智慧工程在华北油田的研究与应用

陈蒙 杨昊楠 韩东 张士英 羡铁锋 王君利

(1.中国石油华北油田分公司第三采油厂 河北河间 062450; 2.中国石油华北油田分公司山西煤层气勘探开发分公司 山西长治046000;3河北华北石油港华勘察规划设计有限公司 河北任丘 062550)

智慧工程在华北油田的研究与应用

陈蒙1杨昊楠1韩东2张士英3羡铁锋1王君利1

(1.中国石油华北油田分公司第三采油厂 河北河间 062450; 2.中国石油华北油田分公司山西煤层气勘探开发分公司 山西长治046000;3河北华北石油港华勘察规划设计有限公司 河北任丘 062550)

华北油田 “智慧油田”的建设，贯穿油气资源勘探、油藏评价、油气田开发建设和油气生产四大业务，积极探索物联网、云计算、下一代互联网等现代信息技术，并选取了二连油田为智慧工程示范基地，探索建立无人值守、全天监控、智能巡检、自动感知、组织运维安全平稳、层级简化的高寒油田管理新模式。

智慧工程；生产全过程管理；压缩管理层级；站控中心

智慧工程是华北油田“智慧油田”四个重要组成部分之一，是在标准化油田工艺流程与生产方式基础，通过对各类传感器、RFID智能芯片等泛在感知设备和工控系统的应用，实现对油气田生产动态预警、自动控制、优化决策的支持，从而提高精细管理水平，优化工艺设计方案，构建远程、智能、可视化的“智慧工程”。

智慧工程是新一代信息技术加速发展的产物，其核心就是在数字油田中融入人的智慧，通过应用智能识别、信息融合、云计算等技术，为管理者提供科学、智能、实时的决策辅助手段，从而提升油田生产经营管理水平。智能识别技术、信息融合技术和云计算技术三项重要技术的日臻成熟，为智慧工程的建设奠定了重要的基础。除此之外，光通信、宽带移动通信、数据库、超级计算、IPv6等新一代信息技术的快速发展，为智慧工程的建设提供了可能。

1 智慧工程的构建

智慧工程面向油气田的勘探与生产全过程管理，贯穿油气资源勘探、油藏评价、油气田开发建设和油气生产等四个主要业务全过程，实现业务领域内业务活动的有机集成。智慧工程的建设可以划分为实时生产监控与自动化控制、事件管理与远程操作、集成与协作、预测与优化四个层次。其中，监控与自动控制主要对泛在感知设备和数字员工实现实时数据采集、自动化控制、辅助管理等功能，是整个“智慧油田”建设的基础；事件管理与远程操作主要通过实时生产监控及操作系统实现实时数据的管理和分析、事件管理、远程监控等功能，将改变油气田生产管理方式，将前方分散、多级的管控方式转变为后方生产指挥中心的集中管控，优化一线员工布局；集成与协作主要通过协同工作平台实现协作环境、业务流程和工作流的集成以及集成的数据管理平台等功能，将基本实现油气田的网上办公；预测与优化主要包括对于事件的预测以及对油气资产的优化，旨在更优化地管理油气资源，提高油气田最终采收率。图1为华北油田智慧工程IT框架图。图2为华北油田智慧工程的统一平台基本架构。

图1 华北油田智慧工程的IT现框架图

图2 华北油田智慧工程的统一平台基本架构图

华北油田选取了内蒙的二连油田和山西的煤层气田作为智慧工程的示范区进行先导实验，实验成熟后再在其他油田进行推广。其中二连高寒地区智慧工程示范基地将探索建立无人值守、全天监控、智能巡检、自动感知、组织运维安全平稳、层级简化的高寒油田管理新模式。

二连油田位于内蒙古高原腹地，自然气候恶劣、地质条件复杂，开发区域点多、面广、线长（8个油田、3条管道），生产及后勤机构设置多、生产系统庞大、安全管控难度大。从地质预测看，二连油田老区后备资源丰富，未来15年将继续保持一定的产量规模，智慧工程建设的物质基础有了可靠保障。2013年-2015年，华北油田公司在智慧工程的顶层设计下，按照“无人值守、全天监控、组织运维、重点巡视、安全平稳、层级简化”的总体要求，以“全面监测、适度控制”为原则，以工艺简化、优化为基础，以自动化建设为手段，对二连油田进行改造升级，形成如下两方面的特色技术。

2 工艺单元数字化建设功能设置标准

二连油田数字化建设共设置16个工艺单元，涵盖油田地面生产从油井、水井、拉油点、联合站等相关生产单位，对油水气、油水井作业进行全过程监视。生产过程对关键节点在装有自动控制装置的同时仍保留人工控制单元，若发生紧急事故，可在自动控制失效后通过人为操作对流程、设备进行关停，避免事故扩大。其他非关键节点则不保留人工控制单元，全部使用自动控制装置。

其中，数字注水井（口）单元是16个工艺单元之一，监测数据主要包括油压、注入量，其主要功能包括控制、洗井监督、在线远程监督等。控制功能包括注水量远程调节、自动控制；洗井监督功能对注水井洗井过程中压力、温度、排量、累计流量相关参数在线监测，并与洗井返出液浊度数据等综合应用，在线监督、分析和指导洗井工作；在线远程监督功能对水井井下作业过程中的油管、工具、附件进行在线检测及相应数据管理，对作业施工全过程视频在线监测。

3 智慧的站控系统

二连油田使用了组态软件进行站控系统平台的构建，将一般控制系统中常用的智能仪表、智能模块、PLC等硬件设备的驱动程序收入平台，并进行二次开发，最终搭建出智慧的站控系统。该站控系统主要由现场仪表、执行机构、通讯系统、远端检测单元（RTU）、可编程控制器（PLC）、组态监控系统、视频监控系统、功图计量与工况分析软件等八大部分组成。同时利用组态软件强大的界面显示功能、良好的开放性、丰富的模块、强大的数据库、可编程的命令语言、周密的系统安全防范、极强的仿真能力等优点，实现对油井工况智能诊断、自动投球、单井功图算产、视频智能监控、抽油机远程调冲次、远程注水量调配等数十种功能。大大降低了员工的劳动强度，改进了生产运行模式，使油田的运行更加智慧化。

4 结论

4.1 利用智慧工程压缩生产层级，转变生产模式，提高油田运行效率

按照智慧工程的顶层设计及数字化功能设置，对油、水井、站整合为以站控中心为中枢的一体化生产管理模式，并配置形成相应管理体系，实现“一个简化、两个转变、三个提升”，做到“指挥灵活、反应快捷、全面深入”。一个简化是指管理层级简化，由“分公司-作业区-采油站”的三个生产层级减少到“分公司-作业区”的两个生产层级，同时合并相关科室，做到“纵向压缩、横向扁平”；两个转变是指由经验管理向量化管理模式转变、由抢险运维向组织运维转变；三个提升是指生产监控的时间和空间前移—管理水平提升，前端数据与专业研究融合—技术水平提升，技能培训工作深入开展—运维能力提升。

4.2 突出站控中心的核心和中枢作用，使之成为油田生产的“大脑”

站控中心建设在联合站内，借助数字化平台对站内系统、站外系统、输油管道系统各工艺环节运行状况全方位的定点、定时、定标准、定计划、定业务流程进行实时远程监控和巡检。并承担起作业区调度的所有业务职能，对生产运行进行全面的协调、调度和指挥，从而形成快速反应并涵盖生产运行和应急处理两个环节的数字化生产管理模式。

[1]冯玉敏，张辉等. 智慧油田是油田发展的未来[J].信息系统工程，2012.6:101-103.

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