油田生產設備管理平臺數字化建設與應用

武瑛 胡瀟文 楊越 鄭金風

收稿日期：2023-07-08

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.04.002

摘? 要：“中國制造2025”即中國版工業4.0。作為中國制造業未來10年的頂層規劃和路線圖，其核心思想是借助工業技術與信息技術實現智能制造的數字化企業。從油田生產發展趨勢和設備管理要求現狀出發，文章遵從業務需求導向，提煉設計應用功能，將傳統單一系統建設模式轉變為模塊化服務集成應用的全新模式，將設備全生命各個階段納入統一體系，建設設備數字化管理平臺，改善設備綜合情況、業務流程、實時數據查詢方式及路徑，輔助生產管理。

關鍵詞：油田設備；設備管理；全生命周期；數字信息

中圖分類號：TP311.5? 文獻標識碼：A? 文章編號：2096-4706（2024）04-0005-05

Digital Construction and Application of Oilfield Production Equipment

Management Platform

WU Ying， HU Xiaowen， YANG Yue， ZHENG Jinfeng

（Fengcheng Oilfield Operation Area of CNPC Xinjiang Oilfield Company， Karamay? 834000， China）

Abstract：“Made in China 2025”， the Chinese version of Industry 4.0， as the top-level planning and roadmap of Chinese manufacturing industry in the next 10 years， its core idea is to realize the digital enterprise of intelligent manufacturing with the help of industrial technology and information technology. Starting from the development trend of oilfield production and the current situation of equipment management requirements， this paper follows the business demand-oriented， extracts the design and application functions， transforms the traditional single system construction mode into a new model of modular service integration and application， integrates all stages of equipment full life into a unified system.It builds a digital equipment management platform， improves the overall situation of equipment， business processes， real-time data query methods and paths， and assists production management.

Keywords： oilfield equipment;equipment management; full life cycle; digital information

0? 引? 言

生產設備管理是油氣田生產管理中的重要內容，抽油機、壓縮機、泵等各類設備支撐了油氣開發生產過程中的油氣集輸、注入系統、水處理等多種復雜工藝，設備的優劣直接影響著油氣生產效益。基于日漸完善的生產物聯網，結合數字化、智能化的方式進行生產設備管理，才能更好地支撐油氣生產穩定運行。

國際設備管理理念已經從事后維修、定期維修、狀態維修等逐步發展到現在的針對設備全生命周期、基于風險的設備完整性管理。新信息技術與先進制造技術的高速發展，使得設備安全運行、全生命周期成本最優化成為可能[1，2]。

1? 存在問題及研究思路

1.1? 存在問題

油田生產設備總量逐年上升，隨著工業生產規模和設備復雜程度的日益提升，已有的設備管理模式在面對復雜設備和大量數據時已難以適應。采油廠每日存在大量泵修、加藥、化驗等設備維修維護任務，這需要一個完整的流程實現并跟蹤維修任務。傳統的解決方式為：電話上報、各班組作業反饋、維修明細等紙質工單存檔。因步驟煩瑣、電話口誤等因素，導致現場情況不掌握、物資消耗不明確、生產維修效率低的問題[3]。存在問題總結如下：

1）設備資料管理任務重：傳統設備管理模式最早依賴以紙質文件為主的媒介對設備進行管理，設備建檔、維修申報等操作均以紙質文件為載體進行，其運轉效率取決于設備所屬廠商辦公結構的運作效率和相關紙質文件的流轉速度[4，5]。該模式存在運轉效率低、記錄數據量小、流程冗長煩瑣、歷史數據利用率低、數據不易保存等缺點，已不適應當今越來越快的生產節奏。

2）業務流轉效率低：在設備業務管理方面采用屬地管理、分級負責方式，設備數據單獨管理，基礎資料人工管理不統一，統籌管理不易。已建ERP等系統應用不足，設備購置、處置等業務覆蓋不全，業務線下處理周期長、協同效率低。

3）設備數據管理薄弱：原有設備相關系統僅實現少量設備臺賬和運轉記錄管理，功能單一，設備覆蓋不全，設備資產核查和數量統計中易出錯，信息更新不同步；設備種類和設備采集點覆蓋不全，缺乏對總體設備數據的匯總和分析，難以為管理層決策提供支撐。

4）預測性維護不足：油氣生產物聯網生產數據監控逐步完善，但缺少對設備運行狀態參數的專項監控和報警，工況判斷不及時；設備故障處理主要以經驗管理為主，還是依賴于人力辨識，時效性和預測性較差事后維修占比高；技術知識人口相傳，經驗知識不能進行有效的積累與傳承。

1.2? 研究思路

遵從業務需求導向，通過分析業務需求，梳理數據需求，提煉設計應用功能，將傳統單一系統建設模式轉變為模塊化服務集成應用的全新模式，形成設備全生命周期管理系統設計實施方案。

2? 生產設備管理平臺建設

2.1? 平臺總體設計

設備管理系統底層存儲結構化數據，實時數據以及文件數據，并根據需求從數據中臺獲取主數據以及其他數據資產，同時也可以寫入本系統的業務數據，進入數據中臺，提供給其他第三方應用系統使用。平臺架構圖如圖1所示。

圖1? 平臺架構圖

為了保證生產數據的一致性，保證源點數據一次采集，多系統應用的要求，總體建庫原則為：系統只對各單位情況數據項進行采集，不對任何原始生產數據項進行重復采集，保證所有數據都在源點錄入，而不再開設其他數據入口，系統只進行相關生產數據的引用[6]。

2.2? 研究內容

采用成熟的流程建模方法，基于油田公司設備管理的要求，將設備管理業務分為設備基礎管理、設備前期管理、設備驗收管理、設備使用管理、設備檢維修管理、設備處置管理、設備變更管理、設備狀態監測模塊、知識庫管理模塊、統計分析模塊10項管理內容實現于系統中。

1）統一設備平臺數據標準和設備編碼，強化設備基礎管理，針對業務流程線下管理，搭建業務架構，實現設備業務流程線上流轉，形成生產設備從購置到退役的“互聯網+設備”全生命周期管理移動管理新模式[7，8]。

2）依托物聯網數據，系統生成各類報表，提升信息化支撐能力，將人工維護模式轉變為報表數據自動生成，強化基礎管理，自動統計運轉類設備運行數據，實現檢維修預警等功能，提升設備數據運維效率。

3）結合物聯網采集的動態數據，對抽油機、壓縮機、鍋爐等生產設備的運行參數進行動態監測及關鍵參數報警，計算維修成本費用以及多維度統計設備故障信息。

4）將既有的使用手冊、維修手冊等資料結構化、知識化，并根據不同的設備類別，記錄設備從問題到解決辦法的全面故障信息。

5）實現設備業務流程信息的移動端查詢和業務審核審批，實現設備參數預警、工作任務提醒等重點消息的智能推送。

下面將設備業務流程管理、知識庫管理、設備數據監測、統計分析功能進行逐一介紹。

2.3? 設備業務流管理

2.3.1? 設備基礎管理模塊

參照ERP系統標準進行設備臺賬管理，具備二維碼設備信息查詢功能，展示設備運行情況、技術狀態、運轉數據等狀態信息，實現設備檔案資料等靜/動態基礎信息在線管理，規范各級單位設備信息數據入庫標準。可查詢油田公司各二級單位不同設備具體信息，目錄樹以ERP系統統一的設備分類、設備編碼執行，如圖2所示。通過這個頁面能夠看到設備的基本信息、維保記錄、運行記錄、關聯的資料、以及設備的運行記錄數據；其中所有運行、維保等記錄按時間順序，由近到遠依次排列。

2.3.2? 設備前期管理模塊

實現設備年度購置計劃查閱留存、分類匯總，以及設備前期選型報備、審核業務流程管理。將年度購置計劃錄入到系統中，附件上傳年度設備更新投資項目建議計劃表，點擊附件可查詢各二級單位年度設備更新投資項目建議計劃表詳情。

2.3.3? 設備驗收管理模塊

各二級單位通過對到貨驗收、調試驗收、質保期驗收中新增功能將驗收申請錄入系統中，到貨驗收和調試驗收不需要到質量設備節能處審核，只需查看即可。質保期驗收中A類設備需要各二級單位提交至質量設備節能處進行審核，審核通過形成記錄。

2.3.4? 設備使用管理模塊

使用管理分為現場檢查記錄及整改結果確認，質量設備節能處和二級單位對現場檢查出現的問題以附件形式派發到三級單位，三級單位整改完成后以附件形式反饋到二級單位，二級單位整理后將結果反饋到質量設備節能處。

2.3.5? 設備檢維修管理模塊

主要為各廠處三級單位設備管理員、資料員及班組人員使用。包含巡檢管理、維保管理、故障工單管理，規范現場人員的作業行為與要求，APP可及時報送設備故障，支持圖、文、視頻描述故障信息，維修工單將實時提醒維修人員，減少故障持續時間[9]。

對于有自動化數據接入的設備，在ORACLE中編寫算法，運用油區SCADA系統遠程終端采集的設備實時數據，每十分鐘讀取一次設備數據，設定具體采集點判斷為運轉狀態，收集狀態為1的條數，計算得出設備運轉時長。對于沒有自動化數據接入的設備，通過電子表導入的生成模式，少量人工維護就能實現設備點檢記錄生成。

2.3.6? 設備變更管理模塊

各二級單位通過對變更計劃、變更驗收中新增、編輯功能將變更申請錄入系統中，A類設備需要各二級單位審核完提交至設備管理部門進行審核，審核通過形成變更記錄。

2.3.7? 設備處置管理模塊

設備處置管理分為設備調撥和設備報廢兩部分。設備調撥為各二級單位內部之間進行的設備調撥業務以及各二級單位之間的調撥業務，業務功能并不涉及設備管理部門。

2.4? 設備狀態監測管理

基于物聯網采集數據，對抽油機、壓縮機、鍋爐、機泵等關鍵生產設備的運行參數進行動態監測，通過對自動化數據設備啟停狀態、電流、傳感器信息及化驗系統數據情況，可以直觀、實時了解設備工作狀態，辨識狀態特征參數的變化[10]。

設備可以添加若干采集點，對應物理設備的實時運行參數，系統設定一定時間連接中控系統獲取數據；對沒有實現自動化采集的參數，可在要求范圍內，對采集點進行人工錄入數據，及設置設備狀態，如圖3所示。

2.5? 知識庫管理

結合管理制度、標準規范和經驗案例，實現設備維修作業的標準化，將既有的使用手冊、維修手冊等資料結構化、知識化，指導故障診斷和維修。知識采集方式采用計算機自動采集，通過數據庫單向同步方式從現有的信息系統和學術論文中提取相關知識存儲到知識庫的數據庫中。

采用ES全文檢索技術，通過關鍵字檢索出所有相關文件資料、數據、視頻等，智能識別掃描件、圖片中的內容，搜索方式支持精確搜索和模糊搜索，如圖4所示。系統根據問題關鍵字，從知識庫中搜索，查找類似問題的答案提供參考；其他員工可針對該問題進行回復，由作業區相關專家回復信息進行審核，審核通過后直接收入知識庫，成為共享知識。

2.6? 統計分析功能

通過動、靜態數據的管理和調用，對設備綜合完好率、利用率、故障停概率、新度系數等KPI指標進行多維度的自動匯總統計。應用系統設備基礎數據和故障、保養等維護的動態數據，生成維修費用明細表、維修費用統計表、故障統計匯總表、經濟技術指標表。

3? 應用效果分析

生產設備管理平臺于2022年年底建成試用，在業務管理、數據管理、經濟社會效益方面取得如下效果。

3.1? 設備業務管理方面

定制設備從計劃購置到報廢處置的7類32項節點，推進業務申請、審批、處置、反饋的信息化閉環管理模式，關鍵審核環節可通過移動端高效開展。減少主線業務紙質流程，線上審批審核，縮短辦理時間，提升設備業務流轉效率，促進生產設備管理變革。

3.2? 設備數據管理方面

1）數據管理：確定設備統一編碼，覆蓋整個油田生產設備，整合設備型號、廠家、采購日期等資料信息，結合大修次數、資產折舊等動態參數，為后期設備健康評價提供依據。

2）報表管理：以點巡檢、維保、工單等環節報表為主，改變以往設備報表填報模式，報表數據自動計算，縮短傳統模式下數據收集整理時間。設備數據快速調用、便捷查詢，減少人工干預，為業務部門的數據分析、措施管理提供更為準確的數據支持。

3）統計分析：以圖形、曲線等可視化方式，展示設備運行時率、故障情況、維修費用等統計情況，為進一步開展注、采、輸設備智能分析做好支撐。

3.3? 經濟及社會效益

通過建設設備數字化管理平臺，減少紙質資料送審環節，提高業務流轉效率；數據統一平臺查詢，縮短數據查詢收集時間；報表數據系統運算，降低人工維護時間。

4? 結? 論

本項目針對原有設備系統存在應用不足的問題，充分利用集成平臺資源，整合已建系統數據，建立生產設備管理平臺，利用數字化手段統一管理設備業務與數據。依據設備管理制度創建線上工作流，全過程跟蹤留痕。通過開放接口和系統集成，建立數據存儲共享模式，解決設備數據“孤島”問題，整合貫穿設備全生命管理的各類靜、動態數據，檔案資料規范齊備，運行操作歷史可查，重點設備監測數據集中管理，為統計分析提供數據支撐。

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作者簡介：武瑛（1982—），女，漢族，湖南衡陽人，三級工程師，本科，研究方向：油田信息自動化系統建設與管理。