数字化井场标准模板研究与应用

2024-04-14刘伟吴超唐梦

信息系统工程 2024年1期

刘伟?吴超?唐梦

摘要：国内首个数字化井场试点德探1井试运行以来，初见成效，其运行效率、处置能力与管控能力得到了一定的提升，但试点井集成功能不足，没有形成数字化井场标准，不能快速进行推广应用，并且不同队伍状况及设备配置不相同，数字化水平参差不齐，为井场的数字化转型增添了难度。针对该问题，通过数字化井场标准模板研究，不断升级完善数字化钻井队信息化应用标准，整合现场工程、井控、装备、安全等多种数据资源，全面推进钻井现场数字化转型，进一步提高现场作业风险管控、技术支撑能力，打造高质量、高效率、可复制的新型数字化钻井队。

关键词：数字化井场；硬件研发；软件组成；管理制度； EISS系统

一、前言

国外多家石油公司已开发作业支持中心并应用实践，如哈里伯顿的RTOC[1]和斯伦贝谢的 OSC[2]。作业支持中心是由相关科学技术、工作流程和IT基础架构组成的前后方协同工作系统，专业团队借助于该系统同时对多个钻井作业进行实时监控、专家支持、动态决策，以此实现数字化井场。目前国内还没有形成全国联网的钻井技术数据库，各企业的钻井数据库建设良莠不齐，缺乏对数据的更深层次分析处理、综合利用以及对钻井全过程的协同管理与指挥功能，钻井数据的自动采集率低、实时性差，钻井的智能化程度还很低[3-4]。川庆钻探公司在德探1井率先进行数字化井场试点。通过数字化井场标准模板研究，不断升级完善数字化钻井队信息化应用标准，整合现场工程、井控、装备、安全等多种数据资源，全面推进钻井现场数字化转型，进一步提高现场作业风险管控、技术支撑能力，打造高质量、高效率、可复制的新型数字化钻井队。

二、数字化井场硬件部署研究

数字化井场硬件包含各类工程、装备、人员等实时动态数据采集装备，同时在打造的“三个中心”里可以实时展示各类视频、实时数据，提供多专业协同作战，提高现场应急处置效率，如图1所示。

（一）数字化协同工作室

协同工作室布置三台电脑，分别设置钻井、录井与钻井液三大工程师平台，工作室实行工程、地质及钻井液三位工程师协同办公，同时，布置两台液晶电视，展示现场实时生产情况，实现现场人机综合管控和与EISC远程支持有效衔接。协同工作室还配备polycom视频会议终端、视频监控、一体化数据采集器等。

（二）数字化值班房

数字化值班房主要包括电脑、液晶电视、全向麦克风等。值班房主要用于当班人员具体工作部置，班前会、班中巡检与班后会内容全程在线展示，生产组织过程透明，应用大数据分析自动推送当日工况下具体措施和重点施工方案。

（三）一体化采集器

一体化采集器具有作业现场数据采集、数据储存、井场组网、视频监控、视频会议、VoIP语音通信、设备运行监控管理功能。现场端口数据流分析，轻量化网络安全防御，运行状态监控管理、内置冗余AC电源、内置电池及保护管理、支持远程运维管理等特性。可实现对作业现场多专业、不同类型装备的工控数据的采集、储存、传输。为现场钻井、录井、试井、钻井液作业等专业数据建成一个完整、稳定、高效的井场数据应用中心，实现井场各业务数据的一体化接入。

（四）无线组网设备

无线组网可解决现场生产数据采集后网络传输延迟、丢包率问题，缩小网络广播域，减少网络广播数据包对生产数据传输的干扰，保障数据采集的实时性、完整性，把井场无线局域网分成2个部分，实现二层网络隔离。包括数据采集传输应用专网和井场办公应用无线覆盖专网。

（五）电子液面坐岗仪硬件

电子液面坐岗仪主要包括防爆液面坐岗监视一体机、防爆电源接头、CPU、固态硬盘、无线网卡、高清摄像头、防爆绕行管、天线、防水插头、安装配件等。通过在循环罐处增加一台防爆显示器，实现了液面坐岗记录的电子化，并集成了液面实时数据跟踪、起下钻井液修正表、回流量记录表、井控预警和历史数据查询等功能，实现了坐岗工的无纸化与智能化办公。电子液面电子坐岗仪由标尺位移传感器、防爆触摸屏和预警软件组成。

（六）司钻领航仪硬件

司钻领航仪主要包括防爆触摸一体机、CPU、固态硬盘、无线网卡、有线网口、高清摄像头、拾音器、音频、电源、安装附件等。

三、数字化井场软件部署研究

用信息化平台把钻井队的全业务链数字化，持续优化数字化钻井方案，改变原有的作业模式，实现了“经验钻井”向“智能钻井”的转变，如表1所示。

四、数字化井场管理制度研究

（一）机构与职责

钻井队：负责现场数据录入；拆迁安期间，通过手持终端每日上报搬安数据；完成钻井日报数据上报；井史数据在数据产生后24小时内上报；负责数字化设备的安装、拆卸和管理；负责数字化现场的运行，核心功能的使用。

钻井液作业队：完成钻井液日报数据上报；钻井液动态数据在数据产生的当日填报；钻井液井史数据在数据产生后24小时内上报；负责数字化现场钻井液专业相关功能的使用和正常运行。

录井作业队：负责井场组网；现场作业井录井实时数据传输、上报；完成录井日报数据上报；录井动态数据在产生后24小时内上报。

（二）核心功能应用制度

智能任务书：钻井技术负责人是该功能应用的责任主体；每日7：30、19：30班前会前应提前生成当班任务书，工程参数、工作安排具有针对性。智能班前会：钻井队长、技术负责人是主体；记录工应组织召开班前会，负责操作系统、录音、维护参会人员等；参会人员及语音记录人数应大于5人。智能巡检：岗位员工负责巡检手持机的使用；岗位员工应在当班班前会前完成岗位巡检内容；每班应完成岗前、岗中、岗后三次巡检。

工程师平台：执行24小时值班制度；值班人员及时处理EISS信息系统推送的预警信息， 2小时，值班人员完成当班预警信息并确认；及时回执川庆公司、钻探公司专家指令，2小时内，值班人员完成当班EISC信息并确认；每日汇报内容，9点以前完善相关资料；气层起钻作业前，必須使用起下钻安全分析模块，并根据油气层起钻前安全评价分析，决定是否进行起钻作业。

（三）硬件管理制度

工程师值班室EISS系统管理：技术负责人或技术员（安排指定人员）负责每天输入、校核系统基本参数；专人负责工程师值班室内的设备管理；工程作业智能支持系统井场版EISS系统，钻采院工信中心负责设备软件升级。数字化值班室管理：技术负责人或技术员负责生成当班钻井作业计划书；数字化值班室设备管理，由当班记录工负责；记录工负责数字化值班室内硬件设备，设备故障时，及时上报队领导。司钻导航系统管理：由当班司钻负责显示器正常运行、日常维护；如遇紧急情况时，专家、领导会通过司钻导航系统直传指令。

手持终端巡岗系统管理：手持机由指定岗位负责，日常巡岗、交接班正常使用；手持终端硬件故障时，及时向设备副队长汇报。多传感器采集系统管理：由各岗位负责人定期巡回检查各传感器工作情况；出现故障时，及时上报井队负责人。井场内网系统管理：定期巡检井场内网网桥；网络设备不得随意移动、变更位置；信号中断时，及时上报。

五、数字化井场应用及效果

自数字化井场标准模板研发以来，目前已高效完成24支数字化钻井队转型建设，超额完成年初计划的21项指标，增强全面感知能力，推进现场岗位资料“减负”，开展生产协同，生产时效大幅提升；以司钻领航仪为核心的轻量版数字化钻井队已推广8支队伍。数字化助力公司生产效率整体提高5%，川渝地区钻井故障复杂时率降幅20%，整体提速17%，应急处理时间同比降低30%。

（一）增强全面感知能力

部署12大类、500余个传感器，配备智能手持终端，数据采集从部分到全面、从单一到多元、从地面到地下，实时采集参数增加近17倍，初步建立了钻井现场作业的全面感知能力。

（二）推进现场岗位资料“减负”

80%的作业信息实现自动采集和共享。减少基层填报纸质表格140余张，现场数据质量得到有效保证。每日资料收集工作量减少50%以上，提升了一线员工的工作效率。

（三）开展生产协同

以井筒工程作业为主线，实现了井筒全产业链的数据共享和业务协同，生产要素信息全程跟踪，资源智能调配、作业智能预警、服务订单管理，生产时效大幅提升。

（四）打造科学钻井模式

1.开展实时数据分析，利用边缘云计算，钻井全过程“边钻边算” ，精准作业。建立以数据驱动的工作模式，集成工程主要计算模块，探索“边钻边算”的工作新模式。打造钻井、录井、钻井液工程师协同平台，创建工程地质一体化协同作业新环境。

2.探索关键岗位数据赋能，促进工程管理上新台阶。岗位赋能：开发现场主要关键岗位工作智能助手App，提高关键岗位工作效率。智能任务书：每班智能定制工作任务书，科学制定生产计划，任务可量化考核。

（五）提升井控风险防范能力

创立井控管理新模式，实现井控活动全过程管控，井控装备数字化改造，溢流、井漏发现更及时，处理措施更可靠。

六、结语