智能化生產(chǎn)運營平臺在某氣田的實際應(yīng)用

夏凱旋，苗向陽，洪小迪，趙有龍，吉曉峰

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司 天津 300452；2.中海油信息科技有限公司 天津 300452）

1 平臺建設(shè)背景

隨著非常規(guī)油氣生產(chǎn)運維服務(wù)項目的擴大，工作量不斷增加，但現(xiàn)場生產(chǎn)很多工序仍依靠人力手動操作，一方面會給工作人員帶來安全隱患，另一方面會降低工作效率。因此，迫切需要研究出井場的智能生產(chǎn)方式來取代部分人力工作［1］。為了優(yōu)化非常規(guī)氣智能井場的生產(chǎn)運營，需要解決遠程支持調(diào)節(jié)單井配產(chǎn)、超壓和欠壓遠程關(guān)斷單井、應(yīng)急狀態(tài)下一鍵關(guān)井等問題，實現(xiàn)試點智能井場的智能排采與加注、試點井的智能操控、生產(chǎn)參數(shù)異常報警、排采與加注控制功能，以達到智能化管理目的。同時，現(xiàn)場若發(fā)生應(yīng)急事件，聯(lián)動應(yīng)急指揮中心應(yīng)快速響應(yīng)，及時控制事態(tài)發(fā)展［2］。

非常規(guī)油氣井場地理環(huán)境特殊，隨著產(chǎn)能的增加，井站數(shù)量增長速度快、氣田范圍廣，安全生產(chǎn)壓力日益顯現(xiàn)［3］。非常規(guī)氣田具有產(chǎn)氣量開始較大，但穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)時間較短，衰減較快的特征；隨著產(chǎn)氣量的降低，大部分氣井存在井筒積液問題，易出現(xiàn)單井產(chǎn)量迅速下降、生產(chǎn)時間縮短和水淹停產(chǎn)等現(xiàn)象［4］。為適應(yīng)大規(guī)模開發(fā)建設(shè)需要，急需采用智能化加注與排采算法，優(yōu)化現(xiàn)有排采與加注措施流程，降低生產(chǎn)運營成本，提高安全管理水平［5］。

2 平臺總體設(shè)計

智能化生產(chǎn)運營平臺采油系統(tǒng)內(nèi)統(tǒng)一的平臺技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 技術(shù)架構(gòu)Fig.1 Technical architecture

2.1 整體業(yè)務(wù)流程

非常規(guī)油氣智能井場生產(chǎn)運營決策支持平臺以生產(chǎn)運營為核心，從人員、設(shè)備、安全等多個角度確保生產(chǎn)正常進行。以集氣站為單位，對人員的進出和在崗、設(shè)備的維修保養(yǎng)和巡檢、園區(qū)的車輛應(yīng)急分別進行管理。

結(jié)合硬件設(shè)施，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一從中控生產(chǎn)系統(tǒng)中獲取；單井及管匯數(shù)據(jù)，流量、油壓、套壓等關(guān)鍵數(shù)據(jù)采集并實時分析；結(jié)合井下產(chǎn)能分析和積液預(yù)警，實現(xiàn)產(chǎn)能預(yù)警［6］。系統(tǒng)包含生產(chǎn)模塊、巡檢模塊、設(shè)備物資模塊、人員應(yīng)急模塊等八大業(yè)務(wù)模塊，業(yè)務(wù)流程如圖2所示。

圖2 智能化生產(chǎn)運營平臺整體業(yè)務(wù)流程圖Fig.2 Business flow chart of intelligent production and operation platform

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

非常規(guī)油氣智能井場生產(chǎn)運營決策支持平臺以關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)為核心，以業(yè)務(wù)變化驅(qū)動數(shù)據(jù)更新，最終在可視化人機交互界面展示業(yè)務(wù)狀態(tài)和業(yè)務(wù)成果。架構(gòu)由現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)施數(shù)據(jù)采集入庫、設(shè)備模型建立、生產(chǎn)輔助分析診斷組成，可以實現(xiàn)生產(chǎn)管理與優(yōu)化運營，對油井進行預(yù)測評價、措施優(yōu)化及配產(chǎn)調(diào)產(chǎn)，同時輔以應(yīng)急安全預(yù)警［7］。系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 智能化生產(chǎn)運營平臺系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.3 System architecture diagram of intelligent production and operation platform

3 平臺功能設(shè)計

智能化生產(chǎn)運營平臺基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺進行設(shè)計，采用微服務(wù)框架、組件化開發(fā)、云邊一體化部署的技術(shù)架構(gòu)，一方面能極大提高組件的復(fù)用度，另一方面能提高資源的利用率。主要功能包括生產(chǎn)管理、移動巡檢管理、人員管理、資產(chǎn)管理、應(yīng)急管理、監(jiān)控分析、系統(tǒng)設(shè)置管理［8］。

3.1 手持終端APP管理

生產(chǎn)現(xiàn)場均處于偏遠山區(qū)，每日需專人定期巡檢作業(yè)，巡檢人員在日常巡檢過程中需要大量記錄數(shù)據(jù)。為了使巡檢人員更加規(guī)范且便捷地錄入巡檢數(shù)據(jù)，配套開發(fā)了移動APP手持終端服務(wù)，以供巡檢人員在日常工作中使用［9］。移動應(yīng)用如圖4所示。

圖4 智能化生產(chǎn)運營平臺APPFig.4 APP of intelligent production and operation platform

3.2 生產(chǎn)管理

生產(chǎn)管理是對配產(chǎn)計劃進行分解，對計劃產(chǎn)量和實際產(chǎn)量做產(chǎn)量跟蹤，統(tǒng)計產(chǎn)量、產(chǎn)能等信息，并生成生產(chǎn)日計劃。針對波動、凍堵等導(dǎo)致的產(chǎn)量下降現(xiàn)象，可在巡井過程中進行生產(chǎn)制度調(diào)整、管外加熱、開關(guān)井等現(xiàn)場處置，經(jīng)多因素分析決策后，設(shè)計措施方案，并進行產(chǎn)量跟蹤。生產(chǎn)管理模塊的業(yè)務(wù)功能包括生產(chǎn)報表、產(chǎn)能管理、生產(chǎn)措施管理和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理等［10］。

3.3 巡檢管理

由集氣站制定巡檢計劃，形成巡檢計劃表，依據(jù)巡檢計劃表匹配對應(yīng)的巡檢車輛，司機按計劃搭載巡井工實施巡檢巡線，形成巡檢日志，并進行信息分類上報。對于井口數(shù)據(jù)參數(shù)等報送、安全隱患類問題，線下處理、線上記錄；對于設(shè)備故障類問題，反饋給公司的維修工作組；對于場站巡檢，則由操作工在集氣站內(nèi)進行。巡檢管理模塊包括井場巡檢、集氣站巡檢、巡檢點簽到及隱患排查記錄數(shù)據(jù)［11］。

3.4 人員管理

人員管理功能包括：對內(nèi)部人員及外部來訪人員及臨時施工人員進行分級管理，外部人員需進行其他申請；內(nèi)部人員需進行線上審批；臨時施工人員等流程還需增加安全作業(yè)審批環(huán)節(jié)；人員進場前，需先進行入場前安全教育及在線答題，通過后方能入場。人員模塊項匯總各類人員相關(guān)數(shù)據(jù)，包括人員申報信息、證書管理、人員考勤、來訪人員、門禁信息、人員證件到期提醒等［12］。

3.5 資產(chǎn)管理

由集氣站制定資產(chǎn)設(shè)備保養(yǎng)計劃，按照“預(yù)防性維護保養(yǎng)計劃”，進行設(shè)備的定期保養(yǎng)；將保養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)的故障反饋給維修組；維修人員對設(shè)備維保過程及設(shè)備故障記錄（巡檢過程中發(fā)現(xiàn)）中涉及的設(shè)備故障進行判斷，一般故障直接維修，重大故障上報至生產(chǎn)監(jiān)督。資產(chǎn)設(shè)備管理模塊包括關(guān)鍵設(shè)備、生產(chǎn)車輛、應(yīng)急物資等資產(chǎn)管理［13］。

3.6 應(yīng)急管理

集氣站安全監(jiān)督處對巡井巡線和巡站過程中發(fā)現(xiàn)的重大安全問題進行應(yīng)急指揮，安排安全助理進行資源匹配，之后進行應(yīng)急分析處理。應(yīng)急管理模塊按海油八大風(fēng)險形成應(yīng)急預(yù)案，實現(xiàn)電子化預(yù)案及在線推送給相關(guān)人員。應(yīng)急管理模塊包括應(yīng)急預(yù)案、應(yīng)急隊伍、應(yīng)急狀況、應(yīng)急演習(xí)等［14］。

4 應(yīng)用及成效

通過研發(fā)智能化生產(chǎn)運營平臺，結(jié)合非常規(guī)井場的實踐，實現(xiàn)數(shù)字化的應(yīng)用。

①開發(fā)形成了非常規(guī)油氣智能井場“1+N”生產(chǎn)運營技術(shù)，掌握了核心技術(shù)和知識產(chǎn)權(quán)，建立了企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

②搭建形成了以數(shù)字化、信息化、智能化為核心的集管理、技術(shù)、裝備、服務(wù)一體化平臺，增強了非常規(guī)氣智能井場運營產(chǎn)業(yè)的核心競爭力。非常規(guī)氣智能井場生產(chǎn)運營決策支持平臺從多方面支撐了項目的信息化過程管理，在幫助操作者提高工作效率的同時加速了企業(yè)信息化升級進程。提供大屏報表效果展示，協(xié)助管理者在做好數(shù)據(jù)分析的同時，優(yōu)化現(xiàn)有排采與加注措施流程，降低生產(chǎn)運營成本，提高生產(chǎn)管理水平［15］。數(shù)據(jù)看板如圖5所示。

圖5 智能化生產(chǎn)運營平臺數(shù)據(jù)看板圖Fig.5 Data dashboard of intelligent production and operation platform

大屏看板宏觀展示集氣站關(guān)鍵指標(biāo)，提高管理者的關(guān)注度。大屏指標(biāo)參數(shù)為產(chǎn)氣量指標(biāo)、日/月/年度統(tǒng)計指標(biāo)、氣井狀態(tài)指標(biāo)、氣井詳細(xì)產(chǎn)量指標(biāo)、氣井參數(shù)指標(biāo)、告警事件指標(biāo)等。大屏看板成果應(yīng)用如圖6所示。

圖6 智能化生產(chǎn)運營平臺數(shù)據(jù)大屏圖Fig.6 Data screen of intelligent production and operation platform

5 結(jié) 語

生產(chǎn)信息化和智能化已成為油田數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重點，本文介紹的智能化生產(chǎn)運營平臺開發(fā)和試點應(yīng)用是在非常規(guī)油氣田生產(chǎn)經(jīng)營管理方面進行的數(shù)字化探索，通過云一體化系統(tǒng)架構(gòu)和多數(shù)據(jù)采集、應(yīng)用來提升現(xiàn)場生產(chǎn)效率和經(jīng)營管理水平，以助力企業(yè)生產(chǎn)管理形成一體化。