生产管理子系统在油气生产物联网中的应用研究

张玮鹏

（大庆油田信息技术公司物联网分公司，黑龙江 大庆 163000）

时下自动化、智能化已经成为国际石油石化行业的发展趋势，国际先进的石油石化公司已经可以做到自动采集和处理生产数据，并且发展出自动监控、自动预警以及智能化决策生产等技术。根据研究报告结果显示：通过物联网系统的建设，可以提高生产管理效率，提升安全监控能力，降低一线员工劳动强度；有利于推动油气田企业精细化管理，提高生产管理水平。在2011年，根据我国物联网发展的现状和面临的形势，党和国家提出了“物联网十二五发展规划”，确立了今后发展物联网的指导思想、发展原则和发展目标。油气生产物联网项目利用物联网技术，通过覆盖全油田油气井区、联合站、集输站、计量间、处理厂的数据管控平台的建立，实现生产数据自动采集、远程监控、生产预警等功能，通过优化生产流程、管理流程、资产配置、组织机构，革新生产方式，提高生产效率，提升管理水平。

1 系统概述

为了响应国家号召，充分满足油田的生产需求，油田公司生产指挥中心要建立大屏幕显示系统，以便及时了解各采油厂的生产动态、实时监控重点区域现场情况、远程视频监测关键部位、油水井的运行、车辆的运行、指挥应急以及生产管理等。通过油气生产物联网系统搭建并实现了统一的油气生产物联网平台，推进各个油田个性化发展和未来的深化应用，为油气生产业务提供一套完善的信息化体系，制定并实施一套标准规范，并建设一批具有代表性的试点示范项目，实践设计思想，检验标准规范，为未来物联网的全面发展提供样板工程。

生产管理子系统采用B/S架构，采用先进和成熟的技术，实现了基于UDP传输协议的Mcwill无线网的应用，IPV6与IPV4网络的互通，接入油田办公网络的用户通过浏览器访问即可使用。生产管理子系统是利用实时采集的生产信息，建立覆盖油气生产和处理过程的生产管理及预测预警系统，实现生产实时监测、生产动态分析、油水井工况分析、报表管理、视频监测、生产管理等功能，从而实现生产过程中的实时监控、实时预警、实时调整控制参数、实时发布数据信息以及管理决策的实时到位。

2 系统应用

生产管理子系统应用服务器将生产管理等功能提供给油田公司、厂、作业区（矿）、工区各业务部门。目前，大庆油田的生产数据采集由PLC、RTU和SCADA系统三种方式组成。采油厂站库采用PLC采集方式，需通过统一的MODBUS协议将PLC设备采集到的生产数据上传到工区上位机终端，在采集前端统一接入生产数据；而单井则采用RTU自动采集方式，同样通过MODBUS协议将RTU采集到的生产数据上传到工区上位机终端；SCADA系统采集方式，则是通过OPC方式将SCADA系统采集到的生产数据上传到工区上位机终端。各厂将生产数据由数据中心部署的作业区（矿）实时数据库汇总到油田公司级实时数据库，最后导入油田公司关系数据库，提供生产管理子系统所需要的生产数据。

生产管理子系统共有11个功能模块，其中包括生产过程监测、工况分析、报表管理、物联设备管理、视频监测、系统管理等。采用采油九厂龙虎泡作业区，海拉尔油田等作为试点单位，进行全部功能流程的应用。

系统主页对所在单位层级的油气水井、站库和管网的综合信息、产量趋势、物联设备进行汇总展示。生产单元综合信息展示生产层级下属生产单元的统计信息，包括油气水井、站库、管网。输入生产单元的编号，或者生产单元的名称可以模糊查询出符合条件的生产单元。用户点击生产单元可以快速地跳转到生产单元的综合监测页面。产量趋势默认显示最近一月每日的产油量，产气量、产水量、产液量。鼠标悬浮在图中坐标点后，弹出当天的对应产量。注入量趋势与之相似。物联设备可查看该单位层级下物联设备数，包含仪器仪表总数、通信设备、服务器、RTU的数量。告警/预警信息显示该组织层级单位下油气水井告警预警的综合信息，可按级别、时间、名称显示。

生产过程监测涵盖了油田分公司、采油厂、采气厂、作业区等所有生产单位的生产监测信息，综合展示单井综合监测和站库综合监测中的井数据、开井率、生产时率、二次组态拓扑导航、油气产量、GIS地图、站库拓扑图、产量趋势分析、生产时率分析、物联设备运行状态、告警与预警统计分析等实时数据。基于PHD二次组态的拓扑导航界面，可实时查询大型中心站场的运行状态，可以钻取到关键站场的工艺流程图。GIS导航可基于GIS页面的油气水井、站库、管网进行导航、查询。点击实时数据展示区域右上角i图标，显示最后实时数据的更新时间。每项数据前的色块表示该数据出现告警或预警。点击数据后的下三角，显示该数据历史告警信息。点击每个实时数据前的历史图标，弹出历史数据弹出框，默认显示该实时数据在最近1小时内的变化趋势。光标移到每个实时数据时，点击下拉箭头后弹出告警详细信息。对处于告警预警状态的生产单元，可快速跳转到其综合监测页。提供快速跳转至相应生产单元的报表、物联设备管理及视频监测模块等页面。

生产分析对所在组织层级的生产情况进行详细的展示，其中包括产量趋势分析展示、产量各单位贡献率展示、供注入量波动分析展示、各单位贡献率饼状图、开经统计、平均生产时间统计、各单位贡献率展示、多井产量对比分析展示等功能。

工况分析整理保存了该油田公司下所有抽油机井的功图数据，能够进行单井功图查看，多井功图对比分析，电参诊断结果分析，显示功图分析结果柱状图等功能。

报表管理中包括生产单位的生产数据报表、设备故障报表和系统运行报表，并且对于班报和时报，可根据报表间隔时间选择定制化报表，并提供定制化报表查询功能。

物联设备管理包括含有传感器/仪表的设备档案管理，并可对设备状态进行监测和保养，当设备出现故障时，分析故障情况并上传系统备份，提供告警/预警功能，分析设备的故障分布情况；提供物联设备运行状态拓扑图监测。

视频监测集中展示生产单位的实时监测图像。

数据管理包括日数据管理、日数据查询、基础数据管理、油气水井数据、站库数据、摄像头数据、组织机构数据、计划油气产量录入、数据标签管理、数据接口管理、数字化率管理等功能，并能展示与其他油田的数据交互情况。

系统管理包括用户权限管理、角色管理、油气水井、站库采集参数的配置、生产监测配置，站库数据配置、物联设备配置、系统日志管理、系统运维管理等功能，供管理和维护人员使用。

个性化首页用户可根据个人角色与岗位和个人喜好进行个性化设置。

3 系统运行与维护

采油九厂龙虎泡作业区试点项目采用单井RTU自动数据采集方式和站库PLC自动数据采集方式，在井间站、油田生产作业现场和重要路口部署视频监测，在厂级生产指挥中心放置大屏幕显示系统，将存储服务器部署到油田公司数据中心和厂指挥部。建立信息化的组织机构与运维体系，深化扁平化、专业化管理，进一步优化劳动生产。

为保证保障系统和设备的良好运行，本着“提前谋划、提前介入、提前运维”的原则，根据生产管理子系统项目特性，经过多方讨论，并深入了解其他油田的维护经验，制定出了符合大庆油田的维护方针，以站库控制系统PLC和油井计量间RTU为界，PLC往下的站库自控系统，包括采集与监控子系统的PLC控制系统、站库工控机、工程师站、采集仪表等，由采油厂负责维护。油井、计量间数据采集业务以RTU为界，RTU往下归庆仪公司维护，包括RTU和计量仪表等。PLC和RTU往上归信息技术公司维护，包括生产管理子系统软硬件维护，有线传输子系统的站间环网、自控数据传输环网、视频监控环网的设备、光电缆、杆路、管道等维护，网络安全防护设备维护，采集与监控子系统的视频监控维护，井/间数据采集的无线传输通道维护，以及油公司数据中心软硬件维护和相关生产网和McWiLL无线宽带网的维护。确保项目建设和后期维护的稳定运行，为油田生产做出应有的贡献。