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案例頻道隨著(zhù)一些油田逐步進(jìn)入石油開(kāi)采后期，如何提高石油采收率、降低人力成本，已成為油田最為迫切的需求。我國各大油田已將“數字化油田建設”和“兩次開(kāi)發(fā)、三次采油和水注挖潛”等技術(shù)，作為當前發(fā)展的首要任務(wù)。
1.1數字化油田概念
數字油田一般可以描述為：是以油田為研究對象，以計算機和高速網(wǎng)絡(luò )為載體，以空間坐標信息為參考，將油田的生產(chǎn)和管理的多種數據進(jìn)行高度融合。在建立油田生產(chǎn)和管理流程各種優(yōu)化模型的基礎上，利用仿真和虛擬等技術(shù)對數據進(jìn)行多維可視化表達，實(shí)現橫向上涵蓋整個(gè)油田地域，縱向上油田從地面到地下的多層次信息定位，提高油田總體信息分析能力，以支持油田的勘探和開(kāi)發(fā)等關(guān)鍵業(yè)務(wù)深入需要。從總體上輔助油田經(jīng)營(yíng)管理的決策分析，進(jìn)一步挖掘各個(gè)環(huán)節的潛在的價(jià)值，為油田企業(yè)可持續發(fā)展創(chuàng )造良好信息支撐環(huán)境。
數字化在信息化整體架構上是生產(chǎn)的最前端，以井、站、管線(xiàn)等基本單元的生產(chǎn)過(guò)程監控為主，完成數據的采集、過(guò)程監控、動(dòng)態(tài)分析，發(fā)現問(wèn)題、解決問(wèn)題維持正常生產(chǎn)。與其他系統建立統一的數據接口，實(shí)現數據的共享，以生產(chǎn)過(guò)程管理為主的信息系統，是油田信息系統功能的延伸和擴充。所有管理子系統的建設主要為監管、分析、優(yōu)化、更新實(shí)際生產(chǎn)相關(guān)的各個(gè)環(huán)節工作，達到高效智能化的企業(yè)化管理目標。油田數字化管理流程包括數據采集系統、井站監控平臺、廠(chǎng)、作業(yè)區生產(chǎn)管理平臺，其框架圖如下：
1.2油田數字化建設應用前景
目前油田采油區范圍大，油井地點(diǎn)分散，數量多，抽油機都在野外工作，數據的提取是依靠人工手抄，帶來(lái)的工作繁瑣，工作量大。而且數據不能得到很好的集中統一管理，對設備運行情況不能及時(shí)檢測、記錄和統計，巡視、維修檢修也相對困難，浪費大量的人力和物力。多數采油單位只能從保障設備能正常運行角度對油井進(jìn)行管理，沒(méi)有對油田能源的使用進(jìn)行精益管理，利用率低。
數字油田是油田企業(yè)生產(chǎn)、科研、管理和決策的綜合基礎信息平臺。它將對油田信息化建設起著(zhù)統領(lǐng)和導向的作用。數字油田已經(jīng)表現出廣闊的應用前景：
（1）數字油田建設可以大幅度提高油田勘探開(kāi)發(fā)研究和輔助決策水平，促進(jìn)油田的可持續發(fā)展；
（2）數字油田建設可以?xún)?yōu)化生產(chǎn)流程，大幅度提升油田生產(chǎn)運行質(zhì)量；
（3）數字油田建設可以促進(jìn)油田改革的進(jìn)一步深化，提高油田經(jīng)營(yíng)管理水平。
2、數字化油田建設
2.1項目的規劃
數字化油田項目采用面向SOA的服務(wù)多層架構，該系統與地理信息系統、視頻系統、管理信息系統無(wú)縫集成，所有的生產(chǎn)數據完全由力控自動(dòng)化軟件平臺采用分布式構架進(jìn)行遠程匯總。以建設“油氣田生產(chǎn)運行管理系統”為樞紐，建立面向油氣田生產(chǎn)、科研、管理、經(jīng)營(yíng)的生產(chǎn)管理調度系統和信息資源共享平臺，做到油氣田生產(chǎn)管理指揮智能化、辦公自動(dòng)化、管理信息化、信息資源網(wǎng)絡(luò )化、業(yè)務(wù)處理電子化以及決策科學(xué)信息化，實(shí)現油氣田生產(chǎn)管理的高度協(xié)調統一，把油氣田建設成為現代化的數字油氣田。
油田采氣廠(chǎng)與輸油處SCADA系統，先將采氣廠(chǎng)與輸油處的數據由各個(gè)分廠(chǎng)采集至信息中心，為生產(chǎn)與調度提供原始數據,在信息中心采用企業(yè)級的實(shí)時(shí)、歷史數據庫，匯集各采油（氣）廠(chǎng)的數據，同時(shí)與地理信息系統、視頻系統、管理信息系統無(wú)縫集成，將超過(guò)眾多廠(chǎng)家的SI在統一平臺上進(jìn)行開(kāi)發(fā)、實(shí)施和部署。將所有廠(chǎng)區工藝畫(huà)面都進(jìn)行了整合發(fā)布，通過(guò)Web瀏覽器即可訪(fǎng)問(wèn)到某廠(chǎng)的某個(gè)站控系統具體運行情況。
2.2力控在數字油田的整體設計方案
監控組態(tài)軟件ForceControl作為基礎的油井、氣井、聯(lián)合站、集輸等油田關(guān)鍵生產(chǎn)的數據采集與集成平臺，力控企業(yè)實(shí)時(shí)數據庫pSpace作為海量數據管理平臺起到集中數據處理的作用。信息中心針對數據管理平臺配備兩臺冗余的服務(wù)器，在內網(wǎng)中運行，為確保網(wǎng)絡(luò )安全，專(zhuān)門(mén)配置一臺雙網(wǎng)卡服務(wù)器,一網(wǎng)口采集第三方軟件的數據，另一網(wǎng)口接入至VPN專(zhuān)網(wǎng)。力控ForceControl組態(tài)軟件以OPC方式采集第三方的數據,將采集的數據一方面交由本地實(shí)時(shí)數據庫pSpace處理，另一方面通過(guò)力控的NetServer組件，供遠端力控實(shí)時(shí)數據庫pSpace快速訪(fǎng)問(wèn)數據。各分廠(chǎng)需要采集的數據經(jīng)力控分布式實(shí)時(shí)數據庫pSpace進(jìn)行數據匯總后，統一送到面向SOA服務(wù)結構的管理系統中。
廠(chǎng)級調度中心提供系統的全部功能，實(shí)現在調度中心通過(guò)計算機系統遠程監控場(chǎng)站、天然氣輸配管網(wǎng)的運行情況。企業(yè)級實(shí)時(shí)數據庫pSpace負責處理、存儲、管理從場(chǎng)站、輸配管網(wǎng)各遠程站點(diǎn)傳送來(lái)的實(shí)時(shí)數據，同時(shí)又為網(wǎng)絡(luò )中的其它服務(wù)器和工作站提供實(shí)時(shí)數據。歷史數據經(jīng)壓縮處理后存放在歷史庫中，也可以通過(guò)pSpace寫(xiě)入關(guān)系型數據庫ORACLE中。
2.3力控在采油（氣）廠(chǎng)的解決方案
（1）井場(chǎng)控制站現有PLC/RTU負責采集井場(chǎng)的數據，如壓力，流量，溫度等等，通過(guò)GPRS/電臺的方式往集氣站發(fā)送數據。
（2）集氣站裝有PC機，安裝力控組態(tài)軟件，采集來(lái)自井場(chǎng)的數據，同時(shí)在集氣站設置RTU采集單元，將一些集氣站的信號進(jìn)行采集并上發(fā)。
（3）建造2-3座天然氣處理廠(chǎng)，通過(guò)光纖采集若干集氣站的數據，同時(shí)處理廠(chǎng)裝有DCS控制系統，采集本廠(chǎng)的數據。
（4）通過(guò)在輸油管道關(guān)鍵部位、油氣區重點(diǎn)路段和井場(chǎng)、井站安裝視頻監控、設置電子視頻跟蹤鎖定及傳聲警示等電子遙控系統，實(shí)現異常情況自動(dòng)報警，監控出入油區的車(chē)輛、人員。
（5）在油氣廠(chǎng)調度中心，安裝具有很高性能的實(shí)時(shí)數據庫pSpace，通過(guò)光纖采集集氣站的數據和天然氣處理廠(chǎng)以及來(lái)自管網(wǎng)的數據，實(shí)現統一的管理。
2.4調度中心數據平臺
在數字化油田建設中，力控企業(yè)級的實(shí)時(shí)歷史數據庫pSpace為核心，匯集各采油（氣）廠(chǎng)的數據，將超過(guò)20家的SI在統一平臺上進(jìn)行開(kāi)發(fā)、實(shí)施和部署。將所有廠(chǎng)區工藝畫(huà)面都進(jìn)行了適合于WEB發(fā)布的形式重新組態(tài)，可以很直觀(guān)的從電子地圖訪(fǎng)問(wèn)到某廠(chǎng)的某個(gè)站控系統當前的運行情況。
企業(yè)級實(shí)時(shí)歷史數據庫pSpace，可以滿(mǎn)足數字化油田的實(shí)時(shí)數據集成和海量的歷史數據存儲需求，其最大百萬(wàn)點(diǎn)的應用規模、30萬(wàn)次/秒的數據點(diǎn)并發(fā)寫(xiě)入速度、最高15萬(wàn)點(diǎn)/秒的查詢(xún)速度、先進(jìn)強大的壓縮算法最高達到40：1的數據壓縮比。數據庫服務(wù)器支持Windows、UNIX、Linux等操作系統，并且支持數據冗余備份，極大提高了數據的安全性和數據處理效率。
力控企業(yè)級實(shí)時(shí)歷史數據庫是一個(gè)具有標準接口的、可二次開(kāi)發(fā)的平臺。其能完成來(lái)自DCS、FCS、RTU、流量計算儀、流量計算機及其他各種具有或不具有標準通訊接口的控制系統的實(shí)時(shí)數據，并且實(shí)現采集、存儲、壓縮等功能，以及對實(shí)時(shí)數據和歷史數據的檢索、統計、分析、建模，并進(jìn)行曲線(xiàn)、圖表顯示?？梢詫?shí)現流程性工業(yè)中典型的應用功能，如工藝流程圖展現、歷史曲線(xiàn)分析、歷史報警分析、報表管理等。同時(shí)，該數據庫能為其他管理軟件提供高效的數據接口，也可以將整理后的數據通過(guò)pSpace直接寫(xiě)入關(guān)系數據庫，實(shí)現數據與其他管理軟件的雙向通訊。
3、數字油田系統功能
3.1生產(chǎn)監控
采集自噴井、抽油機井、電潛泵井、螺桿泵井、注水井、配水間、注水站、油水集輸管網(wǎng)、增壓站、轉油站、集輸站、罐區等生產(chǎn)場(chǎng)所裝置的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數據，包括壓力、溫度、流量、液位、電流、電壓、轉速、功率、載荷、沖程、沖次等運行參數數據。并且包括油井的示功圖計量數據，將增壓站、注水井、接轉站、聯(lián)合站等以力控油汽版本軟件制作好的工藝畫(huà)面文件拷貝至數字化平臺的工程文件夾中進(jìn)行快速編譯，可達到快速組態(tài)的目的，做到管理平臺與站控的畫(huà)面高度統一，實(shí)現生產(chǎn)實(shí)時(shí)、智能監控 。
圖形化界面完成后即可由pSpace web server進(jìn)行頁(yè)面的發(fā)布，具有相關(guān)權限的操作人員可以通過(guò)IE瀏覽器實(shí)時(shí)查看、控制等。
3.2視頻監控
根據每個(gè)井場(chǎng)的井口數量的不同，設置不同套數的視頻監控設備，以實(shí)現對整個(gè)井場(chǎng)的實(shí)時(shí)監控。每套視頻監控設備可以對多個(gè)固定位置的預制拍攝或取證拍攝，同時(shí)具備智能物體行為分析功能，實(shí)現對井場(chǎng)的周界報警、非法闖入等事件進(jìn)行報警并進(jìn)行廣播提示。實(shí)時(shí)提醒操作人員，操作人員可以根據報警的情況通過(guò)手動(dòng)操作攝像機進(jìn)行近距離，高清晰取證錄像，同時(shí)也可以實(shí)現自動(dòng)觸發(fā)遠程錄像功能。
智能分析視頻服務(wù)器占用單臺服務(wù)器，可實(shí)現安全防衛功能，有人員進(jìn)入井場(chǎng)時(shí)，在增壓點(diǎn)語(yǔ)音報警，自動(dòng)變大井場(chǎng)畫(huà)面，自動(dòng)拍照、存儲。增壓點(diǎn)（作業(yè)區）值班人員通過(guò)變焦操作，對進(jìn)入井場(chǎng)人員進(jìn)行識別。通過(guò)語(yǔ)音通道播放音頻警示文件（或通過(guò)麥克風(fēng)遠程語(yǔ)音警示）。通過(guò)服務(wù)器軟件配置使之進(jìn)行WEB發(fā)布，可以通過(guò)B/S模式進(jìn)行畫(huà)面切換。
3.3示功圖分析
示功圖是油田對油井實(shí)施管理的重要依據，是油田的一項經(jīng)常性的檢查項目?？焖贉蚀_方便地獲取示功圖對于及時(shí)了解油井產(chǎn)油狀態(tài)和抽油機的工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現卡桿、斷桿等故障，保持采油產(chǎn)量、減少電量消耗都具有非常重要的意義。所謂“示功圖”、“電流圖”，是油井生產(chǎn)中經(jīng)常用的兩個(gè)生產(chǎn)曲線(xiàn)，即由同時(shí)傳輸的一組二維數組繪制而成的閉合曲線(xiàn)。
標準化站控軟件中的示功圖系統將數據轉存至站控的量油軟件數據庫中，由油汽院的示功圖分析模塊做油田產(chǎn)量的計算及抽油機工況的分析。借助于示功圖，可以判斷出采油設備工作及供油情況是否正常，以便對非正常油井進(jìn)行及時(shí)的停機作業(yè)，減少設備的無(wú)效磨損，節約無(wú)效的電能消耗，保證其工作在最佳狀態(tài)。
3.4可燃氣體檢測
站控系統在關(guān)鍵區域都安裝有可燃氣體報警檢測傳感器，大多為單一的氣體報警開(kāi)關(guān)，一些則是多種氣體含量分析的傳感器，由專(zhuān)用的數采儀將可燃氣體的成份、含量等通過(guò)通訊方式將數據采集至站控計算機中，針對各種氣體的濃度進(jìn)行柱狀、餅圖等做分析曲線(xiàn)工作。此類(lèi)數據的集合至數字化平臺中即可對所有站點(diǎn)進(jìn)行安全環(huán)境的檢測，對于判定事故原因與責任提供原始依據。
同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò )數據庫將站控相關(guān)可燃氣體標簽變量采集至數字化平臺pSpace中，根據不同的站點(diǎn)實(shí)施靈活的查詢(xún)模式，利用報警控件進(jìn)行報警數據的統計和分析。報警內容包括報警數據名稱(chēng)、報警時(shí)間、報警時(shí)刻數值、報警類(lèi)別，報警級別、報警是否確認等，報警字體和背景顏色根據報警級別和確認狀態(tài)不同而不同。
3.5設備自檢
設備自檢子系統能夠實(shí)現對網(wǎng)絡(luò )設備、現場(chǎng)儀器儀表等數字化相關(guān)設備的定時(shí)自動(dòng)巡檢，對故障設備進(jìn)行報警提示，為后續維修保養、系統預警提供應用支持。
系統主界面展示當前站點(diǎn)、井場(chǎng)以及單井的網(wǎng)絡(luò )通訊、現場(chǎng)在用儀表設備的工作狀態(tài)。儀器儀表設備包括一體化載荷位移傳感器、RTU等。當網(wǎng)絡(luò )拓撲圖上的綠色圖標變?yōu)榧t色，說(shuō)明當前系統中的網(wǎng)絡(luò )設備出現故障。紅色圓點(diǎn)代表當前展示的井場(chǎng)及其下轄單井設備工作狀態(tài)異常。當網(wǎng)絡(luò )拓撲圖上的綠色圖標變?yōu)樗{色，說(shuō)明當前系統中的儀器儀表工作狀態(tài)異常。同時(shí)此系統還具備查看實(shí)時(shí)故障信息以及歷史故障信息的功能。
3.6電子報表系統
電子報表主要為油田生產(chǎn)管理匯報工作提供一個(gè)智能報表平臺，產(chǎn)量數據、設備臺賬、子系統分析、生產(chǎn)監控數據等都需要報表輸出的支持，可靈活替代原有手工報表的方式。由實(shí)時(shí)歷史庫平臺pSpace組態(tài),可對普通如班報、日報、月報、年報等基于時(shí)間標簽的報表進(jìn)行存儲、查詢(xún)、打印、輸出等工作。同時(shí)可以生成各種樣式報表、圖表，從而為分析優(yōu)化決策提供數據基礎。
3.7管網(wǎng)檢測
管網(wǎng)檢測主要包括實(shí)時(shí)監測井場(chǎng)集油管線(xiàn)、站點(diǎn)外輸管線(xiàn)、注水管網(wǎng)的壓力流量運行狀況，并設置預警報警界限，從而在異常情況下實(shí)現自動(dòng)報警預警功能。平臺的實(shí)時(shí)數據庫通過(guò)OPC協(xié)議將首、末站的現場(chǎng)壓力流量數據采集到數據庫中，以管網(wǎng)拓撲圖的形式展示。
泄漏是輸油管道運行的主要故障。輸油管道被打孔盜油以及腐蝕穿孔造成泄漏事故屢有發(fā)生，嚴重干擾了正常生產(chǎn)，造成巨大的經(jīng)濟損失。具體實(shí)施方法由實(shí)時(shí)數據庫的圖形化曲線(xiàn)工具制作實(shí)時(shí)曲線(xiàn)分析，并進(jìn)行后臺報警處理，有關(guān)鍵性報警時(shí)需要提醒操作員/管理者加以重視。經(jīng)過(guò)WEB發(fā)布，使得更多監管部門(mén)可隨時(shí)看到管線(xiàn)泄漏分析系統的情況，對于評估管線(xiàn)輸油狀況及安全責任區劃分起著(zhù)重大作用。
3.8供注水分析
關(guān)于供注水分析系統，主要是實(shí)時(shí)顯示供注水管網(wǎng)、注水井、水源井運行狀態(tài)和相關(guān)參數。各個(gè)界面均可顯示實(shí)時(shí)及歷史數據；由標準化站控系統完成對注水井及閥組的監控，一方面可以選擇需要設定的注水井進(jìn)行注水量設定，另一方面可以通過(guò)設置注水井注水壓力和瞬時(shí)流量波動(dòng)上下限，若超限則系統會(huì )及時(shí)報警。
將所有站點(diǎn)的供注水數據通過(guò)網(wǎng)絡(luò )數據庫同步至平臺實(shí)時(shí)數據庫中，由實(shí)時(shí)數據庫圖形化棒圖等工具進(jìn)行供注水量與油井產(chǎn)量的數據對比關(guān)系，可以根據腳本運算得出注水量給定的建議數據值，從而確保節約注水和平穩注水。
3.9GIS系統集成
GIS軟件平臺需單獨占用一臺服務(wù)器，根據實(shí)際的地理信息參數配置及JAVA接口二次開(kāi)發(fā)，將地形地貌等地理信息錄入至GIS數據庫中，并能夠將實(shí)際廠(chǎng)站等坐標、名稱(chēng)、簡(jiǎn)介等信息顯示與GIS的圖形化界面中，通過(guò)GIS系統與數字化平臺ORACLE數據庫的數據交互，將一些關(guān)鍵數據同時(shí)動(dòng)態(tài)顯示與GIS地圖中，并可進(jìn)行網(wǎng)頁(yè)index鏈接切換，直接進(jìn)入至平臺子系統的功能模塊中，將其以地理導航方式進(jìn)行WEB發(fā)布，在整個(gè)數字化平臺中使之成為一個(gè)地理導航的框架結構。
力控科技開(kāi)發(fā)的ForceControl監控軟件具有豐富的組件接口，軟件可通過(guò)GIS組件實(shí)現與GIS系統的無(wú)縫集成。GIS組件支持Mapinfo與ArcGIS的地圖文件格式，支持組件方式集成GIS-GPS的功能，利用腳本和VBA調用可充分互動(dòng)。
3.10ERP系統集成
力控軟件“動(dòng)態(tài)”數據源的設計保證了B/S和C/S等網(wǎng)絡(luò )模式的數據訪(fǎng)問(wèn)，除了訪(fǎng)問(wèn)自己的實(shí)時(shí)歷史數據庫，同時(shí)也支持SQL關(guān)系數據庫和國外大型實(shí)時(shí)歷史數據庫等多種數據庫系統。系統的參數管理提供了參數的“動(dòng)態(tài)”注冊，方便負載調度，歷史數據存儲歸檔支持數據定時(shí)存儲、條件存儲、變化壓縮存儲、趨勢壓縮存儲等多種技術(shù)，具備更強大的生產(chǎn)數據分析與統計功能，并且軟件具有豐富的數據接口方便的與ERP系統的集成。
4、結論
油田建設的數字化能使企業(yè)提高工作效率、提高工作質(zhì)量、增加企業(yè)經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。通過(guò)油田數字化建設各個(gè)環(huán)節應用系統進(jìn)行智能化處理、快速整合。使這些信息資源得到最大限度地共享和有效利用，及時(shí)為決策者提供依據，促進(jìn)企業(yè)管理水平和運行效率的提高。使油田管理走向科學(xué)化和最優(yōu)化，使企業(yè)業(yè)務(wù)流程規范化、信息資源共享最大化、制度管理科學(xué)化。從而促使企業(yè)整體水平的提升，增強石油企業(yè)在國際市場(chǎng)的競爭力。力控系列產(chǎn)品作為基礎的自動(dòng)化軟件平臺和數據中心管理平臺，為數字化油田基礎的數據采集與管理發(fā)揮了巨大的作用。
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