學制定生產計劃，任務可量化考核。

（五）提升井控風險防范能力

創立井控管理新模式，實現井控活動全過程管控，井控裝備數字化改造，溢流、井漏發現更及時，處理措施更可靠。

六、結語

隨著鉆井信息化、智能化的發展，數字化井場的推廣應用勢在必行。通過對數字化井場標準模板的研究，已形成了可提高現場作業風險管控、技術支撐能力，打造高質量、高效率、可復制的新型數字化鉆井隊，可復制、可推廣的工程業務數字化新模式必然不斷推進和完善。

參考文獻

[1]單雪薇.物聯網技術在油田數字化建設中的要點分析[J].信息系統工程，2020（11）：19-20.

[2]任澤坤，許勤，張雷，等.5G在油氣田智慧勘探井場建設中的應用探討[J].油氣與新能源，2021，33（02）：62-66.

[3]趙改善.石油物探數字化轉型之路：走向實時數據采集與自動化處理智能化解釋時代[J].石油物探，2021，60（02）：175-189.

[4]葉靜.人工智能及數字化在石油企業的應用[J].產城：上半月，2021（09）：100-101.

作者單位：川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院

責任編輯：尚丹