修井作業(yè)現(xiàn)場數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求研究

摘要：近年來川慶公司鉆井作業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型持續(xù)投入，修井作業(yè)還未進行數(shù)字化轉(zhuǎn)型，主要表現(xiàn)在修井作業(yè)工程技術(shù)等基礎(chǔ)資料仍然采用原始手工記錄、現(xiàn)場工程參數(shù)依靠人工記錄、工程參數(shù)實時模擬和計算主要依靠人員經(jīng)驗。但是數(shù)字化轉(zhuǎn)型在提高現(xiàn)場作業(yè)安全性和作業(yè)現(xiàn)場效率中發(fā)揮著越來越重要的作用，故需開展修井作業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求研究，進一步加快川慶公司修井作業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的進度，真正實現(xiàn)生產(chǎn)業(yè)務(wù)數(shù)字化，全面提高公司的核心競爭力，為油氣生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)保障。

關(guān)鍵詞：修井作業(yè)；數(shù)字化轉(zhuǎn)型；需求研究

一、前言

21世紀初加拿大首先建立了全國修井作業(yè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，在此基礎(chǔ)上研發(fā)了井下作業(yè)遠程專家決策系統(tǒng)。通過互聯(lián)網(wǎng)將井參數(shù)、井筒狀況、設(shè)備運轉(zhuǎn)情況遠傳至管理平臺，一方面現(xiàn)場可以隨時獲取遠程專家的技術(shù)支持，另一方面管理層可隨時監(jiān)督修井過程，高效決策。目前國際上越來越多的油服公司已建成大數(shù)據(jù)自動采集、分析、遠程控制系統(tǒng)，建成了數(shù)十個井下作業(yè)遠程支持決策中心，大幅提高作業(yè)安全性和作業(yè)現(xiàn)場效率，加強了企業(yè)的核心競爭力。但國內(nèi)油田和油服企業(yè)開展數(shù)字化建設(shè)仍處于起步階段，目前國內(nèi)川慶公司走在數(shù)字化油田建設(shè)前列，成功打造了國內(nèi)首支數(shù)字化鉆井隊。對鉆井作業(yè)管理上的數(shù)字化改造，建立了EISC井場版，通過豐富的應(yīng)用模塊，從生產(chǎn)運行、工程管理、井控管理、裝備管理、資料減負等方面打造出全新的數(shù)字化工作模式，但是修井作業(yè)還未進行數(shù)字化轉(zhuǎn)型，故本文重點開展修井作業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求研究[1]。

二、業(yè)務(wù)需求研究

系統(tǒng)目標用戶包括試修公司修井專家、前后方生產(chǎn)組織人員、現(xiàn)場設(shè)備管理人員、HSE管理人員、數(shù)據(jù)管理及監(jiān)督人員?，F(xiàn)場崗位人員包括帶隊領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)干部、生產(chǎn)班組人員。不同崗位的用戶對系統(tǒng)的需求各不相同，用戶及需求描述見表1。

（一）業(yè)務(wù)需求

針對修井業(yè)務(wù)和試修公司交流確定修井業(yè)務(wù)流程，構(gòu)成如下修井業(yè)務(wù)架構(gòu)，見表2。

1.作業(yè)前階段業(yè)務(wù)需求

在修井作業(yè)前需要接收修井作業(yè)施工任務(wù)，生產(chǎn)運行部將任務(wù)下派給試修公司，再由試修公司將作業(yè)任務(wù)下派給作業(yè)隊。

（1）修井工程設(shè)計

由甲方下達修井工程設(shè)計指令，設(shè)計中心按照要求進行修井工程設(shè)計。

（2）現(xiàn)場辦公

由甲方組織施工相關(guān)方人員一同前往井場開展現(xiàn)場聯(lián)合辦公，主要討論落實施工時間工作進度安排、現(xiàn)場勘查情況（管匯走向、設(shè)備安裝等）、材料準備情況（調(diào)油管、壓井液、井下工具、采油樹等）、人員安排等注意事項。

（3）現(xiàn)場準備

作業(yè)現(xiàn)場進行安全、技術(shù)交底，并成立現(xiàn)場安全領(lǐng)導(dǎo)小組。施工作業(yè)前制定安全應(yīng)急預(yù)案及本井修井作業(yè)的特殊要求。清點準備施工所需的主設(shè)備、輔助設(shè)備、應(yīng)急設(shè)備，進行作業(yè)主機的檢查、維護，井口裝置的檢查、地面流程的準備、管材及井下工具的準備、環(huán)空準備。人員在入場前必須穿戴好勞保用品，作業(yè)前辦理作業(yè)許可。之后在井場進行前期設(shè)備的擺放、接電、轉(zhuǎn)水等準備工作[2]。

（4）井場布置

根據(jù)現(xiàn)場準備情況，繪制井場二維井場布置圖和地面管匯連接圖，用于指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

（5）開工驗收

完成所有準備工作后，由試修公司根據(jù)西南油氣田井下作業(yè)開工井控驗收申請書提出開工驗收申請，甲方組織開工驗收，若滿足條件，則出具開工井控批準書；若不滿足開工條件，則整改后再由試修公司提出開工申請，驗收合格后開工。

2.施工階段業(yè)務(wù)需求

修井施工階段主要進行修井施工作業(yè)并掌握發(fā)生的工程參數(shù)。

（1）井筒準備

現(xiàn)場準備就緒后，進入井筒準備階段，根據(jù)作業(yè)井實際情況進行泄壓、觀察、壓井、換裝井口、起原井管柱、通井、刮削、輔助等井筒準備工作，需要掌握的工程參數(shù)包括出口情況、井口壓力、壓井液性能、壓井液數(shù)量、管柱下深、管柱速度等。

（2）起下管柱作業(yè)

根據(jù)修井工程設(shè)計和井筒實際情況進行打撈、磨銑、射孔、起下工具等修井工作，在施工作業(yè)過程中特別需要掌握起下管柱數(shù)據(jù)（設(shè)備深度、懸重、起管柱速度）、起管柱曲線（含設(shè)備深度、懸重、起管柱速度信息），以及預(yù)警提示：遇阻卡預(yù)警（遇阻卡噸位、遇阻卡井段）、起下管柱速度的控制；提前提示（對具體操作人員）：提示大井斜、特殊井段（回接筒、喇叭口、射孔井段等位置）。

（3）酸化作業(yè)

在修井結(jié)束后進行增產(chǎn)作業(yè)時需要實時掌握酸化施工曲線和數(shù)據(jù)，并將相關(guān)工程計算進行實時展示，設(shè)備數(shù)據(jù)需要掌握主壓車、泵酸裝置和液位的實時數(shù)據(jù)，同時需要關(guān)注鄰井壓力變化、監(jiān)測B/C環(huán)空油套壓、管柱受力情況，進行施工預(yù)警和施工提示[3]。

（4）排液測試

排液測試過程中需要掌握油壓、溫度、套壓、B環(huán)空壓力、C環(huán)空壓力、氣級節(jié)流壓力和溫度、分離器壓力、分離器液位、流量計參數(shù)、氣產(chǎn)量、排液量等工程數(shù)據(jù)，進行分離器超壓預(yù)警和智能圖像識別（高壓區(qū)刺漏預(yù)警、火焰高度自動監(jiān)測、燃燒池外植被引燃預(yù)警、排液口竄氣監(jiān)測）。

（5）封閉作業(yè)

封閉過程中需要掌握懸重、注水泥塞管柱深度、橋塞管柱深度、下橋塞速度、配漿量、密度、灌漿量、注入量、頂替量、泵壓、排量、反洗井深度及用液量等參數(shù)。

3.完井階段

完井階段主要進行資料上交和資料結(jié)算等工作。

（二）功能需求研究

依據(jù)業(yè)務(wù)需求，功能需求涉及修井現(xiàn)場物聯(lián)網(wǎng)的搭建、生產(chǎn)運行、裝備管理、修井平臺數(shù)字化遠程支持中心、三維井場、系統(tǒng)平臺的搭建等，支持多單位用戶多設(shè)置需求、統(tǒng)一的支持多種終端的用戶訪問入口需求、移動化需求、現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)功能需求、數(shù)據(jù)管理需求和集成需求。

1.現(xiàn)場物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)需求

在現(xiàn)場進行物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，主要增加現(xiàn)場無線局域組網(wǎng)、現(xiàn)場增加傳感器采集工程數(shù)據(jù)項，安裝監(jiān)控出口、井場、井口、鉆臺的視頻，如圖1所示。

（1）井場信息化采用多種組網(wǎng)方式：有線局域網(wǎng)（通過網(wǎng)線等）、無線局域網(wǎng)（Wi-Fi等），同時提供測井、井下等非主體作業(yè)的熱點接入。例如，根據(jù)井場的實際情況，井場現(xiàn)場采用Wi-Fi無線組網(wǎng)方式實現(xiàn)從各類儀器與傳感設(shè)備到井場一體化采集器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸，可以建成修井現(xiàn)場數(shù)據(jù)多點匯入，穩(wěn)定遠傳的井場網(wǎng)絡(luò)通信匯聚傳輸中心。

（2）遠傳網(wǎng)絡(luò)支持各類廣域接入方式：包括衛(wèi)星、鐵塔微波、3G、LTE、光纖傳輸、MSTP、ADSL等。因此，要求出口路由器具備各類豐富的業(yè)務(wù)接口，可適應(yīng)各類業(yè)務(wù)接入。井場各類出口路由器可根據(jù)各井場情況部署，并能支持網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)調(diào)節(jié)，臨時調(diào)配某個井場區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)帶寬。

2.裝備管理需求

通過現(xiàn)有技術(shù)手段對裝備相關(guān)的實時數(shù)據(jù)進行采集，包括提升系統(tǒng)、節(jié)控箱、儲備罐、循環(huán)罐、高低壓管匯閥門狀態(tài)等實時數(shù)據(jù)。

3.修井數(shù)字化決策中心需求

相關(guān)專家通過系統(tǒng)的實時監(jiān)控、工程預(yù)警發(fā)現(xiàn)工程異常問題，利用應(yīng)用平臺進行診斷分析、參數(shù)優(yōu)化，組織專家會診，提供現(xiàn)場技術(shù)保障，輔助生產(chǎn)決策。

（1）即時通信

業(yè)務(wù)需求：前后方交互的即時通信工具，具有實時的專家在線答疑功能。

功能需求：技術(shù)支持。

功能模塊：專家通訊錄、案例推送、消息提醒、討論組、即時協(xié)同、案例知識。

功能描述：通過專家通訊錄，建立討論組或直接和專家進行即時通信共同制定解決方案。案例知識上傳后，將消息推送給相關(guān)人員，通過討論組、即時通信工具與現(xiàn)場或后方專家溝通，共同制定解決方案。

參與崗位：現(xiàn)場作業(yè)人員、技術(shù)專家。

（2）音視頻交互

功能需求：視頻會議、語音通話，重大施工應(yīng)急指揮。

功能描述：在生產(chǎn)過程中，作業(yè)人員可以利用移動設(shè)備對現(xiàn)場作業(yè)情況以視頻的形式回傳給支持中心，能夠利用通訊錄發(fā)起遠程協(xié)助請求，與支持中心、專家、管理人員等建立實時智能連接，獲取對方推送的語音消息、文字消息、標注等信息，在遠程協(xié)助指導(dǎo)下解決現(xiàn)場作業(yè)難題。修井隊可以作為管理端實時監(jiān)控與直播作業(yè)隊現(xiàn)場工作情況，能夠接收現(xiàn)場發(fā)送的遠程協(xié)助請求，可以通過語音、文字、圖形標注等形式協(xié)助現(xiàn)場工作人員解決問題。作業(yè)公司對現(xiàn)場回傳的所有視頻文件與交互過程進行存儲和歸檔管理，形成知識庫，用于其他地方的知識共享和歷史文檔查閱。

功能實現(xiàn)：依靠作業(yè)現(xiàn)場局域網(wǎng)，集成視頻監(jiān)控系統(tǒng)、即時通信與視頻會議系統(tǒng)。在服務(wù)器上部署數(shù)據(jù)采集傳輸存儲系統(tǒng)與現(xiàn)場應(yīng)用。

參與崗位：前端技術(shù)人員、技術(shù)專家、后方管理人員。

（3）融合通信系統(tǒng)

通過融合通信系統(tǒng)實現(xiàn)現(xiàn)場技術(shù)人員與遠程支持中心利用防爆手持終端進行可視化對講。

遠程支持中心專家實時遠程查看現(xiàn)場人員作業(yè)情況，并對現(xiàn)場作業(yè)人員的作業(yè)過程進行實時的語音指導(dǎo)、指揮。

現(xiàn)場技術(shù)人員的防爆手持終端融合接入視頻會議系統(tǒng)，使參會人員也可通過會議系統(tǒng)實時監(jiān)督現(xiàn)場人員作業(yè)情況，并進行遠程指揮。

4.三維井場

需要開展修井隊工程技術(shù)、生產(chǎn)運行、設(shè)備管理和安全環(huán)保數(shù)字信息設(shè)備的數(shù)據(jù)接口的開發(fā)工作，并建立數(shù)字修井隊孿生展示平臺，實現(xiàn)修井作業(yè)現(xiàn)場數(shù)字化、可視化，提升作業(yè)現(xiàn)場管控能力。在虛擬世界中搭建井場布局、井場主體設(shè)備的3D模型，有助于提高井場的把控能力，更加直觀有效地實現(xiàn)井場設(shè)備、工程、安全的監(jiān)控與管理。

5.系統(tǒng)搭建

在上述現(xiàn)場改造和完善后，開發(fā)系統(tǒng)平臺，納入所有現(xiàn)場工作人員在平臺上開展工作，并進行相應(yīng)數(shù)據(jù)管理。建設(shè)模塊主要包括數(shù)字井場、生產(chǎn)管理、工作平臺、裝備管理、HSE、資料管理、實時數(shù)據(jù)和隊伍管理。

（1）數(shù)字井場：主要利用3D建模等技術(shù)，真實再現(xiàn)井場布局與周邊環(huán)境，集成實時參數(shù)和關(guān)鍵位置視頻監(jiān)控，多維度展示現(xiàn)場工作狀態(tài)，可遠程實時掌握現(xiàn)場實際情況，包括現(xiàn)場作業(yè)車、高壓管匯、設(shè)備等三維模型構(gòu)建，展示設(shè)備運行狀態(tài)。

（2）生產(chǎn)管理：生產(chǎn)組織實行流程管理，訂單式保障，組織過程留痕，考核精準透明，物資配送更加有序，生產(chǎn)組停自動預(yù)警，生產(chǎn)運行更加高效[4]。

（3）工作平臺：建立了一套以“數(shù)據(jù)”驅(qū)動工作流程的現(xiàn)場工作模式，搭建工程師工作平臺，增強工程師對現(xiàn)場的感知度，及時獲取預(yù)警提示，指導(dǎo)工程師更好地進行下一步工作。與EISC專家、主操手聯(lián)動，快速科學(xué)地制定措施，形成決策，推進作業(yè)現(xiàn)場標準化、規(guī)范化管理，保證作業(yè)安全受控[5]。

（4）裝備管理：基于EISS已建立的設(shè)備管理系統(tǒng)，開展設(shè)備從建檔、運轉(zhuǎn)、維護保養(yǎng)、檢測、檢查、調(diào)撥、修理、更新、改造直至報廢的全生命周期管理，包括設(shè)備信息查詢、設(shè)備運行數(shù)據(jù)管理、設(shè)備調(diào)撥流程管理、設(shè)備檢查、設(shè)備維修流程管理、設(shè)備檢查管理。

（5）井控管理進行井控資料和井控設(shè)備管理。井控資料包括演習(xí)記錄、檢查保養(yǎng)記錄、井控領(lǐng)導(dǎo)小組和應(yīng)急預(yù)案。

（6）HSE管理主要為智能辨別系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)理和HSE資料庫。

（7）資料管理主要是匯總各類資料，包括工程和生產(chǎn)資料、設(shè)備資料、HSE資料和隊伍資料。

（8）實時數(shù)據(jù)為集中展示工程數(shù)據(jù)、裝備數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)。

（9）隊伍管理主要包括黨建信息、隊伍信息和生產(chǎn)小秘書等功能。

6.數(shù)據(jù)管理需求

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理需以數(shù)據(jù)源頭為切入點，建立完善的數(shù)據(jù)標準化體系、科學(xué)的運維保障體系，從而達到數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的目的，保障入庫數(shù)據(jù)質(zhì)量。具體需滿足以下功能需求：

（1）具備流量負載的反饋控制能力，尤其是對于實時數(shù)據(jù)，需要根據(jù)數(shù)據(jù)特點進行過濾及抽取，兼顧數(shù)據(jù)質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)流量。

（2）完備的數(shù)據(jù)質(zhì)控功能，完善的數(shù)據(jù)資產(chǎn)質(zhì)量、使用、申請及發(fā)布等管控功能，即時生效的離線數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)斷點續(xù)傳功能。

（3）良好的、可擴展的數(shù)據(jù)服務(wù)架構(gòu)，實時數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)以及文檔數(shù)據(jù)需要分拆成基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)單元，終極目標為分解成原始數(shù)據(jù)。

（4）多種手段保證數(shù)據(jù)服務(wù)接口的安全訪問機制，根據(jù)數(shù)據(jù)服務(wù)接口種類的不同，區(qū)分不同的安全訪問手段（用戶令牌、安全簽名等）。

（5）保證數(shù)據(jù)服務(wù)接口的一貫性，確保其使用者（調(diào)用數(shù)據(jù)服務(wù)的應(yīng)用）不受系統(tǒng)內(nèi)部調(diào)整的影響。數(shù)據(jù)服務(wù)接口必須保證單向輸出，確保數(shù)據(jù)使用者只能讀取，保證系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)不受使用者影響（即服務(wù)者與使用者只有單向數(shù)據(jù)服務(wù)，且互不影響）。

（6）數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量統(tǒng)計分析及靈活調(diào)整，具有數(shù)據(jù)服務(wù)的用戶群體、訪問頻度、數(shù)據(jù)準確率等情況的統(tǒng)計分析功能，根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)服務(wù)情況可以靈活進行數(shù)據(jù)服務(wù)調(diào)整。

7.集成需求

系統(tǒng)需滿足下列集成需求：

（1）快捷集成。成熟的專業(yè)軟件僅需最少的改造即可集成到平臺上，即專業(yè)軟件仍是一個有機整體，只需增加少量與系統(tǒng)通信的接口，包括數(shù)據(jù)接口、消息接口等。

（2）多樣化集成。系統(tǒng)需支持不同平臺、不同開發(fā)語言、不同部署方式的專業(yè)軟件的集成。系統(tǒng)需保證專業(yè)軟件的運行環(huán)境相對獨立，不會出現(xiàn)軟件之間互相沖突的情況。

（3）有權(quán)限的數(shù)據(jù)共享。系統(tǒng)需提供標準數(shù)據(jù)接口，可將各專業(yè)軟件產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一存儲和應(yīng)用。系統(tǒng)需對敏感數(shù)據(jù)提供加密存儲，對重要數(shù)據(jù)提供備份策略。各專業(yè)軟件之間可進行數(shù)據(jù)有權(quán)限的共享，達到數(shù)據(jù)一次錄入、多處可用的目的。

（4）統(tǒng)一管理。系統(tǒng)需提供統(tǒng)一的軟件許可管理方式、軟件升級維護管理方式，以及軟件計算資源池的統(tǒng)一管理方式。

三、結(jié)語

在前期鉆井作業(yè)數(shù)字化研究基礎(chǔ)上，修井數(shù)字化作業(yè)主要開展修井作業(yè)數(shù)據(jù)庫搭建、作業(yè)現(xiàn)場物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)、修井工程師工作平臺搭建、修井工程作業(yè)智能支持中心搭建等方面的研究，最終建立一套基于EISC平臺的能夠?qū)崿F(xiàn)對修井作業(yè)現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)實時收集和監(jiān)控的軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)修井作業(yè)數(shù)字化、智能化管理。

參考文獻

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作者單位：川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院

責(zé)任編輯：王穎振 鄭凱津