智能油田建設(shè)：信息化技術(shù)在油氣生產(chǎn)管理中的應(yīng)用與優(yōu)化

摘要：針對油氣生產(chǎn)管理現(xiàn)狀，分析了信息化技術(shù)在油氣田的應(yīng)用實踐。通過構(gòu)建數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲和生產(chǎn)運(yùn)行指揮系統(tǒng)，實現(xiàn)了井場和場站數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控與控制，提升了數(shù)據(jù)傳輸速率和系統(tǒng)穩(wěn)定性，降低了故障率和數(shù)據(jù)丟失率。案例研究表明，信息化技術(shù)的應(yīng)用顯著提高了油氣生產(chǎn)的遠(yuǎn)程操作準(zhǔn)確率和生產(chǎn)效率，為油氣田的智能化管理提供了有效支持，驗證了信息化技術(shù)在提升油氣生產(chǎn)管理效能中的關(guān)鍵作用。

關(guān)鍵詞：智能油田建設(shè)；信息化技術(shù)；油氣生產(chǎn)管理

一、前言

隨著全球能源需求的增長和油氣田開發(fā)難度的提升，傳統(tǒng)油氣生產(chǎn)管理模式已難以滿足高效、安全、環(huán)保的生產(chǎn)要求。本文以信息化技術(shù)為切入點，探討其在油氣生產(chǎn)管理中的應(yīng)用與成效，旨在為油氣行業(yè)實現(xiàn)智能化轉(zhuǎn)型提供理論依據(jù)和實踐參考，助力行業(yè)應(yīng)對資源枯竭、環(huán)境壓力和技術(shù)創(chuàng)新挑戰(zhàn)，推動油氣生產(chǎn)管理向智能化、精細(xì)化方向發(fā)展。

二、油氣生產(chǎn)管理現(xiàn)狀分析

（一）油氣生產(chǎn)管理的主要任務(wù)

1.油氣生產(chǎn)規(guī)劃與調(diào)度

油氣生產(chǎn)管理的首要任務(wù)是制定生產(chǎn)規(guī)劃和調(diào)度，確保資源的高效利用。通過合理的生產(chǎn)計劃，結(jié)合油氣田的實際儲量和開采能力，合理安排生產(chǎn)時間和產(chǎn)量，確保在不影響環(huán)境和安全的前提下，最大化產(chǎn)出。同時，調(diào)度管理要考慮油氣田的不同生產(chǎn)階段，及時調(diào)整生產(chǎn)策略，以應(yīng)對市場需求和油氣儲量變化。

2.設(shè)備管理與維護(hù)

油氣生產(chǎn)管理必須重視設(shè)備的管理與維護(hù)，確保生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)行。定期檢查和保養(yǎng)是保障生產(chǎn)設(shè)施穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，特別是油氣開采中的關(guān)鍵設(shè)備，如泵、壓縮機(jī)、管道和儲罐等，易受長期使用和惡劣環(huán)境的影響。通過預(yù)測性維護(hù)和及時的設(shè)備更換，能夠有效減少故障停產(chǎn)和安全隱患，提升生產(chǎn)效率。

3.安全與環(huán)境管理

油氣生產(chǎn)涉及復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，必須嚴(yán)格遵循安全管理規(guī)范，確保生產(chǎn)過程中的安全性和環(huán)境保護(hù)，包括制定安全操作規(guī)程、強(qiáng)化員工安全培訓(xùn)、定期進(jìn)行風(fēng)險評估等。與此同時，應(yīng)對油氣開采過程中可能出現(xiàn)的泄漏、污染等問題進(jìn)行有效監(jiān)控，減少對環(huán)境的影響，確保符合國家和地區(qū)的環(huán)保法規(guī)。

（二）油氣生產(chǎn)管理面臨的挑戰(zhàn)

1.資源枯竭與開采難度增加

隨著油氣資源的不斷開發(fā)，許多傳統(tǒng)油氣田的儲量逐漸枯竭，導(dǎo)致油氣生產(chǎn)管理面臨更高的開采難度。新發(fā)現(xiàn)的油氣田大多位于更深、更遠(yuǎn)或者更復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境中，開采成本大幅增加。此外，隨著資源的不斷開采，油氣田的采收率下降，開發(fā)效益逐漸遞減，管理者需要投入更多技術(shù)和設(shè)備來提高采收率，采用二次、三次采油等方法來延長油田的生產(chǎn)周期。這些因素要求生產(chǎn)管理部門不僅要優(yōu)化現(xiàn)有資源的開發(fā)策略，還需要創(chuàng)新采油技術(shù)，以實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性的平衡。

2.環(huán)境保護(hù)與安全管理壓力

油氣生產(chǎn)過程中不可避免地會對環(huán)境產(chǎn)生影響，尤其是油氣泄漏、廢水排放和氣體排放等問題，容易引發(fā)環(huán)境污染和事故。因此，油氣生產(chǎn)企業(yè)在滿足日常生產(chǎn)需求的同時，還必須承受越來越嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)法規(guī)和安全管理要求，對油氣生產(chǎn)管理提出了更高要求，需要建立更加完善的環(huán)境監(jiān)控與應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制。此外，油氣田的作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，涉及高壓、高溫和危險化學(xué)物質(zhì)，稍有不慎便可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故。因此，加強(qiáng)員工安全培訓(xùn)、完善安全設(shè)施，以及及時的故障檢測和維修顯得尤為重要。

3.技術(shù)創(chuàng)新與數(shù)字化轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)

隨著油氣生產(chǎn)管理面臨越來越復(fù)雜的地質(zhì)條件和生產(chǎn)要求，技術(shù)創(chuàng)新成為提升生產(chǎn)效率、降低成本的關(guān)鍵。近年來，人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等數(shù)字化技術(shù)逐漸被引入油氣行業(yè)，推動了生產(chǎn)過程的智能化和自動化。然而，技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用仍然面臨許多挑戰(zhàn)，特別是對傳統(tǒng)企業(yè)的技術(shù)更新、人員培訓(xùn)、數(shù)據(jù)整合和系統(tǒng)兼容性等方面要求極高。此外，新的技術(shù)應(yīng)用需要高額的資金投入，如何平衡技術(shù)創(chuàng)新和投資回報率，確保數(shù)字化轉(zhuǎn)型的順利實施，仍然是油氣生產(chǎn)管理面臨的重要難題。

三、信息化技術(shù)在油氣生產(chǎn)管理中的應(yīng)用實踐

（一）總體架構(gòu)

油氣生產(chǎn)信息化整體架構(gòu)由四個關(guān)鍵子系統(tǒng)構(gòu)成：數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲子系統(tǒng)和生產(chǎn)運(yùn)行指揮子系統(tǒng)。首先，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)作為系統(tǒng)的前端感知層，主要由溫度變送器、壓力變送器、載荷傳感器、液位變送器、高清攝像頭和傳感器網(wǎng)關(guān)等設(shè)備組成，負(fù)責(zé)采集油氣井、計轉(zhuǎn)站、接轉(zhuǎn)站、計量站、注水站、處理站、聯(lián)合站等各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)、控制信號及現(xiàn)場視頻監(jiān)控圖像。

數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)通過有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)及二者組合的方式，構(gòu)建了系統(tǒng)的通信鏈路，確保前端采集的數(shù)據(jù)能夠迅速傳輸并處理[1]。數(shù)據(jù)存儲子系統(tǒng)由存儲設(shè)備（如存儲陣列和服務(wù)器）及數(shù)據(jù)庫構(gòu)成，負(fù)責(zé)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、管理及備份。生產(chǎn)運(yùn)行指揮子系統(tǒng)作為核心模塊，集成了實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析和決策支持功能，能夠優(yōu)化生產(chǎn)過程，進(jìn)行故障診斷，提升管理效能，支持生產(chǎn)過程的智能化控制與調(diào)度。整體架構(gòu)通過高效的數(shù)據(jù)流與信息流管理，實現(xiàn)了油田生產(chǎn)的智能化與自動化管理。

（二）感知層建設(shè)

1.井場數(shù)據(jù)采集與控制

（1）數(shù)據(jù)采集

井場的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集傳感器、遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)（RTU）和無線傳輸設(shè)備組成。通過無線技術(shù)，井口的各類傳感器（如流量計、溫度傳感器、壓力傳感器等）采集油氣井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)并發(fā)送至RTU。

如圖1所示，RTU對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，再通過無線傳輸設(shè)備發(fā)送至監(jiān)控中心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集和傳輸。這種無線傳輸方式的優(yōu)勢在于無需復(fù)雜布線，設(shè)備安裝簡便，有效降低了施工難度。在油氣田環(huán)境中，部分井口還需額外監(jiān)控加熱爐的殼體壓力、殼體溫度和出口溫度等參數(shù)，以及摻稀流量計的高壓數(shù)據(jù)。這些措施幫助監(jiān)測和控制油氣的輸送過程，尤其是面對具有高黏度、高含蠟特征的原油時，能夠有效調(diào)控油井的作業(yè)狀態(tài)，確保生產(chǎn)安全。

（2）控制系統(tǒng)

井場的控制系統(tǒng)主要基于RTU，RTU負(fù)責(zé)對采集到的信號進(jìn)行處理，執(zhí)行設(shè)備控制、存儲數(shù)據(jù)、報警，并將信息上傳至監(jiān)控中心?？刂苾?nèi)容包括抽油機(jī)的遠(yuǎn)程啟停控制和加熱爐的自動調(diào)節(jié)控制。此外，注水井的控制系統(tǒng)通過壓力信號進(jìn)行連鎖控制，自動啟動或停止泵的運(yùn)作，確保井場的生產(chǎn)流程穩(wěn)定。RTU系統(tǒng)的高效運(yùn)行不僅提高了生產(chǎn)效率，也為遠(yuǎn)程監(jiān)控和應(yīng)急響應(yīng)提供了重要支持。

（3）視頻監(jiān)控

井場的視頻監(jiān)控系統(tǒng)用于實時監(jiān)控井口及周邊環(huán)境，保障生產(chǎn)安全。系統(tǒng)通過高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭采集生產(chǎn)現(xiàn)場的視頻信息，并實時分析，識別可能的安全隱患，如闖入、穿戴異常、煙霧、火焰等。當(dāng)發(fā)生異常情況時，系統(tǒng)會立即進(jìn)行聲光報警，通知相關(guān)人員采取應(yīng)急措施。此外，視頻監(jiān)控系統(tǒng)還具備作業(yè)分析、刺漏分析等功能，能夠及時發(fā)現(xiàn)潛在的設(shè)備故障或安全隱患，進(jìn)一步提升生產(chǎn)現(xiàn)場的安全性[2]。對于有防爆要求的井場，系統(tǒng)選用了符合防爆標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，確保安全監(jiān)控不受環(huán)境條件影響。

2.場站數(shù)據(jù)采集

（1）數(shù)據(jù)采集

場站的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要用于實時采集關(guān)鍵工藝參數(shù)，如壓力、溫度、液位，以及有毒和可燃?xì)怏w的監(jiān)測數(shù)據(jù)。此外，還需要對摻稀流量計等重要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。見表1，通過傳感器的實時數(shù)據(jù)采集，現(xiàn)場的生產(chǎn)和設(shè)備運(yùn)行狀況能夠及時反映給監(jiān)控系統(tǒng)，幫助運(yùn)營人員做出快速響應(yīng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不僅能提供日常生產(chǎn)所需的數(shù)據(jù)，還能在出現(xiàn)異常時觸發(fā)報警，為維護(hù)和應(yīng)急決策提供支持。通過集中的數(shù)據(jù)采集與分析，場站能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控、性能評估與預(yù)防性維護(hù)，提高生產(chǎn)的可靠性和安全性。

（2）視頻監(jiān)控

場站的視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要用于監(jiān)控生產(chǎn)現(xiàn)場的畫面，確?，F(xiàn)場作業(yè)的安全性。系統(tǒng)可以實時采集視頻信息，監(jiān)控生產(chǎn)設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)，檢測安全隱患，如煙霧泄漏、火災(zāi)等。當(dāng)發(fā)生異常情況時，系統(tǒng)會通過聲光報警提醒現(xiàn)場人員，確保問題能夠得到迅速處理。此外，視頻監(jiān)控系統(tǒng)還可用于作業(yè)現(xiàn)場的監(jiān)視，實時觀察設(shè)備運(yùn)行情況，防止由于操作不當(dāng)或設(shè)備故障引發(fā)的安全事故。通過高清攝像頭、智能分析系統(tǒng)與報警設(shè)備，視頻監(jiān)控系統(tǒng)大幅提升了場站的安全管理水平，尤其在高危環(huán)境下的防護(hù)和應(yīng)急響應(yīng)能力。

（三）傳輸層建設(shè)

數(shù)據(jù)傳輸層建設(shè)是油氣田信息化系統(tǒng)中的重要組成部分，涉及生產(chǎn)數(shù)據(jù)、監(jiān)控視頻、設(shè)備控制信號等多種信息的高效傳輸。該建設(shè)必須確保傳輸?shù)陌踩浴⒖焖傩院头€(wěn)定性，以支撐現(xiàn)場生產(chǎn)與監(jiān)控需求。

如圖2所示，在選擇傳輸技術(shù)時，應(yīng)充分考慮現(xiàn)場的具體條件，如地理位置、氣候變化、電力供應(yīng)等因素，確保傳輸系統(tǒng)能夠在惡劣環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行[3]。此外，數(shù)據(jù)流量的詳細(xì)測算也是關(guān)鍵，只有在對實際需求進(jìn)行科學(xué)計算后，才能選擇合適的帶寬與傳輸協(xié)議，以避免因網(wǎng)絡(luò)擁堵或帶寬不足影響實時數(shù)據(jù)傳輸。在技術(shù)選型上，井場傳輸系統(tǒng)通常采用有線傳輸和無線傳輸相結(jié)合的方式。對于井場內(nèi)部需要高可靠性和較大帶寬的部分，如生產(chǎn)數(shù)據(jù)、抽油機(jī)啟停信號、泵啟停信號、加熱爐控制等，通常采用有線傳輸（如光纖、以太網(wǎng)等）以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝c安全。而對于靈活性要求較高、環(huán)境條件較為復(fù)雜的區(qū)域，可以選擇無線傳輸（如Wi-Fi、LTE、5G等）進(jìn)行覆蓋。

在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計上，要確保井場傳輸鏈路能夠同時滿足多個信息流的需求，如生產(chǎn)數(shù)據(jù)、井場視頻監(jiān)控畫面等，避免網(wǎng)絡(luò)帶寬的不足導(dǎo)致信號丟失或延遲。為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，應(yīng)采用冗余備份設(shè)計與實時監(jiān)控機(jī)制，及時發(fā)現(xiàn)和處理故障，保障生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)流暢傳輸。

四、案例分析

（一）案例選取

案例為某石油公司在偏遠(yuǎn)地區(qū)的油氣田中進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)建設(shè)項目。在該項目中，結(jié)合井場的復(fù)雜環(huán)境和數(shù)據(jù)流量需求，選用了光纖有線傳輸與5G無線傳輸相結(jié)合的技術(shù)方案。通過光纖傳輸確保生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備控制信號等高帶寬需求的實時傳輸，而5G無線傳輸則覆蓋了井場外圍區(qū)域，滿足靈活性和覆蓋范圍的需求[4]。此案例展示了在特定現(xiàn)場條件下，如何通過合理的技術(shù)選型與優(yōu)化的組網(wǎng)方式，實現(xiàn)高效、安全、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸，支持油氣田的智能化生產(chǎn)和遠(yuǎn)程監(jiān)控。該項目的成功實施為類似環(huán)境下的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計提供了寶貴的經(jīng)驗。

（二）信息化技術(shù)應(yīng)用實踐效果

從表2的實踐效果來看，信息化技術(shù)的應(yīng)用顯著提升了系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)。數(shù)據(jù)傳輸速率提高了900%，系統(tǒng)穩(wěn)定性大幅改善，故障率降低了90%。實時監(jiān)控響應(yīng)時間減少了83%，數(shù)據(jù)丟失率下降了96.7%。遠(yuǎn)程操作準(zhǔn)確率也提高了13%，表明信息化技術(shù)有效提升了遠(yuǎn)程控制和生產(chǎn)效率[5]。整體來看，信息化系統(tǒng)在油氣田的應(yīng)用優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)性能、提高了生產(chǎn)安全性與效率，為智能化管理奠定了基礎(chǔ)。

五、結(jié)語

通過對信息化技術(shù)在油氣生產(chǎn)管理中的應(yīng)用與成效分析，本文得出結(jié)論：信息化技術(shù)顯著提升了油氣生產(chǎn)的管理效率和安全水平，促進(jìn)了資源的合理利用和環(huán)境保護(hù)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，信息化將在油氣生產(chǎn)管理中發(fā)揮更加關(guān)鍵的作用，推動行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。因此，油氣企業(yè)應(yīng)繼續(xù)深化信息化建設(shè)，不斷創(chuàng)新管理模式，以適應(yīng)智能化時代的發(fā)展需求。

參考文獻(xiàn)

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作者單位：中國石油新疆油田分公司基建工程部

■ 責(zé)任編輯：王穎振 鄭凱津