褚金金

大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠

隨著油田成本增加及投資壓力越來(lái)越大，近年來(lái)地面系統(tǒng)積極推近各項(xiàng)控本增效措施，以提高生產(chǎn)運(yùn)行效率，節(jié)約運(yùn)行成本。喇嘛甸油田結(jié)合相關(guān)規(guī)劃要求及上級(jí)的指示精神，開(kāi)展喇十七深度污水、注水站無(wú)人值守模式的創(chuàng)建。首次實(shí)現(xiàn)并突破大型離心泵遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)減員提效目標(biāo)，提高站庫(kù)數(shù)字化管理，實(shí)現(xiàn)站庫(kù)整體信息化。根據(jù)數(shù)字油田未來(lái)發(fā)展方向，數(shù)字化站庫(kù)應(yīng)逐漸向智能化站庫(kù)跨越，在喇十七無(wú)人值守站庫(kù)的基礎(chǔ)上開(kāi)展智能化平臺(tái)開(kāi)發(fā)，具有重要的意義[1]。

1 建設(shè)背景及發(fā)展歷程

按照集團(tuán)公司總體要求，“十四五”實(shí)現(xiàn)“數(shù)字中國(guó)石油”建設(shè)，積極推進(jìn)油田數(shù)字化建設(shè)，由點(diǎn)及面、整體推進(jìn)，在“十四五”末實(shí)現(xiàn)全油田井、間、站數(shù)字化的全覆蓋，形成“建、維、管”三套體系，按照“數(shù)字油田、智能油田、智慧油田”三步走戰(zhàn)略，逐步替代員工的“眼”遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集，“手”仿真模擬、遠(yuǎn)程監(jiān)控，“腦”預(yù)測(cè)預(yù)判、動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而全面推進(jìn)數(shù)字化建設(shè)。

喇嘛甸油田2010 年開(kāi)始數(shù)字化建設(shè)，針對(duì)站庫(kù)PLC 系統(tǒng)進(jìn)行改造；2013 年對(duì)喇二聯(lián)合站集中監(jiān)控、合崗設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)大型站庫(kù)數(shù)字化改造；2016 年持續(xù)推進(jìn)大中型站庫(kù)集中監(jiān)控建設(shè)；2017年開(kāi)始智能化建設(shè)探索，實(shí)現(xiàn)供電、注入系統(tǒng)無(wú)人值守建設(shè)；2020 年持續(xù)推進(jìn)數(shù)字化建設(shè)進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)油田首座喇十七站庫(kù)無(wú)人值守建設(shè)。

2 無(wú)人值守建設(shè)研究

近年來(lái)大慶油田采油六廠地面系統(tǒng)積極推近各項(xiàng)控本增效措施，以提高生產(chǎn)運(yùn)行效率，節(jié)約運(yùn)行成本。結(jié)合相關(guān)規(guī)劃要求，開(kāi)展喇十七深度污水、注水站無(wú)人值守模式的創(chuàng)建，為今后的污水、注水站庫(kù)數(shù)字化無(wú)人值守改造提供技術(shù)支撐[2]。

2.1 站庫(kù)建設(shè)現(xiàn)狀

喇十七深度污水、注水站于1993 年10 月建成投產(chǎn)。注水站現(xiàn)有注水泵3 臺(tái)，冷卻水泵2 臺(tái)，稀油站1 座，2 000 m3污水罐2 座，200 m3冷卻水罐1座，冷卻塔1 座。主要負(fù)責(zé)喇十七深度污水站污水回注。深度污水處理站現(xiàn)有升壓泵3 臺(tái)，反沖洗泵2 臺(tái)，回收水泵3 臺(tái)，變壓器2 臺(tái)，500 m3緩沖罐2座，1 000 m3反沖洗水罐1 座；一次壓力式過(guò)濾罐8座，二次壓力式過(guò)濾罐8 座；現(xiàn)有污水處理流程、注水流程、濾罐反沖洗流程三個(gè)主要工藝流程。

2.2 無(wú)人值守建設(shè)及改造

2019 年，喇嘛甸油田對(duì)喇十七深度污水、注水站進(jìn)行合崗設(shè)計(jì)改造，新建控制和監(jiān)視系統(tǒng)，中控室設(shè)立在第二油礦機(jī)關(guān)院內(nèi)，中心控制室與喇十七站庫(kù)直線距離為2.7 km，采用光纜進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，注水電動(dòng)機(jī)急停采用電信號(hào)方式進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。喇十七深度污水、注水站無(wú)人值守建設(shè)，以確保安全生產(chǎn)為重點(diǎn)，以全面數(shù)據(jù)采集為目標(biāo)，對(duì)重要生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制、關(guān)鍵生產(chǎn)參數(shù)智能預(yù)警，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守站庫(kù)按照無(wú)人值守進(jìn)行設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)的點(diǎn)位采集和控制點(diǎn)位共481 個(gè)。站庫(kù)控制系統(tǒng)輸入輸出量（I/O）點(diǎn)位統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 喇十七站庫(kù)控制系統(tǒng)I/O 數(shù)量統(tǒng)計(jì)Tab.1 I/O quantity statistics of La 17 station/depot control system

喇十七站庫(kù)投產(chǎn)運(yùn)行后，具有周界報(bào)警、參數(shù)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制及視頻監(jiān)控等功能，通過(guò)喇十七無(wú)人值守建設(shè)探索，創(chuàng)建了大慶油田設(shè)計(jì)院污水、注水站無(wú)人值守企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，喇十七深度污水、注水站成為“全站庫(kù)、多崗位”“集中監(jiān)控、無(wú)人值守”模式的站庫(kù)。

3 無(wú)人值守智能化探索

喇十七無(wú)人值守示范站庫(kù)通過(guò)一年多的生產(chǎn)運(yùn)行，已基本實(shí)現(xiàn)站庫(kù)無(wú)人值守、定期巡檢，持續(xù)跟蹤站庫(kù)運(yùn)行情況的功能，結(jié)合油田公司改革模式，以及數(shù)字油田未來(lái)發(fā)展方向，喇十七無(wú)人值守的建設(shè)模式還具有一定的改善空間。因此，開(kāi)展喇十七站庫(kù)智能化平臺(tái)深化探索，進(jìn)一步完善數(shù)字化站庫(kù)的無(wú)人值守，提升數(shù)據(jù)運(yùn)用深度、三維可視化建設(shè)等11 項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，以智能平臺(tái)為輔助，形成油田最前沿的喇十七無(wú)人值守建設(shè)模式[3]。

3.1 存在的問(wèn)題

隨著前線值班人員全部撤回，喇十七污水、注水站成為“全站庫(kù)、多崗位”全部運(yùn)行的“集中監(jiān)控、無(wú)人值守”模式的站庫(kù)，通過(guò)1 年多的運(yùn)行，持續(xù)跟蹤現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)主要存在以下三個(gè)問(wèn)題：

（1）采集數(shù)據(jù)顯示誤差。現(xiàn)場(chǎng)部分儀表傳輸方式無(wú)法滿足上傳需求，站內(nèi)部分流量計(jì)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)位與上位機(jī)數(shù)據(jù)存在差值，該通信方式為4～20 mA信號(hào)傳輸，通過(guò)累加進(jìn)行底數(shù)計(jì)算，長(zhǎng)時(shí)間存在差值后，底數(shù)的誤差以萬(wàn)方計(jì)，存在顯示誤差。

（2）操作節(jié)點(diǎn)缺少控制。隨著站庫(kù)運(yùn)行時(shí)間的增加，結(jié)合生產(chǎn)、巡檢及員工的設(shè)備操作過(guò)程，如升壓泵的出口壓力監(jiān)測(cè)、冷卻水回注閥門的開(kāi)關(guān)及回收水泵的就地啟動(dòng)等，導(dǎo)致員工需要到現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，出現(xiàn)頻繁操作設(shè)備的情況，不符合站庫(kù)無(wú)人值守的控制模式。

（3）采集數(shù)據(jù)利用率低。按照公司數(shù)字化油田的發(fā)展戰(zhàn)略，喇十七站庫(kù)系統(tǒng)存在功能不完善的缺陷，系統(tǒng)內(nèi)缺少設(shè)備健康管理，數(shù)據(jù)沒(méi)有深度運(yùn)用，平臺(tái)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)深度不夠，無(wú)法滿足站庫(kù)無(wú)人值守智能化需求。

3.2 無(wú)人值守智能化建設(shè)方案

喇十七數(shù)字化無(wú)人值守站庫(kù)已基本完成站庫(kù)的數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程傳輸、安全預(yù)警、基礎(chǔ)感知等功能。結(jié)合站庫(kù)的運(yùn)行情況及智能油田的發(fā)展需求，應(yīng)持續(xù)開(kāi)展站庫(kù)數(shù)據(jù)的深化應(yīng)用、控制完善、分析預(yù)警、決策能力等功能，將喇十七打造成智能化站庫(kù)[4]。

3.2.1 總體建設(shè)思路

喇十七站庫(kù)智能化無(wú)人值守按照一個(gè)核心三個(gè)細(xì)則（既以智能化平臺(tái)為核心，站場(chǎng)信息“全”感知、站場(chǎng)狀態(tài)“深”分析、站場(chǎng)事件“快”響應(yīng)為三個(gè)細(xì)則），分析喇十七站庫(kù)現(xiàn)有建設(shè)情況，完善響應(yīng)功能，從而實(shí)現(xiàn)智能化無(wú)人值守。

3.2.2 全面感知技術(shù)方案

全面感知主要包括生產(chǎn)數(shù)據(jù)（場(chǎng)站核心工藝職能相關(guān)的數(shù)據(jù)，例如輸送過(guò)程中的壓力、溫度、流量，上下游計(jì)量和審計(jì)數(shù)據(jù)等）、設(shè)備數(shù)據(jù)（包括生產(chǎn)設(shè)備和輔助設(shè)備的本體狀態(tài)數(shù)據(jù)）、環(huán)境數(shù)據(jù)（場(chǎng)站生產(chǎn)環(huán)境例如供電、通信等相關(guān)數(shù)據(jù)）、能耗數(shù)據(jù)（場(chǎng)站的用能信息）、安防數(shù)據(jù)（監(jiān)控視頻流、周界安防數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)識(shí)別、門禁信息等）、消防和安全數(shù)據(jù)（消防設(shè)施狀態(tài)、可燃?xì)怏w傳感器數(shù)據(jù)、有毒有害氣體傳感器數(shù)據(jù)）、新增系統(tǒng)數(shù)據(jù)（用于支撐無(wú)人值守的其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，例如巡檢機(jī)器人數(shù)據(jù)、無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)、音頻監(jiān)控信息數(shù)據(jù)）。針對(duì)喇十七無(wú)人值守現(xiàn)有功能，完善相應(yīng)智能化感知，實(shí)現(xiàn)智能無(wú)人值守[5]。

（1）完善生產(chǎn)數(shù)據(jù)。調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)傳輸方式，將現(xiàn)場(chǎng)的4～20 mA 的信號(hào)傳輸方式，調(diào)整為RS485 傳輸方式，不通過(guò)計(jì)算的方式累加底數(shù)，用RS485 的模式直接采集單塊儀表內(nèi)的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。根據(jù)調(diào)研，現(xiàn)場(chǎng)儀表均具有RS485 功能，注水站已有RS485 控制模塊，需要在污水站控制柜內(nèi)增加1 個(gè)RS485 通信模塊。

（2）完善安防數(shù)據(jù)。增設(shè)視頻AI 識(shí)別，通過(guò)視頻采集+智能算法+智能檢測(cè)+統(tǒng)計(jì)分析，完成人臉、煙火、車輛的識(shí)別與檢測(cè)，系統(tǒng)對(duì)人員、動(dòng)物入侵進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別及預(yù)警，與視頻系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，顯示異常位置的監(jiān)控視頻，在識(shí)別報(bào)警后，系統(tǒng)自動(dòng)播放預(yù)定喊話內(nèi)容或由中控人員遠(yuǎn)程喊話。

（3）完善新增系統(tǒng)數(shù)據(jù)。增設(shè)區(qū)域安防系統(tǒng)，結(jié)合在建相控雷達(dá)預(yù)警系統(tǒng)，通過(guò)平臺(tái)開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)站庫(kù)安防與監(jiān)測(cè)管轄范圍內(nèi)的雷達(dá)系統(tǒng)連鎖動(dòng)作，快速定位偷盜位置，并根據(jù)油田路網(wǎng)拓?fù)鋱D，快速制定導(dǎo)航路線，有效降低采油、盜油、盜電案件的發(fā)生。增設(shè)無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢，將站庫(kù)坐標(biāo)輸入飛控系統(tǒng)，無(wú)人機(jī)根據(jù)GPS 導(dǎo)航飛達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。機(jī)體搭載可見(jiàn)光云臺(tái)和紅外云臺(tái)，實(shí)現(xiàn)晝夜連續(xù)視頻傳輸，調(diào)控中心通過(guò)對(duì)比，對(duì)站庫(kù)設(shè)備設(shè)施、人員闖入等進(jìn)行巡查，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)組織人員進(jìn)行處置[6]。

（4）完善能耗數(shù)據(jù)。對(duì)同一網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的電力、清水等能源數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和集控，實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，對(duì)實(shí)時(shí)和歷史能耗數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)歸納總結(jié)單臺(tái)設(shè)備的能耗波峰和波谷值，根據(jù)波谷值，挖掘最優(yōu)的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。

3.2.3 深化分析技術(shù)方案

目前，在喇十七站庫(kù)的相關(guān)系統(tǒng)中，已經(jīng)有一些簡(jiǎn)單的分析功能。例如機(jī)泵的溫度監(jiān)視，根據(jù)預(yù)值上限設(shè)定報(bào)警，實(shí)現(xiàn)機(jī)泵的遠(yuǎn)程停泵。但是，這些系統(tǒng)缺乏深度數(shù)據(jù)的分析運(yùn)用，即基于機(jī)理的模型的運(yùn)用。以污水站應(yīng)急處置流程為例，根據(jù)HAZOP 分析，最終安全控制節(jié)點(diǎn)為污水池液位，系統(tǒng)根據(jù)液位上限報(bào)警，聯(lián)鎖關(guān)閉來(lái)水閥門。建立分析模型后，引入管道流量累計(jì)數(shù)值、罐體液位、機(jī)泵運(yùn)行狀態(tài)等，分析計(jì)算、精確定位問(wèn)題所在，可提前介入應(yīng)急流程，避免事故的發(fā)生[7]。

（1）增加節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)和控制。增加壓力、液位、視頻等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)，增加閥門及運(yùn)行設(shè)備遠(yuǎn)程控制功能，將現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳回中心值班室，崗位員工可在值班室內(nèi)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、控制和調(diào)整設(shè)備，除正常巡檢和維護(hù)外，無(wú)需到現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、啟停設(shè)備[8]。

（2）增加運(yùn)行數(shù)據(jù)分析及智能調(diào)控。根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，增加數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)算法，依據(jù)智能分析結(jié)果，預(yù)判當(dāng)前生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行線性調(diào)控，直至設(shè)備運(yùn)行正常并記錄操作日志，對(duì)無(wú)效調(diào)控及時(shí)給出預(yù)警，并回退調(diào)控前狀態(tài)，提示調(diào)控異常，且系統(tǒng)自動(dòng)判斷是否能智能調(diào)控站庫(kù)設(shè)備。如果可以使異常數(shù)據(jù)恢復(fù)正常，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出自動(dòng)調(diào)控指令，遠(yuǎn)程調(diào)控相關(guān)設(shè)備，使報(bào)警數(shù)據(jù)恢復(fù)，并記錄調(diào)控記錄。

（3）增加數(shù)據(jù)智能整理系統(tǒng)，新增報(bào)表生成系統(tǒng)。將站控系統(tǒng)采集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，在每天規(guī)定時(shí)間，按照要求自動(dòng)上傳至報(bào)表生成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)報(bào)表的自動(dòng)生成。報(bào)表內(nèi)數(shù)據(jù)與前一天報(bào)表數(shù)據(jù)進(jìn)行線性分析對(duì)比，若差值過(guò)大，該數(shù)據(jù)在報(bào)表中調(diào)整為紅字。

（4）增加設(shè)備生命周期管理。不斷采集動(dòng)態(tài)設(shè)備的數(shù)據(jù)，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行模型算法建設(shè)并進(jìn)行智能分析，依據(jù)智能分析成果，結(jié)合設(shè)備基礎(chǔ)信息，開(kāi)發(fā)設(shè)備全生命周期集控功能。根據(jù)系統(tǒng)采集設(shè)備的參數(shù)變化情況，判斷設(shè)備的健康狀態(tài)，生成設(shè)備狀態(tài)報(bào)告，自動(dòng)制定設(shè)備維護(hù)計(jì)劃，崗位員工按照設(shè)備維護(hù)計(jì)劃進(jìn)行設(shè)備維護(hù)。

（5）增加管道完整性管理。使用管道探測(cè)儀完成對(duì)場(chǎng)站內(nèi)地下管道的探測(cè)工作，并完成對(duì)管線附屬信息（包括坐標(biāo)信息、埋深信息、探測(cè)點(diǎn)屬性信息等）記錄入庫(kù)，按照站庫(kù)的布局、工藝進(jìn)行三維可視化建設(shè)，呈現(xiàn)站庫(kù)地上、地下運(yùn)行情況，具備關(guān)鍵點(diǎn)位的控制功能，使儀表數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)與現(xiàn)場(chǎng)相同，顯示直觀、可靠。

3.2.4 快速響應(yīng)技術(shù)方案

場(chǎng)站事件“快”響應(yīng)是對(duì)場(chǎng)景立體投射技術(shù)運(yùn)用的延續(xù)，同時(shí)也對(duì)無(wú)人值守中控系統(tǒng)的云邊一體的能力提出了要求[9]。這需要兩個(gè)層級(jí)同時(shí)發(fā)力，具體操作主要分為三步：一是站庫(kù)全維度數(shù)據(jù)/信息獲取，分層級(jí)構(gòu)架獲取靜態(tài)及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)；二是基于立體直觀的實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)展示，給出當(dāng)前站庫(kù)的準(zhǔn)確狀態(tài)；三是以成熟的三維模型為基礎(chǔ)，對(duì)不同的場(chǎng)站事件做出準(zhǔn)確響應(yīng)，本地自動(dòng)處理或信息推送至人工操作端。應(yīng)針對(duì)喇十七現(xiàn)有無(wú)人值守模式，完善快速響應(yīng)操作機(jī)制。

（1）建立數(shù)字孿生站庫(kù)。以站庫(kù)二、三維可視化為核心，建立三維模型，等比例還原工藝流程、設(shè)備布置，以圖形化、可視化的方式查看站庫(kù)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。充分利用數(shù)據(jù)、站場(chǎng)模型，多尺度完成系統(tǒng)映射，建立數(shù)字孿生站庫(kù)，反映出現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、工藝的全生命周期過(guò)程[10]。

（2）AR 定期巡檢。在數(shù)字孿生站庫(kù)基礎(chǔ)上，設(shè)定自動(dòng)巡檢路線，系統(tǒng)自動(dòng)反饋巡檢路線，上傳巡檢結(jié)果，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題自動(dòng)報(bào)警，記錄每次巡檢數(shù)據(jù)，逐步實(shí)現(xiàn)智能系統(tǒng)代替人、超過(guò)人、全過(guò)程、全時(shí)段的自動(dòng)巡檢[11]。

4 智能油田展望

近年來(lái)，大慶油田采油六廠穩(wěn)步推進(jìn)數(shù)字化油氣田建設(shè)，取得了一些成效，但距離實(shí)現(xiàn)智能化油氣田建設(shè)目標(biāo)，還有很大差距，與國(guó)家大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、智能化發(fā)展戰(zhàn)略相比，差距更大。未來(lái)油田發(fā)展由產(chǎn)量向效益轉(zhuǎn)變，智能油田建設(shè)應(yīng)緊緊圍繞“價(jià)值創(chuàng)造”這一核心，以BCI 為主導(dǎo)方向，實(shí)現(xiàn)“兩化”深度融合、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展。智能生產(chǎn)的應(yīng)用，基于油藏經(jīng)營(yíng)優(yōu)化指標(biāo)，應(yīng)用實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)建立配套生產(chǎn)模型，完成自動(dòng)控制，智能優(yōu)化調(diào)參、智能診斷、智能統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)油水井、站庫(kù)、集輸流程生產(chǎn)無(wú)人化。需進(jìn)一步解放思想，搶抓機(jī)遇，借助此次喇十七站庫(kù)智能化建設(shè)深化探索，持續(xù)推動(dòng)智能化平臺(tái)與各項(xiàng)工作有機(jī)融合，加速管理技術(shù)提檔升級(jí)，努力實(shí)現(xiàn)安全環(huán)?？煽亍⑸a(chǎn)運(yùn)行高效、人力資源挖潛增效、運(yùn)行成本大幅下降，為油田公司高質(zhì)量推進(jìn)二次加快發(fā)展做出新貢獻(xiàn)。