修增鹏

（大庆油田有限责任公司呼伦贝尔分公司）

0 引言

海拉尔油田积极推行信息化建设。基于信息传递受地理环境制约的情况下，如何厘清平台功能定位并充分运用信息技术手段，明确平台搭建过程中的难点和技术路线，保持现场与管理层间信息互联畅通，充分利用数据资源提升油田生产管理与决策效率，推动企业生产流程、组织结构优化，推进油田开发、生产、经营智能管控，成为摆在技术和管理人员面前的研究课题。

1 平台设计理念与整体架构

中国石油地理信息系统（A4）是经中国石油天然气集团有限公司（以下简称集团公司）统建后投入使用的空间数据共享服务平台，从宏观角度为总部职能部门、专业分公司及所属地区公司，提供了业务导航、空间操作、空间分析、二三维展示、专题应用等地理信息服务。借此系统平台设计理念，为充分发挥地理信息技术在决策支持和绩效改善方面的能力，海拉尔油田提出油田生产指挥平台建设方案，将指挥管理体系延伸至现场生产运行各个环节，强化数据为导向的决策方式［1］，通过数据分析与指令表单化传达，掌握各油田整体生产经营动态情况，确保油田生产业务的目标化、集中化管理。

生产指挥平台运行以数据库、业务表单化数据为信息支撑［2］，涵盖油田采油、地面工程、生产调度等多项现场管理内容。该平台作为任务指令传递的终端环境，应用网络地理信息技术、全球定位系统（GPS），实现人员、车辆地理定位和任务监督管理；采用生产数据、视频图像、文字信息等多种形式，表述油田整体生产运行状况，借助网络平台推动现场管理流程高效、标准化运行。考虑平台子系统间业务相对独立、数据相互共享的实际，根据各部门业务关联和信息数据流转产生的对应、逻辑和勾稽关系，通过构建面向服务架构（Service Oriented Architecture）实现企业应用系统集成优化。

该平台针对各油田采油采气与地面工程领域广泛应用的信息管理系统，采用网络服务手段搭接数据接口，实现系统间数据互访功能；发布统一标准的接口开发包（SDK），实现异构数据库的高效解析与映射；通过对油气水井生产管理系统（A2）、采油与地面工程运行管理系统（A5）的数据库中的油气水系统专项管理模块，进行数据资源的抽取、调用，合理规划数据库视图，实现数据资源的高效利用。该平台以业务需求驱动数据模型组件的设计与扩展，基于Android系统扩充终端部分，着力于现场实际应用，实现系统资源的合理部署与集中调配。平台整体架构设计如图1所示［3-4］。

图1 油田生产指挥平台架构

2 平台组成系统及应用

以油田生产业务链为主线，由传感器、仪器仪表、视频监控等设备组成数据采集层，应用B/S模式（浏览器/服务器模式）作为平台架构，架设LoRa基站满足无线通信信号传输，依托集团公司总体部署的勘探开发、管道项目数据管理系统的建设成果，围绕现场管理、生产指挥、智能预警、业务分析等功能需求，设计井站库监测管理系统、生产调度指挥系统、井站库智能巡检系统、数据智能分析系统，具体系统功能及技术性设计包括以下几个方面［5-6］：

2.1 地面生产管理系统

海拉尔油田将地面生产管理作为开发工作的重点内容。网络地理信息系统（WebGIS）是利用网络平台集成数据库和计算机图形学表述空间信息的新技术。海拉尔油田充分发挥WebGIS的技术优势，并将其应用于地面生产管理系统。

通过A4系统接口功能，整合平台基础地理信息、与空间位置关系密切的业务数据，利用统一的地理信息系统平台和数据标准，改变过去地质信息管理的无序性；对油水井、管网、站库中的计量和控制设备节点进行数字化处理，满足数据采集、指令传输、设备控制的生产需求，对日常设备运行、检修、事故原因和作业处理等内容实行关键信息的电子化记录。设计井站库及关联设备运行数据在空间地理信息的网络多维可视化，实现空间数据查询、统计、专题图制作、空间分析等基本应用，辅助技术人员直观掌握系统生产运行状况，具体功能如下：

2.1.1 油水井数据智能化管理

利用手持设备和传感器，采集油水井参数信息，经无线网络传输至基站，有线光缆上传至指挥平台中心。开发数据接口，将油气水井生产数据管理系统（A2）与本地数据库的数据资源相互调用，最大限度地复用数据成果；借助人工手持设备和电脑录入方式，完善和补充数据。将油水井位置信息和生产参数加载到网络地理信息系统中，展示各作业区采油、注水、输油的数据，与厂部下达的生产任务目标进行对比，初步分析当前各作业区和油田整体的原油生产趋势。采用抽油机电参同步采集和注水井监控设备，实施油井运行电流、电压参数和注水井瞬时流量、压力、注水工作状态等数据的远程监测调控；启用RUT（远程监控采集）设备，远程控制油水井开关，实现井场无固定人员值守［7-8］。

2.1.2 管网资料与地理信息融合

在传统的平面管理方式中，管网资料多数以图纸或CAD格式保存，日常维护或事故处理时必须人工调档查阅，查询效率低，且难以准确、直观地显示地下管线交叉排列的空间层次及位置关系；管网空间排布和穿孔处所关联切断阀位置等重要信息依赖于人工记忆，施工管网段信息缺少有效地传递和保存环境。

设计油田管网信息管理模块，采取技术手段将管网构成、属性资料标示在地理信息中，做到施工管网快速地理定位，深度刻画管网组成要素的空间关系，实现快速查阅关联阀门、设备及管网结构位置信息，为日常生产及事故快速响应提供技术支撑；对管网施工作业位置添加电子化标签，及时记录管网施工动态信息，为现场人员优化作业方案及事故预案提供参考。

2.1.3 站库运行网络化监测

运用地理信息技术，直观展示站库空间结构和属性信息，规划站库重点生产参数监测和视频监控部位；按照集输生产流程关系，动态展示各输油间来油外输及联合站、注水站、污水站的运行参数；通过人工抽检与系统监测设备相结合，及时跟踪进站、罐存、外输油量的计量方式和盘库动态数据，实现作业区原油生产监督和产量结构分析；通过有线光缆和无线通信的数据传输方式，将站库规模、管线关系、运行状况和连通设备等信息，及地面站库设施改造情况并入地面监测管理模块，为站库维护提供准确的信息资源；搭配生产调度指挥系统，实现站库集中网络化管理，保障站库平稳运行，实现值守人员优化配置［9-10］。

2.2 井站库智能巡检系统

井站库智能巡检系统由视频监控、设备故障智能预警功能模块组成。通过电流采集模块、井下压力计、套压变送器、温度传感器等设备，采集井站库重点部位的生产参数，如：油井电流参数、站库输送液量、油量、进出站温度、压力、设备用电功率等，设置井站库监测管理系统异常参数报警值域范围，达到设备故障智能预警效果。视频监控是巡检系统关注的重点内容，其监控井场工作环境和抽油机运行状态，实施采油、注水、集输管线、站库、防盗专题监控。海拉尔油田合理规划设备资源，对重点井及输油管线实施视频布控，达到井场和站库视频图像的远程监视、储存和控制的目标。在系统设备选型时，要考虑高寒、风雪等不利环境因素对系统运行稳定性与可靠性的影响，保障数据信息传输渠道畅通、高效。

近年来，手持设备在各行业进入快速发展与广泛应用阶段。其高集成度和便携性拓展了仪器的适用范围和使用场景，集成温度、振动等多种传感器及Android智能前端完成定位、通讯、拍照、数据记录等便捷功能，手持设备的数据管理功能契合油田现场生产指挥及井站库巡检的工作需求。海拉尔油田根据现场工作实际，制定人工巡检过程中重点设备点检内容及标准，探索硬件监测系统与人工巡检高效配合的工作方式，转变现场管理模式、班组设置，优化巡检路线，降低员工野外劳动强度，提升人力资源使用效率，做到井站库巡检系统设计与管理相互促进。

以油水井智能巡检管理为例：当值班员工巡井过程中发现油井功图及电流异常，通过手持设备上报现场问题，业务部门和工艺研究所根据平台反馈信息，派遣技术人员前往现场录取功图液面、测量电流、井口数据后，根据数据及现场反馈情况安排抽油机更换电机、偏心井口养护等作业计划，借助平台优化巡井、诊断、分析、处理等油水井日常管理流程。工艺研究所人员动态分析油井异常产量或水井异常注入原因时，首要分析地面设备对油水井生产的影响，操作平台选择分析井点并发布任务，系统自动向手持设备发送任务要求并定位井点，技术人员前往现场查看该井运行状况，通过手持设备上报核检结果，为井组生产动态分析提供现场依据。通过巡检管理扁平化改变了传统的多层级工作汇报方式，加强了现场与管理层之间信息与任务的双向沟通［11］。

2.3 生产调度指挥系统

生产调度指挥系统是不同部门之间沟通、协作的平台，其将作业区设备日常维护、突发事件处理流程表单化。制定表单需要总结经验，体现流程制度执行中的关键节点，明确各级业务逻辑职责，优化生产管理流程，增强平台管理的时效性和可控性，生产管理现状和信息资源可视化展示贯穿指挥全过程，进而加强企业各部门间的紧密协作，加快企业生产经营管理活动的全面整合。

海拉尔油田各作业区开展原油生产和油田建设等日常工作，针对工作安排，制定周、月、季度计划，并报备至生产调度指挥平台；根据进度，安排采油、注水、修井、输油等技术管理工作指标。作业班组携带具备定位功能的手持设备，确认员工出勤任务及设备配备情况；车辆监控采用GPS定位系统，其跟踪车辆状态及运行路线，并传输到指挥系统，实时显示作业现场地理位置信息及人员、设备施工情况；确认作业施工进度后，组长撰写总结报告，该报告反馈至生产调度指挥系统，对照计划，完成甘特图。作为位置要素，将GPS定位技术引入地理信息系统；围绕网络化平台，实时反映人员、车辆、物资、计划之间的关系，满足钻机调度、管线穿孔处理、设备异常维修等现场作业任务的监督管理需求。运用现代化信息手段，指挥现场生产高效、有序地运转。

推进作业区HSE（健康安全环保）体系建设工作，以应对现场突发事件为例：遇到井口漏油、设备状态异常、井场大面积停电等突发状况，通过地面生产管理系统和井站库智能巡检系统，跟踪现场生产运行情况，及时预警，并迅速做出反应。基于生产调度指挥系统，优化应急管理救援指挥框架，建立企业部门上下贯通、横向协同的应急指挥模块，梳理和制订应急预案响应标准、应急过程控制措施、应急救援后期处置等各类系统或设备故障预案细节，完善和加强日常应急管理体系配套的相关工作，全面提高企业应急管理和处置能力。

2.4 数据模型智能分析系统

根据生产管理需求，挖掘数据信息，进行深层次加工；依照现场生产经验，构建模型，解决业务中存在的实际问题；设计图表，对分析结果表述说明；解释与评估数据结果，开展业务分析模型再优化；明晰数据及其内在的模式和关系，满足管理者对生产管理业务趋势分析的诉求，为油田管理和决策提供量化因素［12-13］，平衡和协调计划、资源、任务进度之间的关系（见图2）。基于WebGIS地理信息系统，进行现场与管理交互［14］；以GPS为信息采集手段，结合GSM（全球移动通讯系统）、GPRS（通用分组无线服务技术）等多种方式，进行信息传递；通过数据和理论，支撑科学生产决策和资源有效配置（见图3）。

图2 数据分析模型逻辑示意

图3 地理信息系统架构体系示意

以设备维修为例：利用数据模型智能分析系统，在有效的作业时间内提升维修质量，延长维修周期，减少对设备生产时率的影响，保持设备均衡完好，保障设备安全生产和平稳运行。统计管线穿孔频率，找出易穿孔点，关注穿孔管线的周围环境、设备、承受压强，并对其重点防护。提取施工作业单中的数据，从维修频率、检修时间、更换备品配件情况、环境变量数据等方面，对设备运行状况开展多维度研究，构建模型，得出设备效能最大化与维修间隔的最佳平衡点，防止设备过维修与欠修，从而将维修对生产的影响降到最低。依托井站库监测系统，长期跟踪设备利用运行情况数据，研判设备状况变化、关键薄弱环节存在的倾向性问题，汇总各作业区待检修的设备及可能存在问题的部位，制定维修、保养计划，保障设备全生命周期管理的价值最大化。

借助信息系统平台环境，优化车辆、人员、路线、物资调配问题，以钻井调度为例：为克服作业地点分散、生产组织复杂的不利因素，跟进钻井方案设计、土地征用、环境影响评价等行政审批程序进展，以最短产能建设周期内兼顾最大钻井数量为目标，海拉尔油田根据钻井、录井、测井三家单位装备部署情况，配合甘特图表征手段，明确多井审批流程重叠时间内提升设备周转效率的业务模型，指导钻井路线规划、队伍及设备的协调部署，减少钻井关井因素对产量的影响。发挥地理信息系统和GPS定位系统的优势，对钻井路线及运行状况进行可视化监督，围绕钻井部署及审批进展情况，各部门对实施进度跟踪调整，完成钻井调度的优化安排。

3 结束语

近年来，油田各专业领域信息化程度不断提高，但在生产指挥管理方面仍然相对薄弱，主要原因在于石油行业产生数据的环节较多、复杂。高效整合和应用多源异构数据资源是推行生产指挥平台化过程中的重点和难点。海拉尔油田按照业务产生和使用数据信息的方式和特点，有针对性地进行生产指挥平台架构设计与实现，将生产管理中由于相对独立的业务活动造成割裂的信息紧密联系起来，打破由于地理位置等因素产生信息孤岛的不利局面，提供信息交流和内部沟通的应用环境，为各部门共享具有分析价值的数据资源和油田现场生产指挥管理、领导层决策，提供全方位、多层次的信息服务和数据支持。