油田智能化建設(shè)的構(gòu)想與實踐認(rèn)識

許洪東 趙大偉

摘要：隨著信息技術(shù)飛速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等技術(shù)不斷涌現(xiàn)并在各行業(yè)發(fā)揮了重要作用。油田企業(yè)也緊跟時代發(fā)展，不斷推進“兩化融合”，持續(xù)加快數(shù)字油田建設(shè)，油田井、間、站等生產(chǎn)單元通過物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將海量實時數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)中心，為大數(shù)據(jù)應(yīng)用和智能化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。本文主要討論以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建油田智能化應(yīng)用體系，推進智能油田建設(shè)，促進油田生產(chǎn)管理提質(zhì)增效，并闡述在大數(shù)據(jù)和智能化應(yīng)用方面的實踐、應(yīng)用效果及面臨的問題挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：信息技術(shù);物聯(lián)網(wǎng);大數(shù)據(jù)智能化應(yīng)用智能油田

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）31-0284-02

1背景

信息技術(shù)日新月異，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為特征的信息化浪潮蓬勃興起，全球信息化進入全面滲透、跨界融合、加速創(chuàng)新、引領(lǐng)發(fā)展的新階段。十九大報告中八次提到了信息化相關(guān)內(nèi)容，指出：要善于運用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息化手段開展工作，推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實體經(jīng)濟深度融合。中國石油把信息化納入建設(shè)綜合性國際能源公司目標(biāo)體系之中，列為實施“資源、市場和國際化”戰(zhàn)略的重要保證措施之一。

油田作為原油生產(chǎn)企業(yè)，面臨原油采出成本高、人員遞減崗位缺員等實際問題，傳統(tǒng)生產(chǎn)管理模式已不適應(yīng)發(fā)展需要。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等信息技術(shù)，大力推進數(shù)字化、智能化建設(shè)，促進生產(chǎn)管理模式變革，是油田破解難題實現(xiàn)可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展的必由之路。

2油田智能化建設(shè)構(gòu)想

從數(shù)字油田到智能油田是迭代升級的過程，數(shù)字油田主要是解決油氣田數(shù)字化問題，實現(xiàn)油田現(xiàn)場井站庫以及其他配套設(shè)施的數(shù)字化管理。而智能油田是借助物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進的信息技術(shù)與油田勘探開發(fā)、生產(chǎn)運行等專業(yè)充分融合，實現(xiàn)自動感知油田動態(tài)、自動操控油田運行、自動預(yù)測變化趨勢，持續(xù)優(yōu)化管理和輔助科學(xué)決策，大幅度減輕人員勞動強度。

油田智能化建設(shè)是一個系統(tǒng)工程，而數(shù)據(jù)是最重要的基礎(chǔ)，也是數(shù)據(jù)“采、傳、存、管、用”中“用”的不斷升級。在數(shù)字化階段油田依托傳感器、遠(yuǎn)程終端、PLC、SCA-DA系統(tǒng)等初步實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集、參數(shù)遠(yuǎn)程調(diào)控及異常報警，進入智能化階段是在數(shù)字化基礎(chǔ)上，構(gòu)建大數(shù)據(jù)中心，將離散數(shù)據(jù)進行整合，并將海量數(shù)據(jù)和多種數(shù)據(jù)融合，應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計算、虛擬現(xiàn)實、人工智能等信息技術(shù)，最終實現(xiàn)油田全面感知、自動控制、智能分析、主動預(yù)警、全景可視、一體協(xié)同。

2.1基礎(chǔ)建設(shè)

油田物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)是利用各種傳感器對油田實體對象、生產(chǎn)過程與環(huán)節(jié)對象進行實時數(shù)據(jù)采集，并將采集到的數(shù)據(jù)通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)傳到數(shù)據(jù)中心，構(gòu)建覆蓋油田地下、地面、天空全方位的物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)油田全面感知。

1）地上部分：通過壓變、溫度、流量等傳感器將油水井、注配間、計量間、站庫、電力設(shè)施等油田地面設(shè)施相關(guān)數(shù)據(jù)實時采集上傳;

2）地下部分：將地震、測井、鉆井、井筒、地下管網(wǎng)等相關(guān)數(shù)據(jù)自動上傳至數(shù)據(jù)中心;

3）空中部分：通過無人機、雷達(dá)等將巡檢的影像、視頻流等數(shù)據(jù)回傳至數(shù)據(jù)中心。

2.2數(shù)據(jù)建設(shè)

1）油田全面的物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，勢必面臨海量數(shù)據(jù)的存儲與管理，傳統(tǒng)的關(guān)系庫或?qū)崟r庫顯然難以滿足需要，因此，構(gòu)建分布式數(shù)據(jù)中心架構(gòu)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)高并發(fā)量、高效、安全可靠的采集、存儲與管理，并為應(yīng)用系統(tǒng)提供豐富高效的數(shù)據(jù)訪問接口，為智能化應(yīng)用提供可靠數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2）融合多種數(shù)據(jù)，將油田地理信息、生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)、地質(zhì)油藏、井下等多種結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進行分類整合存儲，實現(xiàn)統(tǒng)一管理。

2.3云平臺建設(shè)

建立油田云平臺，實現(xiàn)油田的IT基礎(chǔ)設(shè)施資源（存儲資源、計算資源、通信資源等）、數(shù)據(jù)資源（專業(yè)數(shù)據(jù)資源、企業(yè)管理信息等）、應(yīng)用軟件資源等方面的統(tǒng)一共享服務(wù)，減少資源投入成本，降低各類維護成本，最大程度發(fā)揮資源應(yīng)用優(yōu)勢。

2.4應(yīng)用體系建設(shè)

在物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心建設(shè)基礎(chǔ)上，依靠云平臺支撐，應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析、人工智能、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)，實現(xiàn)智能油井、智能水井、智能管網(wǎng)、智能油藏、智能監(jiān)測等油田全面智能化，并打破油田各專業(yè)獨立分割的局面，建立面向決策、管理、操作的地面地下一體化協(xié)同集成平臺，促進油田生產(chǎn)管理提升。

1）智能采油：在載荷、電參、油套壓等數(shù)據(jù)自動采集基礎(chǔ)上，應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術(shù)，實現(xiàn)準(zhǔn)確工況異常、生產(chǎn)異常報警，結(jié)合邊緣計算思想，實現(xiàn)沖程、沖次、平衡度等參數(shù)自我優(yōu)化及自動控制調(diào)節(jié)，間抽井自動啟停控制等。

2）智能注水：在壓力、流量等數(shù)據(jù)自動采集基礎(chǔ)上，實現(xiàn)異常分析報警、安全預(yù)警，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析、遠(yuǎn)程終端控制技術(shù)，實現(xiàn)單井注水方案自我優(yōu)化和注水自動控制調(diào)節(jié)。

3）智能集輸：應(yīng)用GIS及虛擬現(xiàn)實等技術(shù)，實現(xiàn)二、三維管網(wǎng)可視化展示，自動采集相關(guān)參數(shù)，通過壓力、流量、溫度、介質(zhì)等大數(shù)據(jù)分析進行管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計、結(jié)蠟預(yù)測、漏點分析判斷等。

4）智能監(jiān)控：利用高清攝像實現(xiàn)井間站生產(chǎn)單元的視頻監(jiān)控，并結(jié)合圖像識別技術(shù)實現(xiàn)現(xiàn)場情況自動分析檢測;利用無人飛機進行管網(wǎng)巡檢，實時回傳照片影像數(shù)據(jù)，進行異常檢測;站庫應(yīng)用電子圍欄進行周界防護報警，智能機器人進行站內(nèi)自動巡檢;從而實現(xiàn)油田生產(chǎn)單元的全方位自動巡檢和異常檢測，節(jié)省勞動力促進站庫無人值守。

5）智能決策：應(yīng)用VR等技術(shù)實現(xiàn)地質(zhì)油藏的三維可視，從而實現(xiàn)更加精細(xì)的油藏地質(zhì)描述;自動采集井下溫度、壓力、流量等數(shù)據(jù)，結(jié)合地質(zhì)油藏和油田生產(chǎn)數(shù)據(jù)，建立油藏分析及預(yù)測等專家智能輔助系統(tǒng)，實現(xiàn)更加精細(xì)化智能化的油藏監(jiān)測和動態(tài)分析，并對產(chǎn)量、含水等指標(biāo)進行預(yù)測，自動形成調(diào)整方案指導(dǎo)生產(chǎn)。

3智能化建設(shè)初步探索

在智能化油田建設(shè)的趨勢和背景下，某油田采油廠在數(shù)字化建設(shè)基礎(chǔ)上，探索應(yīng)用大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)，逐步推進油田智能化建設(shè)，取得一定成效。

3.1數(shù)據(jù)中心建設(shè)

構(gòu)建基于“關(guān)系庫十分布式數(shù)據(jù)庫”的數(shù)據(jù)中心，為大數(shù)據(jù)和智能化應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源：

1）整合結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)資源，建立并完善數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化體系，主要包括數(shù)據(jù)分類、編碼原則、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義、填寫規(guī)則及數(shù)據(jù)應(yīng)用結(jié)構(gòu)等內(nèi)容。參照石油企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、石油工業(yè)數(shù)據(jù)庫設(shè)計規(guī)范及油田開發(fā)數(shù)據(jù)應(yīng)用結(jié)構(gòu)規(guī)范，對數(shù)據(jù)進行梳理、規(guī)范、分類和集中統(tǒng)一管理。

2）搭建服務(wù)器集群，建立分布式數(shù)據(jù)庫，支持未來大規(guī)模數(shù)字化建設(shè)后高并發(fā)量高效的海量數(shù)據(jù)采集、存儲和管理需求，并支持文檔、圖像等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲與檢索，應(yīng)用流計算實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)檢索和應(yīng)用。

3.2智能化應(yīng)用

3.2.1智能注水

利用邊緣計算的思想，構(gòu)建基于遠(yuǎn)程終端的注水自動控制系統(tǒng)，應(yīng)用RTU二次開發(fā)技術(shù)將注水邏輯運算分散至遠(yuǎn)程終端，減輕服務(wù)端壓力、減少對網(wǎng)絡(luò)的依賴性，實現(xiàn)注水就地自動控制，提高注水控制精度和質(zhì)量，減少勞動強度，促進配水間無人值守。

3.2.2智能摻水

與智能注水同理，構(gòu)建基于遠(yuǎn)程終端的摻水自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)集油閥組間按照設(shè)定的溫度范圍進行摻水自動控制，提高摻水控制精度，安全可靠、節(jié)省成本。下一步計劃結(jié)合季節(jié)環(huán)境溫度變化，自動調(diào)整摻水溫度和流量，進一步實現(xiàn)智能化管理。

3.2.3油井工況智能化診斷

選取大量油井各類工況的功圖樣本，利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對功圖樣本進行特征提取和學(xué)習(xí)，形成功圖特征庫進行功圖分類識別，再結(jié)合油井其他參數(shù)，建立油井工況診斷模型，實時分析自動采集的油井?dāng)?shù)據(jù)，實現(xiàn)油井工況的自動化分析診斷，并將診斷結(jié)果存入其他業(yè)務(wù)庫或推送至客戶端，進行報警提示或其他應(yīng)用。

3.3實踐效果

1）生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時監(jiān)控、參數(shù)遠(yuǎn)程調(diào)控，由人工巡檢變?yōu)殡娮舆h(yuǎn)程巡檢，由現(xiàn)場調(diào)控、遠(yuǎn)程調(diào)控變?yōu)樽詣诱{(diào)控，由人工填寫報表變?yōu)樽詣由蟼鲌蟊頂?shù)據(jù)，提高了工作效率，減輕了人員勞動強度;

2）生產(chǎn)異常情況實現(xiàn)自動分析診斷，問題的發(fā)現(xiàn)更加及時準(zhǔn)確，促進工作質(zhì)量和效率提升;

3）促進組織機構(gòu)變革，實現(xiàn)扁平化高效管理，節(jié)省用工，緩解油田人員遞減、用工緊張的矛盾問題。

4認(rèn)識和結(jié)論

1）智能油田是油田信息化發(fā)展的必然趨勢，大數(shù)據(jù)、AI、機器人等技術(shù)已在油田展現(xiàn)了巨大潛力和價值，隨著信息技術(shù)的大發(fā)展，未來必將產(chǎn)生新的更加智能化技術(shù)，油田將逐步達(dá)到全面感知、全面互聯(lián)、全面智能，實現(xiàn)“桌面油田、透明油田”也將成為現(xiàn)實。

2）數(shù)據(jù)是資源也是基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)的質(zhì)量需持續(xù)加強。依靠傳感器采集的數(shù)據(jù)，影響其質(zhì)量的因素很多，如設(shè)備精度、校驗不及時、周圍環(huán)境等等，如何控制數(shù)據(jù)質(zhì)量，讓數(shù)據(jù)更加真實可用，也是面臨的一大問題。

3）數(shù)字化基礎(chǔ)保障工作面臨諸多挑戰(zhàn)。油田部分生產(chǎn)設(shè)施地處偏遠(yuǎn)、冬季氣候環(huán)境惡劣、人為破壞時有發(fā)生，給物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備運維、數(shù)據(jù)傳輸帶來了較多困難，影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和完整性，勢必影響未來智能化建設(shè)。

4）信息化理念與傳統(tǒng)管理理念之間矛盾依然存在。數(shù)字化、智能化建設(shè)在全員參與下，才能更加有效推進、應(yīng)用效果才更加明顯，但部分人員對數(shù)字化、智能化的重視、接受和信任程度還有一定差距。