可視化技術(shù)在油田生產(chǎn)營運指揮系統(tǒng)中的應用

王榮馬鑫何東強唐璽

1中國石油集團工程設(shè)計有限責任公司北京分公司2中國石油勘探開發(fā)公司

可視化技術(shù)在油田生產(chǎn)營運指揮系統(tǒng)中的應用

王榮1馬鑫1何東強1唐璽2

1中國石油集團工程設(shè)計有限責任公司北京分公司2中國石油勘探開發(fā)公司

可視化技術(shù)在石油行業(yè)中的應用越來越廣泛，典型的應用方式有可視化管理、三維GIS展示和虛擬現(xiàn)實等。將可視化技術(shù)應用于油田生產(chǎn)營運指揮系統(tǒng)，對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)信息進行統(tǒng)計、分析，以可視化的多種展示方式展現(xiàn)，可獲取生產(chǎn)營運指揮過程的重要信息，從而快速準確地把握營運指揮信息，提高生產(chǎn)營運指揮效率，為決策提供依據(jù)?？梢暬癄I運指揮系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)訪問層、邏輯層、展示層。油田營運指揮系統(tǒng)的功能包括數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、動態(tài)監(jiān)測、地理展示和預測預警、靈活查詢等，這些功能可以基于大屏幕、桌面端等進行應用展示。

營運指揮，可視化，綜合展示，數(shù)據(jù)分析

石油企業(yè)機構(gòu)規(guī)模龐大分散，業(yè)務(wù)流程差異較大，容易造成生產(chǎn)和管理的無序現(xiàn)象。提高生產(chǎn)管理水平，實時、全面掌握生產(chǎn)過程，全面靈活的數(shù)據(jù)分析和報表展示，提供輔助決策依據(jù)，是石油企業(yè)的迫切需求和亟待解決的問題[1]。

1 可視化技術(shù)特點與應用

可視化技術(shù)是指利用先進的計算機圖形學以及目前廣泛應用的圖像處理技術(shù)，將單純的表格數(shù)據(jù)進行改造和包裝，以容易接受的矢量圖形、數(shù)學圖表、拓撲結(jié)構(gòu)圖等方式在屏幕上展現(xiàn)出來，同時融入用戶體驗、用戶心理學和用戶交互理論的方法和技術(shù)。目前常見的可視化技術(shù)有Flex、ILog、FushionChart、JFreeChart等。此外，地理信息系統(tǒng)、企業(yè)信息儀表盤、虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實等技術(shù)也廣泛應用于企業(yè)信息可視化的實現(xiàn)。

1.1 特點

（1）信息展示直觀?？梢暬夹g(shù)以人們易于理解和接受的方式，對龐大的數(shù)據(jù)信息進行抽取、分析和展現(xiàn)，使得對于信息的獲取更加直觀、簡潔和容易。

（2）展示方式多樣。與傳統(tǒng)的表格方式相比，可視化技術(shù)的展現(xiàn)方式多樣靈活，不拘泥于單一的表格展示，提供圖表、邏輯圖、拓撲結(jié)構(gòu)圖以及虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實等多種展現(xiàn)方式。

（3）用戶交互性高。可視化技術(shù)充分考慮用戶交互和用戶體驗，可使用戶按照自己的習慣對數(shù)據(jù)進行編排組織，提高用戶對信息的獲取效率。

1.2 典型應用

（1）可視化管理?？梢暬芾碛脠D文的形式將設(shè)備管理的內(nèi)容可視化、形象化、程序化，使操作人員在輕松和直觀的狀態(tài)下完成設(shè)備的檢查、操作和保養(yǎng)，如設(shè)備操作程序的可視化和維護保養(yǎng)的可視化等[2]。

（2）三維GIS展示。三維GIS技術(shù)提供的三維視覺認知及空間分析能力，使原來只有抽象概念而難以直接感知的空間現(xiàn)象現(xiàn)實化和直觀化[3]。石油企業(yè)下屬企業(yè)較多，且分布廣泛；同時石油管線、管網(wǎng)、油井、氣井等信息大多與地理信息相關(guān)。GIS信息展示以地圖為基礎(chǔ)，以地理信息和空間信息為核心，結(jié)合公共地理數(shù)據(jù)信息，輔以一定的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，對信息進行展示。該技術(shù)在石油地質(zhì)勘探、鉆井、集輸和油田信息管理等方面均有應用。

（3）虛擬現(xiàn)實。虛擬現(xiàn)實通過多種技術(shù)結(jié)合，模擬現(xiàn)實環(huán)境，并提供對虛擬環(huán)境的交互，使人通過模擬環(huán)境獲取相應的體驗，以提高對真實環(huán)境的應對能力。石油行業(yè)設(shè)備昂貴，工作環(huán)境復雜，通過虛擬現(xiàn)實使人們提前體驗，積累相關(guān)經(jīng)驗，尤其在石油勘探中應用較多[4]。

2 可視化油田生產(chǎn)營運指揮系統(tǒng)

將可視化技術(shù)應用于油田生產(chǎn)營運指揮系統(tǒng)中，對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)信息進行統(tǒng)計、分析，以可視化的多種展示方式展現(xiàn)，可獲取生產(chǎn)營運指揮過程的重要信息，從而快速準確地把握營運指揮信息，提高生產(chǎn)營運指揮效率，為決策提供依據(jù)。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

油田生產(chǎn)營運指揮系統(tǒng)是面向企業(yè)各部門，進行統(tǒng)計報表的基礎(chǔ)信息收集和數(shù)據(jù)篩選，集統(tǒng)計、分析、圖表展示、生成報表與輔助決策等功能為一體的綜合性信息化管理系統(tǒng)。

可視化營運指揮系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)訪問層、邏輯層、展示層，如圖1所示。

圖1 生產(chǎn)營運指揮系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

（1）數(shù)據(jù)層。油田生產(chǎn)營運中已存在很多數(shù)據(jù)系統(tǒng)，如SAP、SCADA系統(tǒng)等，以及油田日常生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，可視化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)都是來源于這些已存在的數(shù)據(jù)系統(tǒng)。

（2）數(shù)據(jù)訪問層。生產(chǎn)營運指揮涵蓋油田生產(chǎn)涉及的各個環(huán)節(jié)，因此油田生產(chǎn)營運指揮系統(tǒng)中用于可視化分析的數(shù)據(jù)需要將現(xiàn)有數(shù)據(jù)系統(tǒng)進行整合。數(shù)據(jù)訪問層是通過目前主流的數(shù)據(jù)處理平臺，將各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行抽取、清洗、轉(zhuǎn)換，再載入統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫中。通過企業(yè)商務(wù)智能平臺對油田日常生產(chǎn)運行中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)進行匯總、統(tǒng)計、分析，建立相應的業(yè)務(wù)模型。

（3）邏輯層。邏輯層實現(xiàn)系統(tǒng)的核心功能，通過邏輯層各組件的相互協(xié)作，實現(xiàn)生產(chǎn)營運指揮系統(tǒng)前端展示與數(shù)據(jù)層的交互，主要包括可視化組件以及相關(guān)業(yè)務(wù)邏輯、分析處理邏輯等。油田日常生產(chǎn)運行的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如油、氣的日產(chǎn)量、加工量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析組件和優(yōu)化組件加工處理，可以實現(xiàn)油和氣的月產(chǎn)量、年產(chǎn)量、日均等換算，再經(jīng)過數(shù)據(jù)展示組件生成可視化圖形，或者通過文檔組件生成報告等。

（4）展示層。展示層是用戶與系統(tǒng)的交互層，即所有的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過邏輯層的處理后展現(xiàn)給用戶端的最終結(jié)果，通過Web瀏覽器、大屏幕、移動終端等進行可視化展示。

2.2 系統(tǒng)功能

從可視化在油田生產(chǎn)營運指揮系統(tǒng)中的應用過程可看出，油田營運指揮系統(tǒng)的功能包括數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、動態(tài)監(jiān)測、地理展示和預測預警、靈活查詢等，這些功能可以基于大屏幕、桌面端等進行應用展示。

（1）大屏展示。生產(chǎn)營運指揮系統(tǒng)通過大屏幕的整屏、分屏、跨屏、聯(lián)屏等多種顯示方式，對企業(yè)整體信息、生產(chǎn)運行狀況數(shù)據(jù)、現(xiàn)場實時監(jiān)控和應急突發(fā)事故等重要信息集中展示，方便管理者在生產(chǎn)決策中進行各種數(shù)據(jù)信息的參照和比較。同時，通過集中控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r地改變大屏幕顯示模式和內(nèi)容，從而滿足日常調(diào)度和參觀展示等工作的需求。生產(chǎn)運行中的數(shù)據(jù)指標超過或者低于正常值范圍時，做出信息預警，方便人員及時處理預警信息，減少災害損失。

（2）數(shù)據(jù)分析展示。在生產(chǎn)營運指揮過程中，通過對油田以往生產(chǎn)數(shù)據(jù)的同比、環(huán)比等統(tǒng)計分析對比，從中獲取生產(chǎn)規(guī)律，進而對以后的生產(chǎn)工作進行調(diào)整，這是生產(chǎn)營運指揮的重要環(huán)節(jié)。通過圖形、表格、多維圖形等展示方式，直觀展示數(shù)據(jù)分析結(jié)果，使信息的獲取簡潔、高效。

（3）地理信息展示。油田企業(yè)生產(chǎn)營運指揮過程涉及的下屬企業(yè)多，分布廣，業(yè)務(wù)流程涉及的區(qū)域廣泛，油井、氣井都有其特定的地理分布信息?？梢暬a(chǎn)營運指揮系統(tǒng)基于地理信息系統(tǒng)，在地圖基礎(chǔ)上，對整個企業(yè)在區(qū)域上進行整體展示。將生產(chǎn)營運指揮過程和業(yè)務(wù)流程在地圖上清晰地展示，并配合相應的實時信息，做到準確、快速地定位，從而從整體上對整個企業(yè)做到實時監(jiān)控。

（4）業(yè)務(wù)流程展示。通過可視化的設(shè)計，將油田生產(chǎn)的整個業(yè)務(wù)流程反映出來，追蹤每個流程節(jié)點的關(guān)鍵指標，實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測關(guān)鍵指標的同時反映油田產(chǎn)業(yè)鏈的運作過程。

（5）靈活報表展示。針對油田生產(chǎn)的不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域，制定不同的業(yè)務(wù)模塊，以報表形式對相關(guān)的信息進行整合，生成并導出報告，為生產(chǎn)決策提供依據(jù)。

2.3 系統(tǒng)應用

（1）多樣的展示形式?？梢暬夹g(shù)不僅提供了豐富的圖表（如柱圖、餅圖、線圖）、儀表盤、邏輯圖、流程圖、地圖等多種展示數(shù)據(jù)的形式，并且結(jié)合三維展示方式，對二維圖形進行擴展，豐富其展示方式。

（2）直觀的信息展示。將可視化技術(shù)應用于生產(chǎn)營運指揮系統(tǒng)中，根據(jù)各種業(yè)務(wù)的特點和關(guān)鍵數(shù)據(jù)（例如生產(chǎn)計劃的完成情況，資源分布，生產(chǎn)設(shè)施分布和運行動態(tài)等），利用其豐富多樣的展示形式，對繁雜的生產(chǎn)信息進行分析處理展示，對抽象的業(yè)務(wù)流程進行可視化展現(xiàn)，并結(jié)合地理信息、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)，使信息的展示更加直觀，獲取更加容易。

3 結(jié)語

可視化技術(shù)用于油田生產(chǎn)營運指揮系統(tǒng)，將實現(xiàn)油田建立集中統(tǒng)一、上下一體、信息靈通、反應迅速、覆蓋整個油田產(chǎn)業(yè)鏈的應用系統(tǒng)，通過全面地掌握生產(chǎn)運行的信息，實現(xiàn)對油田整體資源的動態(tài)跟蹤，加強油田的生產(chǎn)經(jīng)營管理，控制油田生產(chǎn)經(jīng)營運作成本，實現(xiàn)油田效益最大化。

[1]武鐵峰．企業(yè)生產(chǎn)營運指揮平臺建設(shè)研究[J]．信息通信，2012（5）：145-146.

[2]景佩明，馬勇軍，張軍，等．油田設(shè)備的可視化管理[J]．油氣田地面工程，2013，32（2）：93.

[3]劉兵，王非，楊勇，等．可視化設(shè)備管理系統(tǒng)研究與應用[J]．天然氣與石油，2013，31（6）：4-6.

[4]周定照，柳進，羅強．可視化技術(shù)在石油行業(yè)的應用[J]．石油工業(yè)計算機應用，2010，18（1）：2-5．

（欄目主持關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.4.019