M油田群数字油田建设探索与思考

王宇文 梁嘉华 谢爱华 石宝磊

（中国海油伊拉克有限公司）

1 项目背景

M油田群位于伊拉克南部，包括A、B、F等3个油田，该油田群于1976年建设，曾2次在战争中关停，油田至今已运行近30年，设备落后老化。整个项目除改造现有设施外，还将新建超过300 km外输管道、原油处理厂、燃气发电厂、小型炼油厂、自动化操作系统、工作营地、机场和道路等。为了实现合同中规定的产量目标并维持稳定生产，同时满足油田特殊的安全和自然环境要求，如何将数字油田先进的理念和管理引进到信息化严重落后的M油田群，成为需要解决的一个问题。

2 数字油田建设需求分析及总体规划

2.1 需求分析

数字油田是一个以数字地球［1］为技术导向，以油田实体为对象，以地理空间坐标为依据，具有多分辨率、海量数据和多种数据融合，可用多媒体和虚拟技术进行多维表达，具有空间化、数字化、网络化、智能化和可视化特征的技术系统。数字油田建设的首要条件是建立一个稳定高效的信息通讯网络，其次再根据油田的生产需求逐步实现生产自动化和信息化。M油田群数字油田建设具体需求如下：

（1）在建设开发阶段需要基本的通信网络系统、办公系统、财务系统、项目管理系统、采购系统、文档系统，并需要收集、接管已往的地质、物探、测井、钻井、完井等资料。

（2）由于工作涉及业主、合作伙伴、承包商及后援研究团队，要能满足四地（伊拉克、迪拜、北京、青岛）协同办公的需要。

（3）为了提高油田产量并稳定运营20年，需要建立一个综合、集中的勘探开发生产数据仓库，供开发生产研究及分析系统使用。

（4）油田日常生产需要运营操作管理系统支持，用以监控油井、处理厂、管道等各种设施及其检维修与HSE管理。

（5）油田生产需要的生产调度、指挥及应急系统。

2.2 总体规划

由于是在现有油田改造及重建的基础上进行M油田群数字油田的总体规划，既要满足现在需求，还要考虑未来扩展。根据这一原则，选择的数字油田网络技术和各专业的信息系统具体如下：

（1）以Proxim 4G技术为主的无线网络覆盖，以Microsoft及Alfresco为基础的统一通信及文档办公平台；以SAP为主的ERP管理平台，涵盖人、财、物管理；以POSC WITSML为标准的实时钻井跟踪系统，以POSC PRODML为标准的油田生产动态优化管理系统；以SmartPlant Foundation（或Project wise）为基础的设计建造改造全生命周期管理的工程数字工厂平台。

（2）建立多点网络接入，形成以北京、迪拜、伊拉克三地为主广域网结构，并依据应用系统使用率决定系统的安装所在地。

（3）以斯伦贝谢Petra系统平台和ProSource数据管理平台为勘探开发研究平台及数据管理平台，包括地球物理与地质研究软件、油藏数值模拟与开发生产软件、测井数据处理和解释软件以及试井解释软件。

（4）以Maximo为主的涵盖生产运行、设备维护、井下作业和现场HSE管理的专业化、精细化、深度化平台。

（5）以Tetra集群系统为主的生产调度、指挥应急系统。

依据M油田群数字油田的总体规划，对各专业系统整体协作情况进行归纳，形成信息系统整体框架图，见图1。

图1 M油田群数字油田信息系统整体框架图

3 数字油田建设的探索

通过对M油田群数字油田建设的需求分析及总体规划，重点开展了基础通信生产控制网络系统、勘探开发系统、设备运行维护管理系统、项目管理系统、生产报表系统和公司经营管理系统选型和建设的探索。

3.1 基础通信生产控制网络系统

（1）基础业务网络系统 本系统包括企业广域网、油田广域网、局域网系统。企业广域网通过卫星和MPLS（多协议标记交换）／VPN（虚拟私有网络）连接北京、伊拉克、迪拜三地；油田广域网覆盖营地、终端厂、9个脱气站、泵站、井场、钻井营地、长输管线；局域网主要分布在脱气站、终端厂和营地。采用无线WIFI和综合布线技术承载数据、视频、语音多种媒介，实现了三网融合。为了确保油田控制系统的物理安全，整个通讯网络划分为办公网和控制网2张网，这2张网通过防火墙进行隔离，其中油田控制系统数据传输及CCTV（闭路电视监控）走控制网，由于这2个系统数据传输量基本固定，因此不会产生突发大数据量导致控制网的延迟；其他系统走办公网。

（2）无线宽带系统 考虑到未来近500口油井需要监控，而各井口分布在超过2 000 km2的沙漠范围内，通过有线进行连接异常困难，而无线宽带系统能够方便灵活地进行部署。因此，本项目采用Proxim 4G无线宽带系统，带宽高达300 Mbps，在整个油田选择7个站点建立基站就可以覆盖整个油田群，为了快速有效地搭建整个系统，在项目初期利用微波连接这7个枢纽基站，项目后期随着管道的建设再考虑铺设光纤系统。

（3）光纤骨干数字网络系统 油田的主要办公场所为永久营地和终端厂，从工作营地到终端厂，从终端厂到FQS、AGS2、BUN三个区域中心，再从各区域中心到临近的脱气站，采用星型结构建立骨干光纤网。当光纤骨干数字网络系统建立起来以后，微波变成了光纤网的一个备用通讯手段，当光纤网出现故障的时候，可以自动切换到微波传输。

（4）闭路电视监控（CCTV）系统 CCTV系统作为数字油田的眼睛，将对永久营地、终端厂、脱气站、油井及哨所等实行全区域的监控，同时在油田的出入口、加油站以及主干道等敏感位置也设置监控探头，及时发现安全隐患。CCTV系统采用两级控制，区域中心各自采集、存储及控制，中控中心可以调用各区域中心监控图像（若一级摄像头数量不多的话，也可以采用集中采集、存储及控制）。摄像头采用高清IP摄像头，每路最多占带宽2 M。监控系统有智能自动判断功能，当所设定的条件满足时会自动触发报警。

（5）门禁系统 此系统用于车辆及人员的出入管理和公司员工的上下班考勤记录，采用射频识别技术无接触远距离进行读卡。

（6）震动光缆报警系统 沿着永久营地四周院墙埋设震动光缆。当有振动时，此系统会分析震动信号，确认有入侵时会给监控室发出警报；此系统还可以与CCTV联动，墙周围的摄像头会根据震动光缆报警系统给出的入侵地点对入侵物进行跟踪。另外，震动光缆还可以作为长输管道的泄漏检测系统，可以大幅降低成本。

（7）自动路障系统 在永久营地主门口设置本系统，用于防止非法通行车辆企图快速入侵永久营地。

（8）公共广播报警（PAGA）系统 用来对全油田进行重大事件的广播或报警，如火灾、可燃气体泄漏、自然灾害、安全警报等。

（9）集群系统 TETRA（Terrestrial Trunked Radio，陆上集群无线电）数字集群通信系统用于M油田群生产作业的通讯集群调度，实现全油田的生产调度自动化和管理现代化，是保证油田区域内生产和应急的重要通讯保障。数字集群通信系统可在同一技术平台上提供指挥调度、数据传输和电话服务，支持功能强大的移动台脱网直通（DMO）方式，可实现鉴权、空中接口加密和端对端加密；具有虚拟专网功能，可以使一个物理网络为互不相关的多个组织机构服务；具有丰富的服务功能、更高的频率利用率、高通信质量、灵活的组网方式，许多新的应用（如车辆定位、图像传输、移动互联网、数据库查询等）都已在TETRA数字集群通信系统中得到实现。本项目采用摩托罗拉的TETRA数字集群通信系统，在3个油田分别部署了3个基站，覆盖3个油田区域，每个基站能覆盖20 km范围。

（10）视频会议系统 采用POLYCOM视频会议系统作为数字油田沟通调度的一种手段，主站设立在永久营地应急指挥中心，并根据需要在终端厂中控室、行政楼等地设置分支。通过卫星和专线可以与迪拜、北京进行视频通话，也可以通过互联网与其他第三方连接。

（11）GPS系统 本系统利用卫星系统对车辆和人员在全球范围内进行跟踪和定位，发生危险时还可以发出卫星SOS求救信号。营地安全人员通过桌面电脑可以实时查看外出车辆的位置。

（12）程控交换机（PABX）／电话系统 采用基于初始会话协议（SIP）和开放标准的Avaya Aura结构的电话系统，通过IP网络进行接入，不必考虑用户的工作地点，适合区域广的油田用户。办公室布线时也只需要布一条网线，可以节省建设及后期维护成本。

（13）交互式网络电视（IPTV）系统 为了减少投资和后期维护成本，建立IPTV系统可以真正实现三网融合，不论身在油田任何地方，只要网络覆盖的地方都能实现TV功能。另外，这套IPTV系统除了用于娱乐外，也可以作为在线培训系统。

3.2 勘探开发系统

对于M油田群勘探工作，目前的研究成果主要是基于地震和综合地质数据而产生的用于分析的平面及剖面图，如平面构造图、储层分布图以及油藏剖面图和地层地质框架图等，而开发工作目前主要是基于油藏地质模型进行数值模拟。因此，勘探开发系统的主要功能是将勘探与开发工作更好地衔接起来，其关键是在勘探二维平面及剖面成果与开发三维数值模拟之间找到一个桥梁，这个桥梁就是全三维油藏地质模型。这里所说的“全”包含两层意思：第一层意思是指静态勘探地质研究的多层次、多级别综合研究，即包括近井筒模型、油藏地质模型以及盆地模拟模型；第二层意思是指横向的多学科综合研究，即强调勘探开发多学科紧密结合、互为所用，从而提升整体研究水平和研究精度。基于这一思路，提出的M油田群数字油田建设勘探开发系统构成框架如图2所示。

图2 M油田群数字油田建设勘探开发系统框图

3.3 设备运行维护管理系统

运营阶段的重要工作是设备的维修管理。Maximo生产作业管理系统是以设备资产为基础、以工作管理为主线，涵盖生产运行、设备维护、井下作业、现场HSE等的专业化应用系统，具有石油行业专用版本，具备多项专业化扩展功能，支持地理信息导航、图形化资产管理、手持移动工作、线性资产（各种管道）、状态检修等偏重设备与生产管理功能应用。由于Maximo和SAP系统的定位和特点不同，各自有最擅长的应用领域，具有很强的互补性，因此选择SAP＋Maximo的集成架构符合实际需求，是当前信息技术应用的最佳选择，目前这种模式已非常稳定和成熟。

3.4 项目管理系统

为了有效实现管理目标，本项目采用Smartplant fundation作为从设计、施工、移交、运营全生命周期的工厂文档、图纸、数据表等智能数字化管理系统。管理的数据有工程文件 （设计文件、供应商文件、调试记录文件）、工程模型 （三维模型、智能P＆ID）和工程数据 （设计数据、供应商数据）。

项目管理平台是公司统一办公平台的一个模块，它区别于专业的项目管理系统，包括项目协助、控制、文档管理、采办管理等。图3为M油田群数字油田建设项目管理系统框图。

图3 M油田群数字油田建设项目管理系统框图

3.5 生产报表系统

为实现稳产增产目标，有必要建立一个油田生产数据库，为短期、中长期研究分析的生产优化软件系统提供数据。目前，由于国内外油气田生产优化过程中不同公司、不同软件对油气生产数据格式和标准的要求不一致，导致信息的交流和共享十分困难，因此本项目参照了油气田生产数据的国际统一标准PRODML、油田生产流程和生产设备二维矩阵模型，建立了油田基础数据库，该数据库可以提供满足各方需要的生产报表数据和优化分析系统所需数据，并且可与生产设备管理系统Maximo数据保持同步。

3.6 公司经营管理系统

公司最上层的经营管理系统是以财务为核心，集采办、库存为一体的SAP系统。根据公司特点独立部署伊拉克公司ERP系统，处理联合机构业务，并与总公司ERP系统同步，跨系统、按需求进行数据合并，支持公司总体的数据分析需求。

4 几点思考

数字油田是公司信息化建设共同追求的远景目标，但它的实现不可能一蹴而就。对于数字油田建设，有以下几点思考：

（1）采用成熟、可靠、简单、有效、快速上线、易于维护的系统，上系统前先制定好标准。

（2）尝试采用开源系统、远程维护管理方式和虚拟技术，以大幅降低成本；IT组织统一管理基础及业务系统，以减少重复建设和集成复杂度。

（3）由于生产自控系统和IT技术越来越密不可分，IT部门要积极介入并与工程部门共同负责，最终由IT部门负责维护管理。

［1］崔伟宏.数字地球［M］.北京：中国环境科学出版社，1999.