淺談油氣田與“互聯(lián)網(wǎng)+”的融合之路

方 鸝，楊世海，尤靖茜，何光偉，黃海燕

（中國石油 長慶油田分公司，西安 710018）

0 引言

今天，以互聯(lián)網(wǎng)為代表的信息技術(shù)發(fā)展日新月異，并加速與諸多的行業(yè)、領(lǐng)域、業(yè)態(tài)深度融合。因此，石油天然氣上游生產(chǎn)行業(yè)實(shí)現(xiàn)與“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的融合及應(yīng)用，是傳統(tǒng)能源企業(yè)轉(zhuǎn)型升級，實(shí)現(xiàn)新安全環(huán)保要求下可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)“智能化”的技術(shù)突破，則首先需突破現(xiàn)有的生產(chǎn)管理理念和建設(shè)模式。而一體化集成裝置的實(shí)踐與應(yīng)用，則是石油天然氣生產(chǎn)企業(yè)中地面生產(chǎn)系統(tǒng)建設(shè)及運(yùn)行管理方面與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合的契合點(diǎn)。

所謂一體化集成裝置，就是將多個工藝設(shè)備、電氣、自控儀表等按一定工藝要求安裝在橇座上，具有多功能、智能控制等特點(diǎn)，能夠替代油氣田中、小型站場或大型站場生產(chǎn)單元的生產(chǎn)設(shè)施。具有功能集成化、運(yùn)行智能化、管理遠(yuǎn)程化、制造工廠化等5項(xiàng)基本特性。一體化集成裝置的這一定位，符合“中國制造2025”的總體思路，順應(yīng)現(xiàn)代設(shè)備制造技術(shù)的發(fā)展潮流。本文將以長慶油田的建設(shè)及發(fā)展情況為例展開論述。

1 一體化集成裝置與互聯(lián)網(wǎng)“+”了什么[1]

工業(yè)技術(shù)發(fā)展至今，已經(jīng)歷了3個歷史時代：第1代，是以蒸汽機(jī)為標(biāo)志的機(jī)械化；第2代是以電力廣泛應(yīng)用為標(biāo)志的電氣化；第3代是以計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用為標(biāo)志的自動化。

在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅猛發(fā)展的當(dāng)下，工業(yè)迎來了第4次革命。在“互聯(lián)網(wǎng)+”的技術(shù)背景下，新一代工業(yè)技術(shù)與產(chǎn)品的鮮明特點(diǎn)是：智能產(chǎn)品、智能服務(wù)、智能生產(chǎn)等。

之所以說一體化集成裝置是石油天然氣生產(chǎn)企業(yè)中，地面生產(chǎn)系統(tǒng)建設(shè)及運(yùn)行管理方面與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合的切入點(diǎn)，是因?yàn)橐惑w化集成裝置具備實(shí)現(xiàn)上述幾大特點(diǎn)的潛質(zhì)。

1.1 智能產(chǎn)品

在一般文獻(xiàn)中，對智能產(chǎn)品的定義是基于民用產(chǎn)品，其典型特點(diǎn)是把產(chǎn)品作為一個數(shù)據(jù)采集端，不斷采集用戶的數(shù)據(jù)并上傳到云端，方便用戶進(jìn)行應(yīng)用管理。

而作為工業(yè)生產(chǎn)裝備的一體化集成裝置，其智能產(chǎn)品的特性主要表現(xiàn)為智能運(yùn)行。這里的智能運(yùn)行具體體現(xiàn)在兩個層面。

第一層面，就地自動運(yùn)行。其基礎(chǔ)是裝置自配套的檢測儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及控制器等，將構(gòu)成裝置的各單一壓力容器、輸油泵等機(jī)電設(shè)備，應(yīng)用集散控制理論，以各設(shè)備的運(yùn)行特性獨(dú)立進(jìn)行運(yùn)行控制和保護(hù)，從而就地實(shí)現(xiàn)裝置正常生產(chǎn)時的自動運(yùn)行、設(shè)備故障情況下的自動聯(lián)鎖保護(hù)及站場事故時自動或遠(yuǎn)程停車，確保裝置整體的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。

第二層面是，遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過專用通信信道，實(shí)時向生產(chǎn)作業(yè)區(qū)的生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)（即作業(yè)區(qū)SCADA系統(tǒng)）傳送裝置的生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)與圖像，實(shí)現(xiàn)作業(yè)區(qū)所轄各生產(chǎn)設(shè)施的遠(yuǎn)程監(jiān)控，監(jiān)控人員可根據(jù)生產(chǎn)與檢修計(jì)劃，或生產(chǎn)過程中的突發(fā)情況，遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)計(jì)劃停車和緊急停車。

1.2 智能服務(wù)

對于一體化集成裝置，其智能服務(wù)是從兩個方面進(jìn)行構(gòu)建的：

第一方面，各配件的智能化。按照互聯(lián)、物聯(lián)理論的基本思路，對于構(gòu)成裝置的核心設(shè)備如燃燒器、混輸泵，以及各類檢測儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等均選用智能設(shè)備，使得裝置的主要部件能夠進(jìn)行自我運(yùn)行分析和自我性能診斷，并將有關(guān)數(shù)據(jù)傳送至裝置自配套的控制器。同時，對于分離器、工藝管線、手動閥門等非智能設(shè)備，建立有關(guān)設(shè)備管理信息，從而實(shí)現(xiàn)一體化集成裝置全面地自動診斷、自動維保提示等功能。

第二方面，制造工廠的智能運(yùn)維管理。工廠建立裝置運(yùn)維管理系統(tǒng)，及時接收裝置各設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，自動、高效、準(zhǔn)確地確定各裝置、各配件的檢修、維護(hù)內(nèi)容與時間。制造工廠可自主為自己制造的產(chǎn)品提供及時、準(zhǔn)確的保養(yǎng)、維護(hù)與維修服務(wù)。

1.3 智能生產(chǎn)

智能生產(chǎn)，一般文獻(xiàn)主要指用戶通過網(wǎng)絡(luò)下訂單，實(shí)現(xiàn)多品種、小批量、個性化的定制生產(chǎn)，其核心應(yīng)為定制生產(chǎn)。

該特性以長慶應(yīng)用量最大（近400套）的一種一體化集成裝置——集成增壓裝置為例。

集成增壓裝置在應(yīng)用選型時，主要是選擇工作壓力和處理量。對于特定于長慶所屬的油區(qū)應(yīng)用，其工作壓力均一致，變化的只是不同工作區(qū)域的處理量的需求。基于此，在裝置的研發(fā)之初，對于決定該裝置處理量的核心設(shè)備即單螺桿混輸泵自主進(jìn)行開發(fā)制造，使不同排量泵的可以在同一安裝基礎(chǔ)上進(jìn)行安裝。從而該裝置能夠根據(jù)不同站場的處理量需求進(jìn)行制造，同時還可以根據(jù)某一站場在不同時期處理量的變化，及時更換不同排量的混輸泵，以很好地適應(yīng)生產(chǎn)需求。

因此，按照這一設(shè)計(jì)思路不斷地進(jìn)行深化，拓展適用范圍、進(jìn)一步細(xì)化生產(chǎn)（即用戶）的各種工況需求，一體化集成裝置完全可以按照用戶的需求進(jìn)行個性化定制生產(chǎn)。

1.4 生產(chǎn)功能集成化

生產(chǎn)功能集成化不屬于“互聯(lián)網(wǎng)+”的特性，但對于油田的生產(chǎn)、管理等方面卻有著重大意義。

所謂生產(chǎn)功能集成化，即一體化集成裝置按照一座中、小型站場生產(chǎn)功能的需求，在工藝流程優(yōu)化簡化的基礎(chǔ)上開展集成研究工作，用1套或2套裝置，完全替代功能相對比較單一的常規(guī)中、小型站場；另外，為保證多裝置構(gòu)成的大型站場（如聯(lián)合站等）中，各裝置的正常運(yùn)行，各類一體化集成裝置集成的功能應(yīng)相對獨(dú)立，且運(yùn)行不依賴其他裝置的輔助，這樣可根據(jù)不同站場的生產(chǎn)需求，任意組合功能適用的裝置。

2 一體化集成裝置的應(yīng)用意義

2.1 開創(chuàng)新的油田地面總體規(guī)劃格局[2-4]

油氣田地面生產(chǎn)系統(tǒng)的建設(shè)，是圍繞著油氣集輸站場的部署，而帶動電、信、路、管和礦區(qū)等地面系統(tǒng)的配套建設(shè)。

油田傳統(tǒng)站場的建設(shè)，由于征地量較大，并需配套電力、通信及道路等輔助設(shè)施，設(shè)計(jì)、建設(shè)周期較長，建設(shè)投入資金量較大；同時由于還需配備一定數(shù)量的駐站值守人員，站場的運(yùn)行費(fèi)用也相對較高。因此，相應(yīng)的地面建設(shè)的總體規(guī)劃為降低總體建設(shè)投資，則是以少布站為原則，因地制宜合理控制集輸半徑，由此形成了長慶油田的“三級布站”和“二級布站”的規(guī)劃建設(shè)方式。

以長慶油田部署最多的增壓點(diǎn)為例，當(dāng)采用1套集成增壓裝置和1套集油收球加藥裝置進(jìn)行建設(shè)時，占地面積節(jié)省57%，且無需單獨(dú)征地，在井場邊布置即可；建設(shè)周期縮短72%且不受季節(jié)影響，站場整體建設(shè)投資降低22%；不配備駐站值守人員，節(jié)約生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用。因此，在地面建設(shè)總體規(guī)劃的總投資中，由一體化集成裝置構(gòu)成的生產(chǎn)站場的建設(shè)投資占比明顯降低。

在這種格局下，為進(jìn)一步節(jié)約總體建設(shè)投資，地面系統(tǒng)的總體規(guī)劃原則即轉(zhuǎn)為最大限度地縮短井場出油管線的總長度，即選擇海拔最低的井場布置增壓裝置，實(shí)現(xiàn)從“井場——.一體化集成裝置——聯(lián)合站”的“一級半布站”。此處的“半級”，是因?yàn)橛梢惑w化集成裝置構(gòu)成的站場無駐站值守人員。

另外，在這種總體規(guī)劃格局下，地面集輸系統(tǒng)由一體化集成裝置構(gòu)成的裝置化站場的總數(shù)，雖然會多于傳統(tǒng)規(guī)劃建設(shè)思路下的站場數(shù)量，但平均單站的轄井?dāng)?shù)減少了。當(dāng)某一站場出現(xiàn)問題停車時，影響生產(chǎn)的區(qū)域和產(chǎn)量也相對比較小，很大程度上緩解了油田生產(chǎn)產(chǎn)量及經(jīng)營管理方面的壓力。

在電、信、路等配套建設(shè)方面，正是由于一體化集成裝置無需駐站值守人員，則不需要運(yùn)送日常倒班人員，降低道路的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。電力與通信的配套建設(shè)，則采用OPPC技術(shù)“同線”敷設(shè)，一次性完成電力與通信系統(tǒng)的線路建設(shè)。

因此，一體化集成裝置作為新興的油田地面建設(shè)模式，不但為地面總體規(guī)劃帶來了新的思路，而且極大簡化了站場建設(shè)，縮短了地面集輸流程，節(jié)約了集輸系統(tǒng)建設(shè)及電、信、路等配套系統(tǒng)建設(shè)的總體投資。同時由于無站場駐守人員，也在一定程度上降低了運(yùn)行費(fèi)用。

2.2 優(yōu)化生產(chǎn)組織方式[5,6]

生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步的真正價(jià)值，不應(yīng)只是技術(shù)本身，而是能夠有效地推動生產(chǎn)，尤其是生產(chǎn)管理的進(jìn)步。因此，長慶油田在開展一體化集成裝置的研究與應(yīng)用時，始終將技術(shù)升級推動管理提升為最終目的，圍繞著優(yōu)化生產(chǎn)管理方式，打破原有以地下地質(zhì)區(qū)塊劃分生產(chǎn)管理區(qū)域的模式，構(gòu)建按地面生產(chǎn)流程管理的新型勞動組織架構(gòu)開展研發(fā)工作。

基于一體化集成裝置多功能、可替代傳統(tǒng)中小型站場，以及其融入的物聯(lián)網(wǎng)配套技術(shù)，具備智能運(yùn)行等技術(shù)特性的基礎(chǔ)上，即可推行井站一體化建設(shè)，日常生產(chǎn)運(yùn)行不設(shè)置駐站值守人員，在其相應(yīng)的生產(chǎn)管理機(jī)關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理。如此，就可按照中石油物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)要求建立新型的數(shù)字化管理作業(yè)區(qū)。具體而言是將油田的聯(lián)合站或者氣田的處理廠（凈化廠）與作業(yè)區(qū)合建，并建設(shè)作業(yè)區(qū)SCADA系統(tǒng)。以聯(lián)合站或處理廠為核心構(gòu)建“一級半”生產(chǎn)管理模式，運(yùn)行人員集中進(jìn)行生產(chǎn)管理，對作業(yè)區(qū)所轄的所有井、站（即一體化集成裝置）按照“油氣集輸一體化管理”的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)油氣開采、集輸、處理一體化遠(yuǎn)程監(jiān)控；按照“供注水一體化管理”的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)水系統(tǒng)“源、供、配、注”一體化遠(yuǎn)程監(jiān)控。

最終實(shí)現(xiàn)“井場——.一體化增壓裝置——聯(lián)合站（處理廠）”的數(shù)據(jù)流、生產(chǎn)流、業(yè)務(wù)流相統(tǒng)一，有效地壓縮了管理層級，實(shí)現(xiàn)油田生產(chǎn)的扁平化管理。

2.3 改變油氣田建設(shè)、維護(hù)模式

一體化集成裝置作為一種生產(chǎn)設(shè)備，其加工、制造是在資質(zhì)完備的工廠進(jìn)行?，F(xiàn)場的施工僅需完成工藝、電氣、通信和自控等專業(yè)預(yù)留接口的連接，以及視頻監(jiān)視、火氣監(jiān)測等配套系統(tǒng)的建設(shè)工作。極大降低了現(xiàn)場施工工作量、縮短了現(xiàn)場施工工期。同時，由于一體化集成裝置是多專業(yè)技術(shù)的高度集成。因此，一體化集成裝置的現(xiàn)場安裝施工與投產(chǎn)開車，均由裝置的生產(chǎn)廠商完成，按照“交鑰匙”工程方式進(jìn)行組織，很大程度上降低了建設(shè)單位的工程建設(shè)管理難度。

另外，也正是由于一體化集成裝置是多技術(shù)、多專業(yè)的高度集成，對維護(hù)保養(yǎng)的專業(yè)性、技術(shù)性也相對較高。因此，各類一體化集成裝置從設(shè)計(jì)、制造、投產(chǎn)調(diào)試、維護(hù)及保養(yǎng)、檢修等工作集成于一體，建立專業(yè)化隊(duì)伍的維護(hù)。對于日常檢定、保養(yǎng)等工作，采用駐點(diǎn)服務(wù)形式；對于大修等工作，則以工廠化維修方式為主。同時，利用裝置的自動診斷、自動維保提示功能，建設(shè)一體化集成裝置運(yùn)維管理系統(tǒng)，專業(yè)化維護(hù)隊(duì)伍自主開展維護(hù)工作，實(shí)現(xiàn)裝置運(yùn)維的信息化管理。這種類似汽車行業(yè)“4S”模式，由專業(yè)化隊(duì)伍全面負(fù)責(zé)的維護(hù)機(jī)制，極大地減輕采油廠的設(shè)備維護(hù)壓力，使采油單位只需專注油氣田的生產(chǎn)運(yùn)行。

3 小結(jié)

一體化集成裝置通過與“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的創(chuàng)新融合，不但能夠承載智能制造的新技術(shù)特性，同時能夠?qū)崿F(xiàn)油、氣、水、電等類型站場，尤其是小型站場如油田的增壓點(diǎn)、氣田的集氣站，以及供水站、注水站、配水間和35kV變電所等的裝置化建設(shè)，并可實(shí)現(xiàn)由一體化集成裝置為主構(gòu)成的各類生產(chǎn)站場的無人值守、遠(yuǎn)程管理。

通過創(chuàng)新應(yīng)用集散控制理論，實(shí)現(xiàn)裝置內(nèi)部各設(shè)備及裝置化站場內(nèi)各裝置間的生產(chǎn)運(yùn)行的自動控制與自動聯(lián)鎖保護(hù)。

通過創(chuàng)新融合物聯(lián)理論，為裝置各構(gòu)成設(shè)備和裝置嵌入自診斷功能，實(shí)現(xiàn)各設(shè)備和裝置的全生命周期的管理。

綜上所述，一體化集成裝置完全可以作為互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與油氣田上游生產(chǎn)融合的切入點(diǎn)，按照物聯(lián)理念系統(tǒng)地開展油氣田物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)，能夠?yàn)橛蜌馓锏孛娼ㄔO(shè)、生產(chǎn)組織調(diào)度、勞動組織架構(gòu)，以及設(shè)備運(yùn)維管理等方面帶來深刻的變革。