油田生产指标预警系统的设计

闵利昆 孙崇亮 姚育林

（1.冀东油田公司基建工程处；2.大庆油田工程有限公司）

油田生产指标预警系统的设计

闵利昆1孙崇亮2姚育林1

（1.冀东油田公司基建工程处；2.大庆油田工程有限公司）

油田日常生产过程中，各项指标随时间不断变化，为减少生产指标超出正常运行范围带来的损失，亟需建设油田生产指标预警系统。针对油田的采油井、计量间、转油站、脱水站等生产单位的各项指标开展全面分析，筛选出对油田生产较为重要的回油压力、井口温度、产液量、吨液耗电等关键指标进行预警设计。并基于GIS技术进行预警指标的直观展示，及时提醒生产人员，减少生产事故，为提高油田生产效率及减少损失提供必要的帮助。

生产指标；预警值；系统设计

引言

随着人们对油气能源需求的逐步加大，石油能源产业的发展越来越迅速。在给生活带来便利的同时，油田生产的安全工作也越来越受到重视[1-2]。当前，我国大多数油气田具有井多、站库分散、大型设备距离远等特点。仅依靠人工进行巡查、维护井场等设备的正常生产工作，存在故障发现不及时，难以实时掌握现场运行状况等缺陷，而一旦发生泄漏等事件，或将导致性质严重的事故，给油气田生产单位带来不可估量的损失。有些学者开展了关于油田产量监控、油田水驱开发动态以及油气田生产预警模式[3-6]等研究工作，取得了较好效果。但在油田生产参数对具体油田应用的针对性、预警结果展示直观性等方面，还有待于进一步优化。因此，设计一套有效、可行并能直观显示的油田生产指标预警系统是十分必要的，以便在第一时间发现问题，为施工单位及时采取补救措施，检查原因提供依据。

油田生产指标预警信息系统融合多种技术，通过统一的平台，为用户提供全面的指标预警系统解决方案。完善的权限管理功能，实时数据和历史数据的双通道设计，既保证了系统的稳定性和可靠性，又保障了系统的安全性。基于多层、模块化软件的结构设计，方便系统功能扩展，满足未来业务发展需要。预警信息系统实现了基于空间数据的查询、分析、预警功能，充分利用现有信息技术提升生产效率的同时，保证油田的安全生产。

1 系统概要设计

油田生产指标预警系统设计以“实用、先进、可扩展、可维护”为原则，针对油田的采油井、计量间、转油站、脱水站、原油稳定站、加热炉等设备的关键油气生产指标预警进行功能设计，通过设置预警值实现系统自动预警功能。对油田生产的回油压力、井口温度、产液量、吨液耗电等关键指标进行预警，筛选超出正常范围的指标项，并采用GIS（地理信息系统）技术在地图上直观显示超出预警阈值范围的指标项及其分布，及时提醒生产人员，避免发生生产事故。

以柱状图展示不同组织机构的生产情况，具体统计指标包括产液量、处理量、外输量的当年累计量等。采用不同颜色对能耗的级别进行划分和分类，在相关图件上展示各作业区的能耗情况，如耗电量、用气量等，对超出固定限制的能耗值及时提醒用户注意，实现预警。

在GIS图形上展示出原油从采油井井口→计量间→转油站各个节点的回压值，从而分析原油在集输过程中在各个节点的回压值、输液差、输气差等数值。在输液差、输气差的数值超过额定值时进行预警，以便于采取措施降低损耗，节约生产成本并及时发现问题。

表1 采油井生产指标预警相关表信息

2 系统数据库设计

油田生产指标预警系统的数据库采用三层设计：概念设计、逻辑设计、物理设计。

2.1 概念设计

油田生产指标预警系统的数据包括供电数据、油气集输数据、其他数据等三大类，发电量（FDL）、供电量（GDL）、生产日期（RQ）等；油气集输数据包括集油量（CYL）、集气量（CQL）、输油量（SYL）、输气量（SQL）、生产日期（RQ）等。其他数据分为总井数（ZJS）、采油量（CYL）、采气量（CQL）、注水量（ZSL）、生产日期（RQ）等。

2.2 逻辑设计

基于对油田生产指标预警系统数据的概念设计成果，对相关数据进行逻辑设计，建立实体-关系（E-R）模型图，分析不同数据表和数据项之间的逻辑关系，以利于物理设计和数据表的建立。选取典型的三个实体-关系模型进行分析，包括采油井生产指标预警实体-关系、站库指标预警实体-关系以及加热炉指标预警实体-关系。采油井生产指标包括采油井预警表、采油井预警信息表、采油井预警历史表等，不同表的字段信息见表1。站库指标预警实体-关系以及加热炉指标预警实体-关系的分析过程类似，不再赘述。具体的油田生产指标预警系统数据实体-关系如图1～图3所示。

图1 采油井生产指标预警实体-关系

2.3 物理设计

根据逻辑设计结果，在ORACLE数据库建立油田生产指标预警系统的物理数据表，存储预警数据，为系统平台开发过程提供详实的数据支持。将日生产数据与固有数据库内存储的采油井、站库、加热炉和大型设备的关键指标（例如，回油压力、综合耗气量）、指标编码、最大预警值、最小预警值、预警值、预警日期等信息，通过关键词索引触发预警工作。

图2 站库指标预警实体-关系

图3 加热炉指标预警实体-关系

3 功能设计

预警系统功能是在日报数据、现有数据库存储数据的基础上，通过提取关键指标数据，分析并预测采油井、计量间、转油站、脱水站、原油稳定站、加热炉等关键生产指标是否超出预警值范围。系统功能分为两大模块，即基础功能和指标预警功能。基础功能基于地理信息系统的直观性特点开发，为预警结果在地图上的直观展示提供基础，包括空间操作、空间分析以及导航定位等功能。生产指标预警功能则涵盖预警数据的维护、查询，以及预警操作并完成预警结论在地图上的展示等，包括油集输关键指标预警维护、油集输关键指标预警查询、油集输关键指标预警批量设置维护、油集输关键指标预警批量查询与展示、油集输关键指标预警结果查询与展示；其他功能包括采油井数据监测、设备状态监测、查询统计、预警服务等，同时为用户提供数据的周期性更新、查询、辅助决策等支撑服务。具体功能见图4。

图4 生产指标预警系统功能

功能实现流程包括用户在系统的原油生产关键指标维护模块对不同指标的上限、下限进行维护。当生产数据进入系统数据库以后，则可以通过“预警”按钮进行不同生产指标的预警，如生产指标均在设置的预警上下限范围内则不提示，如指标超出了用户设置的上下限范围，则进行预警提示；并实时通过地理信息底图进行展示，用户可以直观地浏览发生预警的具体位置以及相关预警指标，并及时采取措施。预警指标范围的设定、查询以及展示等还可以通过批量设置功能完成，用户如对某一类型的多个实体进行统一设置，可用批量设置功能。具体到井口回压预警功能及结论的展示过程，就是在GIS图形上依次展示出原油从采油井井口→计量间→转油站各个节点的回压值，进而分析原油在集输过程中在各个节点的回压值、输液差、输气差等数值，超过额定值时预警，便于及时发现问题并采取措施。

系统通过WEBGIS对预警结论进行自动报警，如果有预警则将预警结果显示为红色动画闪烁。功能涵盖采油井、站库、加热炉等共6大类。在系统页面点击一个实体子节点，会在图上自动弹出对应的一类专题预警结果分布图，并借助图上闪烁红点进行预警位置显示，点击“预警详情”可弹出预警的详细气泡信息，进一步显示该指标的具体数值以及如果超过设定的指标范围，便于用户查看。此外，通过取消或者勾选指标项，可对指标项进行筛选，进而更新列表详情信息和地图闪烁红点。

4 系统实现及应用效果

系统基于SOA架构和WEBGIS技术来实现，完成了油田生产指标预警的判断流程和基于地理信息底图的直观展示功能，并在冀东油田相关单位进行了实验，效果良好。系统大面积投入使用后能够有效地减少生产运行过程中重大事故的发生，充分发挥预警信息系统在企业应急管理、产业升级拓展、客户关系改善等方面的保障服务作用，使信息资源的利用获得最大收益，从而提高油田采收率、降低劳动强度、节约企业运行成本、保证工人人身安全，加强现场事故应急处理能力，切实有效地支撑油田生产建设。

[1]张国权.油田安全环保隐患成因分析及治理技术探索[J].企业改革与管理，2014（10）：169.

[2]赵金龙，丁健，王如涛，等.油气处理站库智能预警与诊断系统研究与应用[J].中国管理信息化，2013（16）：44-46.

[3]常彦荣，李允，彭炎，等.油田生产产量监控体系及预警系统[J].西南石油学院学报，2006，28（3）：34-37.

[4]马立平，任宝生，赵明.油田水驱开发动态系统预警指标体系的构建[J].特种油气藏，2010，17（4）:62-65.

[5]吴艳丽.基于数据挖掘的油田开发动态预警机制研究[D].大庆：东北石油大学，2011.

[6]骆鹏.油气田生产预警模式研究及系统研发[D].大庆：东北石油大学，2015.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.04.019

2017-01-06

（编辑 张兴平）

闵利昆，工程师，2003年毕业于河北工程大学（机械制造与自动化专业），从事油田建设管理及信息化应用管理工作，E-mail：min95930@163.com，地址：河北省唐山市路北区新华西道51甲区冀东油田第一科研楼，063200。