基于GIS 的油田管网智能管控系统的开发与应用

吴利利，刘广胜，陆 梅，程世东，刘天宇

（长庆油田分公司油气工艺研究院，西安 710016）

0 引言

随着油田不断开发建设，各类管线增多，使得地下管网系统变得越来越庞杂，而且随着时间推移，很多管线慢慢老化，大大增加了油田的管理难度和环境保护压力，因此对油田管网智能管控系统具有迫切需求。

1 关键技术

1.1 信息技术

1.1.1 大数据融合诊断技术

油田管网智能管控系统一方面需要处理多传感器采集数据融合问题，这就好像人类或其他生物系统利用视觉、听觉、嗅觉、触觉等获取物理世界的信息，并进行综合处理；另一方面需要处理已有的各类管网信息碎片，这些数据呈现出海量性、多元异构性、实时性、分布式特征，对设计提出了较高要求。本文利用大数据融合诊断技术实时处理多种信息，实现油田管网状态智能判识、管道剩余年限智能预测等，提高了系统的智能化管理水平。

1.1.2 神经网络

该技术是从功能角度模拟神经元提出的一种网络。本文主要利用神经网络的重要特征——学习，通过学习使系统具有智能特性，实现基于影像识别管道周边、基于光纤感知管道情况，对管网运行状况进行分析预判。

1.2 管道完整性管理

根据国内外经验和国内的管理特点，可以将管道完整性管理分为数据收集、高后果区识别、风险评价、完整性评价、维修维护和效能评价6 个环节［1-2］。基于此，本文制定了一套与管理体系结合的体系文件及标准规范，并开发了管道完整性管理数据库及基于数据库搭建的系统平台。

2 系统设计

2.1 建设目标

本文系统主要建设目标可以分为3 个方向。

（1）构建油田管道完整性基础地理信息平台。基于APDM数据模型，建立准确、安全的油田管道完整性数据库，实现空间数据查询、统计、分析等基本应用。

（2）提供数据共享和功能服务。通过地理信息系统（Geographic Information System，GIS）服务功能，实现导航、可视化、空间分析、决策支持等地理信息共享服务，为管道完整性管理提供支持。

（3）实现重点业务应用功能。结合油田实际需求，构建具有油田特色的管道完整性管理业务系统，满足日常管道完整性管理工作要求。

2.2 数据组织方式

地面管道信息数据库根据数据形式可以分为油田管网信息数据、相关地理空间信息数据和一些非结构化数据3 部分。其中，地理空间信息数据可以根据情况分层级、分精度地使用免费地图信息或买入相关信息；油田管网数据来源则由4 部分构成，即新建数据、历史档案数据、已存电子数据、工业实时数据；非结构化数据主要来源于一些历史资料或相关专业库。

2.3 系统架构设计

系统架构设计分为5 个层次［3］，分别是物理层、数据层、服务层、显示层、应用层（见图1）。物理层主要是支撑系统运行的各类服务器、防火墙和网络等，数据层主要完成基础地理数据、管网业务数据和其他数据的采集、校验、存储等，服务层主要完成数据的加工处理，显示层主要完成数据加工后的呈现处理操作，应用层主要完成系统相关功能应用。

图1 系统架构设计

3 系统功能模块

系统采用浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）架构，多模块分布协同完成数据存储、分析统计、发布、监控预警等功能。

3.1 管线巡线模块

通过该功能，管理人员可以直接下发及分配管线巡检任务［4-5］，并对巡线轨迹做出相应要求，实时监控巡检人员、考核出勤和业绩；通过手持移动端，巡检员工可以实时上报事件发生情况，准确记录各类巡检事件，引导巡检路径，有效提高巡检效率和准确度。图2 为员工接受巡检任务、显示巡检路线、定位拍照、记录上报功能移动端界面。

图2 管线巡检移动端界面

3.2 应急管理模块

该模块通过快速定位事故点，并对管道、站库、维修队、穿跨越、周边设施、河流水系、危险源等相关要素信息进行大数据叠加分析，实现事故点周边智能预警、智能推荐抢险方案、辅助进行维抢修人员调度指挥［6］、事后事故后果分析等一系列功能，其流程如图3 所示。

图3 应急管理流程

3.3 隐患分析模块

隐患分析是在人工和系统风险识别估测的基础上评估发生风险的可能性及危害程度，并决定是否需要采取相应措施的过程，之后根据管线参数评估给出预警。系统定位隐患检测点后，可实时查询检测数据，统计查询管道检测计划、防腐层破损点、杂散电流、周边土壤腐蚀性等信息，实现管线完整性评价分析功能。

3.4 管道评估预警功能

基于GIS 地图综合展示管道中线、穿跨越、隐患点、风险源等关注信息，并利用多信息融合诊断算法，根据管线的管径、运行压力、运行温度、管材最低屈服强度、设计系数等要素进行管线剩余使用年限的评估，给出预警。多信息融合诊断模型利用专家经验算法和大数据神经网络两种算法进行加权计算，预测管道剩余年限［7-8］。

3.5 管线运维管理功能

管线运维管理以厂为单位，建立“作业区—厂级”管理模式，作业区管理员负责上报管线运维信息，其中包括产建管线管理与管线改线历史记录，由厂级管理员审核后入库。管理人员通过上传现场相片或视频，描述管线异常情况，建立管线异常和运维完整性档案，实现数据统计、报表管理等功能，并采用地图可视化技术，方便用户在图中查看管线异常点地理位置，显示现场照片、异常原因分析等信息。

3.6 快速查询功能

快速查询是一个管道本体数据综合展示查询的平台。基于GIS 地图综合展示管道中线、穿跨越、隐患点、风险源等重点信息。如图4 所示，点击特征点，会弹出现场采集照片，展示现场情况及埋深等信息。

图4 快速查询界面

3.7 数据维护功能

数据维护功能提供一个快速数据入库、维护的平台，将传统报表形式的数据转换成空间数据格式，导入管道完整性数据库，包括管道路由、线性参考系等多类数据。

4 结语

本系统自研发完成以来，在国内部分油田中得到较好应用，不仅实现了油田管网实时在线受控运行，形成了油田管网数据中心，而且通过多信息融合诊断算法与日常管理需求相融合，提高了油田管网巡检效率与质量，提升了油田管网智能化管理水平，对于确保油田管网安全平稳运行，创建环境友好型企业，实现油田安全发展、清洁发展具有重要的意义。