M油田群數(shù)字油田建設(shè)探索與思考

王宇文 梁嘉華 謝愛華 石寶磊

（中國海油伊拉克有限公司）

1 項(xiàng)目背景

M油田群位于伊拉克南部，包括A、B、F等3個(gè)油田，該油田群于1976年建設(shè)，曾2次在戰(zhàn)爭中關(guān)停，油田至今已運(yùn)行近30年，設(shè)備落后老化。整個(gè)項(xiàng)目除改造現(xiàn)有設(shè)施外，還將新建超過300 km外輸管道、原油處理廠、燃?xì)獍l(fā)電廠、小型煉油廠、自動(dòng)化操作系統(tǒng)、工作營地、機(jī)場和道路等。為了實(shí)現(xiàn)合同中規(guī)定的產(chǎn)量目標(biāo)并維持穩(wěn)定生產(chǎn)，同時(shí)滿足油田特殊的安全和自然環(huán)境要求，如何將數(shù)字油田先進(jìn)的理念和管理引進(jìn)到信息化嚴(yán)重落后的M油田群，成為需要解決的一個(gè)問題。

2 數(shù)字油田建設(shè)需求分析及總體規(guī)劃

2.1 需求分析

數(shù)字油田是一個(gè)以數(shù)字地球［1］為技術(shù)導(dǎo)向，以油田實(shí)體為對象，以地理空間坐標(biāo)為依據(jù)，具有多分辨率、海量數(shù)據(jù)和多種數(shù)據(jù)融合，可用多媒體和虛擬技術(shù)進(jìn)行多維表達(dá)，具有空間化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和可視化特征的技術(shù)系統(tǒng)。數(shù)字油田建設(shè)的首要條件是建立一個(gè)穩(wěn)定高效的信息通訊網(wǎng)絡(luò)，其次再根據(jù)油田的生產(chǎn)需求逐步實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化和信息化。M油田群數(shù)字油田建設(shè)具體需求如下：

（1）在建設(shè)開發(fā)階段需要基本的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、辦公系統(tǒng)、財(cái)務(wù)系統(tǒng)、項(xiàng)目管理系統(tǒng)、采購系統(tǒng)、文檔系統(tǒng)，并需要收集、接管已往的地質(zhì)、物探、測井、鉆井、完井等資料。

（2）由于工作涉及業(yè)主、合作伙伴、承包商及后援研究團(tuán)隊(duì)，要能滿足四地（伊拉克、迪拜、北京、青島）協(xié)同辦公的需要。

（3）為了提高油田產(chǎn)量并穩(wěn)定運(yùn)營20年，需要建立一個(gè)綜合、集中的勘探開發(fā)生產(chǎn)數(shù)據(jù)倉庫，供開發(fā)生產(chǎn)研究及分析系統(tǒng)使用。

（4）油田日常生產(chǎn)需要運(yùn)營操作管理系統(tǒng)支持，用以監(jiān)控油井、處理廠、管道等各種設(shè)施及其檢維修與HSE管理。

（5）油田生產(chǎn)需要的生產(chǎn)調(diào)度、指揮及應(yīng)急系統(tǒng)。

2.2 總體規(guī)劃

由于是在現(xiàn)有油田改造及重建的基礎(chǔ)上進(jìn)行M油田群數(shù)字油田的總體規(guī)劃，既要滿足現(xiàn)在需求，還要考慮未來擴(kuò)展。根據(jù)這一原則，選擇的數(shù)字油田網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和各專業(yè)的信息系統(tǒng)具體如下：

（1）以Proxim 4G技術(shù)為主的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，以Microsoft及Alfresco為基礎(chǔ)的統(tǒng)一通信及文檔辦公平臺(tái)；以SAP為主的ERP管理平臺(tái)，涵蓋人、財(cái)、物管理；以POSC WITSML為標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)鉆井跟蹤系統(tǒng)，以POSC PRODML為標(biāo)準(zhǔn)的油田生產(chǎn)動(dòng)態(tài)優(yōu)化管理系統(tǒng)；以SmartPlant Foundation（或Project wise）為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)建造改造全生命周期管理的工程數(shù)字工廠平臺(tái)。

（2）建立多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)接入，形成以北京、迪拜、伊拉克三地為主廣域網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并依據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)使用率決定系統(tǒng)的安裝所在地。

（3）以斯倫貝謝Petra系統(tǒng)平臺(tái)和ProSource數(shù)據(jù)管理平臺(tái)為勘探開發(fā)研究平臺(tái)及數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，包括地球物理與地質(zhì)研究軟件、油藏?cái)?shù)值模擬與開發(fā)生產(chǎn)軟件、測井?dāng)?shù)據(jù)處理和解釋軟件以及試井解釋軟件。

（4）以Maximo為主的涵蓋生產(chǎn)運(yùn)行、設(shè)備維護(hù)、井下作業(yè)和現(xiàn)場HSE管理的專業(yè)化、精細(xì)化、深度化平臺(tái)。

（5）以Tetra集群系統(tǒng)為主的生產(chǎn)調(diào)度、指揮應(yīng)急系統(tǒng)。

依據(jù)M油田群數(shù)字油田的總體規(guī)劃，對各專業(yè)系統(tǒng)整體協(xié)作情況進(jìn)行歸納，形成信息系統(tǒng)整體框架圖，見圖1。

圖1 M油田群數(shù)字油田信息系統(tǒng)整體框架圖

3 數(shù)字油田建設(shè)的探索

通過對M油田群數(shù)字油田建設(shè)的需求分析及總體規(guī)劃，重點(diǎn)開展了基礎(chǔ)通信生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、勘探開發(fā)系統(tǒng)、設(shè)備運(yùn)行維護(hù)管理系統(tǒng)、項(xiàng)目管理系統(tǒng)、生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)和公司經(jīng)營管理系統(tǒng)選型和建設(shè)的探索。

3.1 基礎(chǔ)通信生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

（1）基礎(chǔ)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 本系統(tǒng)包括企業(yè)廣域網(wǎng)、油田廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)系統(tǒng)。企業(yè)廣域網(wǎng)通過衛(wèi)星和MPLS（多協(xié)議標(biāo)記交換）／VPN（虛擬私有網(wǎng)絡(luò)）連接北京、伊拉克、迪拜三地；油田廣域網(wǎng)覆蓋營地、終端廠、9個(gè)脫氣站、泵站、井場、鉆井營地、長輸管線；局域網(wǎng)主要分布在脫氣站、終端廠和營地。采用無線WIFI和綜合布線技術(shù)承載數(shù)據(jù)、視頻、語音多種媒介，實(shí)現(xiàn)了三網(wǎng)融合。為了確保油田控制系統(tǒng)的物理安全，整個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)劃分為辦公網(wǎng)和控制網(wǎng)2張網(wǎng)，這2張網(wǎng)通過防火墻進(jìn)行隔離，其中油田控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸及CCTV（閉路電視監(jiān)控）走控制網(wǎng)，由于這2個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸量基本固定，因此不會(huì)產(chǎn)生突發(fā)大數(shù)據(jù)量導(dǎo)致控制網(wǎng)的延遲；其他系統(tǒng)走辦公網(wǎng)。

（2）無線寬帶系統(tǒng) 考慮到未來近500口油井需要監(jiān)控，而各井口分布在超過2 000 km2的沙漠范圍內(nèi)，通過有線進(jìn)行連接異常困難，而無線寬帶系統(tǒng)能夠方便靈活地進(jìn)行部署。因此，本項(xiàng)目采用Proxim 4G無線寬帶系統(tǒng)，帶寬高達(dá)300 Mbps，在整個(gè)油田選擇7個(gè)站點(diǎn)建立基站就可以覆蓋整個(gè)油田群，為了快速有效地搭建整個(gè)系統(tǒng)，在項(xiàng)目初期利用微波連接這7個(gè)樞紐基站，項(xiàng)目后期隨著管道的建設(shè)再考慮鋪設(shè)光纖系統(tǒng)。

（3）光纖骨干數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 油田的主要辦公場所為永久營地和終端廠，從工作營地到終端廠，從終端廠到FQS、AGS2、BUN三個(gè)區(qū)域中心，再從各區(qū)域中心到臨近的脫氣站，采用星型結(jié)構(gòu)建立骨干光纖網(wǎng)。當(dāng)光纖骨干數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建立起來以后，微波變成了光纖網(wǎng)的一個(gè)備用通訊手段，當(dāng)光纖網(wǎng)出現(xiàn)故障的時(shí)候，可以自動(dòng)切換到微波傳輸。

（4）閉路電視監(jiān)控（CCTV）系統(tǒng) CCTV系統(tǒng)作為數(shù)字油田的眼睛，將對永久營地、終端廠、脫氣站、油井及哨所等實(shí)行全區(qū)域的監(jiān)控，同時(shí)在油田的出入口、加油站以及主干道等敏感位置也設(shè)置監(jiān)控探頭，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患。CCTV系統(tǒng)采用兩級控制，區(qū)域中心各自采集、存儲(chǔ)及控制，中控中心可以調(diào)用各區(qū)域中心監(jiān)控圖像（若一級攝像頭數(shù)量不多的話，也可以采用集中采集、存儲(chǔ)及控制）。攝像頭采用高清IP攝像頭，每路最多占帶寬2 M。監(jiān)控系統(tǒng)有智能自動(dòng)判斷功能，當(dāng)所設(shè)定的條件滿足時(shí)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警。

（5）門禁系統(tǒng) 此系統(tǒng)用于車輛及人員的出入管理和公司員工的上下班考勤記錄，采用射頻識別技術(shù)無接觸遠(yuǎn)距離進(jìn)行讀卡。

（6）震動(dòng)光纜報(bào)警系統(tǒng) 沿著永久營地四周院墻埋設(shè)震動(dòng)光纜。當(dāng)有振動(dòng)時(shí)，此系統(tǒng)會(huì)分析震動(dòng)信號，確認(rèn)有入侵時(shí)會(huì)給監(jiān)控室發(fā)出警報(bào)；此系統(tǒng)還可以與CCTV聯(lián)動(dòng)，墻周圍的攝像頭會(huì)根據(jù)震動(dòng)光纜報(bào)警系統(tǒng)給出的入侵地點(diǎn)對入侵物進(jìn)行跟蹤。另外，震動(dòng)光纜還可以作為長輸管道的泄漏檢測系統(tǒng)，可以大幅降低成本。

（7）自動(dòng)路障系統(tǒng) 在永久營地主門口設(shè)置本系統(tǒng)，用于防止非法通行車輛企圖快速入侵永久營地。

（8）公共廣播報(bào)警（PAGA）系統(tǒng) 用來對全油田進(jìn)行重大事件的廣播或報(bào)警，如火災(zāi)、可燃?xì)怏w泄漏、自然災(zāi)害、安全警報(bào)等。

（9）集群系統(tǒng) TETRA（Terrestrial Trunked Radio，陸上集群無線電）數(shù)字集群通信系統(tǒng)用于M油田群生產(chǎn)作業(yè)的通訊集群調(diào)度，實(shí)現(xiàn)全油田的生產(chǎn)調(diào)度自動(dòng)化和管理現(xiàn)代化，是保證油田區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)和應(yīng)急的重要通訊保障。數(shù)字集群通信系統(tǒng)可在同一技術(shù)平臺(tái)上提供指揮調(diào)度、數(shù)據(jù)傳輸和電話服務(wù)，支持功能強(qiáng)大的移動(dòng)臺(tái)脫網(wǎng)直通（DMO）方式，可實(shí)現(xiàn)鑒權(quán)、空中接口加密和端對端加密；具有虛擬專網(wǎng)功能，可以使一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)為互不相關(guān)的多個(gè)組織機(jī)構(gòu)服務(wù)；具有豐富的服務(wù)功能、更高的頻率利用率、高通信質(zhì)量、靈活的組網(wǎng)方式，許多新的應(yīng)用（如車輛定位、圖像傳輸、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫查詢等）都已在TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)中得到實(shí)現(xiàn)。本項(xiàng)目采用摩托羅拉的TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)，在3個(gè)油田分別部署了3個(gè)基站，覆蓋3個(gè)油田區(qū)域，每個(gè)基站能覆蓋20 km范圍。

（10）視頻會(huì)議系統(tǒng) 采用POLYCOM視頻會(huì)議系統(tǒng)作為數(shù)字油田溝通調(diào)度的一種手段，主站設(shè)立在永久營地應(yīng)急指揮中心，并根據(jù)需要在終端廠中控室、行政樓等地設(shè)置分支。通過衛(wèi)星和專線可以與迪拜、北京進(jìn)行視頻通話，也可以通過互聯(lián)網(wǎng)與其他第三方連接。

（11）GPS系統(tǒng) 本系統(tǒng)利用衛(wèi)星系統(tǒng)對車輛和人員在全球范圍內(nèi)進(jìn)行跟蹤和定位，發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)還可以發(fā)出衛(wèi)星SOS求救信號。營地安全人員通過桌面電腦可以實(shí)時(shí)查看外出車輛的位置。

（12）程控交換機(jī)（PABX）／電話系統(tǒng) 采用基于初始會(huì)話協(xié)議（SIP）和開放標(biāo)準(zhǔn)的Avaya Aura結(jié)構(gòu)的電話系統(tǒng)，通過IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行接入，不必考慮用戶的工作地點(diǎn)，適合區(qū)域廣的油田用戶。辦公室布線時(shí)也只需要布一條網(wǎng)線，可以節(jié)省建設(shè)及后期維護(hù)成本。

（13）交互式網(wǎng)絡(luò)電視（IPTV）系統(tǒng) 為了減少投資和后期維護(hù)成本，建立IPTV系統(tǒng)可以真正實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)融合，不論身在油田任何地方，只要網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方都能實(shí)現(xiàn)TV功能。另外，這套IPTV系統(tǒng)除了用于娛樂外，也可以作為在線培訓(xùn)系統(tǒng)。

3.2 勘探開發(fā)系統(tǒng)

對于M油田群勘探工作，目前的研究成果主要是基于地震和綜合地質(zhì)數(shù)據(jù)而產(chǎn)生的用于分析的平面及剖面圖，如平面構(gòu)造圖、儲(chǔ)層分布圖以及油藏剖面圖和地層地質(zhì)框架圖等，而開發(fā)工作目前主要是基于油藏地質(zhì)模型進(jìn)行數(shù)值模擬。因此，勘探開發(fā)系統(tǒng)的主要功能是將勘探與開發(fā)工作更好地銜接起來，其關(guān)鍵是在勘探二維平面及剖面成果與開發(fā)三維數(shù)值模擬之間找到一個(gè)橋梁，這個(gè)橋梁就是全三維油藏地質(zhì)模型。這里所說的“全”包含兩層意思：第一層意思是指靜態(tài)勘探地質(zhì)研究的多層次、多級別綜合研究，即包括近井筒模型、油藏地質(zhì)模型以及盆地模擬模型；第二層意思是指橫向的多學(xué)科綜合研究，即強(qiáng)調(diào)勘探開發(fā)多學(xué)科緊密結(jié)合、互為所用，從而提升整體研究水平和研究精度?；谶@一思路，提出的M油田群數(shù)字油田建設(shè)勘探開發(fā)系統(tǒng)構(gòu)成框架如圖2所示。

圖2 M油田群數(shù)字油田建設(shè)勘探開發(fā)系統(tǒng)框圖

3.3 設(shè)備運(yùn)行維護(hù)管理系統(tǒng)

運(yùn)營階段的重要工作是設(shè)備的維修管理。Maximo生產(chǎn)作業(yè)管理系統(tǒng)是以設(shè)備資產(chǎn)為基礎(chǔ)、以工作管理為主線，涵蓋生產(chǎn)運(yùn)行、設(shè)備維護(hù)、井下作業(yè)、現(xiàn)場HSE等的專業(yè)化應(yīng)用系統(tǒng)，具有石油行業(yè)專用版本，具備多項(xiàng)專業(yè)化擴(kuò)展功能，支持地理信息導(dǎo)航、圖形化資產(chǎn)管理、手持移動(dòng)工作、線性資產(chǎn)（各種管道）、狀態(tài)檢修等偏重設(shè)備與生產(chǎn)管理功能應(yīng)用。由于Maximo和SAP系統(tǒng)的定位和特點(diǎn)不同，各自有最擅長的應(yīng)用領(lǐng)域，具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，因此選擇SAP＋Maximo的集成架構(gòu)符合實(shí)際需求，是當(dāng)前信息技術(shù)應(yīng)用的最佳選擇，目前這種模式已非常穩(wěn)定和成熟。

3.4 項(xiàng)目管理系統(tǒng)

為了有效實(shí)現(xiàn)管理目標(biāo)，本項(xiàng)目采用Smartplant fundation作為從設(shè)計(jì)、施工、移交、運(yùn)營全生命周期的工廠文檔、圖紙、數(shù)據(jù)表等智能數(shù)字化管理系統(tǒng)。管理的數(shù)據(jù)有工程文件 （設(shè)計(jì)文件、供應(yīng)商文件、調(diào)試記錄文件）、工程模型 （三維模型、智能P＆ID）和工程數(shù)據(jù) （設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、供應(yīng)商數(shù)據(jù)）。

項(xiàng)目管理平臺(tái)是公司統(tǒng)一辦公平臺(tái)的一個(gè)模塊，它區(qū)別于專業(yè)的項(xiàng)目管理系統(tǒng)，包括項(xiàng)目協(xié)助、控制、文檔管理、采辦管理等。圖3為M油田群數(shù)字油田建設(shè)項(xiàng)目管理系統(tǒng)框圖。

圖3 M油田群數(shù)字油田建設(shè)項(xiàng)目管理系統(tǒng)框圖

3.5 生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)目標(biāo)，有必要建立一個(gè)油田生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，為短期、中長期研究分析的生產(chǎn)優(yōu)化軟件系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。目前，由于國內(nèi)外油氣田生產(chǎn)優(yōu)化過程中不同公司、不同軟件對油氣生產(chǎn)數(shù)據(jù)格式和標(biāo)準(zhǔn)的要求不一致，導(dǎo)致信息的交流和共享十分困難，因此本項(xiàng)目參照了油氣田生產(chǎn)數(shù)據(jù)的國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)PRODML、油田生產(chǎn)流程和生產(chǎn)設(shè)備二維矩陣模型，建立了油田基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫可以提供滿足各方需要的生產(chǎn)報(bào)表數(shù)據(jù)和優(yōu)化分析系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)，并且可與生產(chǎn)設(shè)備管理系統(tǒng)Maximo數(shù)據(jù)保持同步。

3.6 公司經(jīng)營管理系統(tǒng)

公司最上層的經(jīng)營管理系統(tǒng)是以財(cái)務(wù)為核心，集采辦、庫存為一體的SAP系統(tǒng)。根據(jù)公司特點(diǎn)獨(dú)立部署伊拉克公司ERP系統(tǒng)，處理聯(lián)合機(jī)構(gòu)業(yè)務(wù)，并與總公司ERP系統(tǒng)同步，跨系統(tǒng)、按需求進(jìn)行數(shù)據(jù)合并，支持公司總體的數(shù)據(jù)分析需求。

4 幾點(diǎn)思考

數(shù)字油田是公司信息化建設(shè)共同追求的遠(yuǎn)景目標(biāo)，但它的實(shí)現(xiàn)不可能一蹴而就。對于數(shù)字油田建設(shè)，有以下幾點(diǎn)思考：

（1）采用成熟、可靠、簡單、有效、快速上線、易于維護(hù)的系統(tǒng)，上系統(tǒng)前先制定好標(biāo)準(zhǔn)。

（2）嘗試采用開源系統(tǒng)、遠(yuǎn)程維護(hù)管理方式和虛擬技術(shù)，以大幅降低成本；IT組織統(tǒng)一管理基礎(chǔ)及業(yè)務(wù)系統(tǒng)，以減少重復(fù)建設(shè)和集成復(fù)雜度。

（3）由于生產(chǎn)自控系統(tǒng)和IT技術(shù)越來越密不可分，IT部門要積極介入并與工程部門共同負(fù)責(zé)，最終由IT部門負(fù)責(zé)維護(hù)管理。

［1］崔偉宏.數(shù)字地球［M］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1999.