油气生产自动化流程分析报警系统建立与应用

兰明菊 陆兴 韩菲 宁晓波

[摘 要] 本文介绍一种油气生产自动化流程分析系统，通过油田信息集成平台，构建可视化流程框架，建立流程分析模型，进行自动化数据、生产流程报警分析。实现油田总图—站库—计量站—管汇—单井原油生产全流程展示，关键参数监测报警，产量异常波动跟踪，有助于分析单井、区块产量增减原因，快捷直观了解现场生产信息，及时掌握原油生产动态，解决现场生产问题。系统的应用提高了油田问题井摸查效率，为现场生产分析和决策提供了依据，具有一定的应用前景。

[关键词]油气生产；自动化；流程分析；模型；应用

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 03. 033

[中图分类号] F270.7；TP315 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2014）03- 0071- 04

1 引 言

油田现场计算机网络、自动化建设不断完善，已基本覆盖油田各个站库。油田规模不断扩大，自动化系统快速发展，经历了标准制定、数据库建立、数据发布、报表生成、数据综合应用五大阶段，涵盖油田多个业务领域，功能日趋强大，为油田智能化建设奠定了良好的基础。

为满足现场监控、生产管理等多方面的应用需求，深化自动化数据在流程报警分析等方面的应用，使油田自动化系统不仅能够成为基层工作人员对现场监控的一种手段，而且逐渐成为生产管理层进行生产分析、决策的一种辅助工具，本文将现场实时自动化数据与日生产数据相结合，研究设计一种生产自动化流程分析报警系统。

2 系统设计

油气生产自动化流程分析报警系统，运用油田信息集成平台，通过建立油田知识库，挖掘油田生产中的显性和隐性知识，实现自动化实时数据的发布、报表管理、可视化流程监测、报警分析、数据分析应用等功能，深化油气生产自动化系统应用。构建可视化流程框架，建立产量异常波动分析流程，实现关键参数报警监测，总图—站库—计量站—管汇—单井分析流程图示化展示。系统通过关键参数对比，能够多角度、直观快捷地了解生产信息，及时掌握生产异常情况，解决生产实际问题，提高问题分析效率和管理水平，为生产现场提供分析、决策依据。

油田信息集成平台，采用可视化的定义工具，操作步骤简化，逻辑连贯。在遵循定制思想、优化定制流程的前提下，集成平台以操作可视化、简捷化、标准化为理念，避免了早期平台功能实现时在数据库中填写大量数据复杂、枯燥的手工流程。该平台采用相对简便、逻辑清晰、所见即所得的操作完成复杂定制工作，极大地提高定制工作的效率和准确度，具有较强的适用性、安全性和扩展性。

2.1 系统架构

油气生产自动化流程报警分析系统是一种以收集数据为基础、实现数据的传输、发布、流程分析与报警于一体的综合信息系统。自动化数据库是架设在控制系统和应用系统之间的数据桥梁，通过数据采集、存储和发布，为上层应用提供数据服务[1-2] 。在自动化数据库的基础上，调取开发数据库日报数据，对每天的日数据进行动态分析，实现关键参数报警，异常情况进行闪烁提示，便于快速发现问题、分析问题的原因并进行处理。系统数据流程如图1所示。

油气生产自动化流程分析报警系统采用浏览器/服务器方式访问数据库，采用目前流行的多层开发模式进行信息发布[3]。同时，在数据库开发以及功能实现方面，大量使用存储过程访问后台数据库并处理。整个系统在纵向上可分为3层，即：数据存储层、应用服务层、用户访问层，系统架构如图2所示。

在系统架构中，数据存储层主要完成数据的区域性集中，实现对生产现场各种数据的自动收集和协议转换，是自动化流程报警分析系统的基础；应用服务层是利用计算机网络技术、数据库技术以及接口技术，通过编写存储过程、视图、触发器以及算法对数据进行统一加工、处理和分析，通过图示化定制工具将流程图与过程以及算法相关联，进行数据调用，实现报警分析功能；用户访问层是指用户通过客户端应用程序或IE对发布的功能进行查询，对现场的生产情况进行可视化查看[4]，了解掌握现场的生产情况。

2.2 功能结构

用户访问层使用的界面功能即是系统最终实现功能，该系统通过对自动化流程报警系统业务梳理，设计出主体思想，即系统展示方式呈递进式，每一层级之间相互关联。由总图到处理站、转油站，由转油站到管汇，从管汇再到单井，逐步推进、逐级细化，实现实时数据与生产日数据无缝结合、动态展示功能。系统的功能结构如图3所示。

3 流程分析模型与算法

3.1 流程分析模型

为实现系统功能，系统建立了流程分析报警模型。流程分析报警模型通过影响产量、生产的指标变化来综合反映油井生产变化情况，根据变化及时采取相应的措施与对策，有效预防事态的进一步恶化，将损失减少到最小。生产流程分析模型建立的依据是产液量、产油量以及产油量波动百分比，将模型嵌入到程序开发的过程代码之中，通过输入项，执行程序中的流程分析算法，从而得到分析结果。报警模型的建立有利于解决生产实际问题，提高问题分析效率和管理水平，为生产现场提供分析、决策依据。报警模型如图4所示。

3.2 流程分析算法

为实现系统功能，提出了流程分析算法的概念，通过建立油田知识库，将油田生产中的显性和隐性知识挖掘出来加以共享。分析算法将日期和报警值（即产量波动百分比，此时差值为负数）作为其中的可选参数，根据不同需求选择相应参数进行查询判断，显示出不同界限值情况下的报警信息。系统给定的起始值为3%，可选范围为1%～20%，满足不同用户的需求，操作方便灵活。为取得报警界限值，系统通过算法进行处理，计算出产量波动百分比，根据产量波动百分比的数值来进行判断。算法如下：

F=（a-b）/a*100%；

a=sum（rcyl），b=sum（rcyl2）； （公式一）

式中，F表示产量波动的百分比；a表示在给定条件下的产液量之和，例如计算的是**采油一站的产液量，那么所计算的就是**采油一站所有油井的产液量之和；

b表示在给定条件下产油量之和，例如计算**采油一站1#转油站的产油量，那么所计算的就是1#转油站下面的所有油井的产油量的总和；

rcyl表示单井每天的产液量；rcyl2表示单井每天的产油量。

通过每天对数据的对比，根据输入的报警参数判断是否需要做出报警，若需要，则及时发布报警信息。

3.3 报警信息报表

油气生产自动化流程分析报警系统报警结果查询形式多样，其优点表现在以下3个方面：对历史的报警结果进行任意查询，自行选择日期，增加的系统使用的灵活性；进行报警值的自主选取，设定的报警值以下降3%～20%为界限范围，不同阶层的用户在使用过程中因需求的不同可进行自我定制，可操作性强；可对单一报警结果进行查看，也可统计查询报警结果。

报警结果体现方式主要有两种：一是通过可视化的界面实现对生产流程进行直观报警，图标变换大小不停闪烁，鼠标悬停在图标上时显示出具体的报警信息（单一报警结果查看）；二是以报表形式统计出各生产单元内的报警结果汇总信息。图6显示的是报警结果汇总统计。

3.4 系统应用效果

某油田通过实时数据、日生产数据以及专家知识库综合应用，建立了油气生产流程分析报警系统，图示化显示单位、站名、日期、产液量、产油量、总井数、开井数以及异常波动信息，将超出规定的报警值范围的信息以报表的形式展示出来，直观明了，便于查找问题的源头，进行分析并采取相应措施（参见图7）。

系统投用后，不同生产岗位上人员借助系统对油田现场生产实时监控与查看，系统成为技术人员分析数据、做出调控分析以及决策的“眼睛”；图形与数据相结合，便于用户理解，使问题更加突显，减少查找问题所用的时间，提高了分析问题与解决问题的效率。

4 结 论

本文提出建立统一标准的油气生产报警流程，实现原油生产数据网上发布，随时在线查看数据，对现场设备可视化监控，实时查看产量波动情况，分析增减的原因，实现了对单井数据的实时跟踪，由传统的事后分析变为报警调节，优化管理方法。系统采用统一平台进行功能研发，后期维护方便、简单易操作，适用性和扩展性强。

系统应用提升了现场生产管理水平，使自动化技术与生产管理更好地结合，为单位领导和科研人员提供决策依据。借助该系统能够减少往返现场次数，降低安全风险，及时发现问题并解决问题，提高现场管理及科研工作效率。

主要参考文献

[1]高宁波，金宏，王宏安.历史数据实时压缩方法研究[J].计算机工程与应用，2004（28）.

[2]张景涛，王华，王宏安.实时数据的存取与压缩[J].化工自动化及仪表，2003，30（3）：47-50.

[3]蒲微，蔡志强.油田生产自动化数据应用智能分析设计与实现[J].数字石油和化工，2009（10）：61-65.

[4]单鸿飞，蔺胜利，等.管控一体化技术在采气一厂的应用[J].石油工业计算机应用，2010（1）：30-34.