信息技術(shù)在海上油田異常情況與應(yīng)急處置管理中的應(yīng)用

閔 哲,徐 燕,袁向兵,王亞梅

(中國(guó)石化勝利油田分公司海洋采油廠，山東東營(yíng) 257237)

海上油田采用的“生產(chǎn)平臺(tái)+陸岸終端”的半海半陸開(kāi)發(fā)模式，發(fā)揮近岸優(yōu)勢(shì)，海陸一體布局，實(shí)現(xiàn)了高效開(kāi)發(fā)。但和陸地井場(chǎng)相比，海上環(huán)境惡劣、風(fēng)險(xiǎn)集中、事故救援處置困難、法律風(fēng)險(xiǎn)大、社會(huì)影響大，是油田安全環(huán)保清潔生產(chǎn)的高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)及監(jiān)管的重點(diǎn)和難點(diǎn)[1]。因此，結(jié)合海上安全生產(chǎn)特點(diǎn)，深入開(kāi)展海上油田信息化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了海上平臺(tái)、船舶、人員等生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的可視化，海上油水井生產(chǎn)、電力配送、海管運(yùn)行的自動(dòng)化，海上油田生產(chǎn)運(yùn)行、安全管理、應(yīng)急處置的數(shù)字化，大大推動(dòng)了海上安全高效開(kāi)發(fā)。

1 海上油田信息化情況

目前，海上油田已初步建成了生產(chǎn)信息化全覆蓋應(yīng)用體系，實(shí)現(xiàn)了海上生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、設(shè)備設(shè)施遠(yuǎn)程啟停、現(xiàn)場(chǎng)可視化監(jiān)控、生產(chǎn)流程遠(yuǎn)程操控、海域全天候監(jiān)控、人員動(dòng)態(tài)跟蹤等功能，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星平臺(tái)的無(wú)人值守，中心平臺(tái)少人值守。

1.1 自動(dòng)化情況

采油廠相繼在油水井自動(dòng)化、電力自動(dòng)化、視頻監(jiān)控、站庫(kù)自動(dòng)化等方面進(jìn)行了探索與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了各平臺(tái)主要生產(chǎn)參數(shù)采集、緊急關(guān)斷與過(guò)程控制等功能。海上油田共有94座平臺(tái)實(shí)施了工藝自動(dòng)化系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)452口油井、222口水井、8口氣井生產(chǎn)參數(shù)監(jiān)控，具有平臺(tái)工藝過(guò)程控制、安全報(bào)警監(jiān)測(cè)和緊急關(guān)斷等功能。實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)工藝安全狀況、氣體泄漏、火災(zāi)爆炸、生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的全方位監(jiān)控及報(bào)警、預(yù)警，建成了海洋特色的安全監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)。

通過(guò)海上自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)，85%的采油平臺(tái)、95%油水井、100%管線、78%電力線路實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵參數(shù)采集、自動(dòng)化控制。中心平臺(tái)具備遠(yuǎn)程電泵井啟停，機(jī)泵、控制閥、加熱器遠(yuǎn)程遙控、實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，提高油、氣、水分離效果，確保油氣平穩(wěn)高效生產(chǎn)。實(shí)現(xiàn)了海上生產(chǎn)流程具備緊急情況下的遠(yuǎn)程啟停、聯(lián)鎖關(guān)斷功能，海上生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)情況盡在掌握，有力支持了海上85%的采油平臺(tái)無(wú)人值守、中心平臺(tái)少人值守生產(chǎn)運(yùn)行模式的形成。

1.2 視頻監(jiān)控情況

海上平臺(tái)共有84座平臺(tái)安裝有視頻監(jiān)控，分別監(jiān)控井口、工藝流程、靠船排、生活區(qū)等關(guān)鍵部位，5座陸地站庫(kù)部分關(guān)鍵部位安裝有視頻監(jiān)控。借助立體監(jiān)控體系的建立，86%海上平臺(tái)、75%生產(chǎn)海域、89%海底管線現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵部位視頻監(jiān)控安裝到位，實(shí)現(xiàn)了視頻信號(hào)全天候海陸同步監(jiān)控和實(shí)時(shí)回傳。為現(xiàn)場(chǎng)職工日常巡檢、應(yīng)急判斷提供了視頻支持。同時(shí)，也為各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)分析、研判、決策及相關(guān)指揮、處置提供了第一手現(xiàn)場(chǎng)資料。

1.3 通訊網(wǎng)絡(luò)情況

經(jīng)過(guò)多年來(lái)建設(shè)，采油廠信息網(wǎng)建成了多種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、多介質(zhì)傳輸、多協(xié)議共享的海陸一體化網(wǎng)絡(luò)(陸地有線網(wǎng)絡(luò)和海上無(wú)線網(wǎng)絡(luò))。陸地建有14條千兆主干鏈路，4套無(wú)線備份微波；海上主干網(wǎng)絡(luò)有12套無(wú)線微波，實(shí)現(xiàn)海上平臺(tái)之間及平臺(tái)與陸地的數(shù)據(jù)視頻穩(wěn)定傳輸。

充分發(fā)揮LTE-4G移動(dòng)性能、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，建設(shè)全覆蓋海上平臺(tái)4G網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)海上平臺(tái)大面積移動(dòng)覆蓋、多業(yè)務(wù)承載區(qū)域，以及區(qū)域內(nèi)辦公網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)終端通信、應(yīng)急圖像傳輸，為后續(xù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1.4 船舶監(jiān)控情況

人員出海，船舶是關(guān)鍵。采油廠部署AIS基站2套，結(jié)合海洋船舶中心的2套AIS基站，海洋鉆井的1部北斗基站，基本覆蓋埕島及墾東海區(qū)，實(shí)現(xiàn)了岸端對(duì)海上船舶的實(shí)時(shí)監(jiān)控和定位。

1.5 人員監(jiān)控情況

海上勘探、鉆井、采油等作業(yè)的工作量迅速攀升，陸地人員到海上各平臺(tái)之間的往返等也越來(lái)越頻繁。作業(yè)工作量迅速攀升，人員的出海越來(lái)越頻繁。由于工作在海上，人員分布分散，不利于管理，而且海洋環(huán)境的復(fù)雜性使得人員在海上作業(yè)過(guò)程中存在安全隱患，為保護(hù)海上工作人員的人身安全，有必要進(jìn)行海上采油平臺(tái)人員的定位與管理。

建立人員動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)，采用先進(jìn)的Zigbee定位和無(wú)線自組網(wǎng)技術(shù)，建立一套準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠的海上人員動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。在確保工作人員人身安全的同時(shí)，提升信息管理服務(wù)和海洋應(yīng)急能力，實(shí)現(xiàn)乘船、上下平臺(tái)人員的動(dòng)態(tài)跟蹤、查找定位、遠(yuǎn)程監(jiān)控視察與實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，及時(shí)、準(zhǔn)確掌握海上人員、動(dòng)態(tài)人員的信息化管理水平。

2 綜合信息集成應(yīng)用情況

建設(shè)數(shù)據(jù)信息的集成綜合應(yīng)用系統(tǒng)，劃分為生產(chǎn)監(jiān)控、報(bào)警預(yù)警、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)、調(diào)度運(yùn)行、生產(chǎn)管理、應(yīng)急處置6個(gè)功能模塊。同時(shí)兼顧未來(lái)專業(yè)化管理模式的變化和崗位設(shè)置要求，進(jìn)行分專業(yè)、分系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)和應(yīng)用，集成生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)分級(jí)監(jiān)控管理、日常生產(chǎn)動(dòng)態(tài)信息共享、運(yùn)行過(guò)程上下貫通，為生產(chǎn)技術(shù)管理提供輔助支持，提高運(yùn)行效率，提高管理的規(guī)范性，提升生產(chǎn)運(yùn)行管理水平。

2.1 生產(chǎn)監(jiān)控

實(shí)現(xiàn)單井綜合監(jiān)控，綜合展示油井視頻、油井套壓、回壓等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、趨勢(shì)和報(bào)警信息，同時(shí)集成單井相關(guān)基礎(chǔ)信息、作業(yè)井史等，實(shí)現(xiàn)油井全生命周期數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)。基于平臺(tái)工藝流程，集成自動(dòng)化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，完成平臺(tái)分離器、加熱器、緊急切斷閥等設(shè)備設(shè)施的壓力、溫度、閥位開(kāi)度、切斷閥狀態(tài)等10類參數(shù)采集、轉(zhuǎn)儲(chǔ)與發(fā)布，實(shí)時(shí)展示設(shè)備運(yùn)行情況。實(shí)現(xiàn)平臺(tái)運(yùn)行情況包括參數(shù)趨勢(shì)、參數(shù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控。完成52座平臺(tái)電力實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)高壓柜、低壓盤(pán)、直流屏、供電線路的實(shí)時(shí)指標(biāo)監(jiān)控及電力參數(shù)分析等功能。

通過(guò)生產(chǎn)監(jiān)控平臺(tái)，基本實(shí)現(xiàn)海上現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)在數(shù)據(jù)后臺(tái)的全面監(jiān)控與展示，方便了陸上實(shí)時(shí)查看生產(chǎn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析，提高了運(yùn)行管理效率，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 報(bào)警預(yù)警

生產(chǎn)指揮系統(tǒng)報(bào)警預(yù)警模塊實(shí)現(xiàn)基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的報(bào)警集中設(shè)置、處置管理。實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)監(jiān)控問(wèn)題的確認(rèn)、落實(shí)、跟蹤處理等環(huán)節(jié)的網(wǎng)上運(yùn)轉(zhuǎn)和跨部門(mén)協(xié)同，提高問(wèn)題處理效率，加強(qiáng)工作落實(shí)和考核，實(shí)現(xiàn)各類問(wèn)題處理的全過(guò)程監(jiān)控。

2.2.1報(bào)警設(shè)置

支持多級(jí)報(bào)警設(shè)置，當(dāng)有異常狀態(tài)情況出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)將給出預(yù)警信號(hào)和處理措施，觸發(fā)應(yīng)急救援指揮和調(diào)度，或根據(jù)不同的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)自動(dòng)觸發(fā)相應(yīng)的動(dòng)作，將系統(tǒng)帶入安全狀態(tài)。若需要，能以短信或電子郵件等方式自動(dòng)告警和通知相關(guān)部門(mén)及人員，并能將報(bào)警過(guò)程自動(dòng)記錄、存檔和備份。

2.2.2預(yù)警處置

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的檢測(cè)和故障分析，研究海上平臺(tái)的安全隱患、故障與事故類型、預(yù)警信號(hào)及應(yīng)急處置措施，設(shè)置故障診斷與預(yù)警處置專家系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估，通過(guò)對(duì)各類信息的融合，完成智能診斷和分析處理，確定可能的故障點(diǎn)、故障類型和原因，進(jìn)行事故預(yù)警，并提供現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處置的指導(dǎo)。

2.3 生產(chǎn)動(dòng)態(tài)

整合自動(dòng)化采集數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成生產(chǎn)數(shù)據(jù)報(bào)表，替代人工錄入。減輕職工現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)強(qiáng)度，提升油氣生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的及時(shí)性、一致性和客觀性。同時(shí)，也為各層級(jí)單位實(shí)現(xiàn)報(bào)表的自動(dòng)生成與數(shù)據(jù)的整理應(yīng)用。

2.4 生產(chǎn)管理

圍繞生產(chǎn)維修項(xiàng)目管理各環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程跟蹤管理應(yīng)用。建立特種車輛、船舶申請(qǐng)審批流程，實(shí)現(xiàn)特車用車、用船申請(qǐng)及審批網(wǎng)上運(yùn)行。網(wǎng)上完成用車簽批單生成、用車工作量及費(fèi)用統(tǒng)計(jì)查詢，用船計(jì)劃、用船打分、用船情況多角度統(tǒng)計(jì)查詢、信息維護(hù)等應(yīng)用。 也實(shí)現(xiàn)用電在線申請(qǐng)、審批、結(jié)算管理，形成用電分析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。生產(chǎn)動(dòng)態(tài)模塊的應(yīng)用，減少了手續(xù)辦理時(shí)間及業(yè)務(wù)流程，加快了生產(chǎn)維修項(xiàng)目效率。

2.5 應(yīng)急管理

系統(tǒng)集成海上設(shè)施信息、應(yīng)急隊(duì)伍、應(yīng)急專家、應(yīng)急物資等應(yīng)急資源，根據(jù)海上發(fā)生事件類型，快速啟動(dòng)應(yīng)急處置預(yù)案，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急隊(duì)伍、應(yīng)急資源的快速調(diào)度和應(yīng)急專家的在線會(huì)商等功能。

2.6 調(diào)度運(yùn)行

按照三級(jí)調(diào)度運(yùn)行模式，結(jié)合生產(chǎn)運(yùn)行調(diào)度事件需求，實(shí)現(xiàn)各層級(jí)之間調(diào)度運(yùn)行聯(lián)動(dòng)，通過(guò)與人員動(dòng)態(tài)功能銜接，實(shí)現(xiàn)值班運(yùn)行、通知下達(dá)等功能，打通三級(jí)調(diào)度的縱向貫通通道，建立各專業(yè)隊(duì)伍之間的橫向協(xié)同機(jī)制。實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)異常事件的多級(jí)協(xié)同處置。通過(guò)模板化建立數(shù)據(jù)上報(bào)運(yùn)行處置標(biāo)準(zhǔn)，便于事件的規(guī)范填報(bào)，為事后的運(yùn)行統(tǒng)計(jì)分析和考核提供基礎(chǔ)。

3 信息深化應(yīng)用情況

3.1 大數(shù)據(jù)工況診斷預(yù)警

以采油工程理論為業(yè)務(wù)指導(dǎo)，機(jī)器學(xué)習(xí)等數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)為手段，集成利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源，重點(diǎn)在躺井因素分析、工況預(yù)警分析和生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化等方面開(kāi)展研究。

3.1.1躺井因素分析

收集躺井主要因素，包括生產(chǎn)周期、開(kāi)關(guān)井次數(shù)、對(duì)地絕緣、排量泵效、電流平衡度、電壓波動(dòng)等主要因素，利用回歸分析(見(jiàn)圖1)、概率統(tǒng)計(jì)(見(jiàn)圖2)等方法分析歷史躺井?dāng)?shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致躺井的數(shù)據(jù)特征與躺井要因之間關(guān)系。

圖1 回歸分析

圖2 數(shù)據(jù)分布

圍繞 “不躺井就是效益”的工作理念，開(kāi)展工況預(yù)警分析工作，躺井?dāng)?shù)明顯減少，提高了油井生產(chǎn)時(shí)率，減少作業(yè)開(kāi)支，達(dá)到了少投入多產(chǎn)出的效益目標(biāo)?？偨Y(jié)出生產(chǎn)周期超過(guò)4年，接近泵組合理壽命 。泵效低于75%，躺井概率大 。

3.1.2工況診斷預(yù)警

按照實(shí)時(shí)參數(shù)變化特征對(duì)應(yīng)的工況，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分類抽樣，形成8類數(shù)據(jù)集(如表1所示)。利用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法建立預(yù)警模型，實(shí)現(xiàn)基于預(yù)警模型的電泵井工況實(shí)時(shí)診斷。

系統(tǒng)投入運(yùn)行后，地質(zhì)、工程技術(shù)人員根據(jù)系統(tǒng)預(yù)警提示，進(jìn)行更換油嘴、變頻調(diào)參、放套氣、注水井測(cè)調(diào)等生產(chǎn)治理措施，極大地降低了油井異常事故的發(fā)生。

表1 電泵井工況診斷

3.2 視頻精確識(shí)別預(yù)警

采用人工智能領(lǐng)域的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過(guò)搭建深度學(xué)習(xí)環(huán)境，采集現(xiàn)場(chǎng)樣本，訓(xùn)練SSD目標(biāo)檢測(cè)模型，形成針對(duì)各類異常情況的模型。再由圖像精確識(shí)別系統(tǒng)自動(dòng)讀取每個(gè)攝像頭的視頻流，調(diào)用模型，智能判斷與分析是否存在異常，給出判斷結(jié)果、形成報(bào)警信息、自動(dòng)推送與分發(fā)?？刹粩鄬?duì)模型進(jìn)行訓(xùn)練，提高識(shí)別精度，逐漸擴(kuò)大異常判斷的范圍和用途。

為視頻監(jiān)控裝配“大腦”，代替人工24 h值守，讓每個(gè)攝像頭具備智能分析能力，自動(dòng)判斷人、車、船等對(duì)現(xiàn)場(chǎng)有危害的物體，判斷火災(zāi)、溢油、海冰等重大事故災(zāi)害，判斷施工場(chǎng)所勞保穿戴是否完整，發(fā)現(xiàn)異常能夠自行判斷、主動(dòng)推送、關(guān)聯(lián)提醒，人員進(jìn)入生產(chǎn)區(qū)域自動(dòng)推送。

3.3 智能移動(dòng)單兵

以海上油田生產(chǎn)前線職工為核心用戶，以智能終端為載體，將傳統(tǒng)信息化過(guò)程中前線員工的信息盲點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒐?jié)點(diǎn)，構(gòu)建生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)與生產(chǎn)調(diào)度中心的協(xié)同平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)精準(zhǔn)調(diào)度，提升現(xiàn)場(chǎng)工作效率。

依托現(xiàn)有系統(tǒng)及信息網(wǎng)絡(luò)資源，基于移動(dòng)平臺(tái)，創(chuàng)新工作模式，實(shí)現(xiàn)信息采集與業(yè)務(wù)流程化，提高個(gè)人綜合能力，自動(dòng)形成互聯(lián)、互通、互助的整體[2]。通過(guò)智能移動(dòng)單兵，建立與后方專家、指揮中心間的交互通道，在線指導(dǎo)，指令到單兵，讓每個(gè)人都感覺(jué)擁有強(qiáng)大的后方。充分發(fā)揮智能終端特有的數(shù)據(jù)采集、音視頻錄制、地理定位功能，建立任務(wù)單工作模式，現(xiàn)場(chǎng)信息實(shí)時(shí)采集回傳，提高實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備巡檢、施工監(jiān)督、安全管理的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、高效運(yùn)行。

4 結(jié)論

圍繞海洋油氣生產(chǎn)特點(diǎn)，借鑒下游智能工廠建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)應(yīng)用等信息技術(shù)和油田專業(yè)技術(shù)與知識(shí)的應(yīng)用，建立大數(shù)據(jù)體，借助模型和數(shù)據(jù)挖掘，形成“全時(shí)體檢式”監(jiān)控預(yù)警和智能輔助分析體系。實(shí)現(xiàn)以全面感知、自動(dòng)操控、趨勢(shì)預(yù)測(cè)、科學(xué)決策、持續(xù)優(yōu)化為特征的海上油田，推動(dòng)海上油田生產(chǎn)優(yōu)化、風(fēng)險(xiǎn)管控，智能提升，有力支撐海上油田安全高效開(kāi)發(fā)、安全生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展。