物聯(lián)網(wǎng)與信息技術(shù)在油田地面數(shù)字化建設(shè)中的應(yīng)用

劉曉壘

（中國石油大港油田分公司信息中心，天津 300280）

經(jīng)過20多年的摸索與實踐，先后行成油田地面數(shù)字化建設(shè)的“港西模式”和“王徐莊模式”，實現(xiàn)了生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變，提高了勞動生產(chǎn)率，提升了油田管理水平，降低了油氣生產(chǎn)成本，取得了顯著經(jīng)濟效益和社會效益。

1 油水井建設(shè)數(shù)字化

油水井?dāng)?shù)字化是地面優(yōu)化簡化工作的基礎(chǔ)，通過實施標準化設(shè)計、傳感設(shè)備升級換代、遠程自動調(diào)控技術(shù)攻關(guān)，規(guī)模開展油水井生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用，并按照統(tǒng)一設(shè)計、集中部署、統(tǒng)一管理、整體推進的建設(shè)思路，建設(shè)油水井生產(chǎn)采集與管理系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時采集、過程實時監(jiān)控、生產(chǎn)信息集成應(yīng)用的數(shù)字化管理，全面提升了油水井管理水平。截至目前，共完成4654口油井、2244口注水（聚）井的數(shù)字化改造，數(shù)字化率達100%；新建產(chǎn)能井同步實施數(shù)字化建設(shè)。

開展軟件計量技術(shù)攻關(guān)，形成了適應(yīng)不同舉升工藝的油井在線計量技術(shù)。油井軟件計量技術(shù)的突破，為地面優(yōu)化簡化工作的全面開展奠定了基礎(chǔ)。應(yīng)用泵功圖識別技術(shù)計算抽油機井油井產(chǎn)液量，通過算法的不斷優(yōu)化調(diào)整，計量相對誤差高到10%以內(nèi)。對于電泵井（自噴井）和螺桿泵井：分別應(yīng)用“差壓法”、“容積法”進行液量計算，通過不斷優(yōu)化計算模型，提高了計量精度，滿足了生產(chǎn)管理的要求，實現(xiàn)了計量數(shù)據(jù)地質(zhì)與工藝認識的統(tǒng)一。

通過油水井生產(chǎn)信息實時監(jiān)控及工況診斷，有效的提升了油水井管理水平，目前，形成了抽油機井20余種、電泵井14種、螺桿泵井7種工況實時分析模型，通過工況診斷，實時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)問題，及時進行隱患處置，傳統(tǒng)的預(yù)防性維護轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)見性維護，油井日常維護時效大幅提高。

對于注水井通過動力系統(tǒng)改造、可控精度優(yōu)化、高效調(diào)控、遠程監(jiān)控等技術(shù)攻關(guān)，實現(xiàn)了注水量遠程設(shè)定、自動閉環(huán)控制，實現(xiàn)精細配水和精細注水，注水質(zhì)量及執(zhí)配率顯著提高。

油水井?dāng)?shù)字化建設(shè)，統(tǒng)一了技術(shù)標準、實現(xiàn)了軟件量油、注水井遠程調(diào)控，這是地面優(yōu)化簡化工作實施的關(guān)鍵。生產(chǎn)異常報警、工況實時診斷為油水井故障的及時處理提供了保障，為油水井護理措施的及時、有效開展提供了技術(shù)支撐，為各級管理生產(chǎn)人員及時掌握生產(chǎn)動態(tài)、提高油田管理水平提供了手段。

2 管道建設(shè)標準化

配套地面管網(wǎng)優(yōu)化簡化，開展管道運行監(jiān)測、管道泄漏監(jiān)測和陰極保護等系統(tǒng)建設(shè)工作。應(yīng)用負壓波、次聲波和體積平衡法監(jiān)測技術(shù)，實現(xiàn)管道壓力、溫度、流量等主要運行參數(shù)實時監(jiān)測及泄露報警。近些年來，管道運行監(jiān)測及泄露報警系統(tǒng)成功報警管線腐蝕泄漏、偷盜油事件近50次，及時發(fā)現(xiàn)、快速處置，既防止了環(huán)保事件擴大，也減少了油田原油損失。

開展長輸管道、集油管網(wǎng)、儲罐的陰極保護系統(tǒng)標準化建設(shè)，建立陰極保護網(wǎng)絡(luò)管理平臺，實現(xiàn)陰極保護數(shù)據(jù)的實時采集、遠程監(jiān)控、工況分析及運行效果的自動評價。

截至目前，共完成三個采油廠的標準化整裝改造，配套自動遠傳恒電位儀53套，無線遠傳測試樁305個，監(jiān)測管道102條，數(shù)字化率達52%。

3 站庫建設(shè)現(xiàn)代化

應(yīng)用自動控制、視頻分析、集成應(yīng)用等信息技術(shù)，完成31座接轉(zhuǎn)站無人值守系統(tǒng)及9座聯(lián)合站少人值守系統(tǒng)建設(shè)，總結(jié)形成了地面集成數(shù)字化建設(shè)的“王徐莊模式”；實現(xiàn)了站庫工藝流程標準化展示，為生產(chǎn)運行、調(diào)度指揮提供了信息支撐。

在王徐莊油田開展“單井-接轉(zhuǎn)站-聯(lián)合站”整裝的地面集成數(shù)字化油田示范工程建設(shè)，形成了“實時采集、集中監(jiān)控、自動預(yù)警、優(yōu)化生產(chǎn)”的“王徐莊”模式，實現(xiàn)了中小型場站無人值守，大型場站少人值守，轉(zhuǎn)變了生產(chǎn)組織方式，進一步優(yōu)化了勞動組織結(jié)構(gòu)。

3.1 小型場站無人值守

通過完善儀器儀表及現(xiàn)場控制系統(tǒng)，規(guī)范數(shù)據(jù)采集內(nèi)容，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動采集；完善站內(nèi)設(shè)備的參數(shù)調(diào)控、遠程啟停和聯(lián)鎖保護裝置，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動控制；配套站內(nèi)危險氣體報警、周界報警、視頻監(jiān)控及聲光警示系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)境自動監(jiān)測；按照組態(tài)標準模板統(tǒng)一組態(tài)，在作業(yè)區(qū)集中部署生產(chǎn)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程遠程監(jiān)控。

3.2 大型場站少人值守

大型場站按照就地控制、總線傳輸、集中管理的原則進行，統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集標準、完善關(guān)鍵節(jié)點數(shù)據(jù)采集設(shè)施、整合各崗位監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)中控室集中監(jiān)控；完善、整合各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自動化采集系統(tǒng)，建設(shè)大屏系統(tǒng)，實現(xiàn)中控室統(tǒng)一監(jiān)控，由原分散值班、各主要生產(chǎn)崗位4班倒、24小時值班轉(zhuǎn)變?yōu)橹锌厥壹兄蛋唷?/p>

4 規(guī)范制度保駕護航

公司編制發(fā)布了《大港油田公司兩化融合管理體系文件》及地面數(shù)字化配套的技術(shù)標準、規(guī)范，各油氣生產(chǎn)單位結(jié)合生產(chǎn)實際，建立運維隊伍、制定配套的數(shù)字化崗位管理規(guī)范，保障了地面數(shù)字化工作的正常開展和數(shù)字化系統(tǒng)的有效運行。

隨著地面標準化工作的深入開展，依據(jù)集團公司《油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)規(guī)定》和《油氣田地面工程數(shù)字化建設(shè)規(guī)定（試行）》，結(jié)合油田公司實際，進一步細化和完善了油水井、站庫數(shù)字化建設(shè)、運行維護相關(guān)標準和規(guī)范。

5 應(yīng)用效果總結(jié)分析

5.1 大幅降低生產(chǎn)成本

油井在線監(jiān)測、液量自動計算及注水井遠程在線調(diào)控技術(shù)的規(guī)模應(yīng)用，使取消計量間、配水間成為可能，確保地面工程優(yōu)化簡化工作的開展。通過數(shù)字化改造地面系統(tǒng)呈現(xiàn)出工藝簡單、自動化程度高、運行成本低和系統(tǒng)效率高的特點，共撤銷全部計量間305座、配水間293座，優(yōu)化接轉(zhuǎn)站、注水站20座，累計減少加熱爐、機泵等各類設(shè)備設(shè)施586臺套，減少油田生產(chǎn)管道2566千米，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。自2005年起，油田產(chǎn)能建設(shè)未新建一座計量站，管網(wǎng)配套規(guī)模大幅減少，有效控制了工程投資，累計節(jié)約工程建設(shè)投資7.12億元、節(jié)約各類費用11.9億元。同時，工藝節(jié)點的減少和能耗設(shè)備設(shè)施的核減，每年可以節(jié)約燃油4563噸、節(jié)氣4110萬立方米、節(jié)電9730萬千瓦時，原油集輸單耗下降21%，注水單耗下降9%。

5.2 實現(xiàn)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變

通過油水井生產(chǎn)實時監(jiān)控、中小型場站無人值守建設(shè)，實現(xiàn)作業(yè)區(qū)集中監(jiān)控，由駐站式管理變?yōu)檠矙z式管理，完全取消夜班人員，減少白班人員，有效降低了勞動強度，提高了工作效率；生產(chǎn)決策、動態(tài)分析、措施制定由傳統(tǒng)的會議模式轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字說話、信息指揮的現(xiàn)代化管理模式，決策效率大幅提高；安全隱患的發(fā)現(xiàn)與處置由應(yīng)急救火式管理轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)實時報警、及時處置的主動式管理，安全管控水平明顯提升。

5.3 優(yōu)化勞動組織結(jié)構(gòu)

通過油水井?dāng)?shù)字化建設(shè)，逐步形成數(shù)據(jù)采集自動化、過程控制智能化、生產(chǎn)管理數(shù)字化的地面建設(shè)和管理模式，促進了勞動組織方式的優(yōu)化和管理效率的提升，勞動組織由四級管理變?yōu)槿壒芾恚a(chǎn)單位由43個采油隊減少為26個作業(yè)區(qū)，282個基層班站減少為90個管理組，實現(xiàn)了扁平化管理，優(yōu)化用工1902人，極大緩解了一線用工的緊張局面。開展中小型場站無人值守及聯(lián)合站少人值守數(shù)字化建設(shè)，進一步優(yōu)化勞動組織結(jié)構(gòu)，僅采油二廠通過地面集成數(shù)字化建設(shè)，一線用工由原來的458人，優(yōu)化至320人，優(yōu)化用工138人，減少班組12個，進一步優(yōu)化用工30%。