新疆油田數(shù)據(jù)公司 蘇偉

華北油田公司 肖兵

北京亞控科技發(fā)展有限公司 郝鵬宇 張彥國 蘇家海

1 引言

分布在廣闊地域上的采油井需要大量的人員跑現(xiàn)場、抄表，現(xiàn)場惡劣的環(huán)境不但增加了員工的工作負(fù)擔(dān)，降低了工作效率，更導(dǎo)致了石油公司運營成本的增加。怎樣優(yōu)化現(xiàn)有工藝，降低公司運營成本，是石油公司面臨的一大挑戰(zhàn)。

在互聯(lián)網(wǎng)不斷深化應(yīng)用的今天，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)隨著智能感知芯片、移動嵌入式系統(tǒng)、云計算等理念和技術(shù)的研究和發(fā)展日趨成熟。2010年10月18日在國務(wù)院正式下發(fā)的《關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》中，將物聯(lián)網(wǎng)作為我國七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，將“以信息化帶動工業(yè)化，以工業(yè)化促進(jìn)信息化，推動工業(yè)化與信息化有機(jī)融合，促進(jìn)工業(yè)由大變強(qiáng)”的“兩化融合”政策變?yōu)閲覒?zhàn)略。在這一大背景下，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)字化油田與智能油田的概念逐步發(fā)展起來。

2 平臺概述

采油廠采用的采油物聯(lián)網(wǎng)平臺基于物聯(lián)網(wǎng)傳感器、變送器技術(shù)，實現(xiàn)采油井工作狀態(tài)的自動化監(jiān)視和數(shù)據(jù)采集；基于GPRS、WiFi等遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)，實現(xiàn)對分布在廣闊地域上的采油生產(chǎn)工藝流程中的工作數(shù)據(jù)的集成；基于工業(yè)實時數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)海量生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時管理與歷史存儲；基于功圖、宏觀信息圖等技術(shù)完成產(chǎn)油預(yù)測、統(tǒng)計，實現(xiàn)挖潛增產(chǎn)計劃安排；最終基于組態(tài)技術(shù)將生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)以流程、圖表、聲光報警、Web頁面等形式可視化呈現(xiàn)，輔助采油廠進(jìn)行生產(chǎn)經(jīng)營調(diào)度管理以及決策分析。北京亞控科技的整套采油物聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)軟件平臺采用SOA技術(shù)開發(fā)，模塊化設(shè)計，重點實現(xiàn)井組、管線、站（庫）等基本生產(chǎn)單元的管控一體化。

3 平臺架構(gòu)

采油生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)平臺由軟件和硬件設(shè)備及設(shè)施兩個大部分組成。軟件部分采用了北京亞控科技提供的采油生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺。該軟件平臺采用了先進(jìn)的三層結(jié)構(gòu)設(shè)計：數(shù)據(jù)采集層，數(shù)據(jù)存儲層，數(shù)據(jù)展示應(yīng)用層。得利于SOA技術(shù)，三個功能層相互獨立而又相互協(xié)作，共同實現(xiàn)整個平臺應(yīng)用功能。平臺整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

硬件部分包括通訊鏈路層和現(xiàn)場設(shè)備層。平臺通訊鏈路全面支持有線及現(xiàn)行主流各類無線傳輸方式。邊遠(yuǎn)地區(qū)井場數(shù)據(jù)、信息通過數(shù)傳電臺，無線網(wǎng)橋，RTU等無線傳輸設(shè)備，匯聚到上層向數(shù)據(jù)中心發(fā)送。各級通訊鏈路均采用冗余機(jī)制，為數(shù)據(jù)的安全傳遞創(chuàng)建了穩(wěn)健的渠道。

現(xiàn)場設(shè)備：井場各變送器及RTU等設(shè)備都配置獨立的64位RFID射頻識別碼，通過手抄器的方式錄入到數(shù)據(jù)庫中做操作。

圖2 功圖功能組件在平臺中的應(yīng)用方式

軟件平臺通過行業(yè)功能組件的方式，針對采油行業(yè)提供其專門的行業(yè)組件，使平臺滿足行業(yè)特殊需求。強(qiáng)化行業(yè)功能，圖2所示是功圖功能組件在平臺中的應(yīng)用方式。

4 平臺功能

圖3 軟件平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

軟件平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如圖3所示。平臺通過各個子系統(tǒng)實現(xiàn)了以下功能：

（1）生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時采集

實時采集油氣水井生產(chǎn)數(shù)據(jù)、計量間生產(chǎn)數(shù)據(jù)、站庫生產(chǎn)數(shù)據(jù)、集輸管網(wǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及其它各類相關(guān)信息。

（2）生產(chǎn)過程自動控制

實現(xiàn)單井、注采計量站、油氣處理站（廠）的生產(chǎn)過程閉環(huán)控制，以及單井的自動量油，提高生產(chǎn)運行的可靠性和穩(wěn)定性。

（3）生產(chǎn)異常自動報警

生產(chǎn)異常時，預(yù)警信息自動彈出，聲音提示、報警通知相關(guān)人員及時處理。并可對歷史報警記錄進(jìn)行回放、查看。

（4）生產(chǎn)環(huán)境自動監(jiān)測

通過傳感器信息與視頻采集信息相結(jié)合，實現(xiàn)對生產(chǎn)環(huán)境中可燃?xì)怏w、有毒有害氣體的監(jiān)測以及重點井、高危井、偏遠(yuǎn)井的全方位監(jiān)控。

（5）生產(chǎn)報表自動生成

可自動生成井、站、作業(yè)區(qū)的相關(guān)生產(chǎn)報表，自動繪制相應(yīng)曲線，同時完成存儲、查詢。

（6）系統(tǒng)自檢自動進(jìn)行

支持設(shè)備的在線更新?？蓪W(wǎng)絡(luò)設(shè)備、現(xiàn)場儀表等數(shù)字化設(shè)備定時自動巡檢，對故障設(shè)備進(jìn)行報警提示。

5 平臺特色

5.1 宏觀信息圖

系統(tǒng)采用宏觀信息圖，把GIS地理信息系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)OCX控件嵌入到平臺中，并進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)交互，能有效的使用GIS的圖形縮放功能，展示不同的圖層單元。這樣完整分析油田生產(chǎn)潛力，為增產(chǎn)措施的科學(xué)管理與實施提供技術(shù)知識和信息保障，為實現(xiàn)采油生產(chǎn)最佳實踐分析提供有力工具。

并且宏觀圖能根據(jù)平臺采集的油井?dāng)?shù)據(jù)做相關(guān)動態(tài)展示。把一個油田的地面圖用地層界線分開，地面布置相應(yīng)的站庫圖標(biāo)和單井圖標(biāo)，開井用綠色，關(guān)井用紅色。

在該頁面可以一目了然的了解到當(dāng)前管理單元的下屬油井：總井?dāng)?shù)、實時開機(jī)數(shù)量、實時停機(jī)數(shù)量、未巡檢地址停機(jī)數(shù)量、油井地理分布運行情況，以及油井的日生產(chǎn)信息和油井開機(jī)時率信息。

5.2 行業(yè)組件應(yīng)用

我國抽油機(jī)井的井?dāng)?shù)占生產(chǎn)井?dāng)?shù)的90%左右。而示功圖是反映有桿泵抽油機(jī)工作狀態(tài)最直觀有效的分析手段。通過示功圖自動識別，工作人員能夠及時發(fā)現(xiàn)抽油機(jī)砂卡、脫桿、凡爾漏失等工作狀態(tài)的變化和供液不足、氣體影響等油藏的動態(tài)變化，并排除抽油機(jī)工作故障。采油生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)平臺的功圖控件可以實現(xiàn)多功圖的疊加顯示，以作功圖比較之用。提供人工修正油井工況的操作。可以自動將對應(yīng)油井的最新功圖刷新顯示。整個功圖控件主要實現(xiàn)識別與計產(chǎn)兩個功能。

5.2.1功圖識別

利用模型分析，能快速對每一口油井的實時功圖進(jìn)行智能識別分析，從而得出抽油機(jī)狀態(tài)，并根據(jù)功圖數(shù)據(jù)得出抽油機(jī)故障報警，按照故障的嚴(yán)重程度，抽油機(jī)工況分成三級報警。一級報警（抽油桿斷脫、嚴(yán)重供液不足等）會在監(jiān)控室立刻彈出報警窗并進(jìn)行聲光報警提醒相關(guān)人員快速處理；二級報警會進(jìn)行聲音提示；三級報警短促聲音提示后自動存入報警庫。

5.2.2 功圖計產(chǎn)

功圖計產(chǎn)是通過識別示功圖取得有效沖程，結(jié)合抽油泵徑、沖數(shù)和原油物性參數(shù)計算出油井產(chǎn)液量。充分考慮油層物性、井筒復(fù)雜狀況的影響，每天對多個實測示功圖計算，求出油井平均產(chǎn)量，從而較為精確地實現(xiàn)功圖噸液計產(chǎn)。計量結(jié)果可以以棒圖、餅圖、折線圖等多種方式做直觀展示。

5.2.3 平衡度分析

平臺系統(tǒng)通過對示功圖以及動液面曲線等相關(guān)數(shù)據(jù)的的分析實現(xiàn)對采油機(jī)的平衡度及效率分析，為能耗管理提供數(shù)據(jù)支持。

5.3 海量數(shù)據(jù)快速存取

生產(chǎn)數(shù)據(jù)都是時序數(shù)據(jù)，使用一般的關(guān)系庫進(jìn)行處理既浪費空間又效率低下。在采用平臺內(nèi)部的工業(yè)實時數(shù)據(jù)庫對功圖數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲后，數(shù)據(jù)壓縮到了原始數(shù)據(jù)大小的10%。系統(tǒng)在積累長時間的數(shù)據(jù)后，節(jié)省磁盤空間效果特別突出。工業(yè)實時數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用不僅在節(jié)省數(shù)據(jù)容量上效果突出，而且數(shù)據(jù)存取速度極快，即使是從10年的海量數(shù)據(jù)庫中讀取大規(guī)模的功圖信息，查詢反應(yīng)時間均小于2秒。工業(yè)實時數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用比較如表1所示。

表1 工業(yè)實時數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用比較

5.4 全方位安全感知

在平臺內(nèi)部SCADA技術(shù)與視頻監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)動，形成了更加安全的防范系統(tǒng)。對需要進(jìn)行監(jiān)控的井場、站（廠）和建筑物內(nèi)（外）的主要公共活動場所及通道、重要部位和區(qū)域等進(jìn)行有效的視頻監(jiān)視，達(dá)到一個全面監(jiān)視控制的程度。

正常狀態(tài)下攝像頭按照常規(guī)進(jìn)行存檔刪除，而對于非正常的記錄，把系統(tǒng)報警前后的一段時間的視頻記錄單獨保存下來，這樣便于事故視頻的調(diào)出和事故的事件管理。為使用者提供了智能分析入侵者、自動判斷煙情、火情、物品看管、遺留物檢測、目標(biāo)種類識別、人體行為檢測、自動報警、自動智能錄像等系列的智能自動化視頻監(jiān)控系統(tǒng)，確保油田的各種重要場所的安防工作。

5.5 設(shè)備在線運維

平臺能夠自動響應(yīng)生產(chǎn)設(shè)備的變化：如設(shè)備更換、新設(shè)備加入、舊設(shè)備刪除等；自動的適應(yīng)設(shè)備變化后的數(shù)據(jù)采集，不需要中斷當(dāng)前平臺運行狀態(tài)。

經(jīng)手持器掃碼設(shè)備的RFID后，KingExchange軟件平臺，實現(xiàn)在線自動響應(yīng)硬件更新。無論是變送器的替換，還是新油井的投產(chǎn)，該軟件平臺能夠自動的識別新的硬件，并將該硬件的信息創(chuàng)建到解決方案數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心之上的數(shù)據(jù)分析與展示軟件同樣能夠在線自動的識別硬件數(shù)據(jù)更新，能夠自動的管理、展示硬件更新。變送器、傳感器等現(xiàn)場設(shè)備異?；螂娏坎蛔銜r自動向系統(tǒng)上報，系統(tǒng)可快速定位到具體的站點、設(shè)備，無需再進(jìn)行拉網(wǎng)式的檢修排查。

5.6 平臺無關(guān)性

整套平臺適用于Windows，Linux，Unix等各種環(huán)境。在軟件上實現(xiàn)了對IPv6的支持。

5.7 移動終端應(yīng)用

全面支持移動平臺訪問。支持基于Mac iOS，Android，以及Windows Phone等系統(tǒng)的移動終端，為更加自由、方便的進(jìn)行工作提供了條件。

6 總結(jié)

整個采油生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)平臺通過建立一套覆蓋采油廠生產(chǎn)全過程的系統(tǒng)，構(gòu)建了生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動采集、關(guān)鍵過程聯(lián)鎖控制、工藝流程可視化展示、生產(chǎn)過程實時監(jiān)測的綜合信息平臺。達(dá)到了強(qiáng)化安全管理、突出過程監(jiān)控、優(yōu)化管理模式，優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)、提高效益的目標(biāo)。