生產(chǎn)管理子系統(tǒng)在油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用研究

張瑋鵬

（大慶油田信息技術(shù)公司物聯(lián)網(wǎng)分公司，黑龍江 大慶 163000）

時(shí)下自動(dòng)化、智能化已經(jīng)成為國(guó)際石油石化行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)際先進(jìn)的石油石化公司已經(jīng)可以做到自動(dòng)采集和處理生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并且發(fā)展出自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)預(yù)警以及智能化決策生產(chǎn)等技術(shù)。根據(jù)研究報(bào)告結(jié)果顯示：通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)，可以提高生產(chǎn)管理效率，提升安全監(jiān)控能力，降低一線員工勞動(dòng)強(qiáng)度；有利于推動(dòng)油氣田企業(yè)精細(xì)化管理，提高生產(chǎn)管理水平。在2011年，根據(jù)我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的現(xiàn)狀和面臨的形勢(shì)，黨和國(guó)家提出了“物聯(lián)網(wǎng)十二五發(fā)展規(guī)劃”，確立了今后發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)思想、發(fā)展原則和發(fā)展目標(biāo)。油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)覆蓋全油田油氣井區(qū)、聯(lián)合站、集輸站、計(jì)量間、處理廠的數(shù)據(jù)管控平臺(tái)的建立，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、遠(yuǎn)程監(jiān)控、生產(chǎn)預(yù)警等功能，通過(guò)優(yōu)化生產(chǎn)流程、管理流程、資產(chǎn)配置、組織機(jī)構(gòu)，革新生產(chǎn)方式，提高生產(chǎn)效率，提升管理水平。

1 系統(tǒng)概述

為了響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，充分滿(mǎn)足油田的生產(chǎn)需求，油田公司生產(chǎn)指揮中心要建立大屏幕顯示系統(tǒng)，以便及時(shí)了解各采油廠的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)監(jiān)控重點(diǎn)區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)情況、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測(cè)關(guān)鍵部位、油水井的運(yùn)行、車(chē)輛的運(yùn)行、指揮應(yīng)急以及生產(chǎn)管理等。通過(guò)油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)搭建并實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一的油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，推進(jìn)各個(gè)油田個(gè)性化發(fā)展和未來(lái)的深化應(yīng)用，為油氣生產(chǎn)業(yè)務(wù)提供一套完善的信息化體系，制定并實(shí)施一套標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并建設(shè)一批具有代表性的試點(diǎn)示范項(xiàng)目，實(shí)踐設(shè)計(jì)思想，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，為未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的全面發(fā)展提供樣板工程。

生產(chǎn)管理子系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，采用先進(jìn)和成熟的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了基于UDP傳輸協(xié)議的Mcwill無(wú)線網(wǎng)的應(yīng)用，IPV6與IPV4網(wǎng)絡(luò)的互通，接入油田辦公網(wǎng)絡(luò)的用戶(hù)通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)即可使用。生產(chǎn)管理子系統(tǒng)是利用實(shí)時(shí)采集的生產(chǎn)信息，建立覆蓋油氣生產(chǎn)和處理過(guò)程的生產(chǎn)管理及預(yù)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析、油水井工況分析、報(bào)表管理、視頻監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)管理等功能，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)預(yù)警、實(shí)時(shí)調(diào)整控制參數(shù)、實(shí)時(shí)發(fā)布數(shù)據(jù)信息以及管理決策的實(shí)時(shí)到位。

2 系統(tǒng)應(yīng)用

生產(chǎn)管理子系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器將生產(chǎn)管理等功能提供給油田公司、廠、作業(yè)區(qū)（礦）、工區(qū)各業(yè)務(wù)部門(mén)。目前，大慶油田的生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集由PLC、RTU和SCADA系統(tǒng)三種方式組成。采油廠站庫(kù)采用PLC采集方式，需通過(guò)統(tǒng)一的MODBUS協(xié)議將PLC設(shè)備采集到的生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳到工區(qū)上位機(jī)終端，在采集前端統(tǒng)一接入生產(chǎn)數(shù)據(jù)；而單井則采用RTU自動(dòng)采集方式，同樣通過(guò)MODBUS協(xié)議將RTU采集到的生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳到工區(qū)上位機(jī)終端；SCADA系統(tǒng)采集方式，則是通過(guò)OPC方式將SCADA系統(tǒng)采集到的生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳到工區(qū)上位機(jī)終端。各廠將生產(chǎn)數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)中心部署的作業(yè)區(qū)（礦）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)匯總到油田公司級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，最后導(dǎo)入油田公司關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，提供生產(chǎn)管理子系統(tǒng)所需要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

生產(chǎn)管理子系統(tǒng)共有11個(gè)功能模塊，其中包括生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)測(cè)、工況分析、報(bào)表管理、物聯(lián)設(shè)備管理、視頻監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)管理等。采用采油九廠龍虎泡作業(yè)區(qū)，海拉爾油田等作為試點(diǎn)單位，進(jìn)行全部功能流程的應(yīng)用。

系統(tǒng)主頁(yè)對(duì)所在單位層級(jí)的油氣水井、站庫(kù)和管網(wǎng)的綜合信息、產(chǎn)量趨勢(shì)、物聯(lián)設(shè)備進(jìn)行匯總展示。生產(chǎn)單元綜合信息展示生產(chǎn)層級(jí)下屬生產(chǎn)單元的統(tǒng)計(jì)信息，包括油氣水井、站庫(kù)、管網(wǎng)。輸入生產(chǎn)單元的編號(hào)，或者生產(chǎn)單元的名稱(chēng)可以模糊查詢(xún)出符合條件的生產(chǎn)單元。用戶(hù)點(diǎn)擊生產(chǎn)單元可以快速地跳轉(zhuǎn)到生產(chǎn)單元的綜合監(jiān)測(cè)頁(yè)面。產(chǎn)量趨勢(shì)默認(rèn)顯示最近一月每日的產(chǎn)油量，產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量、產(chǎn)液量。鼠標(biāo)懸浮在圖中坐標(biāo)點(diǎn)后，彈出當(dāng)天的對(duì)應(yīng)產(chǎn)量。注入量趨勢(shì)與之相似。物聯(lián)設(shè)備可查看該單位層級(jí)下物聯(lián)設(shè)備數(shù)，包含儀器儀表總數(shù)、通信設(shè)備、服務(wù)器、RTU的數(shù)量。告警/預(yù)警信息顯示該組織層級(jí)單位下油氣水井告警預(yù)警的綜合信息，可按級(jí)別、時(shí)間、名稱(chēng)顯示。

生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)測(cè)涵蓋了油田分公司、采油廠、采氣廠、作業(yè)區(qū)等所有生產(chǎn)單位的生產(chǎn)監(jiān)測(cè)信息，綜合展示單井綜合監(jiān)測(cè)和站庫(kù)綜合監(jiān)測(cè)中的井?dāng)?shù)據(jù)、開(kāi)井率、生產(chǎn)時(shí)率、二次組態(tài)拓?fù)鋵?dǎo)航、油氣產(chǎn)量、GIS地圖、站庫(kù)拓?fù)鋱D、產(chǎn)量趨勢(shì)分析、生產(chǎn)時(shí)率分析、物聯(lián)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、告警與預(yù)警統(tǒng)計(jì)分析等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。基于PHD二次組態(tài)的拓?fù)鋵?dǎo)航界面，可實(shí)時(shí)查詢(xún)大型中心站場(chǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，可以鉆取到關(guān)鍵站場(chǎng)的工藝流程圖。GIS導(dǎo)航可基于GIS頁(yè)面的油氣水井、站庫(kù)、管網(wǎng)進(jìn)行導(dǎo)航、查詢(xún)。點(diǎn)擊實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示區(qū)域右上角i圖標(biāo)，顯示最后實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的更新時(shí)間。每項(xiàng)數(shù)據(jù)前的色塊表示該數(shù)據(jù)出現(xiàn)告警或預(yù)警。點(diǎn)擊數(shù)據(jù)后的下三角，顯示該數(shù)據(jù)歷史告警信息。點(diǎn)擊每個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)前的歷史圖標(biāo)，彈出歷史數(shù)據(jù)彈出框，默認(rèn)顯示該實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在最近1小時(shí)內(nèi)的變化趨勢(shì)。光標(biāo)移到每個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)，點(diǎn)擊下拉箭頭后彈出告警詳細(xì)信息。對(duì)處于告警預(yù)警狀態(tài)的生產(chǎn)單元，可快速跳轉(zhuǎn)到其綜合監(jiān)測(cè)頁(yè)。提供快速跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)生產(chǎn)單元的報(bào)表、物聯(lián)設(shè)備管理及視頻監(jiān)測(cè)模塊等頁(yè)面。

生產(chǎn)分析對(duì)所在組織層級(jí)的生產(chǎn)情況進(jìn)行詳細(xì)的展示，其中包括產(chǎn)量趨勢(shì)分析展示、產(chǎn)量各單位貢獻(xiàn)率展示、供注入量波動(dòng)分析展示、各單位貢獻(xiàn)率餅狀圖、開(kāi)經(jīng)統(tǒng)計(jì)、平均生產(chǎn)時(shí)間統(tǒng)計(jì)、各單位貢獻(xiàn)率展示、多井產(chǎn)量對(duì)比分析展示等功能。

工況分析整理保存了該油田公司下所有抽油機(jī)井的功圖數(shù)據(jù)，能夠進(jìn)行單井功圖查看，多井功圖對(duì)比分析，電參診斷結(jié)果分析，顯示功圖分析結(jié)果柱狀圖等功能。

報(bào)表管理中包括生產(chǎn)單位的生產(chǎn)數(shù)據(jù)報(bào)表、設(shè)備故障報(bào)表和系統(tǒng)運(yùn)行報(bào)表，并且對(duì)于班報(bào)和時(shí)報(bào)，可根據(jù)報(bào)表間隔時(shí)間選擇定制化報(bào)表，并提供定制化報(bào)表查詢(xún)功能。

物聯(lián)設(shè)備管理包括含有傳感器/儀表的設(shè)備檔案管理，并可對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和保養(yǎng)，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，分析故障情況并上傳系統(tǒng)備份，提供告警/預(yù)警功能，分析設(shè)備的故障分布情況；提供物聯(lián)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)拓?fù)鋱D監(jiān)測(cè)。

視頻監(jiān)測(cè)集中展示生產(chǎn)單位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖像。

數(shù)據(jù)管理包括日數(shù)據(jù)管理、日數(shù)據(jù)查詢(xún)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、油氣水井?dāng)?shù)據(jù)、站庫(kù)數(shù)據(jù)、攝像頭數(shù)據(jù)、組織機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)、計(jì)劃油氣產(chǎn)量錄入、數(shù)據(jù)標(biāo)簽管理、數(shù)據(jù)接口管理、數(shù)字化率管理等功能，并能展示與其他油田的數(shù)據(jù)交互情況。

系統(tǒng)管理包括用戶(hù)權(quán)限管理、角色管理、油氣水井、站庫(kù)采集參數(shù)的配置、生產(chǎn)監(jiān)測(cè)配置，站庫(kù)數(shù)據(jù)配置、物聯(lián)設(shè)備配置、系統(tǒng)日志管理、系統(tǒng)運(yùn)維管理等功能，供管理和維護(hù)人員使用。

個(gè)性化首頁(yè)用戶(hù)可根據(jù)個(gè)人角色與崗位和個(gè)人喜好進(jìn)行個(gè)性化設(shè)置。

3 系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)

采油九廠龍虎泡作業(yè)區(qū)試點(diǎn)項(xiàng)目采用單井RTU自動(dòng)數(shù)據(jù)采集方式和站庫(kù)PLC自動(dòng)數(shù)據(jù)采集方式，在井間站、油田生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和重要路口部署視頻監(jiān)測(cè)，在廠級(jí)生產(chǎn)指揮中心放置大屏幕顯示系統(tǒng)，將存儲(chǔ)服務(wù)器部署到油田公司數(shù)據(jù)中心和廠指揮部。建立信息化的組織機(jī)構(gòu)與運(yùn)維體系，深化扁平化、專(zhuān)業(yè)化管理，進(jìn)一步優(yōu)化勞動(dòng)生產(chǎn)。

為保證保障系統(tǒng)和設(shè)備的良好運(yùn)行，本著“提前謀劃、提前介入、提前運(yùn)維”的原則，根據(jù)生產(chǎn)管理子系統(tǒng)項(xiàng)目特性，經(jīng)過(guò)多方討論，并深入了解其他油田的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，制定出了符合大慶油田的維護(hù)方針，以站庫(kù)控制系統(tǒng)PLC和油井計(jì)量間RTU為界，PLC往下的站庫(kù)自控系統(tǒng)，包括采集與監(jiān)控子系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)、站庫(kù)工控機(jī)、工程師站、采集儀表等，由采油廠負(fù)責(zé)維護(hù)。油井、計(jì)量間數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)以RTU為界，RTU往下歸慶儀公司維護(hù)，包括RTU和計(jì)量?jī)x表等。PLC和RTU往上歸信息技術(shù)公司維護(hù)，包括生產(chǎn)管理子系統(tǒng)軟硬件維護(hù)，有線傳輸子系統(tǒng)的站間環(huán)網(wǎng)、自控?cái)?shù)據(jù)傳輸環(huán)網(wǎng)、視頻監(jiān)控環(huán)網(wǎng)的設(shè)備、光電纜、桿路、管道等維護(hù)，網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)設(shè)備維護(hù)，采集與監(jiān)控子系統(tǒng)的視頻監(jiān)控維護(hù)，井/間數(shù)據(jù)采集的無(wú)線傳輸通道維護(hù)，以及油公司數(shù)據(jù)中心軟硬件維護(hù)和相關(guān)生產(chǎn)網(wǎng)和McWiLL無(wú)線寬帶網(wǎng)的維護(hù)。確保項(xiàng)目建設(shè)和后期維護(hù)的穩(wěn)定運(yùn)行，為油田生產(chǎn)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。