采油系统4.0在油田智能化建设中的研究与应用

罗李黎 吴东 张建河

[摘    要] 采油系统4.0的研究，应用地面无传动设备+现场智能化管理+集中监控、无人值守等技术，实现采油现场智能化管理，统一集中监控，场站无人值守，提高油井数字化水平，减少员工现场工作量，全面提升劳动生产效率。以提高发展质量、效率效益和提升油田开发效益为目标，运用全新的理念、全新的技术、全新的模式，全面实现油田信息管理的物联化和智能化。文章针对采油系统4.0技术进行研究，并结合现场进行应用，供读者参考。

[关键词] 采油系统4.0;物联网;视频监控;智能化;大数据

1      采油系统4.0概述

智能油田在数字油田基础上进行智能化开发，智能油田是油田未来的发展方向，以统一的数据智能分析平台为中心，通过分析海量的数据实时完成资源的合理调配、生产优化运行、故障判断、风险预警等，最终实现油田的智能化管理。

从生产管理实际需要出发，为了解决生产现场管理中遇到的困难，开展采油系统4.0的研究，实现地面无传动设备，采油现场智能化管理，统一集中监控，场站无人值守，提高油井数字化水平，减少员工现场工作量，全面提升劳动生产效率。借助工业4.0概念，基于采油厂采油模式和技术水平发展到的不同阶段，提出采油系统4.0模式，应用地面无传动设备+现场智能化管理+集中监控、无人值守等技术，运用全新的理念、全新的技术、全新的模式，全面提升生产管理效益，促进生产组织方式变革，全面实现油田信息管理的物联化和智能化。

2      采油系统4.0在油田建设中的应用

为了优化油气生产物联网建设思路、方法，探索油田高效开发、建设、生产模式，结合油气生产物联网系统建设规范，该系统总体架构分为三个层次，第一层为现场数据采集与监控的感知层，第二层为数据传输的传输层，第三层为生产管理的应用层。

采油系统4.0主要包括油区井站生产数据采集与监控，物联网覆盖率100%;生产计量含水自动化;站场集中监控及自动控制;视频监控、语音广播油区及站场覆盖;集输管网泄漏监测;数据传输网络油区全覆盖;生产监控与管理集中统一监控，生产数据实现智能管理、分析、应用。该模式实现了采油生产过程优化，采油井场优化智能化，具体应用如下。

2.1   变革工艺流程，采油生产过程优化

过去，传统油田生产采用二级布站模式，即单井-计量站-处理站生产模式，计量站有人值守，人工计量，含水为人工取样，人工化验;集输管网为枝状汇聚，管网多，征地多，投资大;一线员工用工多，工作量大，劳动强度高。传统油田采集井口油压、回压、套压、温度等参数。通过应用采油系统4.0模式，采油现场无传动设备，采用无杆泵采油，井场应用单井液量含水自动计量撬，实现了采油工艺流程变革，采油生产过程的优化，具体体现在以下三个方面：

（1）新型作业区取消计量站环节，由二级布站模式优化为一级布站模式，即单井-联合站，这种方式合理优化了集输管网布局，管网由枝状汇聚变为线型串接，这种集输模式无须建设计量站，不断减少管网，减少征地，节约投资，实现节能降耗，工艺流程变革。

（2）单井在线含水自动计量撬是由称重式单井液量计量仪与微波含水仪组合，统一数据接口，實时采集瞬时液量和瞬时含水数据，通过RTU的程序算法，生成单井日产油量、日综合含水和日产液量等生产数据，并实时上传至中控室监控机，自动形成生产报表供日常生产分析使用。数据采用无线传输，操作人员在中控室可实现24小时自动计量，在线监测含水。

（3）数据采集由井口数据的监测变为井下压力、温度、电压、电流、转速等参数的监测，对生产参数和关键流程进行自动化建设，实现采油生产过程的优化。

2.2   改变巡井模式，采油井场智能优化

随着油田的大力开发，管理井数增加、工作量日益增多，安全风险突出，制约油田发展。通过自动化建设，可将传统的人工巡检，变为故障巡检，实现生产运行的集中管理和控制，最终实现节能、节约运行成本的目标。

通过井场物联网建设，在井场安装压力变送器、温度变送器、一体化示功仪等自动化仪表，实现远程控制。通过井场安装视频监控，实现油田现场视频图像采集。通过对井场优化、智能化建设，实现巡井模式的改变，由日常巡检变为故障巡检。具体体现在以下两个方面：

（1）通过井口RTU将井下和井口的各类生产数据自动采集到生产指挥中心数据库，并能够跟标准值比对，实现生产预警，并可实现生产指挥中心远程调参，抽油机远程启停、机泵的变频控制、阀门的远程控制等远程控制功能。

（2）通过井场视频监控技术，实现现场巡井向桌面巡井的变革。视频监控对井场设备、环境、人员作业实时监控，实现对油田现场的视频图像采集和周界防范，实现对外来闯入人员的警告。通过行为分析，实现人工或自动向井场喊话，对闯入者进行喊话警示，还可以让监控中心与井场工作人员进行语音互动和交流。实现井场无人值守，节约用工成本，提高工作效率。

2.3   创新油田管理，油田生产智能调度

油田生产管理涵盖采油、工艺、地质、生产运行、安全环保等多个领域，油田管理需要高质量、高水平的推进，创新油田管理模式，建设实现生产数据处理智能化、生产指挥信息化、生产动态实时监控，提高生产组织和指挥效率。油田生产智能指挥系统，就像给决策者安装了“千里眼”和“顺风耳”，决策者坐在办公室只需面对电脑，轻轻一点鼠标，就可以直视油井工况与生产现场，为油田管理指挥调度，实现了生产运行效率的提高。具体体现在以下五个方面：

（1）视频监控随意调取，在监控大厅指挥平台随意调取且滚动播放;选取观看时自由筛选单井或者多井，对于措施井、施工井等分组排列，便于统一查看;向井场语音喊话，对跑油、人员异常进入、人员异常行为提示报警;所有单井、拉油点视频随时调取记录能保存90天;非本单位人员进入井场由监控人员远程开启。

（2）原油拉运根据液位及流量自动测算、自动排序，方便生产调度安排原油拉运;单罐井拉油油罐车及储罐出液口自动上锁、解锁、装液量计量、装卸液及拉运过程取证监测，任务指令下发及远程监控。

（3）指挥调度模块根据不同分组的单井压力、温度、液位、综合液量、日综合含水、日综合油量等数据，数据发生异常的时候，数据显示为红色，提示监控人员查看;监控人员可以直接输入井号进入到监控画面，也可以查看指定的单井或者多井的综合参数;指挥控制中心对作业区所有单井及拉油点进行实时监控，并对报警进行处理。

（4）资料报表模块所有数据自动筛选生成报表，岗位人员负责审核数据、上传生产数据;报表查询可以按照用户意愿，能查找分钟数据、半小时数据、小时数据、日数据等，可以选取1日、1周、1月的数据;报表分为生产、报警和设备运转类报表，可以实时或者历史调用并打印;实现曲线的编辑功能，按照意愿把单井或者多口井的油压、套压、回压、含水、计量、单罐液面等几组数据曲线综合在一个页面里，并且可以自由地选取时间段来调取曲线，当发生问题时，用户可以根据多条曲线交叉比快速发现问题，从而找到解决办法。

（5）报警模块将所有单井、集中拉油站温度设置连锁，压力、温度、流量、硫化器以及烟感和温感等异常参数报警;单井的压力、液位、温度等值报警上下限由用户自行设定修改;井场实现周界报警、井场原油泄漏等异常自动报警;报警可筛选，用户可根据需要查询报警，建立报警及事件记录。

油田生产智能指挥系统稳定可靠，系统分级授权实现对操作人员与管理人员的不同权限管理。

2.4   建立大数据，提供精准智能分析

油田数据库包括的主要内容有单井、区块的日月报数据、试井与生产测井数据、分析化验数据、井下作业和地理信息数据等，数据库的数据资源种类齐全、质量高。大数据利用物联网诊断单井问题，使用大数据技术对油田进行全面感知、分析预测、优化决策找到油水井生产规律，从而有助于油田生产管理指挥。大数据对数据库的整理流程是将数据转化为信息，将信息转化为知识，再将知识转化为智慧。这个过程应用于油田可以理解为是对油田的生产和管理工作。

大数据的处理具体体现在七个方面：对数据的提取和收集、清洗数据、分析数据找到潜在的内在价值规律、建立预测模型、对结果进行可视化估计、验证结果、评估模型。建立大数据分析系统，为油田的下一步勘探开发、油井分析、油田管理提供精准智能的数据分析。

3      采油系统4.0应用效果分析

（1）实现采油工艺优化，井场生产智能化。通过单井-联合站的生产模式变革，取消计量站，无计量站投资费用;可缩短单井管线长度，减少单井管线建设费用;同时，也减少征地费用;对生产参数和关键流程优化;减少地面设备，减少重复劳动，提高自动化水平。

（2）工况实时诊断、降低维护成本。通过对油田生产各环节集中监控，实现重要设备、工艺单元、上下游系统的三层预警与防控，生产运行由事后处置变为事前预警，减少处置工作量。

（3）生产全面感知、实现精细管理。深入研究大数据应用，充分发挥自动化、信息化采集的数据作用，利用配套系统研发，指导油田地质、工程工艺、设备运行等工作，借助物联网的平台推进油田研究和管理的高效提升。

（4）优化工艺参数、推进节能降耗。通过挖掘物联网海量生产运行数据，科学分析、优化提高工艺、油水处理等工艺运行效果，在现有基础上可大幅降低生产运行成本。

（5）提升管控能力、实现本质安全。通过物联网系统实时监测油气生产全过程、全流程，生产参数运行异常、设备设施故障等情况得到及时发现、及时处置，合理减轻了员工在油气生产场所的停留时间，油田上下游一体化安全环保管控能力得到加强，应急与环保事件大幅减少，实现了油田生产本质安全与周边自然环境的和谐统一。

4      结    语

本文基于油田采油模式，研究采油系统4.0，建设地面无传动设备，全面感知油田生产动态，加强生产过程监控，生产管理层级简化，劳动组织结构优化，辅助生产科学决策，生产运行成本降低，油田综合效益提升，大数据智能分析，推进以物联网系统为核心的生产管理新模式。采油系统4.0的应用优化了油气生产物联网建设思路与方法，探索了油田高效开发、建设、生产模式，为今后类似油田建设开发提供了宝贵的经验与方向。

主要参考文献

[1]王海国.数字化油田建设效果与应用前景分析[J].信息系统工程，2018（8）：163，165.

[2]趙海霞.物联网关键技术分析与发展探讨[J].中国西部科技，2010，9（14）：25-26，43.

[3]张彬，解肖华，黄天虎，等.浅析物联网技术视角下的油田数字化[J].中国管理信息化，2018，21（14）：48-49.

[4]李兵元，李恺，吴斌，等.油气生产物联网系统建设分析[J].中国管理信息化，2020，23（3）：102-105.