海洋油氣田智能巡檢系統(tǒng)研究

徐英卓 張 帆,2

（1.西安石油大學(xué)2.中海石油深圳分公司）

海洋油氣田智能巡檢系統(tǒng)研究

徐英卓1張 帆1,2

（1.西安石油大學(xué)2.中海石油深圳分公司）

針對(duì)目前海上油氣田仍然采取人工巡檢的方式，提出了一種可應(yīng)用于海洋油氣田的智能巡檢系統(tǒng)構(gòu)想。首先介紹了該系統(tǒng)的組成，包括PDA巡檢器和現(xiàn)場(chǎng)電子標(biāo)識(shí)、巡檢管理軟件三部分，并且PDA巡檢器可與采用RFID射頻識(shí)別技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)電子標(biāo)識(shí)和管理軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)連接。然后對(duì)該系統(tǒng)的工作流程和每一個(gè)模塊的功能進(jìn)行了介紹。最后對(duì)該系統(tǒng)投入應(yīng)用后會(huì)產(chǎn)生的預(yù)期效果進(jìn)行了展望。指出該系統(tǒng)的研發(fā)對(duì)于實(shí)現(xiàn)巡檢工作的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，提高工作效率和現(xiàn)場(chǎng)管理智能化程度有著積極的作用，該系統(tǒng)投入應(yīng)用后，將有利于提升海洋油氣生產(chǎn)、管理和數(shù)據(jù)建設(shè)的技術(shù)水平，滿足海洋油氣開(kāi)采步入“大數(shù)據(jù)”時(shí)代的技術(shù)需求。圖3參12

PDA巡檢器RFID射頻識(shí)別智能巡檢系統(tǒng)

0 引言

隨著我國(guó)能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，海上油氣開(kāi)采力度的加大，海洋油氣開(kāi)采不僅需要在工程技術(shù)方面有所創(chuàng)新，而且海上智能化油氣田的建設(shè)也刻不容緩［1］。建設(shè)智能化油氣田的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)在于確保生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集的快速、準(zhǔn)確、規(guī)范。目前國(guó)內(nèi)海上油氣生產(chǎn)設(shè)施日常數(shù)據(jù)采集已經(jīng)可以通過(guò)傳感器遠(yuǎn)程監(jiān)控［2］，但由于受成本、安全、可靠性等因素的制約，仍需要在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采用人工巡檢的方式作為補(bǔ)充、校驗(yàn)；而且，目前的人工巡檢工作中，巡檢人員仍在使用紙質(zhì)巡檢表格進(jìn)行手工記錄數(shù)據(jù)，存在著數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)記錄不規(guī)范、數(shù)據(jù)記錄后難以校驗(yàn)和及時(shí)有效利用等缺陷，致使巡檢結(jié)果的準(zhǔn)確性和真實(shí)性也無(wú)法保證。因此，為了實(shí)現(xiàn)巡檢工作的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，減少巡檢人員的工作量，提高巡檢工作效率，確保巡檢結(jié)果的真實(shí)、可靠、準(zhǔn)確，建立智能巡檢系統(tǒng)勢(shì)在必行［3］。

本文針對(duì)上述現(xiàn)狀，在分析國(guó)內(nèi)建立智能巡檢系統(tǒng)的可行性的基礎(chǔ)上，提出應(yīng)用PDA（Personal Digital Assistant）巡檢器和RFID（Radio Frequency I-dentification）射頻識(shí)別技術(shù)來(lái)提高工作效率和現(xiàn)場(chǎng)管理智能化程度的技術(shù)途徑，旨在引入該系統(tǒng)為生產(chǎn)數(shù)據(jù)的共享與應(yīng)用，以及海洋油氣開(kāi)采在“大數(shù)據(jù)”時(shí)代的背景下建設(shè)智能化油氣田提供技術(shù)支持［4］。

1 系統(tǒng)組成

由于海上油氣開(kāi)采工作環(huán)境的特殊性，智能巡檢系統(tǒng)使用的設(shè)備均應(yīng)能在惡劣天氣環(huán)境下工作，滿足《GB50183-2015石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定中防水、防火、防爆的要求。

智能巡檢系統(tǒng)主要由PDA巡檢器、現(xiàn)場(chǎng)電子標(biāo)識(shí)、巡檢管理軟件三部分組成。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能巡檢系統(tǒng)組成示意圖

2 巡檢系統(tǒng)工作流程

巡檢流程如圖2所示。

（1）巡檢人員首先使用記錄有個(gè)人信息的身份卡登錄PDA巡檢器，隨后在巡檢管理軟件下載巡檢任務(wù)到PDA巡檢器。

（2）巡檢人員到達(dá)巡檢任務(wù)指定的位置后，使用PDA巡檢器掃描現(xiàn)場(chǎng)電子標(biāo)識(shí)，PDA巡檢器讀取到現(xiàn)場(chǎng)電子標(biāo)識(shí)中的定位信息后自動(dòng)調(diào)出對(duì)應(yīng)的電子巡檢表，巡檢人員根據(jù)巡檢任務(wù)讀取現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)錄入PDA巡檢器。

圖2 巡檢流程示意圖

（3）PDA巡檢器中內(nèi)置的巡檢軟件可以對(duì)每個(gè)參數(shù)設(shè)定報(bào)警值，巡檢人員輸入的數(shù)據(jù)如果存在異常，巡檢軟件將自動(dòng)發(fā)出報(bào)警提示。如有報(bào)警，巡檢人員再次核對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)是否輸入正確，排除人為輸入錯(cuò)誤的影響。如果確實(shí)存在異常，則可以結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況進(jìn)行分析，排除隱患。

（4）巡檢人員到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)完成巡檢任務(wù)后，通過(guò)USB、WIFI或GPS的方式將數(shù)據(jù)上傳至巡檢管理軟件。由后臺(tái)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析和處理。

（5）根據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析的結(jié)果，結(jié)合數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，管理人員（一般為中控主操）可以實(shí)時(shí)改進(jìn)巡檢任務(wù)和工藝參數(shù)設(shè)置，達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)工藝之目的。

3 模塊功能設(shè)計(jì)

3.1 PDA巡檢器

采用Brower/server構(gòu)架，搭載windows操作系統(tǒng)，內(nèi)置巡檢軟件，是集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能于一體的移動(dòng)終端。巡檢人員使用PDA巡檢器可以完成巡檢任務(wù)下載、現(xiàn)場(chǎng)巡檢數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)上傳至巡檢管理軟件等工作[5]。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)電子標(biāo)識(shí)

現(xiàn)場(chǎng)電子標(biāo)識(shí)是安裝在現(xiàn)場(chǎng)某一區(qū)域的電子芯片，無(wú)需供電，使用RDIF射頻識(shí)別技術(shù)與PDA巡檢器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，PDA巡檢器讀取芯片中的定位信息后，會(huì)生成對(duì)應(yīng)該區(qū)域的巡檢表格，有效的確保了巡檢數(shù)據(jù)的真實(shí)性、有效性。

3.3 巡檢管理軟件

安裝在生產(chǎn)局域網(wǎng)PC上，后臺(tái)采用Client/Server結(jié)構(gòu)應(yīng)用系統(tǒng)[6]。PDA巡檢器可以通過(guò)USB或WIFI與巡檢管理軟件連接，下載或上傳數(shù)據(jù)到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中，巡檢管理軟件會(huì)在后臺(tái)對(duì)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理加工，自動(dòng)生成巡檢記錄表，并可以與數(shù)據(jù)庫(kù)中已設(shè)定的生產(chǎn)數(shù)據(jù)正常范圍值、報(bào)警值和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如有異常會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警提示，并在生成的各類表格上進(jìn)行標(biāo)注，提前發(fā)現(xiàn)安全隱患。

軟件主要功能如下：

（1）系統(tǒng)的維護(hù)

對(duì)巡檢管理軟件進(jìn)行初始化設(shè)定和日常維護(hù)工作，包括：時(shí)間設(shè)定、PDA巡檢器的注冊(cè)登記、用戶權(quán)限和密碼修改和對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中已有的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與備份。

（2）巡檢任務(wù)管理

巡檢任務(wù)設(shè)置、巡檢人員設(shè)置、巡檢任務(wù)和巡檢人員的綁定(每個(gè)巡檢人員分配相應(yīng)的巡檢區(qū)域)、對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)按重要程度進(jìn)行分級(jí)。使用巡檢管理軟件還可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的實(shí)際工況，為每個(gè)巡檢數(shù)據(jù)設(shè)定報(bào)警值，并可以將設(shè)定的報(bào)警值下載到PDA巡檢器中。另外，PDA巡檢器上還可以保存最近一個(gè)月的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，巡檢人員在現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行任務(wù)時(shí)可以使用PDA巡檢器隨時(shí)查看生產(chǎn)數(shù)據(jù)的歷史趨勢(shì)圖。

（3）安全隱患管理

現(xiàn)場(chǎng)巡檢是現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)的必要輔助手段，其主要目的是及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，并及時(shí)做出處理，優(yōu)化生產(chǎn)流程、排除安全隱患。具體包括隱患信息的標(biāo)識(shí)、隱患信息與巡檢人員的綁定、隱患信息的記錄、隱患的整改計(jì)劃與完成進(jìn)度跟蹤等。

（4）巡檢人員身份信息管理

對(duì)巡檢人員個(gè)人信息管理（包括巡檢人員身份注冊(cè)、用戶權(quán)限、登錄密碼等）。

（5）數(shù)據(jù)查詢

使用不同的用戶權(quán)限登錄后可以查看對(duì)應(yīng)權(quán)限的查詢結(jié)果，主要包括歷史記錄查詢、巡檢人員信息查詢、隱患信息查詢、歷史報(bào)告查詢等。

（6）數(shù)據(jù)分析

主要是針對(duì)采集到的數(shù)據(jù)與軟件管理系統(tǒng)中已設(shè)定的報(bào)警值和歷史數(shù)據(jù)交叉對(duì)比，進(jìn)行綜合分析，生成各類統(tǒng)計(jì)圖表。還可以對(duì)巡檢計(jì)劃進(jìn)行綜合考評(píng)，根據(jù)巡檢人員完成巡檢任務(wù)和發(fā)現(xiàn)隱患的記錄進(jìn)行綜合考評(píng)。

（7）預(yù)留ERP接口

智能巡檢系統(tǒng)還可與ERP管理系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與應(yīng)用。

圖3 巡檢管理軟件功能模塊組合示意圖

2 結(jié)論及預(yù)期效果

智能巡檢系統(tǒng)可以提升海洋油氣生產(chǎn)、管理和數(shù)據(jù)建設(shè)的技術(shù)水平，滿足海洋油氣開(kāi)采步入“大數(shù)據(jù)”時(shí)代的技術(shù)需求[7]。主要體現(xiàn)在以下幾方面:

（1）完善生產(chǎn)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)的應(yīng)用使得巡檢工作這一生產(chǎn)管理環(huán)節(jié)的末梢、死角得以納入到海洋油氣田信息化建設(shè)的大環(huán)境中[8]。通過(guò)PDA、有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用等各種先進(jìn)的信息技術(shù)取代了傳統(tǒng)的人工巡視、手工紙質(zhì)記錄和手工匯總統(tǒng)計(jì)的低效工作方式。從而杜絕了人為因素、降低了管理成本、對(duì)巡檢人員工作狀態(tài)起到了有效的監(jiān)督和增效作用，使即時(shí)、定性、定量、客觀地考核巡檢人員的工作成為可能。

（2）使日常巡檢工作更具科學(xué)性、更有效率性。系統(tǒng)所采用的巡檢任務(wù)定期下載、巡檢任務(wù)按生產(chǎn)需要實(shí)時(shí)調(diào)整的管理模式，使巡檢工作的管理更靈活、更規(guī)范，符合生產(chǎn)實(shí)際技術(shù)發(fā)展的需求[9]。

（3）保障設(shè)備及油氣生產(chǎn)工作的安全。有效保證設(shè)備安全是智能巡檢系統(tǒng)必須的技術(shù)要求,通過(guò)巡視檢查來(lái)掌握設(shè)備的動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀況及周圍環(huán)境變化，實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障和安全隱患，有利于及時(shí)消除隱患，預(yù)防預(yù)警事故發(fā)生，保證設(shè)備的安全運(yùn)行和油氣生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定維護(hù)，確保達(dá)到“安全、經(jīng)濟(jì)、高效”的運(yùn)行目標(biāo)。

（4）充實(shí)、完善了海洋油氣田生產(chǎn)管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。經(jīng)過(guò)十多年的海洋油氣田生產(chǎn)信息化建設(shè)，國(guó)內(nèi)各大海洋油氣田基本都已營(yíng)造了自成體系的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境。這些數(shù)據(jù)庫(kù)包括直接反映海洋油氣生產(chǎn)的“開(kāi)發(fā)靜態(tài)”、“開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)”、“井下作業(yè)”，和輔助生產(chǎn)的“生產(chǎn)測(cè)試”、“生產(chǎn)試井”、“采油工程”等相關(guān)技術(shù)信息[10]，涉及了油氣生產(chǎn)的各個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)。但是，巡檢工作仍沿用著傳統(tǒng)手工方式，巡檢數(shù)據(jù)以紙質(zhì)文本或電子表格形式存儲(chǔ)、傳遞，數(shù)據(jù)散亂、難以匯總、無(wú)法進(jìn)行系統(tǒng)的分析與處理，智能巡檢系統(tǒng)將填補(bǔ)這一技術(shù)空缺。

（5）智能巡檢系統(tǒng)創(chuàng)新巡檢數(shù)據(jù)應(yīng)用方式方法，以海油生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)技術(shù)為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)相關(guān)計(jì)算機(jī)軟件，構(gòu)建符合海油生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)安全要求的智能巡檢系統(tǒng)，徹底結(jié)束巡檢數(shù)據(jù)的信息孤島分布現(xiàn)狀[11]。

（6）智能巡檢系統(tǒng)將先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)與計(jì)算機(jī)管理有效結(jié)合起來(lái)，能夠克服傳統(tǒng)巡檢方式的各種弊端，對(duì)巡檢人員的工作進(jìn)行有效的實(shí)時(shí)監(jiān)管，切實(shí)提高海洋油氣田生產(chǎn)的監(jiān)管技術(shù)水平[12]。

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（修改回稿日期2015-05-27編輯景岷雪）

徐英卓，女，1964年4月出生，畢業(yè)于西北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)軟件專業(yè)，工學(xué)碩士學(xué)位，教授，西安石油大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院教授、研究生導(dǎo)師。地址：（710065）西安市雁塔電子二路西安石油大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院。電話：13096949510。E-mail：707416631@qq.com