修井作业现场数字化转型需求研究

摘要：近年来川庆公司钻井作业数字化转型持续投入，修井作业还未进行数字化转型，主要表现在修井作业工程技术等基础资料仍然采用原始手工记录、现场工程参数依靠人工记录、工程参数实时模拟和计算主要依靠人员经验。但是数字化转型在提高现场作业安全性和作业现场效率中发挥着越来越重要的作用，故需开展修井作业数字化转型需求研究，进一步加快川庆公司修井作业数字化转型的进度，真正实现生产业务数字化，全面提高公司的核心竞争力，为油气生产提供数据保障。

关键词：修井作业；数字化转型；需求研究

一、前言

21世纪初加拿大首先建立了全国修井作业的基础数据库，在此基础上研发了井下作业远程专家决策系统。通过互联网将井参数、井筒状况、设备运转情况远传至管理平台，一方面现场可以随时获取远程专家的技术支持，另一方面管理层可随时监督修井过程，高效决策。目前国际上越来越多的油服公司已建成大数据自动采集、分析、远程控制系统，建成了数十个井下作业远程支持决策中心，大幅提高作业安全性和作业现场效率，加强了企业的核心竞争力。但国内油田和油服企业开展数字化建设仍处于起步阶段，目前国内川庆公司走在数字化油田建设前列，成功打造了国内首支数字化钻井队。对钻井作业管理上的数字化改造，建立了EISC井场版，通过丰富的应用模块，从生产运行、工程管理、井控管理、装备管理、资料减负等方面打造出全新的数字化工作模式，但是修井作业还未进行数字化转型，故本文重点开展修井作业数字化转型需求研究[1]。

二、业务需求研究

系统目标用户包括试修公司修井专家、前后方生产组织人员、现场设备管理人员、HSE管理人员、数据管理及监督人员。现场岗位人员包括带队领导、技术干部、生产班组人员。不同岗位的用户对系统的需求各不相同，用户及需求描述见表1。

（一）业务需求

针对修井业务和试修公司交流确定修井业务流程，构成如下修井业务架构，见表2。

1.作业前阶段业务需求

在修井作业前需要接收修井作业施工任务，生产运行部将任务下派给试修公司，再由试修公司将作业任务下派给作业队。

（1）修井工程设计

由甲方下达修井工程设计指令，设计中心按照要求进行修井工程设计。

（2）现场办公

由甲方组织施工相关方人员一同前往井场开展现场联合办公，主要讨论落实施工时间工作进度安排、现场勘查情况（管汇走向、设备安装等）、材料准备情况（调油管、压井液、井下工具、采油树等）、人员安排等注意事项。

（3）现场准备

作业现场进行安全、技术交底，并成立现场安全领导小组。施工作业前制定安全应急预案及本井修井作业的特殊要求。清点准备施工所需的主设备、辅助设备、应急设备，进行作业主机的检查、维护，井口装置的检查、地面流程的准备、管材及井下工具的准备、环空准备。人员在入场前必须穿戴好劳保用品，作业前办理作业许可。之后在井场进行前期设备的摆放、接电、转水等准备工作[2]。

（4）井场布置

根据现场准备情况，绘制井场二维井场布置图和地面管汇连接图，用于指导现场施工。

（5）开工验收

完成所有准备工作后，由试修公司根据西南油气田井下作业开工井控验收申请书提出开工验收申请，甲方组织开工验收，若满足条件，则出具开工井控批准书；若不满足开工条件，则整改后再由试修公司提出开工申请，验收合格后开工。

2.施工阶段业务需求

修井施工阶段主要进行修井施工作业并掌握发生的工程参数。

（1）井筒准备

现场准备就绪后，进入井筒准备阶段，根据作业井实际情况进行泄压、观察、压井、换装井口、起原井管柱、通井、刮削、辅助等井筒准备工作，需要掌握的工程参数包括出口情况、井口压力、压井液性能、压井液数量、管柱下深、管柱速度等。

（2）起下管柱作业

根据修井工程设计和井筒实际情况进行打捞、磨铣、射孔、起下工具等修井工作，在施工作业过程中特别需要掌握起下管柱数据（设备深度、悬重、起管柱速度）、起管柱曲线（含设备深度、悬重、起管柱速度信息），以及预警提示：遇阻卡预警（遇阻卡吨位、遇阻卡井段）、起下管柱速度的控制；提前提示（对具体操作人员）：提示大井斜、特殊井段（回接筒、喇叭口、射孔井段等位置）。

（3）酸化作业

在修井结束后进行增产作业时需要实时掌握酸化施工曲线和数据，并将相关工程计算进行实时展示，设备数据需要掌握主压车、泵酸装置和液位的实时数据，同时需要关注邻井压力变化、监测B/C环空油套压、管柱受力情况，进行施工预警和施工提示[3]。

（4）排液测试

排液测试过程中需要掌握油压、温度、套压、B环空压力、C环空压力、气级节流压力和温度、分离器压力、分离器液位、流量计参数、气产量、排液量等工程数据，进行分离器超压预警和智能图像识别（高压区刺漏预警、火焰高度自动监测、燃烧池外植被引燃预警、排液口窜气监测）。

（5）封闭作业

封闭过程中需要掌握悬重、注水泥塞管柱深度、桥塞管柱深度、下桥塞速度、配浆量、密度、灌浆量、注入量、顶替量、泵压、排量、反洗井深度及用液量等参数。

3.完井阶段

完井阶段主要进行资料上交和资料结算等工作。

（二）功能需求研究

依据业务需求，功能需求涉及修井现场物联网的搭建、生产运行、装备管理、修井平台数字化远程支持中心、三维井场、系统平台的搭建等，支持多单位用户多设置需求、统一的支持多种终端的用户访问入口需求、移动化需求、现场网络功能需求、数据管理需求和集成需求。

1.现场物联网建设需求

在现场进行物联网建设，主要增加现场无线局域组网、现场增加传感器采集工程数据项，安装监控出口、井场、井口、钻台的视频，如图1所示。

（1）井场信息化采用多种组网方式：有线局域网（通过网线等）、无线局域网（Wi-Fi等），同时提供测井、井下等非主体作业的热点接入。例如，根据井场的实际情况，井场现场采用Wi-Fi无线组网方式实现从各类仪器与传感设备到井场一体化采集器内的数据传输，可以建成修井现场数据多点汇入，稳定远传的井场网络通信汇聚传输中心。

（2）远传网络支持各类广域接入方式：包括卫星、铁塔微波、3G、LTE、光纤传输、MSTP、ADSL等。因此，要求出口路由器具备各类丰富的业务接口，可适应各类业务接入。井场各类出口路由器可根据各井场情况部署，并能支持网络的动态调节，临时调配某个井场区域的网络带宽。

2.装备管理需求

通过现有技术手段对装备相关的实时数据进行采集，包括提升系统、节控箱、储备罐、循环罐、高低压管汇阀门状态等实时数据。

3.修井数字化决策中心需求

相关专家通过系统的实时监控、工程预警发现工程异常问题，利用应用平台进行诊断分析、参数优化，组织专家会诊，提供现场技术保障，辅助生产决策。

（1）即时通信

业务需求：前后方交互的即时通信工具，具有实时的专家在线答疑功能。

功能需求：技术支持。

功能模块：专家通讯录、案例推送、消息提醒、讨论组、即时协同、案例知识。

功能描述：通过专家通讯录，建立讨论组或直接和专家进行即时通信共同制定解决方案。案例知识上传后，将消息推送给相关人员，通过讨论组、即时通信工具与现场或后方专家沟通，共同制定解决方案。

参与岗位：现场作业人员、技术专家。

（2）音视频交互

功能需求：视频会议、语音通话，重大施工应急指挥。

功能描述：在生产过程中，作业人员可以利用移动设备对现场作业情况以视频的形式回传给支持中心，能够利用通讯录发起远程协助请求，与支持中心、专家、管理人员等建立实时智能连接，获取对方推送的语音消息、文字消息、标注等信息，在远程协助指导下解决现场作业难题。修井队可以作为管理端实时监控与直播作业队现场工作情况，能够接收现场发送的远程协助请求，可以通过语音、文字、图形标注等形式协助现场工作人员解决问题。作业公司对现场回传的所有视频文件与交互过程进行存储和归档管理，形成知识库，用于其他地方的知识共享和历史文档查阅。

功能实现：依靠作业现场局域网，集成视频监控系统、即时通信与视频会议系统。在服务器上部署数据采集传输存储系统与现场应用。

参与岗位：前端技术人员、技术专家、后方管理人员。

（3）融合通信系统

通过融合通信系统实现现场技术人员与远程支持中心利用防爆手持终端进行可视化对讲。

远程支持中心专家实时远程查看现场人员作业情况，并对现场作业人员的作业过程进行实时的语音指导、指挥。

现场技术人员的防爆手持终端融合接入视频会议系统，使参会人员也可通过会议系统实时监督现场人员作业情况，并进行远程指挥。

4.三维井场

需要开展修井队工程技术、生产运行、设备管理和安全环保数字信息设备的数据接口的开发工作，并建立数字修井队孪生展示平台，实现修井作业现场数字化、可视化，提升作业现场管控能力。在虚拟世界中搭建井场布局、井场主体设备的3D模型，有助于提高井场的把控能力，更加直观有效地实现井场设备、工程、安全的监控与管理。

5.系统搭建

在上述现场改造和完善后，开发系统平台，纳入所有现场工作人员在平台上开展工作，并进行相应数据管理。建设模块主要包括数字井场、生产管理、工作平台、装备管理、HSE、资料管理、实时数据和队伍管理。

（1）数字井场：主要利用3D建模等技术，真实再现井场布局与周边环境，集成实时参数和关键位置视频监控，多维度展示现场工作状态，可远程实时掌握现场实际情况，包括现场作业车、高压管汇、设备等三维模型构建，展示设备运行状态。

（2）生产管理：生产组织实行流程管理，订单式保障，组织过程留痕，考核精准透明，物资配送更加有序，生产组停自动预警，生产运行更加高效[4]。

（3）工作平台：建立了一套以“数据”驱动工作流程的现场工作模式，搭建工程师工作平台，增强工程师对现场的感知度，及时获取预警提示，指导工程师更好地进行下一步工作。与EISC专家、主操手联动，快速科学地制定措施，形成决策，推进作业现场标准化、规范化管理，保证作业安全受控[5]。

（4）装备管理：基于EISS已建立的设备管理系统，开展设备从建档、运转、维护保养、检测、检查、调拨、修理、更新、改造直至报废的全生命周期管理，包括设备信息查询、设备运行数据管理、设备调拨流程管理、设备检查、设备维修流程管理、设备检查管理。

（5）井控管理进行井控资料和井控设备管理。井控资料包括演习记录、检查保养记录、井控领导小组和应急预案。

（6）HSE管理主要为智能辨别系统、环境监理和HSE资料库。

（7）资料管理主要是汇总各类资料，包括工程和生产资料、设备资料、HSE资料和队伍资料。

（8）实时数据为集中展示工程数据、装备数据和视频数据。

（9）队伍管理主要包括党建信息、队伍信息和生产小秘书等功能。

6.数据管理需求

系统的数据管理需以数据源头为切入点，建立完善的数据标准化体系、科学的运维保障体系，从而达到数据质量控制的目的，保障入库数据质量。具体需满足以下功能需求：

（1）具备流量负载的反馈控制能力，尤其是对于实时数据，需要根据数据特点进行过滤及抽取，兼顾数据质量和网络流量。

（2）完备的数据质控功能，完善的数据资产质量、使用、申请及发布等管控功能，即时生效的离线数据处理及数据断点续传功能。

（3）良好的、可扩展的数据服务架构，实时数据、结构化数据以及文档数据需要分拆成基础的数据单元，终极目标为分解成原始数据。

（4）多种手段保证数据服务接口的安全访问机制，根据数据服务接口种类的不同，区分不同的安全访问手段（用户令牌、安全签名等）。

（5）保证数据服务接口的一贯性，确保其使用者（调用数据服务的应用）不受系统内部调整的影响。数据服务接口必须保证单向输出，确保数据使用者只能读取，保证系统内数据不受使用者影响（即服务者与使用者只有单向数据服务，且互不影响）。

（6）数据服务质量统计分析及灵活调整，具有数据服务的用户群体、访问频度、数据准确率等情况的统计分析功能，根据相应的数据服务情况可以灵活进行数据服务调整。

7.集成需求

系统需满足下列集成需求：

（1）快捷集成。成熟的专业软件仅需最少的改造即可集成到平台上，即专业软件仍是一个有机整体，只需增加少量与系统通信的接口，包括数据接口、消息接口等。

（2）多样化集成。系统需支持不同平台、不同开发语言、不同部署方式的专业软件的集成。系统需保证专业软件的运行环境相对独立，不会出现软件之间互相冲突的情况。

（3）有权限的数据共享。系统需提供标准数据接口，可将各专业软件产生的数据进行统一存储和应用。系统需对敏感数据提供加密存储，对重要数据提供备份策略。各专业软件之间可进行数据有权限的共享，达到数据一次录入、多处可用的目的。

（4）统一管理。系统需提供统一的软件许可管理方式、软件升级维护管理方式，以及软件计算资源池的统一管理方式。

三、结语

在前期钻井作业数字化研究基础上，修井数字化作业主要开展修井作业数据库搭建、作业现场物联网建设、修井工程师工作平台搭建、修井工程作业智能支持中心搭建等方面的研究，最终建立一套基于EISC平台的能够实现对修井作业现场施工数据实时收集和监控的软件系统，实现修井作业数字化、智能化管理。

参考文献

[1]陈勇峰.修井技术现状分析与发展趋势展望[J].化工设计通讯，2023，49（10）：28-30+33.

[2]朱海东.井下作业数据采集应用系统建设研究[J].石油工业技术监督，2012，28（04）：17-20.

[3]王亚琼.基于大数据时代钻井工程技术一体化平台的建设[J].中国管理信息化，2021，24（12）：110-111.

[4]张帆.中国石油集团第一支数字化钻井队亮相[J].钻采工艺，2021，44（06）：143.

[5]张雨平，黄微，尹晓煜.带压数字化平台建设及应用研究[J].信息系统工程，2024（03）：101-104.

作者单位：川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院

责任编辑：王颖振 郑凯津