文獻標識碼：B文章編號：1003-0492（2023）09-085-04中圖分類(lèi)號：TP273

★全江，胡朝杰，王佳，程仁杰（中國石油西南油氣田分公司川中油氣礦自控計量站，四川遂寧629000）

關(guān)鍵詞：油氣行業(yè)安防；智能安防集成系統；實(shí)時(shí)監測；異常行為識別；數據分析

1　引言

油田作為油氣生產(chǎn)的最核心地帶，其生產(chǎn)安全決定了油氣的生產(chǎn)效率。傳統油田的安全生產(chǎn)管理方式在面對惡劣環(huán)境下，安全隱患頻現，無(wú)法實(shí)時(shí)控制風(fēng)險，導致安全事故多發(fā)，生產(chǎn)效率難以提升。因此，石油天然氣行業(yè)對于安防的要求日益提高，保障該行業(yè)的安全性和管理效率成為了一個(gè)迫切的問(wèn)題。然而，在油氣行業(yè)中，傳統的安防系統仍然存在一些局限性，多數油田站內數字化程度仍顯不足，存在應用系統多、數據共享難、安防巡檢嚴重依賴(lài)人工等問(wèn)題。這些問(wèn)題疊加使得傳統的管理方式更容易導致油田生產(chǎn)效率低、安全問(wèn)題無(wú)法防控。

圖1  井口及管線(xiàn)原油泄漏事故

面對傳統油田的安全管理現狀，在產(chǎn)能增加的基礎上，我們通過(guò)智能化技術(shù)建設智慧油田，對自然環(huán)境惡劣、生產(chǎn)管理難度大的區域，推行數字化、自動(dòng)化和信息化建設，及時(shí)掌握生產(chǎn)狀況，提高井下作業(yè)效率，并進(jìn)行業(yè)務(wù)流程優(yōu)化，利用遠程攝像與預警等手段，實(shí)現降低作業(yè)成本和提高油田油氣采收率的目標，對整個(gè)石油行業(yè)安全生產(chǎn)、提高生產(chǎn)管理效率和建設智慧油田起到了決定性作用。

為了解決這些挑戰，研究和開(kāi)發(fā)一種新型油氣智能安防集成系統勢在必行。新型系統應具備多樣化的安全防護功能、智能化的實(shí)時(shí)監控和快速響應能力、數據分析與預測能力，以及穩定可靠的系統性能和應急處理能力。通過(guò)引入物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等先進(jìn)技術(shù)，新型集成系統將能夠提高石油天然氣行業(yè)的安全防范水平和工作效率，并能夠保障人員和設備的安全。

2　油氣智能安防集成系統的研究背景與挑戰

2.1　行業(yè)面臨的安防挑戰

石油天然氣行業(yè)的安防挑戰主要表現在以下三方面：

一是，該行業(yè)的生產(chǎn)及運營(yíng)環(huán)境相對惡劣，存在著(zhù)多樣化的安全風(fēng)險。例如，在油氣開(kāi)采過(guò)程中井控事故；在油氣儲運過(guò)程中管道泄漏和爆炸等意外事件。

二是，該行業(yè)的安全監管存在不足。盡管相關(guān)法律法規和標準已經(jīng)制定，但實(shí)際的監管和執法工作并不完備，導致了行業(yè)內部的安全管理乏力。

三是，傳統的安防技術(shù)手段過(guò)于依賴(lài)人工，局限性大。以人工巡檢為主的傳統安防手段難以實(shí)現對復雜作業(yè)場(chǎng)景下的全方位監控和智能化分析，更無(wú)法應對網(wǎng)絡(luò )入侵和數據泄漏等高科技問(wèn)題。

綜上所述，石油天然氣行業(yè)的安防挑戰主要表現在生產(chǎn)環(huán)境惡劣、安全監管不足和技術(shù)手段有限等方面。隨著(zhù)油氣行業(yè)對安防需求的日益增長(cháng)，傳統的安防系統已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足復雜多變的安全挑戰。針對這一問(wèn)題，油氣智能安防集成系統的研究顯得尤為重要。

2.2　智能安防技術(shù)的現狀與發(fā)展

隨著(zhù)科技的不斷進(jìn)步和信息化的快速發(fā)展，智能安防技術(shù)在油氣行業(yè)中得到了廣泛應用并取得了一定成果。相比傳統安防手段，智能安防系統存在以下優(yōu)勢：

一是，智能安防技術(shù)通過(guò)引入先進(jìn)的感知和監測裝備，以及高效的數據處理和分析算法，實(shí)現了對油氣設施的全方位監控和智能化管理。例如，通過(guò)使用視頻監控、紅外感應以及聲音識別等技術(shù)，可以實(shí)時(shí)監測油氣設施的工作狀態(tài)，及時(shí)探測到異常情況并進(jìn)行快速處理。

二是，智能安防技術(shù)通過(guò)引入人工智能算法，能夠自動(dòng)分析和識別大量的數據和信息，提高了安全事件的識別和預測能力。例如，通過(guò)使用機器學(xué)習和深度學(xué)習等技術(shù)，可以實(shí)現對數據的實(shí)時(shí)監測和分析，從而實(shí)現對設備故障和漏氣等問(wèn)題的預測和報警。

三是，智能安防技術(shù)通過(guò)引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現了設備之間的互聯(lián)和信息共享，實(shí)現了對設備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監控和管理。例如，通過(guò)使用傳感器和無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，可以實(shí)現對油氣設施的遠程控制和管理，大大提高了工作效率和管理水平。

綜上所述，智能安防技術(shù)通過(guò)引入先進(jìn)的感知和監測裝備、高效的數據處理和分析算法以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實(shí)現對油氣設施的全方位監控和智能化管理，從而提高油氣行業(yè)的安全防范水平，促進(jìn)行業(yè)的可持續發(fā)展。

3　新型油氣智能安防集成系統的設計

3.1　集成系統的總體框架

為了解決傳統安防局限，并滿(mǎn)足油田現場(chǎng)對安防系統升級的需求，本文提出了一種新型油氣智能安防集成系統的總體框架，如圖2所示。

圖2  智能安防系統的整體框架

該總體框架是新型油氣智能安防集成系統設計中的核心內容，主要包括以下幾個(gè)方面：

一是，集成系統需要具備一個(gè)完整而全面的安防建設方案，可以涵蓋石油天然氣行業(yè)安全生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節。

二是，集成系統應該基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將各種安防設備和感知器件通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，實(shí)現設備之間的數據交換和通信。由此，系統就能夠實(shí)現對各個(gè)環(huán)節的實(shí)時(shí)監控。

三是，引入人工智能技術(shù)，并與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行融合，從而實(shí)現對各種安防事件的自動(dòng)識別和智能處理。

在新型油氣智能安防集成系統的總體框架中，還考慮到了系統的可擴展性和靈活性，其能夠隨著(zhù)石油天然氣行業(yè)的發(fā)展和變化進(jìn)行相應的調整和優(yōu)化。同時(shí)，系統也具備開(kāi)放性，它能夠與其他系統進(jìn)行集成，從而實(shí)現更高層次的安防管理和控制。

綜上所述，新型油氣智能安防集成系統的總體框架基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能技術(shù)設計，具備完整的安防建設方案和實(shí)時(shí)監控能力。

3.2　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及人工智能技術(shù)的引入與融合

新型油氣智能安防集成系統的設計重點(diǎn)在于整合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能，構建一個(gè)高效可靠的安防體系。

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用，新型油氣智能安防集成系統可以實(shí)現對各個(gè)安防設備的實(shí)時(shí)監控，在遇到安全事故時(shí)，能夠快速響應并采取相應的措施。通過(guò)對采集到的數據進(jìn)行分析，系統可以預測出可能發(fā)生的安全風(fēng)險，并及時(shí)報警，以減少事故的發(fā)生。系統還具有良好的穩定性和應急處理能力，保證了系統的可靠性和連續性的運行。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能的應用，系統可以實(shí)現對石油天然氣行業(yè)的全面監控，并且具備快速響應和預測報警的能力。

在新型油氣智能安防集成系統的設計中，人工智能的引入和融合是至關(guān)重要的環(huán)節。首先，結合各類(lèi)傳感器和攝像機捕捉到的數據，通過(guò)人工智能技術(shù)實(shí)現大數據分析和處理，實(shí)現深度學(xué)習算法進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理，為系統賦予更加準確和實(shí)時(shí)的監測和預警能力。集成系統通過(guò)收集和分析實(shí)時(shí)數據，識別出潛在的安全隱患和風(fēng)險，并預測未來(lái)可能發(fā)生的事件，對于潛在的安全問(wèn)題可以在事故發(fā)生之前得到預警和預防，從而更好地保障油氣生產(chǎn)過(guò)程的安全性和穩定性。人工智能技術(shù)的引入提升了集成系統的穩定性和應急處理能力。傳統的安防系統一旦遭受損壞或故障，往往需要手動(dòng)進(jìn)行修復和維護，而這樣的過(guò)程往往非常耗時(shí)和耗力。通過(guò)引入人工智能技術(shù)，集成系統可以自動(dòng)檢測和識別故障，并通過(guò)自動(dòng)化的機制進(jìn)行修復和應急處理，大大減少了人力和時(shí)間成本，提高了系統的穩定性和可靠性。

4　新型油氣智能安防集成系統的功能與特性

4.1　實(shí)時(shí)監控與快速響應

新型油氣智能安防集成系統的設計中，實(shí)時(shí)監控與快速響應是另一個(gè)核心功能。首先，通過(guò)在關(guān)鍵位置部署高清監控攝像頭，系統能夠實(shí)時(shí)監測油氣設施周邊的情況。這些監控攝像頭采用先進(jìn)的圖像處理技術(shù)，能夠對畫(huà)面進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，并自動(dòng)識別潛在的安全威脅。

一旦發(fā)生異常情況，系統會(huì )立即將報警信息傳輸到相關(guān)人員的智能終端設備上。通過(guò)實(shí)時(shí)反饋與信息傳遞，安保人員可以在最短的時(shí)間內掌握問(wèn)題的性質(zhì)和緊急程度，并迅速做出決策和行動(dòng)。通過(guò)對大量的監控數據進(jìn)行分析和挖掘，系統可以發(fā)現隱藏在數據背后的規律和異常情況，以幫助預測潛在的安全風(fēng)險，并提前采取維修措施，從而避免可能的事故和損失。

4.2　數據分析與預測報警

數據分析與預測報警是新型油氣智能安防集成系統中的重要功能。

數據分析是新型油氣智能安防集成系統實(shí)現預測報警的關(guān)鍵環(huán)節。系統通過(guò)數據采集設備獲取來(lái)自各個(gè)環(huán)節的數據，包括設備運行狀態(tài)、油氣流量、溫度、壓力等關(guān)鍵參數。這些數據經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)傳輸和存儲后，系統運用數據分析技術(shù)對其進(jìn)行深入處理。通過(guò)建立有效的數據模型和算法，系統能夠及時(shí)檢測到異常狀況，并生成相應的預警信號。這種數據驅動(dòng)的預測報警方式，有效提高了監測的靈敏度和準確性。通過(guò)對歷史數據進(jìn)行深度分析和建模，系統能夠自動(dòng)識別數據的趨勢和模式，進(jìn)而預測未來(lái)可能出現的異常情況。

數據分析與預測報警不僅提高了安防系統的實(shí)效性，也有效降低了油氣行業(yè)的運營(yíng)風(fēng)險。通過(guò)系統化的數據分析，企業(yè)能夠對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行全面監測和分析，及時(shí)發(fā)現潛在風(fēng)險并采取措施防范。同時(shí)，通過(guò)預測報警，企業(yè)能夠在事故發(fā)生前采取預防措施，可最大程度地避免生產(chǎn)中斷和損失。因此，數據分析與預測報警成為新型油氣智能安防集成系統中不可或缺的功能模塊。

5  油田應用效果

本系統于2022年11月在XN氣田X井場(chǎng)進(jìn)行了應用，并在中心站完成了數據軟件的調試。整套系統運行穩定，數據準確計時(shí)，一體化油氣礦油氣生產(chǎn)站場(chǎng)安防接入與控制系統滿(mǎn)足項目設計要求。

實(shí)驗現場(chǎng)的各種數據采集安防硬件與系統實(shí)現了成功對接，幕簾探測器、拾音器、功放、監控攝像頭、操作按鈕等設備順利接入系統，采用系統內部的專(zhuān)用控制機制實(shí)現安防設備的聯(lián)動(dòng)操作，并成功實(shí)現現場(chǎng)的安防設備采集數據實(shí)時(shí)上報至服務(wù)器。

圖3  西南油氣田X井場(chǎng)新型智能安防系統改造

通過(guò)新型智能安防系統在X井站接入與部署，油氣礦油氣生產(chǎn)站場(chǎng)安防接入與控制系統實(shí)現了油氣井站的安防數據的接入，很好地解決了傳統安防控制系統的弊端。該方案通過(guò)高度集成一體化設計，解決了傳統安防控制系統里設備多、穩定性差、數據交叉嚴重的問(wèn)題。同時(shí)該系統支持的雙鏈路數據傳輸既能確保網(wǎng)絡(luò )的穩定，又能實(shí)現數據的分流傳輸，有效地提升了場(chǎng)站的整體安防能力，以及油氣安全生產(chǎn)管理水平和效率。

6　結論

本研究針對油氣行業(yè)提升安防的特殊需求，采用系統分析和模型構建的方法，對系統各個(gè)模塊進(jìn)行了優(yōu)化設計和集成，并開(kāi)發(fā)了一種創(chuàng )新性的智能安防集成系統。該系統通過(guò)在西南油氣田的成功應用，取得了如下成效：

（1）新型油氣智能安防集成系統能夠實(shí)時(shí)監測和報警，并兼具智能識別和分析異常行為功能，從而有效防止了安全事故的發(fā)生。

（2）該系統優(yōu)化的管理模塊和數據分析功能，可以幫助企業(yè)管理層更好地制定決策和管理策略，提高了生產(chǎn)效率，具有較好的應用前景和推廣價(jià)值。

（3）該系統在實(shí)際應用中取得了重要的成果，但由于對油氣企業(yè)的實(shí)地測試和數據分析有限，仍需要繼續完善和優(yōu)化，以提高系統的穩定性和可靠性。

（4）下一步將結合新型油氣智能安防集成系統的實(shí)際應用，探索更加有效的安全管理方式，如可以進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)系統的設計和功能，以適應不同類(lèi)型的油氣企業(yè)的需求。

作者簡(jiǎn)介：

全　江（1978-），男，四川南充人，中級工程師，學(xué)士，現就職于中國石油西南油氣田分公司川中油氣礦自控計量站，主要從事油氣自動(dòng)化管理工作。

胡朝杰（1990-），男，四川遂寧人，中級工程師，學(xué)士，現就職于中國石油西南油氣田分公司川中油氣礦自控計量站，主要從事信息化管理工作。

王　佳（1984-），男，重慶人，中級工程師，碩士，現就職于中國石油西南油氣田分公司川中油氣礦自控計量站，主要從事油氣儲運和油氣田開(kāi)發(fā)管理工作。

程仁杰（1990-），男，黑龍江佳木斯人，中級工程師，碩士，現就職于中國石油西南油氣田分公司川中油氣礦自控計量站，主要從事網(wǎng)絡(luò )安全管理工作。

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摘自《自動(dòng)化博覽》2023年9月刊