數(shù)字化井場標(biāo)準(zhǔn)模板研究與應(yīng)用

劉偉?吳超?唐夢

摘要：國內(nèi)首個數(shù)字化井場試點德探1井試運行以來，初見成效，其運行效率、處置能力與管控能力得到了一定的提升，但試點井集成功能不足，沒有形成數(shù)字化井場標(biāo)準(zhǔn)，不能快速進(jìn)行推廣應(yīng)用，并且不同隊伍狀況及設(shè)備配置不相同，數(shù)字化水平參差不齊，為井場的數(shù)字化轉(zhuǎn)型增添了難度。針對該問題，通過數(shù)字化井場標(biāo)準(zhǔn)模板研究，不斷升級完善數(shù)字化鉆井隊信息化應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，整合現(xiàn)場工程、井控、裝備、安全等多種數(shù)據(jù)資源，全面推進(jìn)鉆井現(xiàn)場數(shù)字化轉(zhuǎn)型，進(jìn)一步提高現(xiàn)場作業(yè)風(fēng)險管控、技術(shù)支撐能力，打造高質(zhì)量、高效率、可復(fù)制的新型數(shù)字化鉆井隊。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化井場；硬件研發(fā)；軟件組成；管理制度； EISS系統(tǒng)

一、前言

國外多家石油公司已開發(fā)作業(yè)支持中心并應(yīng)用實踐，如哈里伯頓的RTOC[1]和斯倫貝謝的 OSC[2]。作業(yè)支持中心是由相關(guān)科學(xué)技術(shù)、工作流程和IT基礎(chǔ)架構(gòu)組成的前后方協(xié)同工作系統(tǒng)，專業(yè)團(tuán)隊借助于該系統(tǒng)同時對多個鉆井作業(yè)進(jìn)行實時監(jiān)控、專家支持、動態(tài)決策，以此實現(xiàn)數(shù)字化井場。目前國內(nèi)還沒有形成全國聯(lián)網(wǎng)的鉆井技術(shù)數(shù)據(jù)庫，各企業(yè)的鉆井?dāng)?shù)據(jù)庫建設(shè)良莠不齊，缺乏對數(shù)據(jù)的更深層次分析處理、綜合利用以及對鉆井全過程的協(xié)同管理與指揮功能，鉆井?dāng)?shù)據(jù)的自動采集率低、實時性差，鉆井的智能化程度還很低[3-4]。川慶鉆探公司在德探1井率先進(jìn)行數(shù)字化井場試點。通過數(shù)字化井場標(biāo)準(zhǔn)模板研究，不斷升級完善數(shù)字化鉆井隊信息化應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，整合現(xiàn)場工程、井控、裝備、安全等多種數(shù)據(jù)資源，全面推進(jìn)鉆井現(xiàn)場數(shù)字化轉(zhuǎn)型，進(jìn)一步提高現(xiàn)場作業(yè)風(fēng)險管控、技術(shù)支撐能力，打造高質(zhì)量、高效率、可復(fù)制的新型數(shù)字化鉆井隊。

二、數(shù)字化井場硬件部署研究

數(shù)字化井場硬件包含各類工程、裝備、人員等實時動態(tài)數(shù)據(jù)采集裝備，同時在打造的“三個中心”里可以實時展示各類視頻、實時數(shù)據(jù)，提供多專業(yè)協(xié)同作戰(zhàn)，提高現(xiàn)場應(yīng)急處置效率，如圖1所示。

（一）數(shù)字化協(xié)同工作室

協(xié)同工作室布置三臺電腦，分別設(shè)置鉆井、錄井與鉆井液三大工程師平臺，工作室實行工程、地質(zhì)及鉆井液三位工程師協(xié)同辦公，同時，布置兩臺液晶電視，展示現(xiàn)場實時生產(chǎn)情況，實現(xiàn)現(xiàn)場人機(jī)綜合管控和與EISC遠(yuǎn)程支持有效銜接。協(xié)同工作室還配備polycom視頻會議終端、視頻監(jiān)控、一體化數(shù)據(jù)采集器等。

（二）數(shù)字化值班房

數(shù)字化值班房主要包括電腦、液晶電視、全向麥克風(fēng)等。值班房主要用于當(dāng)班人員具體工作部置，班前會、班中巡檢與班后會內(nèi)容全程在線展示，生產(chǎn)組織過程透明，應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析自動推送當(dāng)日工況下具體措施和重點施工方案。

（三）一體化采集器

一體化采集器具有作業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)儲存、井場組網(wǎng)、視頻監(jiān)控、視頻會議、VoIP語音通信、設(shè)備運行監(jiān)控管理功能?，F(xiàn)場端口數(shù)據(jù)流分析，輕量化網(wǎng)絡(luò)安全防御，運行狀態(tài)監(jiān)控管理、內(nèi)置冗余AC電源、內(nèi)置電池及保護(hù)管理、支持遠(yuǎn)程運維管理等特性?？蓪崿F(xiàn)對作業(yè)現(xiàn)場多專業(yè)、不同類型裝備的工控數(shù)據(jù)的采集、儲存、傳輸。為現(xiàn)場鉆井、錄井、試井、鉆井液作業(yè)等專業(yè)數(shù)據(jù)建成一個完整、穩(wěn)定、高效的井場數(shù)據(jù)應(yīng)用中心，實現(xiàn)井場各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的一體化接入。

（四）無線組網(wǎng)設(shè)備

無線組網(wǎng)可解決現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集后網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲、丟包率問題，縮小網(wǎng)絡(luò)廣播域，減少網(wǎng)絡(luò)廣播數(shù)據(jù)包對生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母蓴_，保障數(shù)據(jù)采集的實時性、完整性，把井場無線局域網(wǎng)分成2個部分，實現(xiàn)二層網(wǎng)絡(luò)隔離。包括數(shù)據(jù)采集傳輸應(yīng)用專網(wǎng)和井場辦公應(yīng)用無線覆蓋專網(wǎng)。

（五）電子液面坐崗儀硬件

電子液面坐崗儀主要包括防爆液面坐崗監(jiān)視一體機(jī)、防爆電源接頭、CPU、固態(tài)硬盤、無線網(wǎng)卡、高清攝像頭、防爆繞行管、天線、防水插頭、安裝配件等。通過在循環(huán)罐處增加一臺防爆顯示器，實現(xiàn)了液面坐崗記錄的電子化，并集成了液面實時數(shù)據(jù)跟蹤、起下鉆井液修正表、回流量記錄表、井控預(yù)警和歷史數(shù)據(jù)查詢等功能，實現(xiàn)了坐崗工的無紙化與智能化辦公。電子液面電子坐崗儀由標(biāo)尺位移傳感器、防爆觸摸屏和預(yù)警軟件組成。

（六）司鉆領(lǐng)航儀硬件

司鉆領(lǐng)航儀主要包括防爆觸摸一體機(jī)、CPU、固態(tài)硬盤、無線網(wǎng)卡、有線網(wǎng)口、高清攝像頭、拾音器、音頻、電源、安裝附件等。

三、數(shù)字化井場軟件部署研究

用信息化平臺把鉆井隊的全業(yè)務(wù)鏈數(shù)字化，持續(xù)優(yōu)化數(shù)字化鉆井方案，改變原有的作業(yè)模式，實現(xiàn)了“經(jīng)驗鉆井”向“智能鉆井”的轉(zhuǎn)變，如表1所示。

四、數(shù)字化井場管理制度研究

（一）機(jī)構(gòu)與職責(zé)

鉆井隊：負(fù)責(zé)現(xiàn)場數(shù)據(jù)錄入；拆遷安期間，通過手持終端每日上報搬安數(shù)據(jù)；完成鉆井日報數(shù)據(jù)上報；井史數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)產(chǎn)生后24小時內(nèi)上報；負(fù)責(zé)數(shù)字化設(shè)備的安裝、拆卸和管理；負(fù)責(zé)數(shù)字化現(xiàn)場的運行，核心功能的使用。

鉆井液作業(yè)隊：完成鉆井液日報數(shù)據(jù)上報；鉆井液動態(tài)數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)產(chǎn)生的當(dāng)日填報；鉆井液井史數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)產(chǎn)生后24小時內(nèi)上報；負(fù)責(zé)數(shù)字化現(xiàn)場鉆井液專業(yè)相關(guān)功能的使用和正常運行。

錄井作業(yè)隊：負(fù)責(zé)井場組網(wǎng)；現(xiàn)場作業(yè)井錄井實時數(shù)據(jù)傳輸、上報；完成錄井日報數(shù)據(jù)上報；錄井動態(tài)數(shù)據(jù)在產(chǎn)生后24小時內(nèi)上報。

（二）核心功能應(yīng)用制度

智能任務(wù)書：鉆井技術(shù)負(fù)責(zé)人是該功能應(yīng)用的責(zé)任主體；每日7：30、19：30班前會前應(yīng)提前生成當(dāng)班任務(wù)書，工程參數(shù)、工作安排具有針對性。智能班前會：鉆井隊長、技術(shù)負(fù)責(zé)人是主體；記錄工應(yīng)組織召開班前會，負(fù)責(zé)操作系統(tǒng)、錄音、維護(hù)參會人員等；參會人員及語音記錄人數(shù)應(yīng)大于5人。智能巡檢：崗位員工負(fù)責(zé)巡檢手持機(jī)的使用；崗位員工應(yīng)在當(dāng)班班前會前完成崗位巡檢內(nèi)容；每班應(yīng)完成崗前、崗中、崗后三次巡檢。

工程師平臺：執(zhí)行24小時值班制度；值班人員及時處理EISS信息系統(tǒng)推送的預(yù)警信息， 2小時，值班人員完成當(dāng)班預(yù)警信息并確認(rèn)；及時回執(zhí)川慶公司、鉆探公司專家指令，2小時內(nèi)，值班人員完成當(dāng)班EISC信息并確認(rèn)；每日匯報內(nèi)容，9點以前完善相關(guān)資料；氣層起鉆作業(yè)前，必須使用起下鉆安全分析模塊，并根據(jù)油氣層起鉆前安全評價分析，決定是否進(jìn)行起鉆作業(yè)。

（三）硬件管理制度

工程師值班室EISS系統(tǒng)管理：技術(shù)負(fù)責(zé)人或技術(shù)員（安排指定人員）負(fù)責(zé)每天輸入、校核系統(tǒng)基本參數(shù)；專人負(fù)責(zé)工程師值班室內(nèi)的設(shè)備管理；工程作業(yè)智能支持系統(tǒng)井場版EISS系統(tǒng)，鉆采院工信中心負(fù)責(zé)設(shè)備軟件升級。數(shù)字化值班室管理：技術(shù)負(fù)責(zé)人或技術(shù)員負(fù)責(zé)生成當(dāng)班鉆井作業(yè)計劃書；數(shù)字化值班室設(shè)備管理，由當(dāng)班記錄工負(fù)責(zé)；記錄工負(fù)責(zé)數(shù)字化值班室內(nèi)硬件設(shè)備，設(shè)備故障時，及時上報隊領(lǐng)導(dǎo)。司鉆導(dǎo)航系統(tǒng)管理：由當(dāng)班司鉆負(fù)責(zé)顯示器正常運行、日常維護(hù)；如遇緊急情況時，專家、領(lǐng)導(dǎo)會通過司鉆導(dǎo)航系統(tǒng)直傳指令。

手持終端巡崗系統(tǒng)管理：手持機(jī)由指定崗位負(fù)責(zé)，日常巡崗、交接班正常使用；手持終端硬件故障時，及時向設(shè)備副隊長匯報。多傳感器采集系統(tǒng)管理：由各崗位負(fù)責(zé)人定期巡回檢查各傳感器工作情況；出現(xiàn)故障時，及時上報井隊負(fù)責(zé)人。井場內(nèi)網(wǎng)系統(tǒng)管理：定期巡檢井場內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)橋；網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不得隨意移動、變更位置；信號中斷時，及時上報。

五、數(shù)字化井場應(yīng)用及效果

自數(shù)字化井場標(biāo)準(zhǔn)模板研發(fā)以來，目前已高效完成24支數(shù)字化鉆井隊轉(zhuǎn)型建設(shè)，超額完成年初計劃的21項指標(biāo)，增強(qiáng)全面感知能力，推進(jìn)現(xiàn)場崗位資料“減負(fù)”，開展生產(chǎn)協(xié)同，生產(chǎn)時效大幅提升；以司鉆領(lǐng)航儀為核心的輕量版數(shù)字化鉆井隊已推廣8支隊伍。數(shù)字化助力公司生產(chǎn)效率整體提高5%，川渝地區(qū)鉆井故障復(fù)雜時率降幅20%，整體提速17%，應(yīng)急處理時間同比降低30%。

（一）增強(qiáng)全面感知能力

部署12大類、500余個傳感器，配備智能手持終端，數(shù)據(jù)采集從部分到全面 、從單一到多元、從地面到地下，實時采集參數(shù)增加近17倍，初步建立了鉆井現(xiàn)場作業(yè)的全面感知能力。

（二）推進(jìn)現(xiàn)場崗位資料“減負(fù)”

80%的作業(yè)信息實現(xiàn)自動采集和共享。減少基層填報紙質(zhì)表格140余張，現(xiàn)場數(shù)據(jù)質(zhì)量得到有效保證。每日資料收集工作量減少50%以上，提升了一線員工的工作效率。

（三）開展生產(chǎn)協(xié)同

以井筒工程作業(yè)為主線，實現(xiàn)了井筒全產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)協(xié)同，生產(chǎn)要素信息全程跟蹤，資源智能調(diào)配、作業(yè)智能預(yù)警、服務(wù)訂單管理，生產(chǎn)時效大幅提升。

（四）打造科學(xué)鉆井模式

1.開展實時數(shù)據(jù)分析，利用邊緣云計算，鉆井全過程“邊鉆邊算” ，精準(zhǔn)作業(yè)。建立以數(shù)據(jù)驅(qū)動的工作模式，集成工程主要計算模塊，探索“邊鉆邊算”的工作新模式。打造鉆井、錄井、鉆井液工程師協(xié)同平臺，創(chuàng)建工程地質(zhì)一體化協(xié)同作業(yè)新環(huán)境。

2.探索關(guān)鍵崗位數(shù)據(jù)賦能，促進(jìn)工程管理上新臺階。崗位賦能：開發(fā)現(xiàn)場主要關(guān)鍵崗位工作智能助手App，提高關(guān)鍵崗位工作效率。智能任務(wù)書：每班智能定制工作任務(wù)書，科學(xué)制定生產(chǎn)計劃，任務(wù)可量化考核。

（五）提升井控風(fēng)險防范能力

創(chuàng)立井控管理新模式，實現(xiàn)井控活動全過程管控，井控裝備數(shù)字化改造，溢流、井漏發(fā)現(xiàn)更及時，處理措施更可靠。

六、結(jié)語

隨著鉆井信息化、智能化的發(fā)展，數(shù)字化井場的推廣應(yīng)用勢在必行。通過對數(shù)字化井場標(biāo)準(zhǔn)模板的研究，已形成了可提高現(xiàn)場作業(yè)風(fēng)險管控、技術(shù)支撐能力，打造高質(zhì)量、高效率、可復(fù)制的新型數(shù)字化鉆井隊，可復(fù)制、可推廣的工程業(yè)務(wù)數(shù)字化新模式必然不斷推進(jìn)和完善。

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作者單位：川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院

責(zé)任編輯：尚丹