智能油田創(chuàng)新模式的探索與認識

慶新油田開發(fā)有限責任公司

推行數(shù)字化油田建設是油田生產(chǎn)組織方式的革命，是油田管理方式的變革。慶新油田自2010年以來，按照“整體規(guī)劃、先易后難、分步實施、逐步完善”的原則，積極推進油田地面工程信息化工作。通過三期工程建設，初步建成了全面感知、預測預警、數(shù)據(jù)驅(qū)動、智能操控的智能油田1.0，最大限度發(fā)揮信息化優(yōu)勢，快速提升了工作質(zhì)量和效率，顯著提高了數(shù)字油田管控水平，使油田智能化水平得到不斷的提升和完善，形成了科學和諧發(fā)展的良好態(tài)勢。

1 油田智能化建設探索

自2010年開始，慶新油田強化低成本智能化提升，積極探索借助數(shù)字化技術(shù)手段來提質(zhì)增效，先后經(jīng)歷了“數(shù)字化建設、智能化提升”兩個階段，共完成400余口抽油機井、近300口注水井、150余個集油環(huán)和4口水源井的數(shù)據(jù)采集和控制，3座站庫完成參數(shù)上傳700余個點，實現(xiàn)遠程操控近100項，逐步實現(xiàn)了大慶唯一整裝數(shù)字化油田。

慶新油田智能化管理帶動生產(chǎn)組織方式的變革，建立了一套適應智能化管理需求的生產(chǎn)組織模式，確保智能化全面高效應用。

（1）組織機構(gòu)扁平化。取消傳統(tǒng)的區(qū)域多層級管理模式，打造了以生產(chǎn)指揮中心為主，采油作業(yè)區(qū)二級布控，集遠程監(jiān)控分析、信息反饋、資料收集、生產(chǎn)調(diào)度、指揮協(xié)調(diào)于一體的管理模式，形成了生產(chǎn)指揮中心與生產(chǎn)現(xiàn)場“點對點”的閉環(huán)管理，壓縮了管理層級，提高了生產(chǎn)效率。目前，慶新生產(chǎn)指揮中心已經(jīng)提升至油田公司“油田指揮中心”。

（2）崗位設置集約化。撤銷了集輸工區(qū)，整合了公司調(diào)度和生產(chǎn)保障電力調(diào)度，將維修單元、分析單元、監(jiān)控單元整合到數(shù)據(jù)管控中心，聯(lián)合站內(nèi)采用“運行班管理，綜合班保障”的運行方式，一個運行班進行集中管理，發(fā)現(xiàn)問題統(tǒng)一協(xié)調(diào)處理，節(jié)省用工60.5%。

（3）生產(chǎn)管理專業(yè)化。組建了數(shù)字化設備維護隊伍，保障數(shù)字化儀器儀表設備精準回傳；采油作業(yè)區(qū)以專業(yè)化分工、單元化管理為目標，班組數(shù)量較數(shù)字化前減少了19個班組，目前作業(yè)區(qū)員工總數(shù)與數(shù)字化前相比減幅達到25%。

（4）管理考評透明化。確定了“雙考評管理”，提高業(yè)務部門的質(zhì)量意識和工作積極性，提升基礎管理水平，在結(jié)果考評指標的基礎上，將各流程管理節(jié)點嵌入軟件系統(tǒng)，通過系統(tǒng)自動記錄和統(tǒng)計管理流程中未完成的任務節(jié)點，實現(xiàn)過程考評有據(jù)可查，促進各管理流程閉環(huán)運行。

2 加速信息化成果應用

慶新油田智能化管理緊緊圍繞井、間、站等基本生產(chǎn)管理單元，通過數(shù)據(jù)自動采集、過程自動控制、生產(chǎn)數(shù)據(jù)智能化分析，達到“井高效生產(chǎn)、站安全運行”目標。

2.1 集中智能監(jiān)控

在生產(chǎn)運行管理方面，生產(chǎn)智能報警、運行集中監(jiān)控，實現(xiàn)了精準、高效運行。400多口抽油機井實現(xiàn)了綜合電參、載荷、位移、示功圖、電流圖每5 min為一個周期的數(shù)據(jù)采集，生產(chǎn)指揮中心通過電子巡檢和告警系統(tǒng)對油井、集油、注配等地面生產(chǎn)節(jié)點進行集中運行管理，形成生產(chǎn)管理智能告警、處置落實、跟蹤維護的閉環(huán)管理，由原來的分級管理轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芨婢?、集中管控，生產(chǎn)運行更加精準、高效。油水井人工巡檢由原來的1天2次變?yōu)?天1次，告警準確率95%以上，減少了隱性降產(chǎn)，油井的時率和利用率提高到97%左右。

（1）集油間保運行降能耗。利用智能管理系統(tǒng)推送出的環(huán)堵、環(huán)漏等多類報警，及時發(fā)現(xiàn)有運行隱患的集油環(huán)，根據(jù)摻水優(yōu)化方案遠程調(diào)整摻水量，在保證安全平穩(wěn)運行的基礎上，達到節(jié)能降耗的目的。管理方式也由原來的員工駐地巡檢轉(zhuǎn)變?yōu)闊o人值守，實現(xiàn)了事后處置向事前預警轉(zhuǎn)變，集油環(huán)摻水量從經(jīng)驗調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣诱{(diào)節(jié)、優(yōu)化控制。2019全年累計預警4 436次，有效避免了環(huán)堵、環(huán)漏等運行隱患的發(fā)生。

（2）注配間優(yōu)化調(diào)配精細注水。通過智能分析系統(tǒng)注采動態(tài)評價，及時準確發(fā)現(xiàn)注采不平衡矛盾，優(yōu)化調(diào)配方案。指揮中心結(jié)合注水工況異常報警，遠程調(diào)節(jié)地面恒流注水裝置，及時處置異?；蛘{(diào)整注水量，順利完成調(diào)配方案，實現(xiàn)了精細注水、高效注水。注配智能告警準確率達90%以上，保證了“注好水、注夠水、平穩(wěn)注水”的要求，注水合格率提高了8個百分點，年可減少產(chǎn)量遞減約1 200 t。

（3）站庫精準管控。聯(lián)合站和轉(zhuǎn)油站實現(xiàn)了站內(nèi)關(guān)鍵節(jié)點自動控制和數(shù)據(jù)采集，生產(chǎn)日報表自動生成，利用站庫系統(tǒng)的自動報警功能，對站庫關(guān)鍵節(jié)點的遠程監(jiān)控，實現(xiàn)站庫的集中監(jiān)控和問題的統(tǒng)一處理，縮短問題處理時間，降低安全風險，保障集輸系統(tǒng)平穩(wěn)運行。

2.2 一井一策分析

在機采管理方面，一井一策跟蹤分析，實現(xiàn)對機采措施的持續(xù)精確優(yōu)化。以實時功圖、電參等數(shù)據(jù)為主要依據(jù)，建立趨勢分析和預測預警模型，由系統(tǒng)實現(xiàn)推送桿類、管類、泵類等10余種工況實時異常預警；計算最佳加藥時機和加藥量并形成加藥、洗井方案；實時跟蹤分析油井平衡變化，自動優(yōu)選調(diào)平衡井，以最少影響產(chǎn)量為目標制定間抽方案等功能。方案推送至工區(qū)班組實施，系統(tǒng)自動對措施過程、效果評價等信息進行跟蹤，有效提高了生產(chǎn)單位處理相應問題的效率，各類工況問題發(fā)現(xiàn)時間較系統(tǒng)應用前平均縮短10天以上，結(jié)蠟治理工作降載降卡效果顯著，工作進度得到及時掌控，開創(chuàng)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)智能分析新模式。

2.3 能源管控融合

在能源管控方面，開發(fā)集各系統(tǒng)于一體的能源管控系統(tǒng)，將能源管理與油藏開發(fā)管理關(guān)聯(lián)分析，基于注采動態(tài)評價，制定相應調(diào)整措施，優(yōu)化油水井對應調(diào)整，減少無效循環(huán)；從機采管理細節(jié)入手，形成從能耗監(jiān)控、高能預警、原因分析、措施推送到效果評價的閉環(huán)管控模式；對各環(huán)溫度、壓力等數(shù)據(jù)實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)流量偏大、環(huán)堵漏等異常，通過遠程調(diào)節(jié)優(yōu)化摻水；各站實現(xiàn)“集中監(jiān)控、無人值守、有人巡檢”，數(shù)據(jù)自動采集，報表自動生成，生產(chǎn)安全得到有力保障，使能源管理與油藏、采油、注水、生產(chǎn)等運行管控相融合，實現(xiàn)油田節(jié)能降耗目標。

2.4 在線故障診斷

在數(shù)字化設備儀表管理方面，建立油氣物聯(lián)網(wǎng)設備故障診斷模型[1]，通過分析設備運行參數(shù)，智能判斷采集設備的運行狀態(tài)[2]，完善維保流程，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設備的精密精準。將采集設備在線分析技術(shù)和移動互聯(lián)相融合[3]，建立由移動APP和PC軟件平臺組成的綜合管理系統(tǒng)，實現(xiàn)設備診斷、維修、統(tǒng)計的精細化管理。在線故障診斷系統(tǒng)的應用縮短了設備故障發(fā)現(xiàn)時間，平均一次維護用時4 h，較之前下降了94.4%，大幅降低了假數(shù)據(jù)與錯誤數(shù)據(jù)的出現(xiàn)頻率，提升了采集設備數(shù)據(jù)質(zhì)量，保障了油田生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)的準確性、完備性。

2.5 建立實時數(shù)據(jù)管理平臺

慶新油田數(shù)據(jù)庫主要承載實時數(shù)據(jù)與關(guān)系數(shù)據(jù)的存儲及運算，數(shù)據(jù)采集采用基于ErLang的實時數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)[4]，負責前端感知設備的數(shù)據(jù)采集與存儲；關(guān)系數(shù)據(jù)采用Oracle數(shù)據(jù)庫技術(shù)[5]，負責數(shù)據(jù)的發(fā)布和計算。為進一步改善實時數(shù)據(jù)與關(guān)系數(shù)據(jù)之間的數(shù)據(jù)異構(gòu)問題，解決OPC方式的實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存缺陷[6]，采用Erlang分布式實時數(shù)據(jù)庫對公司所有井、站、間數(shù)據(jù)進行采集與存儲，智能軟件對接Erlang實時數(shù)據(jù)，油水井數(shù)據(jù)采集由原來5 min、20 min分別縮短為2 min、5 min，數(shù)據(jù)采集頻率得到大幅提升，動態(tài)數(shù)據(jù)也得到了有效存儲，數(shù)據(jù)年處理量從9 800×104增長為89.92×108。

2.6 探索智能化設備現(xiàn)場應用

（1）油井在線含水分析儀現(xiàn)場應用。油井原油含水率的計量是油田生產(chǎn)的一項重要參數(shù)，及時掌握井口原油含水率的變化，對于油井的工作狀況、動態(tài)分析及生產(chǎn)管理意義重大。為解決單井含水自動化計量難題，提升油田地面信息化管理水平，選取不同含水級別的7口油井，井口安裝射頻含水分析儀[7]進行油井含水在線監(jiān)測。對比數(shù)據(jù)491組，常溫條件下5口井絕對誤差10%以內(nèi)占比均達到90%以上，2口井未達標主要受間歇出油和化驗含水誤差影響。冬季低溫下分析儀具有探頭加熱功能，不受低溫油凝影響[8]，適應性較好，測出的含水值趨勢與常溫相符，達到試驗標準。油井在線含水分析儀在數(shù)據(jù)準確率與傳輸穩(wěn)定性方面均能夠滿足油田開發(fā)需要，解決了現(xiàn)場取樣與含水化驗兩大難題。2019年通過制定上傳規(guī)則與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接方式在數(shù)據(jù)一體化系統(tǒng)開發(fā)含水分析儀數(shù)據(jù)對接功能，將設備回傳的含水數(shù)據(jù)成功對接A2系統(tǒng)，解決了含水錄入與選用難題，大幅降低了含水派單與數(shù)據(jù)錄入時間。

（2）實時在線三相流量計現(xiàn)場應用。為探索油田產(chǎn)液數(shù)字化計量方式，開展了實時在線三相流量計[9]現(xiàn)場試驗，經(jīng)過前期設備安裝、數(shù)據(jù)標定、模型建立與優(yōu)化后繼續(xù)對設備精度以及在不同環(huán)境下的性能、穩(wěn)定性、工況適應性進行驗證[10]。試驗表明，三相流量計液量與含水精度均能夠滿足油田生產(chǎn)需求，液相流量驗證的相對誤差全部在±10%以內(nèi)，含水率驗證的絕對誤差全部在±5%以內(nèi)，同時具備較好的穩(wěn)定性，能夠適應油田的生產(chǎn)調(diào)整變化。

3 結(jié)論及建議

慶新油田通過整裝數(shù)字化油田的實施建設、智能化新技術(shù)的探索、智能軟件的廣泛應用，采油、集輸、供注水等系統(tǒng)信息化與自動化水平顯著提高，促進了勞動組織架構(gòu)和生產(chǎn)組織方式的變革，提升了油田地面生產(chǎn)的管理水平。但目前智能油田發(fā)展仍處于提升階段，隨著建設與應用的不斷深入，地面系統(tǒng)站庫運行管理與集油管網(wǎng)診斷等方面仍存在很大的信息化提升空間，下步將合理規(guī)劃布局，統(tǒng)籌開發(fā)站庫運行監(jiān)控管理系統(tǒng)、集油管網(wǎng)診斷系統(tǒng)以及智能陰極保護系統(tǒng)，逐步實現(xiàn)智能油田的發(fā)展建設。通過繼續(xù)深化智能應用研發(fā)、拓展跨系統(tǒng)融合，不斷挖掘地面與生產(chǎn)管理系統(tǒng)的應用空間，推動油田管理步入智能、智慧新時代！