油田生產(chǎn)設(shè)備管理平臺數(shù)字化建設(shè)與應用

武瑛 胡瀟文 楊越 鄭金風

收稿日期：2023-07-08

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.04.002

摘? 要：“中國制造2025”即中國版工業(yè)4.0。作為中國制造業(yè)未來10年的頂層規(guī)劃和路線圖，其核心思想是借助工業(yè)技術(shù)與信息技術(shù)實現(xiàn)智能制造的數(shù)字化企業(yè)。從油田生產(chǎn)發(fā)展趨勢和設(shè)備管理要求現(xiàn)狀出發(fā)，文章遵從業(yè)務(wù)需求導向，提煉設(shè)計應用功能，將傳統(tǒng)單一系統(tǒng)建設(shè)模式轉(zhuǎn)變?yōu)槟K化服務(wù)集成應用的全新模式，將設(shè)備全生命各個階段納入統(tǒng)一體系，建設(shè)設(shè)備數(shù)字化管理平臺，改善設(shè)備綜合情況、業(yè)務(wù)流程、實時數(shù)據(jù)查詢方式及路徑，輔助生產(chǎn)管理。

關(guān)鍵詞：油田設(shè)備；設(shè)備管理；全生命周期；數(shù)字信息

中圖分類號：TP311.5? 文獻標識碼：A? 文章編號：2096-4706（2024）04-0005-05

Digital Construction and Application of Oilfield Production Equipment

Management Platform

WU Ying， HU Xiaowen， YANG Yue， ZHENG Jinfeng

（Fengcheng Oilfield Operation Area of CNPC Xinjiang Oilfield Company， Karamay? 834000， China）

Abstract：“Made in China 2025”， the Chinese version of Industry 4.0， as the top-level planning and roadmap of Chinese manufacturing industry in the next 10 years， its core idea is to realize the digital enterprise of intelligent manufacturing with the help of industrial technology and information technology. Starting from the development trend of oilfield production and the current situation of equipment management requirements， this paper follows the business demand-oriented， extracts the design and application functions， transforms the traditional single system construction mode into a new model of modular service integration and application， integrates all stages of equipment full life into a unified system.It builds a digital equipment management platform， improves the overall situation of equipment， business processes， real-time data query methods and paths， and assists production management.

Keywords： oilfield equipment;equipment management; full life cycle; digital information

0? 引? 言

生產(chǎn)設(shè)備管理是油氣田生產(chǎn)管理中的重要內(nèi)容，抽油機、壓縮機、泵等各類設(shè)備支撐了油氣開發(fā)生產(chǎn)過程中的油氣集輸、注入系統(tǒng)、水處理等多種復雜工藝，設(shè)備的優(yōu)劣直接影響著油氣生產(chǎn)效益?；谌諠u完善的生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)，結(jié)合數(shù)字化、智能化的方式進行生產(chǎn)設(shè)備管理，才能更好地支撐油氣生產(chǎn)穩(wěn)定運行。

國際設(shè)備管理理念已經(jīng)從事后維修、定期維修、狀態(tài)維修等逐步發(fā)展到現(xiàn)在的針對設(shè)備全生命周期、基于風險的設(shè)備完整性管理。新信息技術(shù)與先進制造技術(shù)的高速發(fā)展，使得設(shè)備安全運行、全生命周期成本最優(yōu)化成為可能[1，2]。

1? 存在問題及研究思路

1.1? 存在問題

油田生產(chǎn)設(shè)備總量逐年上升，隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模和設(shè)備復雜程度的日益提升，已有的設(shè)備管理模式在面對復雜設(shè)備和大量數(shù)據(jù)時已難以適應。采油廠每日存在大量泵修、加藥、化驗等設(shè)備維修維護任務(wù)，這需要一個完整的流程實現(xiàn)并跟蹤維修任務(wù)。傳統(tǒng)的解決方式為：電話上報、各班組作業(yè)反饋、維修明細等紙質(zhì)工單存檔。因步驟煩瑣、電話口誤等因素，導致現(xiàn)場情況不掌握、物資消耗不明確、生產(chǎn)維修效率低的問題[3]。存在問題總結(jié)如下：

1）設(shè)備資料管理任務(wù)重：傳統(tǒng)設(shè)備管理模式最早依賴以紙質(zhì)文件為主的媒介對設(shè)備進行管理，設(shè)備建檔、維修申報等操作均以紙質(zhì)文件為載體進行，其運轉(zhuǎn)效率取決于設(shè)備所屬廠商辦公結(jié)構(gòu)的運作效率和相關(guān)紙質(zhì)文件的流轉(zhuǎn)速度[4，5]。該模式存在運轉(zhuǎn)效率低、記錄數(shù)據(jù)量小、流程冗長煩瑣、歷史數(shù)據(jù)利用率低、數(shù)據(jù)不易保存等缺點，已不適應當今越來越快的生產(chǎn)節(jié)奏。

2）業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)效率低：在設(shè)備業(yè)務(wù)管理方面采用屬地管理、分級負責方式，設(shè)備數(shù)據(jù)單獨管理，基礎(chǔ)資料人工管理不統(tǒng)一，統(tǒng)籌管理不易。已建ERP等系統(tǒng)應用不足，設(shè)備購置、處置等業(yè)務(wù)覆蓋不全，業(yè)務(wù)線下處理周期長、協(xié)同效率低。

3）設(shè)備數(shù)據(jù)管理薄弱：原有設(shè)備相關(guān)系統(tǒng)僅實現(xiàn)少量設(shè)備臺賬和運轉(zhuǎn)記錄管理，功能單一，設(shè)備覆蓋不全，設(shè)備資產(chǎn)核查和數(shù)量統(tǒng)計中易出錯，信息更新不同步；設(shè)備種類和設(shè)備采集點覆蓋不全，缺乏對總體設(shè)備數(shù)據(jù)的匯總和分析，難以為管理層決策提供支撐。

4）預測性維護不足：油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控逐步完善，但缺少對設(shè)備運行狀態(tài)參數(shù)的專項監(jiān)控和報警，工況判斷不及時；設(shè)備故障處理主要以經(jīng)驗管理為主，還是依賴于人力辨識，時效性和預測性較差事后維修占比高；技術(shù)知識人口相傳，經(jīng)驗知識不能進行有效的積累與傳承。

1.2? 研究思路

遵從業(yè)務(wù)需求導向，通過分析業(yè)務(wù)需求，梳理數(shù)據(jù)需求，提煉設(shè)計應用功能，將傳統(tǒng)單一系統(tǒng)建設(shè)模式轉(zhuǎn)變?yōu)槟K化服務(wù)集成應用的全新模式，形成設(shè)備全生命周期管理系統(tǒng)設(shè)計實施方案。

2? 生產(chǎn)設(shè)備管理平臺建設(shè)

2.1? 平臺總體設(shè)計

設(shè)備管理系統(tǒng)底層存儲結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，實時數(shù)據(jù)以及文件數(shù)據(jù)，并根據(jù)需求從數(shù)據(jù)中臺獲取主數(shù)據(jù)以及其他數(shù)據(jù)資產(chǎn)，同時也可以寫入本系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，進入數(shù)據(jù)中臺，提供給其他第三方應用系統(tǒng)使用。平臺架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1? 平臺架構(gòu)圖

為了保證生產(chǎn)數(shù)據(jù)的一致性，保證源點數(shù)據(jù)一次采集，多系統(tǒng)應用的要求，總體建庫原則為：系統(tǒng)只對各單位情況數(shù)據(jù)項進行采集，不對任何原始生產(chǎn)數(shù)據(jù)項進行重復采集，保證所有數(shù)據(jù)都在源點錄入，而不再開設(shè)其他數(shù)據(jù)入口，系統(tǒng)只進行相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的引用[6]。

2.2? 研究內(nèi)容

采用成熟的流程建模方法，基于油田公司設(shè)備管理的要求，將設(shè)備管理業(yè)務(wù)分為設(shè)備基礎(chǔ)管理、設(shè)備前期管理、設(shè)備驗收管理、設(shè)備使用管理、設(shè)備檢維修管理、設(shè)備處置管理、設(shè)備變更管理、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測模塊、知識庫管理模塊、統(tǒng)計分析模塊10項管理內(nèi)容實現(xiàn)于系統(tǒng)中。

1）統(tǒng)一設(shè)備平臺數(shù)據(jù)標準和設(shè)備編碼，強化設(shè)備基礎(chǔ)管理，針對業(yè)務(wù)流程線下管理，搭建業(yè)務(wù)架構(gòu)，實現(xiàn)設(shè)備業(yè)務(wù)流程線上流轉(zhuǎn)，形成生產(chǎn)設(shè)備從購置到退役的“互聯(lián)網(wǎng)+設(shè)備”全生命周期管理移動管理新模式[7，8]。

2）依托物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)生成各類報表，提升信息化支撐能力，將人工維護模式轉(zhuǎn)變?yōu)閳蟊頂?shù)據(jù)自動生成，強化基礎(chǔ)管理，自動統(tǒng)計運轉(zhuǎn)類設(shè)備運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)檢維修預警等功能，提升設(shè)備數(shù)據(jù)運維效率。

3）結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)采集的動態(tài)數(shù)據(jù)，對抽油機、壓縮機、鍋爐等生產(chǎn)設(shè)備的運行參數(shù)進行動態(tài)監(jiān)測及關(guān)鍵參數(shù)報警，計算維修成本費用以及多維度統(tǒng)計設(shè)備故障信息。

4）將既有的使用手冊、維修手冊等資料結(jié)構(gòu)化、知識化，并根據(jù)不同的設(shè)備類別，記錄設(shè)備從問題到解決辦法的全面故障信息。

5）實現(xiàn)設(shè)備業(yè)務(wù)流程信息的移動端查詢和業(yè)務(wù)審核審批，實現(xiàn)設(shè)備參數(shù)預警、工作任務(wù)提醒等重點消息的智能推送。

下面將設(shè)備業(yè)務(wù)流程管理、知識庫管理、設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)測、統(tǒng)計分析功能進行逐一介紹。

2.3? 設(shè)備業(yè)務(wù)流管理

2.3.1? 設(shè)備基礎(chǔ)管理模塊

參照ERP系統(tǒng)標準進行設(shè)備臺賬管理，具備二維碼設(shè)備信息查詢功能，展示設(shè)備運行情況、技術(shù)狀態(tài)、運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)等狀態(tài)信息，實現(xiàn)設(shè)備檔案資料等靜/動態(tài)基礎(chǔ)信息在線管理，規(guī)范各級單位設(shè)備信息數(shù)據(jù)入庫標準?？刹樵冇吞锕靖鞫墕挝徊煌O(shè)備具體信息，目錄樹以ERP系統(tǒng)統(tǒng)一的設(shè)備分類、設(shè)備編碼執(zhí)行，如圖2所示。通過這個頁面能夠看到設(shè)備的基本信息、維保記錄、運行記錄、關(guān)聯(lián)的資料、以及設(shè)備的運行記錄數(shù)據(jù)；其中所有運行、維保等記錄按時間順序，由近到遠依次排列。

2.3.2? 設(shè)備前期管理模塊

實現(xiàn)設(shè)備年度購置計劃查閱留存、分類匯總，以及設(shè)備前期選型報備、審核業(yè)務(wù)流程管理。將年度購置計劃錄入到系統(tǒng)中，附件上傳年度設(shè)備更新投資項目建議計劃表，點擊附件可查詢各二級單位年度設(shè)備更新投資項目建議計劃表詳情。

2.3.3? 設(shè)備驗收管理模塊

各二級單位通過對到貨驗收、調(diào)試驗收、質(zhì)保期驗收中新增功能將驗收申請錄入系統(tǒng)中，到貨驗收和調(diào)試驗收不需要到質(zhì)量設(shè)備節(jié)能處審核，只需查看即可。質(zhì)保期驗收中A類設(shè)備需要各二級單位提交至質(zhì)量設(shè)備節(jié)能處進行審核，審核通過形成記錄。

2.3.4? 設(shè)備使用管理模塊

使用管理分為現(xiàn)場檢查記錄及整改結(jié)果確認，質(zhì)量設(shè)備節(jié)能處和二級單位對現(xiàn)場檢查出現(xiàn)的問題以附件形式派發(fā)到三級單位，三級單位整改完成后以附件形式反饋到二級單位，二級單位整理后將結(jié)果反饋到質(zhì)量設(shè)備節(jié)能處。

2.3.5? 設(shè)備檢維修管理模塊

主要為各廠處三級單位設(shè)備管理員、資料員及班組人員使用。包含巡檢管理、維保管理、故障工單管理，規(guī)范現(xiàn)場人員的作業(yè)行為與要求，APP可及時報送設(shè)備故障，支持圖、文、視頻描述故障信息，維修工單將實時提醒維修人員，減少故障持續(xù)時間[9]。

對于有自動化數(shù)據(jù)接入的設(shè)備，在ORACLE中編寫算法，運用油區(qū)SCADA系統(tǒng)遠程終端采集的設(shè)備實時數(shù)據(jù)，每十分鐘讀取一次設(shè)備數(shù)據(jù)，設(shè)定具體采集點判斷為運轉(zhuǎn)狀態(tài)，收集狀態(tài)為1的條數(shù)，計算得出設(shè)備運轉(zhuǎn)時長。對于沒有自動化數(shù)據(jù)接入的設(shè)備，通過電子表導入的生成模式，少量人工維護就能實現(xiàn)設(shè)備點檢記錄生成。

2.3.6? 設(shè)備變更管理模塊

各二級單位通過對變更計劃、變更驗收中新增、編輯功能將變更申請錄入系統(tǒng)中，A類設(shè)備需要各二級單位審核完提交至設(shè)備管理部門進行審核，審核通過形成變更記錄。

2.3.7? 設(shè)備處置管理模塊

設(shè)備處置管理分為設(shè)備調(diào)撥和設(shè)備報廢兩部分。設(shè)備調(diào)撥為各二級單位內(nèi)部之間進行的設(shè)備調(diào)撥業(yè)務(wù)以及各二級單位之間的調(diào)撥業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)功能并不涉及設(shè)備管理部門。

2.4? 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測管理

基于物聯(lián)網(wǎng)采集數(shù)據(jù)，對抽油機、壓縮機、鍋爐、機泵等關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備的運行參數(shù)進行動態(tài)監(jiān)測，通過對自動化數(shù)據(jù)設(shè)備啟停狀態(tài)、電流、傳感器信息及化驗系統(tǒng)數(shù)據(jù)情況，可以直觀、實時了解設(shè)備工作狀態(tài)，辨識狀態(tài)特征參數(shù)的變化[10]。

設(shè)備可以添加若干采集點，對應物理設(shè)備的實時運行參數(shù)，系統(tǒng)設(shè)定一定時間連接中控系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)；對沒有實現(xiàn)自動化采集的參數(shù)，可在要求范圍內(nèi)，對采集點進行人工錄入數(shù)據(jù)，及設(shè)置設(shè)備狀態(tài)，如圖3所示。

2.5? 知識庫管理

結(jié)合管理制度、標準規(guī)范和經(jīng)驗案例，實現(xiàn)設(shè)備維修作業(yè)的標準化，將既有的使用手冊、維修手冊等資料結(jié)構(gòu)化、知識化，指導故障診斷和維修。知識采集方式采用計算機自動采集，通過數(shù)據(jù)庫單向同步方式從現(xiàn)有的信息系統(tǒng)和學術(shù)論文中提取相關(guān)知識存儲到知識庫的數(shù)據(jù)庫中。

采用ES全文檢索技術(shù)，通過關(guān)鍵字檢索出所有相關(guān)文件資料、數(shù)據(jù)、視頻等，智能識別掃描件、圖片中的內(nèi)容，搜索方式支持精確搜索和模糊搜索，如圖4所示。系統(tǒng)根據(jù)問題關(guān)鍵字，從知識庫中搜索，查找類似問題的答案提供參考；其他員工可針對該問題進行回復，由作業(yè)區(qū)相關(guān)專家回復信息進行審核，審核通過后直接收入知識庫，成為共享知識。

2.6? 統(tǒng)計分析功能

通過動、靜態(tài)數(shù)據(jù)的管理和調(diào)用，對設(shè)備綜合完好率、利用率、故障停概率、新度系數(shù)等KPI指標進行多維度的自動匯總統(tǒng)計。應用系統(tǒng)設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和故障、保養(yǎng)等維護的動態(tài)數(shù)據(jù)，生成維修費用明細表、維修費用統(tǒng)計表、故障統(tǒng)計匯總表、經(jīng)濟技術(shù)指標表。

3? 應用效果分析

生產(chǎn)設(shè)備管理平臺于2022年年底建成試用，在業(yè)務(wù)管理、數(shù)據(jù)管理、經(jīng)濟社會效益方面取得如下效果。

3.1? 設(shè)備業(yè)務(wù)管理方面

定制設(shè)備從計劃購置到報廢處置的7類32項節(jié)點，推進業(yè)務(wù)申請、審批、處置、反饋的信息化閉環(huán)管理模式，關(guān)鍵審核環(huán)節(jié)可通過移動端高效開展。減少主線業(yè)務(wù)紙質(zhì)流程，線上審批審核，縮短辦理時間，提升設(shè)備業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)效率，促進生產(chǎn)設(shè)備管理變革。

3.2? 設(shè)備數(shù)據(jù)管理方面

1）數(shù)據(jù)管理：確定設(shè)備統(tǒng)一編碼，覆蓋整個油田生產(chǎn)設(shè)備，整合設(shè)備型號、廠家、采購日期等資料信息，結(jié)合大修次數(shù)、資產(chǎn)折舊等動態(tài)參數(shù)，為后期設(shè)備健康評價提供依據(jù)。

2）報表管理：以點巡檢、維保、工單等環(huán)節(jié)報表為主，改變以往設(shè)備報表填報模式，報表數(shù)據(jù)自動計算，縮短傳統(tǒng)模式下數(shù)據(jù)收集整理時間。設(shè)備數(shù)據(jù)快速調(diào)用、便捷查詢，減少人工干預，為業(yè)務(wù)部門的數(shù)據(jù)分析、措施管理提供更為準確的數(shù)據(jù)支持。

3）統(tǒng)計分析：以圖形、曲線等可視化方式，展示設(shè)備運行時率、故障情況、維修費用等統(tǒng)計情況，為進一步開展注、采、輸設(shè)備智能分析做好支撐。

3.3? 經(jīng)濟及社會效益

通過建設(shè)設(shè)備數(shù)字化管理平臺，減少紙質(zhì)資料送審環(huán)節(jié)，提高業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)效率；數(shù)據(jù)統(tǒng)一平臺查詢，縮短數(shù)據(jù)查詢收集時間；報表數(shù)據(jù)系統(tǒng)運算，降低人工維護時間。

4? 結(jié)? 論

本項目針對原有設(shè)備系統(tǒng)存在應用不足的問題，充分利用集成平臺資源，整合已建系統(tǒng)數(shù)據(jù)，建立生產(chǎn)設(shè)備管理平臺，利用數(shù)字化手段統(tǒng)一管理設(shè)備業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)。依據(jù)設(shè)備管理制度創(chuàng)建線上工作流，全過程跟蹤留痕。通過開放接口和系統(tǒng)集成，建立數(shù)據(jù)存儲共享模式，解決設(shè)備數(shù)據(jù)“孤島”問題，整合貫穿設(shè)備全生命管理的各類靜、動態(tài)數(shù)據(jù)，檔案資料規(guī)范齊備，運行操作歷史可查，重點設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)集中管理，為統(tǒng)計分析提供數(shù)據(jù)支撐。

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作者簡介：武瑛（1982—），女，漢族，湖南衡陽人，三級工程師，本科，研究方向：油田信息自動化系統(tǒng)建設(shè)與管理。