油田采氣的智能化建設應用體系探究

韋繼軍 李曉玲 韋繼福（長慶油田分公司第一采氣廠，陜西 榆林718500）

智能化建設是時代發(fā)展的大勢所趨，也是實現(xiàn)高質量發(fā)展的必然選擇，同樣還是破解高質量發(fā)展與傳統(tǒng)生產管理模式之間矛盾的關鍵技術。依托智能化建設，采氣生產中的用工緊張問題得到有效環(huán)節(jié)，同時也更好地滿足安全環(huán)保、產量任務持續(xù)加大的現(xiàn)實需求。以此，設計并落實氣田智能化建設極為必要。

1 概況簡述

1.1 采氣智能化建設情況

為了響應智能化、自動化生產的現(xiàn)實需求，長慶第一采氣廠積極展開了智能化氣田的建設，積極引入了智能移動作業(yè)系統(tǒng)、智能巡檢機器人、實時數(shù)據(jù)中心等，實現(xiàn)了“數(shù)據(jù)獲取、智能分析、自動處置、異常預警”的智能化排水采氣管理新模式。

1.2 采氣智能化建設效果

第一，智能巡檢。依托智能巡檢機器人，減少員工在高硫化氫危險區(qū)域的作業(yè)頻次和時間，提升了巡檢的工作效率，也進一步保證了采氣生產的安全。

第二，數(shù)據(jù)實時自動收集。在智能化應用體系的支持下，我廠綜合自動化覆蓋率達73.65%；能夠對生產現(xiàn)場超過3萬個數(shù)據(jù)進行一次性采集和預存儲；單位整體工作效率提高了25%以上，實現(xiàn)生產數(shù)據(jù)實時自動收集的同時，有效消除了信息孤島對采氣生產、現(xiàn)場管理帶來的阻礙，真正意義上實現(xiàn)了資源共享、智能管控。

2 油田采氣智能化應用體系的設計

2.1 前端智能化

2.1.1 智能化氣井

在智能化氣井中，包括氣井生產控制智能化、氣井數(shù)據(jù)采集智能化、井口安防智能化。其中，在氣井生產控制智能化中，需要完成單井電磁閥智能運行數(shù)據(jù)模型的構建，以此實現(xiàn)氣田生產規(guī)律的形成，并結合實際需求落實控制模式的更新[1]；在氣井數(shù)據(jù)采集智能化中，需要設置儀表數(shù)值異常判斷、數(shù)據(jù)存儲功能，并結合檢測端口的拓展以及單井電容電量的檢測，達到單井供電提前預警的效果；在井口安防智能化中，落實了氣井井口圖像智能拍照，能夠對闖入井場的人、物、動物等進行拍照、存儲，并完成警告信息的主動回傳，保證氣井現(xiàn)場的安全。

2.1.2 智能化集氣站

在智能化集氣站中，包括集氣站生產預警智能化、集氣站安全防范智能化。其中，在集氣站生產預警智能化中，需要完成集氣站數(shù)據(jù)診斷模型的構建，結合實際工況以及現(xiàn)場環(huán)境信息，實現(xiàn)氣田生產狀態(tài)的自動判斷，并能夠將相關結果傳輸至工作人員處，為工作流程的分析與后續(xù)操作展開提供支持；在集氣站安全防范智能化中，依托集氣站的溫度、聲音、設備運行情況、環(huán)境信息等，向相關工作人員發(fā)出預警，促使無人值守區(qū)域安全性的提升[2]。

2.1.3 智能化氣區(qū)

在智能化氣區(qū)中，主要實現(xiàn)了兩種功能，即管網智能管控以及公共系統(tǒng)監(jiān)控。其中，對于管網智能管控來說，承擔著對管網運行狀態(tài)展開智能化分析的任務，并同時完成溫度檢測以及管網節(jié)點差壓的監(jiān)控；對于公共系統(tǒng)監(jiān)控來說，完成了現(xiàn)場車輛、道路狀況、氣區(qū)環(huán)境的監(jiān)測與預警，并為工作決策的形成提供支持。

2.2 中端智能化

2.2.1 系統(tǒng)智能運行診斷

在該模塊中，主要依托實施數(shù)據(jù)分析模型以及專家系統(tǒng)，并與提前設定的數(shù)據(jù)參數(shù)對比，完成故障診斷。

2.2.2“動態(tài)”集中受控管理

在“動態(tài)”集中受控管理中，包括設備動態(tài)運行監(jiān)控、車輛動態(tài)運行監(jiān)控以及污水罐的動態(tài)監(jiān)測。其中，在設備動態(tài)運行監(jiān)控中，主要依托提前設置的參數(shù)范圍，完成現(xiàn)場設備運行狀態(tài)的實時監(jiān)測與報警，并落實故障分析，迅速向工作人員提供故障位置、成因以及應對策略；在車輛動態(tài)運行監(jiān)控中，能夠完成車輛運行狀態(tài)的顯示、危險點提示以及超速報警，并依托當日車輛運行狀態(tài)形成車輛調度意見；在污水罐的動態(tài)監(jiān)測中，不僅實現(xiàn)了污水液位的監(jiān)測，還落實了油水體積動態(tài)預警，完成油水體積計算的同時設定了合理的報警限值。

2.3 后端智能化

2.3.1 設備管理智能分析

在模塊中，實現(xiàn)了設備運行故障、備品消耗等參數(shù)的分析，并形成設備狀態(tài)信息庫，完成不同分析結果的自動化生成。

2.3.2 工藝運行智能分析

在工藝運行智能分析中，包括排水采氣分析以及管網運行分析。其中，在排水采氣分析中，能夠結合生產狀態(tài)的不同完成排水采氣策略的確定，并自動生成排水采氣工作制度；在管網運行分析中，可以依托上下游壓差、管網運輸能力的計算，完成清管作業(yè)提示的自動生成，并結合溫度等參數(shù)，確定不同集氣支線的甲醇注入量（冬季，每天）。

2.3.3 生產動態(tài)智能分析

在生產動態(tài)智能分析中，包括氣井生產狀態(tài)自動分析、氣井生產指標自動分析、生產管理指標優(yōu)化分析以及單井產量預測。其中，在氣井生產狀態(tài)自動分析中，主要實現(xiàn)了壓力運行分析以及產量運行分析；氣井生產指標自動分析主要依托開井時率、氣井降壓速率的自動計算完成；生產管理指標優(yōu)化分析的實現(xiàn)主要結合間歇井的自動篩選以及特點，并對比專家系統(tǒng)內的數(shù)據(jù)完成；在單井產量預測中，主要利用單井開關井時間、數(shù)量等基礎數(shù)據(jù)完成分析。

2.4 其他

2.4.1 智能巡檢機器人

智能巡檢機器人的參數(shù)主要如下：外形尺寸（1200×750×900）mm；質量300 kg；行駛速度0～0.8m/秒；爬坡角度不高于20°；運行環(huán)境溫度為-30℃～60℃；能量來源（電池型號）為磷酸鐵鋰電池36V 30Ah；控制方式為遠程監(jiān)控結合自主運行。

在實際的運行中，智能巡檢機器人需要完成增壓站、丙烷儲罐、脫烴脫水裝置區(qū)等多個區(qū)域的巡檢，且需要完成至少190項巡檢項目。為了實現(xiàn)這一目標，需要在采氣現(xiàn)場布設110處儀表巡檢識別任務點，并配置至少7 處wifi 通信基站、2 處自動開關門。實踐發(fā)現(xiàn)，每臺智能巡檢機器人完成一次巡檢需要行駛2.2 km、耗時2h 39min、耗電28%～40%。

為了滿足氣田生產的實際需求，智能巡檢機器人必須具備以下幾種功能：圖像識別功能、設備聲音異常識別、關鍵設備巡視、對講功能、氣體濃度監(jiān)測、自動生成診斷報告實時預警、自主充電等等[3]。其中，對于圖像識別功能來說，需要智能巡檢機器人完成可見光照片識別以及紅外熱成像照片識別；對于設備聲音異常識別來說，依托現(xiàn)場采集聲音與提前預設聲音的對比，就能夠完成運行狀態(tài)的判斷；對于關鍵設備巡視來說，能夠結合溫度、聲音等參數(shù)的監(jiān)測，完成設備狀態(tài)的實時判斷；對于氣體濃度監(jiān)測來說，依托巡檢位置的氣體泄漏檢測即可完成；對于自動生成診斷報告實時預警來說，可以結合巡檢過程中收集的數(shù)據(jù)信息自動生成報表，一旦發(fā)現(xiàn)異常，能夠立即發(fā)出警報；對于自主充電來說，當電量達到30%及以下時，智能巡檢機器人能夠自動返回充電屋展開充電操作，并在充滿電后自行斷開充電。

2.4.2 實時數(shù)據(jù)中心

在建設實時數(shù)據(jù)中心的過程中，需要重點依托云計算完成。依托實時數(shù)據(jù)中心，能夠捕捉和采集氣田生產現(xiàn)場的所有數(shù)據(jù)，并形成數(shù)據(jù)集合。在此基礎上，可以對員工在權限范圍內，隨時隨地通過計算機和移動終端設備查看氣田生產中各個單點的實時數(shù)據(jù)的實現(xiàn)提供支持。結合廠級SCADA 系統(tǒng)的建立，能夠促使實時數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)對氣田全生產過程自動監(jiān)測和預警。此時，需要針對各個氣田生產網分別部署2臺數(shù)據(jù)采集服務器。同時，還需要分別部署至少1套網絡安全防護系統(tǒng)，以確保數(shù)據(jù)傳輸和生產網絡的安全性。在此過程中，采集到的生產數(shù)據(jù)會傳輸漢字生產指揮中心的實時數(shù)據(jù)庫，并實現(xiàn)匯總，為后續(xù)對數(shù)據(jù)展開調用做好準備。

3 結語

綜上所述，長慶第一采氣智能化建設中，實現(xiàn)了氣井、集氣站、氣區(qū)、故障診斷、設備運行管理、生產狀態(tài)管理等多方面的智能化。結合智能巡檢機器人、實時數(shù)據(jù)中心的使用，提升了采氣生產的實際效率，保證了生產區(qū)域的安全性，為氣田發(fā)展注入了新生機、新活力。