數(shù)字油田油氣集輸系統(tǒng)前方一公里問題研究

惠立 高志亮 宋艷萍

1.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院（陜西西安710065）

2.長安大學(xué)數(shù)字油田研究所（陜西西安717600）

數(shù)字油田油氣集輸系統(tǒng)前方一公里問題研究

惠立1,2高志亮2宋艷萍1,2

1.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院（陜西西安710065）

2.長安大學(xué)數(shù)字油田研究所（陜西西安717600）

原油集輸是一個大系統(tǒng)，包含了從井口到計量站、聯(lián)合站到外輸首站的全部過程，在這整個過程中形成了一個很長而又復(fù)雜的鏈路。井區(qū)集輸管網(wǎng)是這個鏈路上一個重要的組成部分，構(gòu)成油氣集輸管網(wǎng)系統(tǒng)的“前方一公里”。由于人們往往疏于對井區(qū)集輸管網(wǎng)的管理，研究和探討“前方一公里”問題，有利于對油氣集輸管網(wǎng)大系統(tǒng)進行全方位的科學(xué)化管理，推進數(shù)字油田集輸管網(wǎng)向數(shù)字化、智能化邁進。

油氣集輸集輸管網(wǎng)數(shù)字油田前方一公里

近年來，隨著各個油田規(guī)模的不斷擴大，油田采用管輸?shù)木畢^(qū)也在擴大，這樣就構(gòu)成原油集輸管網(wǎng)的大系統(tǒng)，這個系統(tǒng)包含了從井口到計量站、聯(lián)合站，最后到外輸首站的全部過程，整個過程形成了一個很長而且復(fù)雜的鏈路。相對于這個鏈路來說，大長管線管子長，管徑大，輸油量多，一旦出現(xiàn)滲漏或者凝管，就會造成重大事故，損失比較嚴重，因此，人們往往更加重視大長管線的建設(shè)，對大長管線實施檢測、監(jiān)控與數(shù)字化、智能化管理，而對于井區(qū)內(nèi)的集輸管網(wǎng)往往疏于管護，這就造成了井區(qū)集輸管網(wǎng)的問題。把井區(qū)集輸管網(wǎng)問題稱為集輸管網(wǎng)“前方一公里”問題，現(xiàn)就這一問題進行探討。

1 關(guān)于“前方一公里”及其問題

油氣集輸管網(wǎng)是一個復(fù)雜的大系統(tǒng)，井區(qū)集輸管網(wǎng)是這個大系統(tǒng)中重要的組成部分，它是油氣集輸管網(wǎng)大系統(tǒng)中的一個子系統(tǒng)，處于油氣集輸管網(wǎng)系統(tǒng)的最前方，相當(dāng)于人的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的神經(jīng)末梢，將其命名為“前方一公里”。

如圖1所示，“前方一公里”就是集輸管線從井口接入，將油輸出，同時包括加壓站、轉(zhuǎn)接站、計量站、閥組等構(gòu)成的一個網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。目前，井區(qū)集輸管網(wǎng)主要存在以下問題：

（1）管線埋地分布不清，走向不明，處于一種“看不見，摸不著”的狀態(tài)；

（2）管徑小，流量小，結(jié)蠟后不易察覺和清除；

（3）管線泄露后不易發(fā)現(xiàn)，比較小，但損失的原油總量可是不小；

（4）造成嚴重的污染問題，而且處理漏油造成的問題會耗費很多的人力、財力。

針對這些問題，應(yīng)加強對“前方一公里”建設(shè)和管理。

2 “前方一公里”的特征與管理

2.1 “前方一公里”的特征

（1）地域廣。由于油田井區(qū)面積較大，井區(qū)集輸管網(wǎng)隨著油井的分布，扇狀遍布井區(qū)，井區(qū)有多大，集輸管網(wǎng)的面積就有多大。

（2）要素多。顯然在井區(qū)的輸油系統(tǒng)中，除了管線外，還有各種閥門和地面要素等。在管線上還有管徑、管材、焊接點等，在各種站點有儀器、儀表和閥組等。一般管線管徑都比較小，輸油量也小，但是，它是直接從井口到計量站或者聯(lián)合站的，井越多，管線也越多，網(wǎng)狀也就越大，特別是對于山區(qū)地帶，沙漠地帶，山大溝深，就要跨溝、跨河、翻山越梁，建設(shè)難度大。

（3）難管理。井區(qū)是一個多專業(yè)，多工種，經(jīng)常作業(yè)的“露天工廠”——作業(yè)區(qū)。由于管線網(wǎng)狀鋪設(shè)，站點多、管線走向復(fù)雜，跑冒滴漏、管線破裂、閥門被損等事件時有發(fā)生，造成了井區(qū)環(huán)保不到位，管輸耗損，甚至出現(xiàn)塌方風(fēng)險等，使管理難度加大。

2.2 “前方一公里”的管理

針對“前方一公里”的問題與特征，如何搞好井區(qū)集輸管網(wǎng)的建設(shè)與管理十分的重要和緊迫，根據(jù)對某油田企業(yè)的井區(qū)集輸管網(wǎng)的調(diào)查，在井區(qū)內(nèi)作業(yè)的隊伍不下10家，問到井區(qū)的輸油管線沒有一家能夠說的清，甚至連集輸大隊的工作人員也不清楚管線是哪年設(shè)計建設(shè)的，管線的基本走向在哪里，現(xiàn)在的運行狀況如何？對于這種情況是令人憂慮的。

隨著井區(qū)不斷的擴大，井區(qū)的集輸管網(wǎng)也在擴大。以前靠人工管理遇到了很大困難和問題。隨著數(shù)字油田建設(shè)的不斷深入，利用數(shù)字油田管理技術(shù)，對井區(qū)集輸管網(wǎng)——“前方一公里”實施數(shù)字化管理可以大大地提高效率。

（1）建立井區(qū)地面三維可視化，利用高精度遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)，基于地理skyline技術(shù)等，對“前方一公里”建立地面三維可視化系統(tǒng)，將管網(wǎng)實測放在三維可視化系統(tǒng)里，實現(xiàn)遠程在線管理，以解決長期“看不見，摸不著”，無人知曉的問題。

（2）建立數(shù)據(jù)庫，包括空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫建設(shè)，加強對數(shù)據(jù)的管理，可以滿足用戶對管線及附加設(shè)施的查詢、分析、定位等需求。

（3）建立數(shù)字化管理平臺，實現(xiàn)對管網(wǎng)的輔助決策。數(shù)字化管理平臺融合了包括檢漏、陰極保護監(jiān)測等系統(tǒng)，通過數(shù)字化的管理平臺，可以實現(xiàn)對管網(wǎng)的高效管理，降低管線的運行風(fēng)險。

這些技術(shù)在大長管線中已經(jīng)實現(xiàn)，只是人們對井區(qū)集輸管網(wǎng)的管理問題認識不夠，所以，造成井區(qū)集輸管網(wǎng)管理被丟到一個“被遺忘的角落”，所以，“前方一公里”問題，是值得研究和探討的問題，也是值得引起大家重視的問題，更是當(dāng)前加強管理和數(shù)字化管理的問題。

3 井區(qū)集輸管網(wǎng)數(shù)字化管理方法與技術(shù)

3.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集主要是對管線及各種設(shè)備的進行探測、采集并記錄，主要有3部分內(nèi)容：

3.1.1 管線數(shù)據(jù)采集

管線探測是所有工作的基礎(chǔ)，直接影響著后序工作的質(zhì)量。一般說來，管線探測的流程是：現(xiàn)場調(diào)查、資料搜集—選擇探測儀器—測量。

現(xiàn)場調(diào)查主要是對井區(qū)區(qū)域管線進行探查與資料的收集，根據(jù)井區(qū)的特點，每種儀器的適用條件，選擇合適的儀器，在典型地段，即特征點處，進行測量，如：三通、閥門、拐點、計量儀表等，通過測量需要收集到這些特征點的經(jīng)緯度及高程數(shù)據(jù)。

3.1.2 地面工程數(shù)據(jù)采集

地面工程的測量主要是對井區(qū)井場、井、站庫等各類建筑及站址的測量，以及道路、各類管線、生產(chǎn)設(shè)備的測量，與管線探測相似，地面工程的測量也需搜集資料，采集對象的經(jīng)緯度、高程、外形等數(shù)據(jù)。

3.1.3 屬性數(shù)據(jù)采集

屬性數(shù)據(jù)的采集需要遵循油田地面工程數(shù)據(jù)庫建設(shè)工程的有關(guān)標準，需要及時真實地反應(yīng)現(xiàn)場的狀況，特別是各種設(shè)計參數(shù)與設(shè)備的參數(shù)，要準確且內(nèi)容齊全，這部分數(shù)據(jù)是管理決策的基礎(chǔ)。

3.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理主要包括兩部分的內(nèi)容，第一部分是數(shù)據(jù)核對與標準化，第二部分是數(shù)據(jù)庫建立。數(shù)據(jù)核對與標準化主要是對采集到的數(shù)據(jù)進行核對，檢查數(shù)據(jù)的準確性，并對數(shù)據(jù)實施標準化，數(shù)據(jù)庫的建立基于數(shù)據(jù)核對與標準化，對標準化后的數(shù)據(jù)實施建庫管理。

3.2.1 數(shù)據(jù)核對與標準化

數(shù)據(jù)核查應(yīng)該貫穿整個數(shù)據(jù)處理過程，這是保證數(shù)據(jù)準確性的重要手段。數(shù)據(jù)核查主要是對采集到的管線坐標及場站坐標以及屬性數(shù)據(jù)的核查，對于管線來說，核查的方法是將采集到的管線點坐標導(dǎo)入Arcgis，生成線狀的shp格式文件，將shp格式的文件加載到Skyline中，與實際狀況相比較，檢查管線的走向是否與實際相符，對于不符合的個別點進行剔除或者修正，必要時需要返工測量該點的坐標數(shù)據(jù)。對于屬性數(shù)據(jù)來說，核查時主要是將空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)進行比較，檢查是否有重復(fù)或者缺少的記錄，同時還要檢查屬性數(shù)據(jù)的正確性。

數(shù)據(jù)標準化建設(shè)非常重要，是基礎(chǔ)性的工作，也是實現(xiàn)規(guī)劃目標、保證信息交換和共享的重要前提。制定數(shù)據(jù)標準主要是為了方便建立數(shù)據(jù)庫，更好地應(yīng)用采集到的數(shù)據(jù)，一般說來，采集到的數(shù)據(jù)是以表格、文檔、文件、照片等呈現(xiàn)的，對于不同格式的數(shù)據(jù)，需要轉(zhuǎn)換成工程所需的格式，同時，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

3.2.2 數(shù)據(jù)庫建立

數(shù)據(jù)庫的建立需要工作人員的認真和細心，一般步驟為：資料接收、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)校驗、數(shù)據(jù)庫合并。

數(shù)據(jù)入庫就是將前面得到的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)導(dǎo)入空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫。對于空間數(shù)據(jù)庫來說，在導(dǎo)入的過程中需特別注意空間坐標的格式。而對于屬性數(shù)據(jù)來說，不存在坐標格式的限制，因此可以利用Oracle、Access或SQL自己的導(dǎo)入工具，將屬性數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫。

3.3 數(shù)字化管理平臺

數(shù)字化管理平臺的建立，主要有兩方面的作用。一方面，為數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)提供一個展示的平臺，使用戶通過更加直觀的方法來利用這些數(shù)據(jù)，即為用戶提供一個空間數(shù)字平臺；另一方面，為更好的管理井區(qū)集輸管線，合理的做出決策提供依據(jù)，即為用戶提供一個管理平臺。搭建數(shù)字化管理平臺主要包括三維可視化、模型建立以及數(shù)字化管理三方面的內(nèi)容。

3.3.1 三維可視化

三維可視化是實現(xiàn)數(shù)字化管理的基礎(chǔ)，主要是通過建模的手段對所關(guān)注的對象進行直觀的展示。對于“前方一公里”的問題來說，三維可視化主要是對管線、場站、設(shè)備的一個直觀展示。下面以管線的三維可視化為例進行簡單的說明，一般說來，管線三維可視化的步驟為：

（1）將整理好的特征點坐標導(dǎo)入ARCGIS，生成shp格式的文件；

（2）將shp格式的文件導(dǎo)入Skyline，并檢查管線走向是否出現(xiàn)錯誤；

（3）根據(jù)Skyline中的管線走向及距離進行建模；

（4）將建好的模型加載到Skyline。

對于場站、設(shè)備來說，每一個場站、每一個設(shè)備，都僅僅是一個點，因此在三維可視化的過程中應(yīng)更多關(guān)注建模的細節(jié)問題。模型建好后，根據(jù)場站、設(shè)備的實際坐標，將模型加載到Skyline中，從而實現(xiàn)三維可視化。

另外，Skyline可以通過對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的讀取，使得空間數(shù)據(jù)在進行自我展示的同時，可以與屬性數(shù)據(jù)相結(jié)合，從而使人們更好地了解所關(guān)注的對象。

3.3.2 建立模型

三維模型的建立主要是通過3DMAX建模軟件對場站、設(shè)備、管線進行一個模擬展示，利用場站平面流程圖，以及全方位多角度的照片，真實還原場站、管線的狀態(tài)、流程，最終生成.X格式的文件，以便于加載到Skyline平臺中進行展示。

3.3.3 數(shù)字化管理

數(shù)字化管理就是利用一切可利用的數(shù)據(jù)，對“前方一公里”管線進行合理高效的管理。我們這里所說的數(shù)字化管理平臺是在Skyline的技術(shù)上建立的，通過Delphi開發(fā)語言，對Skyline進行二次開發(fā)，采用數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用服務(wù)、客戶三層結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，不僅對井區(qū)管網(wǎng)進行了三維展示，同時融合了例如管網(wǎng)模擬控制、管網(wǎng)優(yōu)化、漏點檢測等專業(yè)分析的功能，可以為用戶提供輔助決策，從而使用戶能夠以直觀的方式對管道進行科學(xué)的管理，提高管道的運行效率，從而對油氣集輸管網(wǎng)大系統(tǒng)全方位科學(xué)化管理，推進數(shù)字油田集輸管網(wǎng)向數(shù)字化、智能化邁進。

4 結(jié)論和建議

數(shù)字油田油氣集輸系統(tǒng)井區(qū)管網(wǎng)——“前方一公里”問題研究，針對油田企業(yè)井區(qū)集輸管網(wǎng)問題進行了探討，是一個老問題，新探索，具有一定的新意。

（1）提出了井區(qū)集輸管網(wǎng)——“前方一公里”的命題，并對“前方一公里”進行定義，表述了“前方一公里”的基本特征，揭示了“前方一公里”問題。

（2）數(shù)字化井區(qū)集輸管網(wǎng)管理，是一個全新的課題，加強對井區(qū)集輸管網(wǎng)——“前方一公里”數(shù)字化管理是數(shù)字油田建設(shè)的一個重要組成部分，是對數(shù)字油田建設(shè)的一個有益補充。

（3）基于skyline對井區(qū)集輸管網(wǎng)的信息化、數(shù)字化和三維可視化管理，其技術(shù)、方法成熟，雖然，目前還沒有人進行過“前方一公里”的探索和研究，但是，在大長管線上的應(yīng)用多有論述與實踐，引入“前方一公里”實施三維可視化遠程管理，效果會很好。

總之，“前方一公里”問題，其實不是一個新問題，但是，由于長期沒有引起人們的重視，在管理上問題還很多，實施數(shù)字化管理后能夠加強對井區(qū)集輸管網(wǎng)的科學(xué)化管理，以減少油氣集輸過程中存在的管理的漏洞。

[1]丁建林.我國油氣管道技術(shù)和發(fā)展趨勢[J].油氣儲運,2003,22(9).

[2]杜麗紅,姚安林.數(shù)字化管道及其應(yīng)用現(xiàn)狀[J].油氣儲運,2007,26(6).

[3]支志英.地理信息在數(shù)字油田中的建設(shè)與應(yīng)用[J].石油工業(yè)計算機應(yīng)用,2009(1).

[4]于君彩.ArcMap在油田數(shù)字化中的應(yīng)用[J].油氣田地面工程,2009(11).

[5]屈海利.GIS在管道工業(yè)中的應(yīng)用[J].油氣儲運,1998,17(5).

[6]崔紅升.信息化再造管道運營技術(shù)[J].油氣儲運,2003,22(10).

Crude oil gathering and transportation is a big system,including the whole process from the wellhead to the metering station,union station,and the first stop outside.During this process,a long and complex chain has been formed.Gathering and transportation pipeline network in well block is an important part of this chain,which formed“the first kilometer”of the crude oil gathering and transportation system.Since little attention is paid to the management of pipeline network in well area,study and discussion about"the first kilometer"is beneficial to all-around scientific management of crude oil gathering and transportation network system,and thus accelerating the process of pipeline network digitalization and intelligence in digital oilfields.

oil and gas gathering and transportation;gathering and transportation pipeline network;digital oil field;the first kilometer

2010-09-02▎

惠立（1985-），女，主要從事集輸管網(wǎng)數(shù)字化管理。