信息特色技術(shù)在高含硫氣田的應(yīng)用

郭 渝 羅小軍 胡畔寧

（1.中國石油西南油氣田公司國際合作事業(yè)部，四川 成都 610051；2.中國石油西南油氣田公司，四川 成都 610051；3.中國石油西南油氣田公司通信與信息技術(shù)中心，四川 成都 610051）

0 引言

國內(nèi)某高含硫氣田（以下簡稱高含硫氣田）是中國石油與國外石油公司共同出資開發(fā)的首個大型高含硫氣田，其開發(fā)面臨技術(shù)難度大、安全風(fēng)險高、無成熟經(jīng)驗(yàn)借鑒等眾多難題。為了實(shí)現(xiàn)高含硫氣田安全、可靠、清潔開發(fā)，高含硫氣田管理團(tuán)隊(duì)把信息化作為氣田建設(shè)和安全運(yùn)營的重要支撐，在多個信息化領(lǐng)域取得技術(shù)的突破，形成了適合自身發(fā)展的信息化特色技術(shù)。該技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目建設(shè)全過程的信息化管理，為項(xiàng)目的精細(xì)建設(shè)、質(zhì)量控制、順利投產(chǎn)、安全運(yùn)營提供了強(qiáng)有力的支撐和保障，使高含硫氣田信息化建設(shè)從數(shù)字化向智能化邁進(jìn)。

1 信息特色技術(shù)

1.1 統(tǒng)一通訊技術(shù)

統(tǒng)一通訊簡單理解為IP電話、軟終端、視頻終端以及移動通訊設(shè)備能夠無縫接入視頻會議或電話會議。統(tǒng)一通訊的硬件部署相對傳統(tǒng)的程控通訊更加簡單，數(shù)字交換機(jī)取代了程控交換機(jī)，增加一臺或多臺語音網(wǎng)關(guān)，用于實(shí)現(xiàn)語音、視頻、消息傳送、會議、視頻會議等功能。統(tǒng)一通訊將語音信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，由企業(yè)的骨干網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，這樣的傳輸方式最大限度地保證了通話質(zhì)量和可靠性。統(tǒng)一通訊提升了員工工作效率，為企業(yè)節(jié)約了大量的建設(shè)、運(yùn)營、維護(hù)成本。

1.2 AD域驗(yàn)證技術(shù)

AD域驗(yàn)證技術(shù)可以簡單理解為數(shù)臺AD域控制服務(wù)器分布在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)這個“森林”中，AD域控制服務(wù)器相互連通，并記錄和控制各自管轄區(qū)塊中每個計(jì)算機(jī)和用戶的信息。AD域控制服務(wù)器在整個域林中扮演以下4個角色：①代理身份驗(yàn)證，這不但適用于操作系統(tǒng)而且還適用于計(jì)算機(jī)上所有應(yīng)用程序；②部署操作系統(tǒng)相關(guān)設(shè)置，用戶不能通過AD域下的計(jì)算機(jī)修改操作系統(tǒng)設(shè)置；③共享AD域下能夠訪問的資源，尤其是磁盤資源的共享；④設(shè)置用戶權(quán)限，權(quán)限通過繼承方式進(jìn)行傳遞。

1.3 數(shù)據(jù)集成技術(shù)

“以寬闊的視野、開放的思維建立數(shù)據(jù)庫協(xié)同共享機(jī)制”是數(shù)據(jù)集成的核心方法。數(shù)據(jù)集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)多業(yè)務(wù)綜合集成和共享，跨企業(yè)多領(lǐng)域的業(yè)務(wù)協(xié)同和融合，激活各類主體內(nèi)在發(fā)展動力。高含硫氣田在資產(chǎn)管理、經(jīng)營管理等方面大量應(yīng)用數(shù)據(jù)集成技術(shù)。

1.4 智慧型氣田

“自動化生產(chǎn)，數(shù)字化辦公，智慧化管理”是智慧型氣田的核心理念。智慧型氣田基礎(chǔ)是利用成熟的自動化技術(shù)，統(tǒng)籌謀劃、協(xié)同聯(lián)動、大力提升數(shù)字化系統(tǒng)生產(chǎn)現(xiàn)場的覆蓋率，提高安全管控水平，提升生產(chǎn)效率，降低運(yùn)營成本。智慧型氣田尖端是借助先進(jìn)的信息化技術(shù)，跟蹤分析生產(chǎn)工況動態(tài)，決策處理各類應(yīng)急狀況，優(yōu)化整合業(yè)務(wù)流程，提升氣田生產(chǎn)管理水平。智慧型氣田由自動化到智能化的轉(zhuǎn)型升級是量變到質(zhì)變的過程［1］。高含硫氣田在安全防護(hù)體系建設(shè)方面充分體現(xiàn)了智慧型氣田的建設(shè)理念。

2 信息特色技術(shù)在高含硫氣田的應(yīng)用

2.1 統(tǒng)一通訊技術(shù)支撐高含硫氣田數(shù)字化辦公

統(tǒng)一通訊技術(shù)在高含硫氣田得到了廣泛的應(yīng)用。用戶可以使用思科IP電話與不限于高含硫氣田的話機(jī)建立電話會議，可以使用思科即時消息IM軟件在線聊天，可以使用思科Jabber軟件完成點(diǎn)擊呼叫、語音、視頻、即時消息等功能，可以使用思科WebEx軟件建立網(wǎng)絡(luò)會議共享桌面信息，可以使用思科視頻會議套件與其他用戶建立視頻會議。

統(tǒng)一通訊技術(shù)在高含硫氣田的成功應(yīng)用，主要體現(xiàn)在以下方面：①技術(shù)方案覆蓋企業(yè)所有通訊需求，是企業(yè)信息化轉(zhuǎn)型升級的必然選擇；②項(xiàng)目建設(shè)成本合理，建設(shè)周期短，100人的小型企業(yè)硬件花費(fèi)20萬元至30萬元（其中包括IP電話、POE交換機(jī)、語音終端、視頻會議服務(wù)器的搭建），建設(shè)時間與網(wǎng)絡(luò)建設(shè)周期相同；③項(xiàng)目運(yùn)營成本低，實(shí)現(xiàn)的功能更加全面，企業(yè)唯一需要支付的是用戶的市話和長話費(fèi)用，但企業(yè)卻實(shí)現(xiàn)了異地電話會議和視頻會議等功能，因此為企業(yè)節(jié)省了大量差旅費(fèi)開銷；④統(tǒng)一通訊融合各式通訊方式，提升了員工工作效率，為數(shù)字化辦公奠定了基礎(chǔ)。

2.2 AD域驗(yàn)證技術(shù)保障高含硫氣田信息安全

AD域驗(yàn)證技術(shù)確保員工的認(rèn)證信息全球唯一。高含硫氣田是國外企業(yè)這個“森林”中劃分的一個“域”，“域”中“樹木”的信息被一臺AD控制服務(wù)器（下面簡稱AD）管理著，AD與“森林”中其他“域”的AD建立了網(wǎng)絡(luò)連接，確保整個“森林”中每棵“樹木”的信息都唯一存在。

AD域驗(yàn)證技術(shù)確保員工的訪問安全可靠。AD存儲高含硫氣田每位員工的身份信息。操作系統(tǒng)或應(yīng)用程序需要進(jìn)行身份驗(yàn)證時，便會通過網(wǎng)絡(luò)向AD發(fā)起驗(yàn)證申請，AD對照數(shù)據(jù)庫向申請者返回驗(yàn)證結(jié)果。

AD域驗(yàn)證技術(shù)確保計(jì)算機(jī)最高安全設(shè)置。AD控制著高含硫氣田計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)設(shè)置，如無法安裝軟件、禁用U盤、無法修改操作系統(tǒng)設(shè)置等，使整個公司的計(jì)算機(jī)桌面保持一致并無法私人修改。限制人為權(quán)限，是保障企業(yè)計(jì)算機(jī)免遭病毒侵害的最直接手段。

AD域驗(yàn)證技術(shù)資源共享和權(quán)限劃分功能保護(hù)用戶隱私的同時確保企業(yè)信息安全。高含硫氣田計(jì)算機(jī)多了兩個盤符“O”盤和“P”盤，其中“P”盤是個人使用盤，磁盤容量根據(jù)用戶在AD中劃分的權(quán)限等級進(jìn)行分配。“O”盤為公共使用盤，里面包含各個部門的文件夾，文件訪問權(quán)限根據(jù)用戶在AD中劃分的組進(jìn)行分配。另外郵件的存儲空間也根據(jù)用戶在AD中劃分的權(quán)限進(jìn)行分配。

簡而言之，AD域驗(yàn)證技術(shù)規(guī)范了企業(yè)的信息化管理，提升了企業(yè)信息化安全等級。在實(shí)施AD域驗(yàn)證技術(shù)的過程中要注意以下幾點(diǎn)：轉(zhuǎn)變思維方式，通盤考慮，確保AD域驗(yàn)證技術(shù)覆蓋企業(yè)所有應(yīng)用；加大資金投入，保證網(wǎng)絡(luò)和AD域控制服務(wù)器等硬件設(shè)施的完善；轉(zhuǎn)變管理模式，建立健全員工權(quán)限分配方案，確保企業(yè)信息安全。

2.3 數(shù)據(jù)集成技術(shù)保障高含硫氣田資產(chǎn)完整性

高含硫氣田為了實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)完整性管理，從多個應(yīng)用程序數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用程序單一化向集成化的發(fā)展。集成化的資產(chǎn)完整性系統(tǒng)首先提取高含硫氣田全生命周期服務(wù)器［2］（LCS-Life Cycle Server）中的數(shù)據(jù)，全生命周期服務(wù)器是用于記錄設(shè)備、設(shè)施信息并提供相關(guān)數(shù)據(jù)表。當(dāng)前LCS數(shù)據(jù)記錄53 238條，按設(shè)備類別主要分為電力、火氣、儀表、機(jī)械、管道、安全、結(jié)構(gòu)、通信等13大類，基本涵蓋了所有需要進(jìn)行檢修維護(hù)的設(shè)備、設(shè)施數(shù)據(jù)。其次從設(shè)計(jì)階段的數(shù)據(jù)庫Coreworx系統(tǒng)獲取設(shè)備、設(shè)施數(shù)據(jù)，包括設(shè)計(jì)、材料、安裝、驗(yàn)收等信息，從儀表設(shè)計(jì)Intool系統(tǒng)獲取儀表所有設(shè)計(jì)文件。通過前端工具（FED）可根據(jù)設(shè)備類型、設(shè)備位號等查詢設(shè)備的相關(guān)信息，圖1顯示了集成化資產(chǎn)完整性管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源和服務(wù)對象。

圖1 全生命周期服務(wù)器圖

數(shù)據(jù)集成技術(shù)在設(shè)備完整性管理的應(yīng)用提升了設(shè)備全生命周期精細(xì)化管理能力：從設(shè)備的計(jì)劃、選購、安裝、驗(yàn)收、運(yùn)行（巡檢）、維保、檢修（故障／調(diào)劑）、閑置到報(bào)廢，對設(shè)備全生命周期進(jìn)行精細(xì)化管理，確保計(jì)劃及時下達(dá)、安裝及時投產(chǎn)、生產(chǎn)過程監(jiān)測與預(yù)警，物聯(lián)設(shè)備狀態(tài)自診斷，實(shí)現(xiàn)信息化環(huán)境下設(shè)備設(shè)施科學(xué)健康管理，提高設(shè)備預(yù)防預(yù)警能力，確保設(shè)備在勘探開發(fā)生產(chǎn)運(yùn)行過程中的效能最大化。

2.4 全方位安全防護(hù)體系助推高含硫氣田向智慧型氣田邁進(jìn)

2.4.1 高度集成、自動聯(lián)鎖的控制平臺

針對高含硫氣田安全風(fēng)險高、事故后果嚴(yán)重等特點(diǎn)，高含硫氣田自動控制系統(tǒng)有針對性地設(shè)計(jì)成為系統(tǒng)高度集成、數(shù)據(jù)高度拓展、人員高度防護(hù)等功能為一體的自動化監(jiān)控、操作與管理信息化平臺，在凈化廠中央控制室實(shí)現(xiàn)全氣田的監(jiān)控和應(yīng)急處理，設(shè)置無人值守井站，可以自動、快速進(jìn)行緊急聯(lián)鎖，確保人員和資產(chǎn)安全。其主要特點(diǎn)如下：①高度集成了緊急切斷系統(tǒng)（ESD）、火災(zāi)、有毒及可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)（F&G）、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）、入侵防范系統(tǒng)（IDS）、界區(qū)內(nèi)及界區(qū)外擴(kuò)聲喇叭報(bào)警系統(tǒng)（CA&GA）、社區(qū)報(bào)警系統(tǒng)、在線管道腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)、陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)、氣象監(jiān)測系統(tǒng)等子系統(tǒng)；②各個系統(tǒng)之間用冗余的工業(yè)以太網(wǎng)為平臺無縫鏈接，在凈化廠中央控制室內(nèi)集中的顯示、報(bào)警以及控制和聯(lián)鎖；③采用具有SIL3安全級別認(rèn)證的控制系統(tǒng)作為緊急停車（ESD）［3］系統(tǒng)，設(shè)置了5級事故停車。

2.4.2 光纖感應(yīng)技術(shù)在線檢測集輸管道泄漏

高含硫氣田H2S含量達(dá)到10.2%，集輸管道長度達(dá)到40 km，地處山區(qū)，管道敷設(shè)起伏大，容易受地質(zhì)災(zāi)害影響，一旦發(fā)生管道泄漏，將造成重大安全事故。多年來普遍采用壓力變化速率來檢測集輸線路管道泄漏，該方法精度差，微小泄漏則無法及時報(bào)警，也不能精確定位泄漏點(diǎn)。因此，經(jīng)過和國外公司的多次技術(shù)交流，項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)決定采用國外前沿技術(shù)，利用3種主體+2種輔助泄漏檢測技術(shù)，保證40 km管線全覆蓋、無死角。表1列出了3種主體檢測方案。

由于在管道穿越河流或有擋土墻的地方，光纜無法檢測泄漏，為了避免出現(xiàn)盲區(qū)，增加了云成像攝像技術(shù)［5］和H2S探測儀檢測2種方案作為感應(yīng)光纜測漏技術(shù)的補(bǔ)充。具體內(nèi)容見表2。

高含硫氣田集輸線路泄漏檢測系統(tǒng)經(jīng)過半年多的運(yùn)行，5種檢測方式同時運(yùn)行，互為補(bǔ)充，互相驗(yàn)證，提高了泄漏檢測的可靠性和準(zhǔn)確性，實(shí)際運(yùn)行效果顯著。

表1 3種主體泄漏檢測技術(shù)方案表

表2 補(bǔ)充泄漏檢測技術(shù)表

2.4.3 建成了快速反應(yīng)的應(yīng)急體系

應(yīng)急控制中心（NSCC）下設(shè)“一個平臺、三大系統(tǒng)”，即設(shè)有安全監(jiān)控平臺（含安保門禁監(jiān)控和站場火氣監(jiān)控）、應(yīng)急響應(yīng)信息系統(tǒng)（ERMS）、社區(qū)警報(bào)控制系統(tǒng)，并與生產(chǎn)管理系統(tǒng)（DCS和SCADA系統(tǒng)）相連，是信息收集、指令傳遞、生產(chǎn)處置、社區(qū)警報(bào)、疏散撤離等方面的調(diào)度中心，為應(yīng)急救援提供第一手信息。

ERMS系統(tǒng)分別采取二維和三維對氣田全部設(shè)施和集輸線路地形進(jìn)行了建模，能結(jié)合氣象站收集的風(fēng)速、風(fēng)向信息實(shí)時模擬H2S泄漏時大氣擴(kuò)散的模型。當(dāng)發(fā)生H2S氣體泄漏后，NSCC能一目了然觀察到泄漏位置和影響區(qū)域，拉響該區(qū)域的社區(qū)警報(bào)，為應(yīng)急搶險提供支持。系統(tǒng)集成短消息快發(fā)群組，可根據(jù)需要向特定對象（政府、員工、社區(qū)應(yīng)急協(xié)助員、村民等）大規(guī)模發(fā)送應(yīng)急信息。

社區(qū)警報(bào)控制系統(tǒng)由20組區(qū)域報(bào)警器組成，每組可由NSCC單獨(dú)控制，聲場可有效覆蓋整個潛在影響區(qū)域。生產(chǎn)管理系統(tǒng)接入NSCC應(yīng)急控制中心，DCS和SCADA系統(tǒng)中的報(bào)警數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r上傳到NSCC，為應(yīng)急響應(yīng)提供預(yù)判和決策支撐。

氣田堅(jiān)持每年開展內(nèi)部和內(nèi)外聯(lián)動應(yīng)急演練，并針對演練過程中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行了整改，目前整個系統(tǒng)運(yùn)行流暢正常。

3 結(jié)論

1）通訊設(shè)備的更迭，不僅代表一個企業(yè)信息化水平的提升，更反映出一個企業(yè)管理理念的轉(zhuǎn)變。數(shù)據(jù)庫的整合和共享，避免重復(fù)收集信息，保證數(shù)據(jù)的一致性。AD域控制服務(wù)器的建設(shè)，能夠使企業(yè)在信息化建設(shè)方面更加穩(wěn)健、規(guī)范、安全。

2）為生產(chǎn)運(yùn)行和維護(hù)管理建立了全生命周期的資產(chǎn)檢測、分析、預(yù)警和維護(hù)信息數(shù)據(jù)庫，集輸管道感應(yīng)光纖泄漏檢測技術(shù)獲得成功應(yīng)用并開始推廣，大幅提高了資產(chǎn)的可靠性，保證了氣田安全平穩(wěn)運(yùn)行，并向智慧型氣田邁進(jìn)。

3）通過數(shù)據(jù)信息與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，建立了高度集成的監(jiān)測、控制和緊急停車系統(tǒng)，能快速進(jìn)行自動保護(hù)處理，已在調(diào)試和投產(chǎn)初期得到了實(shí)踐證明。

4）應(yīng)急響應(yīng)信息系統(tǒng)通過建立的氣田模型能直接定位泄漏區(qū)域，其擴(kuò)散模型能模擬出泄漏覆蓋區(qū)域，通過社區(qū)報(bào)警系統(tǒng)能快速組織疏散。