韓夢(mèng)蝶 肖翔 羅李黎

摘要：通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)東采油廠現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化的全面覆蓋，并將生產(chǎn)監(jiān)控模式由作業(yè)區(qū)分散監(jiān)控變?yōu)閺S級(jí)集中監(jiān)控，由此對(duì)生產(chǎn)監(jiān)控軟件平臺(tái)提出了應(yīng)用需求。通過(guò)采用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建覆蓋準(zhǔn)東采油廠“井—間—站”各生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)的生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與生產(chǎn)監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、遠(yuǎn)程集中監(jiān)控、預(yù)警分析、間抽管理、數(shù)據(jù)管理等功能，支持油氣生產(chǎn)過(guò)程管理、促進(jìn)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變、提升油氣生產(chǎn)管理水平和綜合效益。同時(shí)，為同類企業(yè)進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化升級(jí)提供參考。

關(guān)鍵詞：準(zhǔn)東采油廠；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)；兩級(jí)監(jiān)控；報(bào)警管理；自動(dòng)化報(bào)表

一、前言

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)質(zhì)是聯(lián)接各種工業(yè)設(shè)備，進(jìn)行實(shí)時(shí)感知和數(shù)據(jù)收集，借助數(shù)據(jù)分析和技術(shù)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化和控制，最終實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效。油氣田生產(chǎn)作為石油化工行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的起始環(huán)節(jié)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)對(duì)于提升油氣田生產(chǎn)效率與安全水平、帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)品與服務(wù)質(zhì)量的不斷提升具有重要意義[1]。準(zhǔn)東油田地處沙漠腹地，各作業(yè)區(qū)之間相隔一百多公里，傳統(tǒng)人工巡檢管理方式效率較低。由于信息溝通不便，技術(shù)人員無(wú)法及時(shí)進(jìn)行生產(chǎn)優(yōu)化調(diào)整。2020年，準(zhǔn)東油田引入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)技術(shù)，首先實(shí)現(xiàn)了全廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)集中采集與管理，在數(shù)據(jù)互聯(lián)互通基礎(chǔ)上，開發(fā)跨地域協(xié)同監(jiān)控與自動(dòng)報(bào)表功能，實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)落地應(yīng)用，有效地促進(jìn)了油田業(yè)務(wù)流程再造、生產(chǎn)組織優(yōu)化和管控能力提升。

二、平臺(tái)部署

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)以云計(jì)算技術(shù)作為基礎(chǔ)，IaaS層（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）技術(shù)發(fā)展相對(duì)比較成熟，一般工業(yè)企業(yè)采用私有化部署的方案；SaaS層也由此采用定制開發(fā)，根據(jù)使用場(chǎng)景進(jìn)行界面設(shè)計(jì)；PaaS層（平臺(tái)即服務(wù)）的數(shù)據(jù)獲取與數(shù)據(jù)建模分析是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的技術(shù)重點(diǎn)[2]。準(zhǔn)東油田將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)主要節(jié)點(diǎn)部署在廠級(jí)數(shù)據(jù)中心，在四個(gè)作業(yè)區(qū)分別部署子節(jié)點(diǎn)，確保數(shù)據(jù)安全，同時(shí)防止網(wǎng)絡(luò)干線中斷情況下作業(yè)區(qū)失去管控手段，形成廠與作業(yè)區(qū)聯(lián)動(dòng)新型監(jiān)控模式[3]。兩級(jí)平臺(tái)節(jié)點(diǎn)間信息同步方案包括：

（一）數(shù)據(jù)采集與同步

前端數(shù)據(jù)采集服務(wù)器向廠級(jí)、作業(yè)區(qū)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)并發(fā)數(shù)據(jù)；當(dāng)廠監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)故障或中斷時(shí)，作業(yè)區(qū)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)仍接收并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；故障恢復(fù)后，通過(guò)數(shù)據(jù)同步機(jī)制，可以將故障期間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)從作業(yè)區(qū)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)同步到廠級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)。

（二）控制操作

正常情況下，所有控制操作均在廠級(jí)監(jiān)控平臺(tái)完成，作業(yè)區(qū)監(jiān)控平臺(tái)不能進(jìn)行控制操作；當(dāng)廠級(jí)監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)故障或中斷時(shí)，控制權(quán)限將自動(dòng)轉(zhuǎn)移到作業(yè)區(qū)級(jí)監(jiān)控平臺(tái)；故障恢復(fù)后，廠級(jí)監(jiān)控平臺(tái)自動(dòng)獲取高權(quán)限。

（三）配置同步

監(jiān)控平臺(tái)相關(guān)的基礎(chǔ)配置（如報(bào)警設(shè)置）均在廠級(jí)監(jiān)控平臺(tái)完成，通過(guò)同步機(jī)制可以將設(shè)置信息定期同步到作業(yè)區(qū)監(jiān)控平臺(tái)，以保證廠級(jí)監(jiān)控平臺(tái)參數(shù)調(diào)整后，作業(yè)區(qū)監(jiān)控平臺(tái)也能及時(shí)更新。

三、平臺(tái)功能

PaaS層的主要功能是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)與實(shí)時(shí)計(jì)算，提供的SaaS服務(wù)包括油氣生產(chǎn)流程監(jiān)控、曲線分析、實(shí)時(shí)報(bào)警、間抽管理等功能。

（一）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)

立足現(xiàn)有前端采集、控制、傳輸設(shè)備的現(xiàn)狀，根據(jù)不同硬件特性，采用天行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)不同的驅(qū)動(dòng)接口對(duì)接，通過(guò)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)將不同硬件數(shù)據(jù)進(jìn)行有效采集組織形成信息，之后對(duì)相關(guān)的信息進(jìn)行整合和提煉，在數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上滿足監(jiān)測(cè)顯示、報(bào)警處理、歷史曲線查看等需求[4]。

（二）油井監(jiān)控

面向抽油機(jī)井、螺桿泵井、自噴井，將實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)及生產(chǎn)報(bào)警信息進(jìn)行有效整合，實(shí)現(xiàn)井運(yùn)行狀態(tài)的快速監(jiān)控與報(bào)警處置。支持人工標(biāo)記井運(yùn)行狀態(tài)、人工備注井信息，修改的井狀態(tài)信息存在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，支持查看歷史。支持油井啟動(dòng)、停止、變頻調(diào)節(jié)控制，并支持根據(jù)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行控制執(zhí)行情況自動(dòng)反饋，從而判斷控制是否生效。間抽井能夠?qū)τ途畣⑼＿M(jìn)行定時(shí)控制。支持油井視頻調(diào)用、功圖面積計(jì)算及趨勢(shì)分析、功圖平鋪及疊加展示一鍵調(diào)用、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)強(qiáng)制采集等。在監(jiān)控界面中（如圖1所示），還可實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息的查看與處置，用戶可以瀏覽各測(cè)量參數(shù)報(bào)警信息，包括點(diǎn)名、首次報(bào)警時(shí)間、類型、嚴(yán)重程度等；可以查看對(duì)應(yīng)參數(shù)的活動(dòng)報(bào)警詳情，以及任意歷史時(shí)間段內(nèi)的報(bào)警信息；還可以修改報(bào)警閾值設(shè)置。

（三）注水井監(jiān)控

在一個(gè)頁(yè)面內(nèi)綜合展示注水井的所有自動(dòng)化監(jiān)控參數(shù)，便于快速了解全井情況，分析問題。注水井監(jiān)控的內(nèi)容包括采集參數(shù)及曲線、報(bào)警信息，支持設(shè)定注入量，支持編輯人工狀態(tài)和備注信息。

（四）計(jì)量間監(jiān)控

以組態(tài)形式展示計(jì)量間內(nèi)工藝流程，展示關(guān)鍵參數(shù)及指標(biāo)，以便快速掌握計(jì)量間運(yùn)行狀況。監(jiān)控內(nèi)容包括：分離器壓力、溫度、氣體濃度等參數(shù)，以及計(jì)量狀態(tài)、計(jì)量井、計(jì)量結(jié)果等信息，支持標(biāo)記計(jì)量間狀態(tài)和備注信息。

（五）配水間監(jiān)控

以組態(tài)形式展示配水間內(nèi)工藝流程，展示關(guān)鍵參數(shù)及指標(biāo)，以便快速掌握配水間運(yùn)行狀況。監(jiān)控內(nèi)容包括：注水管匯壓力、單井注水壓力、流量等參數(shù)，支持標(biāo)記配水間狀態(tài)和備注信息。

（六）參數(shù)表

按照油氣水井、配水間、計(jì)量間等不同的對(duì)象類型，分別提供主要參數(shù)集中查看功能，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)一張表管理生產(chǎn)對(duì)象重要信息，全面替換手工記錄，并且可以對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)操作問題。具體功能點(diǎn)包括：靈活選擇對(duì)象、自動(dòng)推送數(shù)據(jù)、顯示更多參數(shù)曲線、關(guān)聯(lián)報(bào)警狀態(tài)、遠(yuǎn)程啟停井及批量啟停、設(shè)置注水量、修改人工狀態(tài)及備注、查看曲線、跳轉(zhuǎn)監(jiān)控畫面、默認(rèn)顯示行數(shù)設(shè)置等。

（七）曲線分析

可以查詢油氣水井、計(jì)量間、配水間各監(jiān)測(cè)參數(shù)在不同時(shí)間（段）內(nèi)的歷史監(jiān)測(cè)值，快速分析重要監(jiān)測(cè)參數(shù)變化情況。具體功能點(diǎn)包括：級(jí)聯(lián)選井、對(duì)象模糊搜索、查看更多參數(shù)曲線、靈活選擇時(shí)間段、曲線顯示/隱藏、光標(biāo)取值、修改坐標(biāo)范圍、顯示對(duì)象狀態(tài)、備注信息、跳轉(zhuǎn)監(jiān)控、數(shù)據(jù)導(dǎo)出等。

（八）實(shí)時(shí)報(bào)警

生產(chǎn)報(bào)警管理的重點(diǎn)之一是將之前以數(shù)據(jù)點(diǎn)為基礎(chǔ)的報(bào)警機(jī)制改進(jìn)為以事件為基礎(chǔ)的報(bào)警機(jī)制[5]。報(bào)警事件合并：同對(duì)象同參數(shù)多次報(bào)警，合為一條記錄，避免重復(fù)報(bào)警；一旦參數(shù)值回到正常范圍，則自動(dòng)關(guān)閉報(bào)警。報(bào)警狀態(tài)分類：活動(dòng)報(bào)警、已確認(rèn)報(bào)警、關(guān)閉報(bào)警。報(bào)警嚴(yán)重性分類：緊急、嚴(yán)重、一般。報(bào)警功能可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的所有報(bào)警信息進(jìn)行管理，用戶可以查看各狀態(tài)下的報(bào)警記錄和詳細(xì)信息，包括：報(bào)警參數(shù)、測(cè)量值、閾值、首次報(bào)警時(shí)間、最后報(bào)警時(shí)間、類型、嚴(yán)重性和處理狀態(tài)等。報(bào)警處理：提供確認(rèn)、處理中、關(guān)閉等代表不同狀態(tài)的處置標(biāo)識(shí)，支持報(bào)警處理意見信息的備注，支持雙擊快速處理、批量處理等操作，支持閾值的快速修改。

（九）間抽井管理

對(duì)于間抽井而言，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研評(píng)估，可行的間抽管理模式為定時(shí)起抽、停井模式。由此，在平臺(tái)端提供靈活的間抽井開井起抽、管井停抽時(shí)間設(shè)置，實(shí)現(xiàn)間抽井的遠(yuǎn)程啟停集中管理，可進(jìn)行批量設(shè)置與單獨(dú)設(shè)置。具體功能點(diǎn)包括：周期性啟停、靈活設(shè)置啟停計(jì)劃、自動(dòng)執(zhí)行、人工狀態(tài)及備注修改、跳轉(zhuǎn)監(jiān)控界面、停機(jī)前啟抽后強(qiáng)采功圖。間抽設(shè)置界面如圖2所示。

（十）通訊監(jiān)控

從RTU到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的通信狀況，包括油井、注水井、計(jì)量間、配水間的通信狀況。通過(guò)直觀的表現(xiàn)形式，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的通訊狀態(tài)集中監(jiān)控，以便快速判斷各區(qū)塊網(wǎng)絡(luò)通信情況及單點(diǎn)設(shè)備通信故障。

（十一）水務(wù)監(jiān)控

開發(fā)獨(dú)立的水務(wù)監(jiān)控功能，實(shí)現(xiàn)水源井的采集與監(jiān)控，主要涉及電參、流量計(jì)、控制閥狀態(tài)等，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制水源井泵啟停、變頻控制。展示效果類似油井監(jiān)控界面，功能點(diǎn)具體包括：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)參數(shù)、井狀態(tài)標(biāo)識(shí)及歷史、備注信息及歷史、參數(shù)曲線、泵控制、報(bào)警信息、井位圖導(dǎo)航。

（十二）報(bào)表自動(dòng)生成

通過(guò)運(yùn)用報(bào)表定制引擎，可以在滿足當(dāng)前業(yè)務(wù)和管理上的需求多樣性的同時(shí)，兼顧潛在的需求變化，提升系統(tǒng)報(bào)表管理靈活性。隨著業(yè)務(wù)和管理上的調(diào)整，原有的固定報(bào)表格式、報(bào)表類型等可能需要相應(yīng)改變，此時(shí)直接通過(guò)應(yīng)用報(bào)表定制引擎或者完善引擎很小部分的內(nèi)容，就可以實(shí)現(xiàn)報(bào)表的優(yōu)化調(diào)整及新報(bào)表的定制開發(fā)。

（十三）報(bào)表數(shù)據(jù)同步及對(duì)接

報(bào)表系統(tǒng)需要建立數(shù)據(jù)推送與數(shù)據(jù)對(duì)接機(jī)制：內(nèi)置與A2對(duì)接功能，數(shù)據(jù)報(bào)表生成之后，可以往A2或者第三方數(shù)據(jù)庫(kù)推送。

（十四）平臺(tái)首頁(yè)

基于GIS地圖、數(shù)據(jù)圖示化展示、層級(jí)穿透、功能跳轉(zhuǎn)等多種方式宏觀展示全廠生產(chǎn)現(xiàn)狀，便于廠級(jí)領(lǐng)導(dǎo)及時(shí)全面掌握生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。具體顯示內(nèi)容包括：全廠的產(chǎn)量情況、開井情況、上線情況，各作業(yè)區(qū)的產(chǎn)量、開井?dāng)?shù)。

四、應(yīng)用效果

平臺(tái)部署實(shí)施后，已將全廠具備接入條件的油氣水井、計(jì)量間、配水間、水務(wù)、混輸泵站、拉油注水站等流程全部接入。經(jīng)過(guò)6個(gè)月以上的試運(yùn)行，可以滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控的需求，增強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)與廠部?jī)杉?jí)運(yùn)行管理的融合程度，提高了運(yùn)行管理工作效率和能力。第一，搭建的準(zhǔn)東采油廠工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，填補(bǔ)了沙南、火燒山、探井三個(gè)作業(yè)區(qū)自動(dòng)化程度低、無(wú)監(jiān)控系統(tǒng)的空白，相比彩南原有監(jiān)控系統(tǒng)，在先進(jìn)性、智能性、穩(wěn)定性等方面也都有大幅提升。第二，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了全廠自動(dòng)化數(shù)據(jù)的統(tǒng)一接入與存儲(chǔ)，并提供了方便的數(shù)據(jù)共享接口；基于Web的云監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了覆蓋油氣生產(chǎn)及處理工藝全流程的監(jiān)控，報(bào)警及時(shí)、準(zhǔn)確，功能操作簡(jiǎn)單，減輕了監(jiān)控人員的工作強(qiáng)度；提供了可視化配置界面，系統(tǒng)易于維護(hù)；自動(dòng)化數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化數(shù)據(jù)快速提取與報(bào)表生成，支持在辦公網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢與報(bào)表管理。第三，搭建的準(zhǔn)東采油廠工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)全廠自動(dòng)化生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各類生產(chǎn)異常，有效提高中控生產(chǎn)監(jiān)控的作用，為后期準(zhǔn)東采油廠全面建立中控生產(chǎn)指揮模式奠定基礎(chǔ)。

五、結(jié)語(yǔ)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是產(chǎn)業(yè)與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)高度融合的產(chǎn)物，通過(guò)準(zhǔn)東油田的應(yīng)用實(shí)踐建立了廠級(jí)PaaS平臺(tái)，定制開發(fā)面向全廠的SaaS服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了油田生產(chǎn)全流程關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)集中監(jiān)控與實(shí)時(shí)報(bào)警。通過(guò)實(shí)踐證實(shí)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可有效推進(jìn)生產(chǎn)效率的提升與產(chǎn)業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型，而且將對(duì)未來(lái)形成全數(shù)字化、智能化的油氣業(yè)務(wù)生態(tài)圈打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。第一，搭建了廠級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了所有自動(dòng)化數(shù)據(jù)的統(tǒng)一接入與存儲(chǔ)，并為第三方應(yīng)用系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫(kù)提供了數(shù)據(jù)服務(wù)。第二，搭建了準(zhǔn)東采油廠兩級(jí)生產(chǎn)監(jiān)控平臺(tái)，建立了集中監(jiān)控為主、分散監(jiān)控為輔的管理模式，有效地解決了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)屏人員人數(shù)多且分散在不同作業(yè)區(qū)、監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)參差不齊、監(jiān)控效率偏低等問題。第三，設(shè)計(jì)的B/S應(yīng)用架構(gòu)，在系統(tǒng)部署、維護(hù)方面只需維護(hù)各節(jié)點(diǎn)服務(wù)器，無(wú)需對(duì)客戶端進(jìn)行升級(jí)，維護(hù)效率大幅提升，運(yùn)維人員投入降低。

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作者單位：韓夢(mèng)蝶，中國(guó)石油新疆油田分公司數(shù)據(jù)公司；肖翔，中國(guó)石油新疆油田分公司陸梁油田作業(yè)區(qū)；羅李黎，中國(guó)石油新疆油田分公司準(zhǔn)東采油廠