油气田作业区生产管控平台设计与实现

摘要：按照大庆油田“数字油田、智能油田、智慧油田”三步走战略部署，落实公司级智慧指挥中心和区域级生产管控中心两级指挥思想，文章设计并实现了大庆油田作业区生产管控平台。通过生产现场全面数据采集、智能分析预警、方案自动推送、远程智能调控实现生产全流程智能化闭环管控，通过精细化的调度管理、协同化的应急指挥实现调度全流程智能化闭环管控，打造油田统一的区域级生产管控系统。平台包括生产监控、生产管理、生产动态、调度运行、物联设备、能耗管控6大子系统65个模块，构建覆盖决策、管理、执行各层级全周期的油气生产数字化、智能化管理模式[1]。

关键词：智能油气田;作业区生产管控;大数据;人工智能

中图分类号：TP311        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）20-0063-02

1 项目背景

根据大庆油田数字化建设规划的安排，按“一个中心、两级平台、N个用户”思路，作为公司级监管中枢大庆油田智慧指挥中心业已建成，作为大庆油田智慧指挥体系底层支撑的生产现场数字化建设业已全面开展，而作为“公司级智慧指挥中心和区域级生产管控中心”两级架构中重要一级的作业区的生产管控信息化和智能化较为滞后，因此，作业区生产智能分析管理平台建设已迫在眉睫。

2 系统设计

2.1 总体思路

以“网络是基础、采集是前提、平台是关键、数据是核心、应用是焦点、安全是保障”为指导，在生产现场的数字化基础上，汇聚井场、站场、管道等生产现场物联网采集数据、移动端采集数据，抽取生产运行数据、业务管理数据、各统建、自建系统数据，以“集中监控、应急管理、精益管理、智能分析、协同联动、深度互联”为目标，建设作业区生产管控平台，生产监控、生产管理、生产动态、调度运行、物联设备、能耗管控等功能。以区域中心的智能管控为方向，实现业务归核化、管理架构扁平化，促进组织机构变革、业务流程优化和降本增效，为指挥中心的智慧决策提供支撑。如图1所示。

2.2 技术架构

作业区生产管控平台，基于微服务架构[2]和区域湖，采用基础设施层、边缘层、数据层、服务层、应用层、展示层等层级进行构建。如图2所示。

2.3 功能架构

以业务应用为核心，将传统的经验模式转变为精细化、专业化、动态化的管理模式，将分散多级的运行管理单元转变为集中统一的监管控单元，实现既边界清晰又可相互穿透的六大子系统。如图3所示。

2.4 数据架构

井场、站场、管道、设备等生产现场采集的实时数据和填报的运行数据上传至作业区本地部署的数据库，同步至油田区域湖。作业区生产管控平台从区域湖获取业务数据，并与智慧指挥中心进行数据交互。如图4所示。

2.5 部署架构

作业区生产网部署组态、关系库、实时库、物联设备管控、本地视频等服务器，为本地实时存储计算提供环境。在办公网-生产网DMZ区部署负载均衡、Web应用、缓存、数据库及数据服务转发等服务器，为生产网用户提供服务。在办公网部署负载均衡、Web应用、缓存及公共服务，为办公网用户提供服务。在互联网-办公网DMZ区部署接口服务器，为互联网移动端用户提供服务。如图5所示。

2.6 安全架构

按照等级保护三级要求标准进行安全建设，根据实际网络拓扑及业务需求设计业务系统部署位置，以分级分域的思想划分网络。

3 技术实现

3.1 实时数据采集与处理

基于开源的消息中间件与时序数据库技术，按照工业互联网架构体系，搭建油气生产物联网底层数据平台[3]，实现海量物联设备接入与实时数据高并发处理，为上层智能应用与数据深度挖掘提供有效支撑。实时数据动态呈现如图5所示。

3.2 业务功能实现

1） 生产监控

基于生产实时数据及监控视频，建立基础判断模型，针对井、间、站、库故障进行及时准确的故障分析和报警预警。以设定生产参数阀值，实现生产参数自动对比报警[1]。实现注水井、油井、计量间、配水间等生产监控、报警预警、报警闭环处置功能。如图6所示。

按照故障报警、问题预警、计划提醒、计划工作对注水井、油井、计量间、配水间等进行多级报警配置，支持批量配置，支持针对单井的自定义配置。例如油井的集油管道凝堵故障判断代码。

2） 生产管理

以大数据智能分析、决策优化为手段，针对采油、注入、集输管理提升难题，实现从问题发现、分析评价、措施优化、效果跟踪等全过程智能一体化闭环管理。

3） 生产动态

采用多维度数据分析技术，实现指标管理、总况数据、日常班报、日报、月报的自动汇总统计，根据统计结果绘制趋势分析曲线，以报表、曲线的形式辅助作业区管理人员全面、及时掌握生产运行态势，实现生产能力动态分析、运行情况分类统计。

4） 调度运行

由油田智慧指挥中心向下延伸，开发值班管理、通知公告、报表管理、设备调派、应急处置、水务管理、电力运行等模块，实现作业区日常调度运行管理，实现信息上传下达、事件协调处置，实现事件信息登记、上报、落实、反馈、存档的闭环管理。

5） 物联设备

实现设备监控、问题诊断、精确定位、处置管理、维修保养、备品备件、统计分析等功能，大幅减少发现问题、定位问题源头、设备保养和日常管理等时间、人力、物力成本，降低物联设备异常处置对产量的影响，从而达到提升工作效率、提高经济效益的目的。

6） 能耗管控

与油田能耗管控平台进行集成，利用人工智能技术，建立能耗预测及优化功能，实现油田生产各环节水、电、气能耗实时评价和智能动态优化，挖掘节能空间，全面支撑油公司、作业区的分级能源管控，构建新型能源管理模式。

3.3 大屏数据可视化

利用数据可视化技术，开发作业区生产管控大屏，分为生产总况、生产监测、油气集输、注入系统、调度运行、信息资源6个主屏。

3.4 移动办公实现

采用uni-app框架，开发作业区生产管控移动端。实现生产监控、报警预警、委派处置、生产管理、生产指标查询等功能。

4 应用情况

作业区生产管控平台已经在采油五厂、头台油田上线运行，完成井间数据点表34960条的配置和39座站场工艺流程图的绘制，实现对1950口油井、910口水井、102座计量（阀组） 间、37座配水间的实时监控，基于3类39项数据清洗规则、2类85项报警预警规则、3类43项数据质控规则的建模分析实现报警预警，满足了作业区基本的生产管控需求。

5 结论

本文首先介绍了大庆油田作业区生产管控平台的建设背景。其次提出了总体思路，阐述了技术架构、功能架构、数据架构、部署架构以及安全架构。最后重点讲述了实时数据采集与处理技术路线及实现，介绍了业务功能、大屏数据可视化、移动办公等技术实现。通过作业区生产管控平台的开发与应用，实现油气田作业区的生产智能监控、工况智能分析、运行智能协同、安全智能管理，有效支撑作业区将分散多级的运行管理单元整合为集中统一的监管控单元，打造一体化管理、一体化运行、一体化调控的大庆油田智慧指挥体系。后续，将基于作业区生产管控平台开展机采工况智能分析、功图诊断智能量液、结蜡治理优化析、注水工况智能预警、物联设备故障智能预警等智能化提升。该项目促进了传统油气田生产方式与管理模式变革，实现以技术密集替代劳动力密集[4]，取得的技术成果和实施经验在油气行业具有广阔的推广应用前景。

参考文献：

[1] 郭亚男.油气田作业区管理数字化转型智能化发展探析[J].仪器仪表用户，2021，28（8）：109-112.

[2] 杨建新，姚志强，宋旭杰，等.基于微服务架构的生产管控系统设计与实现[J].新技术新工艺，2021（9）：28-33.

[3] 王利君.智能油田建设中的关键技术研究与应用[J].中国管理信息化，2017，20（7）：164-167.

[4] 付锁堂，石玉江，丑世龙，等.长庆油田数字化转型智能化发展成效与认识[J].石油科技论坛，2020，39（5）：9-15.

【通联编辑：代影】