油气生产智能运维系统iPES-PE研究

王炳国，毛军军*，孙双春，康立智，史小斌，周晓雪



油气生产智能运维系统iPES-PE研究

王炳国1，毛军军2*，孙双春3，康立智3，史小斌3，周晓雪2

（1. 胜利石油管理局电力管理总公司；2. 北京雅丹石油技术开发有限公司，北京昌平，102200；3. 山东广域科技有限责任公司）

目前油气生产现场管理主要采用人工巡检，基于这种传统模式的巡检方式存在信息采集效率低、真实性得不到保障且信息共享性差，对于巡检目标的异常状态无法高效、准确、实时的回传技术人员进行评价、决策工作；对油气田生产运行管理造成了巨大经济效益隐患。本文结合业务目标分析，从系统架构、PC客户功能设计和移动智能终端设计出发，构建了油气生产运维系统iPES-PE。该系统实现了系统管理、报警管理、任务管理、设备资产管理、巡检管理、成本管理、人员管理、考核等功能应用开发，切实帮助油气生产用户实现提高油气田生产运维效率，降低运维成本等目标。

油气生产；巡检；智能运维；移动智能终端

引言

油气生产现场的设备及工艺流程巡检管理要求极为严格。现阶段传统模式的巡检工作普遍存在信息采集效率低下、数据采集准确度不高、生产现场管控方式单一、巡检工作考核不完备等诸多问题。针对传统巡检工作所面临的问题，利用现代的移动互联网技术和先进的信息技术处理手段，建立健全油气高效生产以及安全运维管理体系，开发研制高效、可靠的运维管理系统，科学规范地实施巡检工作，对于提高数据采集的效率和准确性，加强运维现场的管控力度，对于提高运维管理水平具有重要意义。

1 巡检技术的现状研究

目前行业采用的巡检方式参差不齐，大多都是在传统巡检的基础上，应用物联网技术提高巡检时效，巡检监管力度，并对巡检数据提供分析汇总功能。

现有的巡检技术主要有人工现场巡检、采用远程视频监控以及飞行器、机器人、智能眼镜巡检等手段。但是这些巡检方式使用成本高、范围面比较窄、外在因素影响比较大，从而巡检质量难以得到保证。

2 业务分析及系统目标

传统的生产运维管理模式主要依靠人工现场巡检，受限于巡检工作量大、巡检质量和生产数据收录的真实性无法保障，巡检信息共享性差，人员管理成本高，特别是在巡检时间、巡查路线和检查内容方面很难实现量化管理，且对于巡检目标的异常状态无法高效、准确、实时的同步回传技术人员进行评价、决策工作，对油气生产运行管理造成了巨大经济效益隐患。

通过建立油气高效生产以及安全智能运维管理体系，优化油气生产运维管理机制，以生产运维管理为出发点，从日常巡检、调度工作流程入手，通过应用服务器和移动巡检终端的信息交互、共享，构成一个高效运作的信息化有机体，将各项业务明晰的融入在智能运维管理系统的流程中，所有生产运维管理业务有据可依，科学高效的实现油气生产运维管理等业务；促使业务管理水平的提高；形成行业生产智能运维专业化系统，切实帮助用户提高油气生产运维效率，优化运维流程、降低运维成本等目标。

通过建立健全油气高效生产以及安全运维巡检管理体系，提供一个科学化、信息化、网络化的管理平台，切实帮助用户实现维巡检工作的无纸化生产模式转变，生产运维数据采集的智能化、规范化、运维巡检标准化、工作绩效的量化管理；达到巡检有计划，过程有监督，事后有分析的目的；最终帮助企业和用户提高生产综合管理水平。具体来讲，应该达到以下目标：

1）完成巡检无纸化模式的转变，实现数据采集的智能化、信息化；

2）提高巡检工作的真实性、准确性、时效性；

3）通过工况诊断和设备故障预警实时形成运维任务；

4）对安装、维修、巡检、紧急事项等任务进行管理，形成远程会诊与指挥调度；

5）资产设备的库存管理、使用状况评估，实现资产采购、调拨等智能化运营；

6）通过调度记录和运维人员管理记录，对运维人员的工作业绩进行量化考核；

7）对运维成本进行核算、分析、评价；

8）标准化生产运维管理制度，优化生产运维管理流程，提高管理水平；

9）运维巡检管理标准化，规范化，达到减员增效的目的。

3 系统架构

油气生产智能运维系统iPES-PE（Production Enhancement）依托移动互联网技术、GPS卫星定位技术、GIS地理信息技术、物联识别技术及移动终端系统技术的交互融合，形成了以油气智能生产运维业务为驱动下的系统平台。

3.1 系统架构

油气生产智能运维系统iPES-PE架构主要围绕系统层、平台应用层、移动终端展示层来构建，系统层主要由系统应用（云）服务器、数据库服务器构成，主要负责运维生产数据的接收、存储及管理等；平台应用层主要为系统功能应用提供基础组件，包含可视化组件、应用框架、服务框架、数据处理以及数据管理等，是实现油气生产运维过程中的业务应用；移动终端层主要由巡检系统手持智能终端、RFID巡检标签等组成，是实现巡检过程实施和人机交互的重要环节。系统架构如图1所示。

图1 油气生产智能运维系统iPES-PE总体架构

3.2 业务流程

其中生产运维工单任务主要包括：

1）对设备进行巡更巡检；

2）通过工况诊断和设备故障预警实时形成运维任务；

3）对安装、维修、巡检、紧急事项等任务进行管理，形成远程会诊与指挥调度；

4）资产设备的库存管理、使用状况评估，实现资产采购、调拨等智能化运营；

5）通过调度记录和运维人员管理记录，对运维人员的工作业绩进行量化考核；

6）对运维成本进行核算、分析、评价。

油气生产智能运维系统iPES-PE业务应用流程如图2所示。

图2 油气生产智能运维系统iPES-PE业务应用流程

4 系统功能

系统采用PC端以及移动终端App为一体的应用模式，以提高生产管理水平为目标，集生产监控、设备管理、生产运维，包括系统管理、报警管理、任务管理、设备管理、资产管理、巡检管理、成本管理、人员管理、绩效考核、数据挖掘等定制化专业应用功能。主要功能架构如图3所示。

图3 油气生产智能运维系统iPES-PE功能架构

4.1 PC客户端功能

通过PC客户端系统可完成工艺生产智能巡检系统初始化、采集目标项的设立、实时显示巡检信息及状态、汇总统计日报及图表分析等工作以及业务应用功能的实现同时满足实现与油气生产信息系统数据库的无缝接。油气生产智能运维系统平台客户端界面。如图4所示。

图4 油气生产智能运维系统平台客户端界面

4.1.1 系统管理

实现运维系统的管理，主要包括系统角色、角色权限、组织机构、用户设置、日志管理、密码修改等功能；通过此模块可以对这些信息进行增加、删除、修改、查找等操作，通过实际需要不断的作出正确的调整，更好的维护整个运维系统。如图5所示。

图5 系统用户操作界面

4.1.2 任务管理

按照生产运维类型或报警类型自动生成工单，工单生成之后按设定的工单流程逐级流转，当现场工作人员按调度人员制定的工单要求完成任务，最终形成整张工单的反馈报告回转给调度人员，以便调度人员安排后续工作。如图6所示。

图6 巡检任务工单应用界面

4.1.3 设备管理

包括生产设备管理和物联设备管理。生产设备管理主要是油气生产设备全生命周期服役管理，即设计、安装、使用、维护、调配、维修、报废管理；物联设备管理是在线组态、状态监测及诊断、基本校验管理、快速回路检查、报警监视、安全操作管理、OPC开发、记录审查等。如图7所示。

图7 物联设备管理界面

4.1.4 资产管理

包括供应商管理、设备台账、设备档案、设备维修、设备报废、设备技术状况、设备调拨、查询管理、设备数据导入、系统管理组成。此管理系统覆盖经营管理部门对固定资产的管理，将管理流程体系完全网络化、流程化。对设备进行综合管理，达到全面规划、合理配置、优先选购、正常使用、安全运行、适时改造和更新。如图8所示。

图8 资产管理界面

4.1.5 报警管理

实现油气生产智能运维系统监控异常、工况异常、预警异常等报警信息的主动推送与结果查询功能。当有异常信息出现时，达到提醒用户的目的，让用户对所关注的工况报警信息及时进行处理。报警管理界面如图9所示。

图9 报警管理界面

4.1.6 人员管理

主要包括调度管理记录和运维人员管理记录；调度管理记录指单位时间内任务量统计，任务完成率统计、工作时间统计；运维人员管理记录指单位时间内任务量统计，任务完成率统计、维修任务工作时间统计、返修率统计、安全施工记录、工作效率计算与排名。如图10所示。

图10 人员调度管理界面

4.1.7 绩效考核管理

建立各项目标指标（比如考勤、巡检质量等）的考核标准及目标，并依照此目标配置相应考核标准项及考核打分方式，系统自动据此标准对考核涉及到的各部门人员进行评分，最终形成评估报告。考核管理界面如图11所示。

图11 考核管理界面

4.1.8 成本管理

根据生产运维实现的目标，在成本预测、成本决策、测定目标成本的基础上，进行目标成本的分解、控制分析、考核、评价的一系列成本管理工作。如图10所示。

4.1.9 巡检可视化

巡检可视化是对巡检分析的数据，采用曲线图、柱状图、统计表等方式进行终端呈现的功能应用； iPES-PE具有自动巡检任务的生成和高效的数据分析统计功能，自动比对设备运行参数是否达标，超标设备自动报警提示，能有效提高巡检班组的综合管理水平。

4.1.10 数据挖掘

iPES-PE借助于数据挖掘手段，应用可靠的灰度关联分析、因素评价法、聚类分析、模糊综合分析等挖掘模型算法结合生产业务模型，对生产运维巡检过程产生的海量数据（原始数据、成果数据、平台系统数据）进行剖析，发现各种影响因素与巡检工作的内在规律，实现设备工况诊断、运维成本核算等挖掘目标；有效指导油气生产运维工作的高效运行与安全管理。

4.2 移动终端功能

移动终端是巡检系统重要的人机交互和数据采集设备，是系统实现的核心和关键；移动终端包括手持PDA、手机APP、巡更棒等，终端上功能主要有巡检人员身份认证、巡检任务下载、告警机制、巡检线路查看、巡检数据的管理、巡检结果上传等。

通过在生产现场的重要部位及巡检路线上安装ＲFID 巡检标签，巡检人员按设定好的巡视路线到达巡检区域后，使用手持智能终端巡检器到各巡检点录取信息，同时进行录取信息的回传与交互应用。移动终端操作界面如图12所示。

图12 移动终端操作界面

其中巡检数据采集技术包括RFID射频识别技术、条码技术、磁条技术、NFC识别技术、IC卡技术、光学字符识别等；现场采集数据可通过GPRS 或WI-FI 无线网络方式、有线方式回传采集数据至巡检服务器数据库中进行存储。移动终端射频识别技术如图13所示。

图13 移动终端射频识别技术

4.3 Web云服务平台

以安装在云服务器上的iPES-PE系统为支撑平台，与油田现有的设备信息采集与管理系统进行有机结合，形成一个统一的管理门户，对油田的所有设备点运维工作、工作评价提供数据支撑服务。

利用云平台将基础设施进一步整合，实现数据存储、工作运维、网络资源一体化管理，根据应用需求按需自动交付，满足应用环境快速部署的需求，进一步简化运维工作，降低运营成本。云服务平台如图14所示。

图14 云服务平台

5 结束语

本文所研究的基于物联网技术的油气生产智能运维系统能有效避免现场巡检人员的侥幸心理，同时也能对巡检人员进行有效的监督管理，调动巡检人员的工作积极性，避免漏检、人员不到位等情况，进而大大降低事故的发生率。可以帮助用户实现运维巡检工作的无纸化生产模式转变，生产运维数据采集的智能化、数据记录规范化、运维巡检标准化、工作绩效的量化管理，通过数据支撑提升运维的分析与决策能力，而且采用自动化手段收集资产配置信息，实现对资产的精细化管理，可极大的提高巡检的真实性、准确性、全面性以及生产综合管理水平。

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Oil & Gas Production Intelligent Operations System iPES - PE Study

WANG Bingguo1, MAO Junjun2*, SUN Shuangchun3, KANG Lizhi3, SHI Xiaobin3,ZHOU Xiaoxue2

（1. Shengli Petroleum Administration Bureau -Power Management Corporation; 2. Beijing Yadan petroleum technology development co., LTD., Beijing changping；102200; 3. Shandong Wide Area Technology Co., Ltd.）

At present, manual inspection is mainly used in oil and gas production field, which based on the pattern of the traditional way with low efficiency of information collection. Authenticity is not guaranteed and information sharing is poor. The abnormal condition of the inspection object cannot be sent back to the technical personnel with high efficiency, accuracy or in real-time for evaluation and solution, which caused a huge economical problem in the operation and management of oil and gas production. Combined with business objective analysis and start from the system structure, PC customer function design and mobile intelligent terminal design, the Oil & Gas Production Intelligent Operations System iPES-PE is set up. This system can realize the functions of system management, alarm management, task management, equipment asset management, patrol management, cost management, personnel management and assessment function etc., which can help the users to improve the operation efficiency in oil and gas production and reduce the cost in the operation and maintenance.

oi and gas production; inspection; intelligent operation and maintenance; mobile intelligent terminal

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.01.09

TE329

A

1672-9129(2017)01-0032-05

2017-01-06；

2017-01-19。

王炳国，男，胜利石油管理局电力管理总公司，首席专家，高级工程师，负责公司的重大项目的管理。毛军军（1990-），男，山西忻州人，现主要从事石油天然气集输、油田管道设计及物联网技术研究。E-mail：maomjj@126.com