海洋油气田智能巡检系统研究

徐英卓 张 帆,2

（1.西安石油大学2.中海石油深圳分公司）

海洋油气田智能巡检系统研究

徐英卓1张 帆1,2

（1.西安石油大学2.中海石油深圳分公司）

针对目前海上油气田仍然采取人工巡检的方式，提出了一种可应用于海洋油气田的智能巡检系统构想。首先介绍了该系统的组成，包括PDA巡检器和现场电子标识、巡检管理软件三部分，并且PDA巡检器可与采用RFID射频识别技术的现场电子标识和管理软件实现数据连接。然后对该系统的工作流程和每一个模块的功能进行了介绍。最后对该系统投入应用后会产生的预期效果进行了展望。指出该系统的研发对于实现巡检工作的标准化、规范化，提高工作效率和现场管理智能化程度有着积极的作用，该系统投入应用后，将有利于提升海洋油气生产、管理和数据建设的技术水平，满足海洋油气开采步入“大数据”时代的技术需求。图3参12

PDA巡检器RFID射频识别智能巡检系统

0 引言

随着我国能源供应结构的调整，海上油气开采力度的加大，海洋油气开采不仅需要在工程技术方面有所创新，而且海上智能化油气田的建设也刻不容缓［1］。建设智能化油气田的关键基础技术在于确保生产数据采集的快速、准确、规范。目前国内海上油气生产设施日常数据采集已经可以通过传感器远程监控［2］，但由于受成本、安全、可靠性等因素的制约，仍需要在生产现场采用人工巡检的方式作为补充、校验；而且，目前的人工巡检工作中，巡检人员仍在使用纸质巡检表格进行手工记录数据，存在着数据量大、数据记录不规范、数据记录后难以校验和及时有效利用等缺陷，致使巡检结果的准确性和真实性也无法保证。因此，为了实现巡检工作的规范化、标准化，减少巡检人员的工作量，提高巡检工作效率，确保巡检结果的真实、可靠、准确，建立智能巡检系统势在必行［3］。

本文针对上述现状，在分析国内建立智能巡检系统的可行性的基础上，提出应用PDA（Personal Digital Assistant）巡检器和RFID（Radio Frequency I-dentification）射频识别技术来提高工作效率和现场管理智能化程度的技术途径，旨在引入该系统为生产数据的共享与应用，以及海洋油气开采在“大数据”时代的背景下建设智能化油气田提供技术支持［4］。

1 系统组成

由于海上油气开采工作环境的特殊性，智能巡检系统使用的设备均应能在恶劣天气环境下工作，满足《GB50183-2015石油天然气工程设计防火规范》中的相关规定中防水、防火、防爆的要求。

智能巡检系统主要由PDA巡检器、现场电子标识、巡检管理软件三部分组成。

系统结构如图1所示。

图1 智能巡检系统组成示意图

2 巡检系统工作流程

巡检流程如图2所示。

（1）巡检人员首先使用记录有个人信息的身份卡登录PDA巡检器，随后在巡检管理软件下载巡检任务到PDA巡检器。

（2）巡检人员到达巡检任务指定的位置后，使用PDA巡检器扫描现场电子标识，PDA巡检器读取到现场电子标识中的定位信息后自动调出对应的电子巡检表，巡检人员根据巡检任务读取现场数据，将数据录入PDA巡检器。

图2 巡检流程示意图

（3）PDA巡检器中内置的巡检软件可以对每个参数设定报警值，巡检人员输入的数据如果存在异常，巡检软件将自动发出报警提示。如有报警，巡检人员再次核对现场数据是否输入正确，排除人为输入错误的影响。如果确实存在异常，则可以结合现场实际工况进行分析，排除隐患。

（4）巡检人员到生产现场完成巡检任务后，通过USB、WIFI或GPS的方式将数据上传至巡检管理软件。由后台软件进行数据的统计、分析和处理。

（5）根据统计、分析的结果，结合数据仓库和数据挖掘技术，管理人员（一般为中控主操）可以实时改进巡检任务和工艺参数设置，达到优化生产工艺之目的。

3 模块功能设计

3.1 PDA巡检器

采用Brower/server构架，搭载windows操作系统，内置巡检软件，是集数据采集、数据传输、历史数据查询等功能于一体的移动终端。巡检人员使用PDA巡检器可以完成巡检任务下载、现场巡检数据采集、数据上传至巡检管理软件等工作[5]。

3.2 现场电子标识

现场电子标识是安装在现场某一区域的电子芯片，无需供电，使用RDIF射频识别技术与PDA巡检器进行数据交换，PDA巡检器读取芯片中的定位信息后，会生成对应该区域的巡检表格，有效的确保了巡检数据的真实性、有效性。

3.3 巡检管理软件

安装在生产局域网PC上，后台采用Client/Server结构应用系统[6]。PDA巡检器可以通过USB或WIFI与巡检管理软件连接，下载或上传数据到后台数据库中，巡检管理软件会在后台对上传的数据进行处理加工，自动生成巡检记录表，并可以与数据库中已设定的生产数据正常范围值、报警值和历史数据进行对比，如有异常会自动发出报警提示，并在生成的各类表格上进行标注，提前发现安全隐患。

软件主要功能如下：

（1）系统的维护

对巡检管理软件进行初始化设定和日常维护工作，包括：时间设定、PDA巡检器的注册登记、用户权限和密码修改和对数据库中已有的历史数据进行整理与备份。

（2）巡检任务管理

巡检任务设置、巡检人员设置、巡检任务和巡检人员的绑定(每个巡检人员分配相应的巡检区域)、对生产数据按重要程度进行分级。使用巡检管理软件还可以根据现场生产的实际工况，为每个巡检数据设定报警值，并可以将设定的报警值下载到PDA巡检器中。另外，PDA巡检器上还可以保存最近一个月的生产数据，巡检人员在现场执行任务时可以使用PDA巡检器随时查看生产数据的历史趋势图。

（3）安全隐患管理

现场巡检是现场安全生产的必要辅助手段，其主要目的是及时发现安全隐患，并及时做出处理，优化生产流程、排除安全隐患。具体包括隐患信息的标识、隐患信息与巡检人员的绑定、隐患信息的记录、隐患的整改计划与完成进度跟踪等。

（4）巡检人员身份信息管理

对巡检人员个人信息管理（包括巡检人员身份注册、用户权限、登录密码等）。

（5）数据查询

使用不同的用户权限登录后可以查看对应权限的查询结果，主要包括历史记录查询、巡检人员信息查询、隐患信息查询、历史报告查询等。

（6）数据分析

主要是针对采集到的数据与软件管理系统中已设定的报警值和历史数据交叉对比，进行综合分析，生成各类统计图表。还可以对巡检计划进行综合考评，根据巡检人员完成巡检任务和发现隐患的记录进行综合考评。

（7）预留ERP接口

智能巡检系统还可与ERP管理系统进行无缝对接，实现数据共享与应用。

图3 巡检管理软件功能模块组合示意图

2 结论及预期效果

智能巡检系统可以提升海洋油气生产、管理和数据建设的技术水平，满足海洋油气开采步入“大数据”时代的技术需求[7]。主要体现在以下几方面:

（1）完善生产管理系统。该系统的应用使得巡检工作这一生产管理环节的末梢、死角得以纳入到海洋油气田信息化建设的大环境中[8]。通过PDA、有线和无线网络、计算机软件和数据库应用等各种先进的信息技术取代了传统的人工巡视、手工纸质记录和手工汇总统计的低效工作方式。从而杜绝了人为因素、降低了管理成本、对巡检人员工作状态起到了有效的监督和增效作用，使即时、定性、定量、客观地考核巡检人员的工作成为可能。

（2）使日常巡检工作更具科学性、更有效率性。系统所采用的巡检任务定期下载、巡检任务按生产需要实时调整的管理模式，使巡检工作的管理更灵活、更规范，符合生产实际技术发展的需求[9]。

（3）保障设备及油气生产工作的安全。有效保证设备安全是智能巡检系统必须的技术要求,通过巡视检查来掌握设备的动态运行状况及周围环境变化，实时发现设备故障和安全隐患，有利于及时消除隐患，预防预警事故发生，保证设备的安全运行和油气生产系统的稳定维护，确保达到“安全、经济、高效”的运行目标。

（4）充实、完善了海洋油气田生产管理基础数据库。经过十多年的海洋油气田生产信息化建设，国内各大海洋油气田基本都已营造了自成体系的基础数据库环境。这些数据库包括直接反映海洋油气生产的“开发静态”、“开发动态”、“井下作业”，和辅助生产的“生产测试”、“生产试井”、“采油工程”等相关技术信息[10]，涉及了油气生产的各个作业环节。但是，巡检工作仍沿用着传统手工方式，巡检数据以纸质文本或电子表格形式存储、传递，数据散乱、难以汇总、无法进行系统的分析与处理，智能巡检系统将填补这一技术空缺。

（5）智能巡检系统创新巡检数据应用方式方法，以海油生产现场计算机网络和数据库存储技术为基础，开发相关计算机软件，构建符合海油生产现场安全要求的智能巡检系统，彻底结束巡检数据的信息孤岛分布现状[11]。

（6）智能巡检系统将先进的数据采集技术与计算机管理有效结合起来，能够克服传统巡检方式的各种弊端，对巡检人员的工作进行有效的实时监管，切实提高海洋油气田生产的监管技术水平[12]。

1潘继平，张大伟，岳来群，等.全球海洋油气勘探开发状况与发展趋势[J].中国矿业，2006（11）:04-07.

2Melisa A.Manning.世界深水油气勘探开发迎来快速发展的势头[J].世界石油工业，2005（8）:42-44.

3苏斌，冯连勇，王思聪，等.世界海洋石油工业现状和发展趋势[J].中国石油企业，2006（3）:138-141.

4OHGAKI K，NAKANO S,MATSUBARA T，et al.De-composition of CO2.[J].Journal of Chemical Engineering of Japan，1997,30（2）:310-314.

5张周峰.基于RFID的智能巡检系统架构和安全性分析[D].郑州:郑州大学,2011.

6杨斌.智能巡检系统在克拉美丽气田的应用[J]中国信息界，2012（12）:81-82.

7洪文鹏，刘霞.基于RFID数据终端的电力设备巡检系统[J],东北电力技术，2005（1）:36-37.

8胡傲平，盛承光.PDA移动服务在电力巡线中的应用与研究[J].计算机与数字工程，2008（2）:153-155.

9Dr.Andrew J.Latham.深水和超深水的油气勘探[J].世界石油工业，2005（7）:14-17.

10马思平，张宏，魏萍，等.靖边气田在役天然气管线完整性管理体系的建立[J].石油与天然气化工，2011，40（4）: 424-428.

11陈立辉.基于北斗卫星和GPRS双信道通信的水雨情自动测报系统设计与实现[D].杭州：浙江工业大学，2012.

12SHIMIZU Y，YAMAZAKI F,YASUDA S，et al.Development of real-time safety control system for urban gas supply network[J].Journal Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,2006,132（2）:237-249.

（修改回稿日期2015-05-27编辑景岷雪）

徐英卓，女，1964年4月出生，毕业于西北工业大学计算机软件专业，工学硕士学位，教授，西安石油大学计算机学院教授、研究生导师。地址：（710065）西安市雁塔电子二路西安石油大学计算机学院。电话：13096949510。E-mail：707416631@qq.com