浅谈油气田与“互联网+”的融合之路

方 鹂，杨世海，尤靖茜，何光伟，黄海燕

（中国石油 长庆油田分公司，西安 710018）

0 引言

今天，以互联网为代表的信息技术发展日新月异，并加速与诸多的行业、领域、业态深度融合。因此，石油天然气上游生产行业实现与“互联网+”技术的融合及应用，是传统能源企业转型升级，实现新安全环保要求下可持续发展的重要途径。

要实现生产“智能化”的技术突破，则首先需突破现有的生产管理理念和建设模式。而一体化集成装置的实践与应用，则是石油天然气生产企业中地面生产系统建设及运行管理方面与互联网技术融合的契合点。

所谓一体化集成装置，就是将多个工艺设备、电气、自控仪表等按一定工艺要求安装在橇座上，具有多功能、智能控制等特点，能够替代油气田中、小型站场或大型站场生产单元的生产设施。具有功能集成化、运行智能化、管理远程化、制造工厂化等5项基本特性。一体化集成装置的这一定位，符合“中国制造2025”的总体思路，顺应现代设备制造技术的发展潮流。本文将以长庆油田的建设及发展情况为例展开论述。

1 一体化集成装置与互联网“+”了什么[1]

工业技术发展至今，已经历了3个历史时代：第1代，是以蒸汽机为标志的机械化；第2代是以电力广泛应用为标志的电气化；第3代是以计算机控制系统应用为标志的自动化。

在互联网技术迅猛发展的当下，工业迎来了第4次革命。在“互联网+”的技术背景下，新一代工业技术与产品的鲜明特点是：智能产品、智能服务、智能生产等。

之所以说一体化集成装置是石油天然气生产企业中，地面生产系统建设及运行管理方面与互联网技术融合的切入点，是因为一体化集成装置具备实现上述几大特点的潜质。

1.1 智能产品

在一般文献中，对智能产品的定义是基于民用产品，其典型特点是把产品作为一个数据采集端，不断采集用户的数据并上传到云端，方便用户进行应用管理。

而作为工业生产装备的一体化集成装置，其智能产品的特性主要表现为智能运行。这里的智能运行具体体现在两个层面。

第一层面，就地自动运行。其基础是装置自配套的检测仪表、执行机构及控制器等，将构成装置的各单一压力容器、输油泵等机电设备，应用集散控制理论，以各设备的运行特性独立进行运行控制和保护，从而就地实现装置正常生产时的自动运行、设备故障情况下的自动联锁保护及站场事故时自动或远程停车，确保装置整体的安全、平稳运行。

第二层面是，远程监控。通过专用通信信道，实时向生产作业区的生产监控系统（即作业区SCADA系统）传送装置的生产运行数据与图像，实现作业区所辖各生产设施的远程监控，监控人员可根据生产与检修计划，或生产过程中的突发情况，远程实现计划停车和紧急停车。

1.2 智能服务

对于一体化集成装置，其智能服务是从两个方面进行构建的：

第一方面，各配件的智能化。按照互联、物联理论的基本思路，对于构成装置的核心设备如燃烧器、混输泵，以及各类检测仪表、执行机构等均选用智能设备，使得装置的主要部件能够进行自我运行分析和自我性能诊断，并将有关数据传送至装置自配套的控制器。同时，对于分离器、工艺管线、手动阀门等非智能设备，建立有关设备管理信息，从而实现一体化集成装置全面地自动诊断、自动维保提示等功能。

第二方面，制造工厂的智能运维管理。工厂建立装置运维管理系统，及时接收装置各设备的运行参数，自动、高效、准确地确定各装置、各配件的检修、维护内容与时间。制造工厂可自主为自己制造的产品提供及时、准确的保养、维护与维修服务。

1.3 智能生产

智能生产，一般文献主要指用户通过网络下订单，实现多品种、小批量、个性化的定制生产，其核心应为定制生产。

该特性以长庆应用量最大（近400套）的一种一体化集成装置——集成增压装置为例。

集成增压装置在应用选型时，主要是选择工作压力和处理量。对于特定于长庆所属的油区应用，其工作压力均一致，变化的只是不同工作区域的处理量的需求。基于此，在装置的研发之初，对于决定该装置处理量的核心设备即单螺杆混输泵自主进行开发制造，使不同排量泵的可以在同一安装基础上进行安装。从而该装置能够根据不同站场的处理量需求进行制造，同时还可以根据某一站场在不同时期处理量的变化，及时更换不同排量的混输泵，以很好地适应生产需求。

因此，按照这一设计思路不断地进行深化，拓展适用范围、进一步细化生产（即用户）的各种工况需求，一体化集成装置完全可以按照用户的需求进行个性化定制生产。

1.4 生产功能集成化

生产功能集成化不属于“互联网+”的特性，但对于油田的生产、管理等方面却有着重大意义。

所谓生产功能集成化，即一体化集成装置按照一座中、小型站场生产功能的需求，在工艺流程优化简化的基础上开展集成研究工作，用1套或2套装置，完全替代功能相对比较单一的常规中、小型站场；另外，为保证多装置构成的大型站场（如联合站等）中，各装置的正常运行，各类一体化集成装置集成的功能应相对独立，且运行不依赖其他装置的辅助，这样可根据不同站场的生产需求，任意组合功能适用的装置。

2 一体化集成装置的应用意义

2.1 开创新的油田地面总体规划格局[2-4]

油气田地面生产系统的建设，是围绕着油气集输站场的部署，而带动电、信、路、管和矿区等地面系统的配套建设。

油田传统站场的建设，由于征地量较大，并需配套电力、通信及道路等辅助设施，设计、建设周期较长，建设投入资金量较大；同时由于还需配备一定数量的驻站值守人员，站场的运行费用也相对较高。因此，相应的地面建设的总体规划为降低总体建设投资，则是以少布站为原则，因地制宜合理控制集输半径，由此形成了长庆油田的“三级布站”和“二级布站”的规划建设方式。

以长庆油田部署最多的增压点为例，当采用1套集成增压装置和1套集油收球加药装置进行建设时，占地面积节省57%，且无需单独征地，在井场边布置即可；建设周期缩短72%且不受季节影响，站场整体建设投资降低22%；不配备驻站值守人员，节约生产运行费用。因此，在地面建设总体规划的总投资中，由一体化集成装置构成的生产站场的建设投资占比明显降低。

在这种格局下，为进一步节约总体建设投资，地面系统的总体规划原则即转为最大限度地缩短井场出油管线的总长度，即选择海拔最低的井场布置增压装置，实现从“井场——.一体化集成装置——联合站”的“一级半布站”。此处的“半级”，是因为由一体化集成装置构成的站场无驻站值守人员。

另外，在这种总体规划格局下，地面集输系统由一体化集成装置构成的装置化站场的总数，虽然会多于传统规划建设思路下的站场数量，但平均单站的辖井数减少了。当某一站场出现问题停车时，影响生产的区域和产量也相对比较小，很大程度上缓解了油田生产产量及经营管理方面的压力。

在电、信、路等配套建设方面，正是由于一体化集成装置无需驻站值守人员，则不需要运送日常倒班人员，降低道路的建设标准。电力与通信的配套建设，则采用OPPC技术“同线”敷设，一次性完成电力与通信系统的线路建设。

因此，一体化集成装置作为新兴的油田地面建设模式，不但为地面总体规划带来了新的思路，而且极大简化了站场建设，缩短了地面集输流程，节约了集输系统建设及电、信、路等配套系统建设的总体投资。同时由于无站场驻守人员，也在一定程度上降低了运行费用。

2.2 优化生产组织方式[5,6]

生产技术进步的真正价值，不应只是技术本身，而是能够有效地推动生产，尤其是生产管理的进步。因此，长庆油田在开展一体化集成装置的研究与应用时，始终将技术升级推动管理提升为最终目的，围绕着优化生产管理方式，打破原有以地下地质区块划分生产管理区域的模式，构建按地面生产流程管理的新型劳动组织架构开展研发工作。

基于一体化集成装置多功能、可替代传统中小型站场，以及其融入的物联网配套技术，具备智能运行等技术特性的基础上，即可推行井站一体化建设，日常生产运行不设置驻站值守人员，在其相应的生产管理机关进行远程管理。如此，就可按照中石油物联网系统的建设要求建立新型的数字化管理作业区。具体而言是将油田的联合站或者气田的处理厂（净化厂）与作业区合建，并建设作业区SCADA系统。以联合站或处理厂为核心构建“一级半”生产管理模式，运行人员集中进行生产管理，对作业区所辖的所有井、站（即一体化集成装置）按照“油气集输一体化管理”的目标，实现油气开采、集输、处理一体化远程监控；按照“供注水一体化管理”的目标，实现水系统“源、供、配、注”一体化远程监控。

最终实现“井场——.一体化增压装置——联合站（处理厂）”的数据流、生产流、业务流相统一，有效地压缩了管理层级，实现油田生产的扁平化管理。

2.3 改变油气田建设、维护模式

一体化集成装置作为一种生产设备，其加工、制造是在资质完备的工厂进行。现场的施工仅需完成工艺、电气、通信和自控等专业预留接口的连接，以及视频监视、火气监测等配套系统的建设工作。极大降低了现场施工工作量、缩短了现场施工工期。同时，由于一体化集成装置是多专业技术的高度集成。因此，一体化集成装置的现场安装施工与投产开车，均由装置的生产厂商完成，按照“交钥匙”工程方式进行组织，很大程度上降低了建设单位的工程建设管理难度。

另外，也正是由于一体化集成装置是多技术、多专业的高度集成，对维护保养的专业性、技术性也相对较高。因此，各类一体化集成装置从设计、制造、投产调试、维护及保养、检修等工作集成于一体，建立专业化队伍的维护。对于日常检定、保养等工作，采用驻点服务形式；对于大修等工作，则以工厂化维修方式为主。同时，利用装置的自动诊断、自动维保提示功能，建设一体化集成装置运维管理系统，专业化维护队伍自主开展维护工作，实现装置运维的信息化管理。这种类似汽车行业“4S”模式，由专业化队伍全面负责的维护机制，极大地减轻采油厂的设备维护压力，使采油单位只需专注油气田的生产运行。

3 小结

一体化集成装置通过与“互联网+”技术的创新融合，不但能够承载智能制造的新技术特性，同时能够实现油、气、水、电等类型站场，尤其是小型站场如油田的增压点、气田的集气站，以及供水站、注水站、配水间和35kV变电所等的装置化建设，并可实现由一体化集成装置为主构成的各类生产站场的无人值守、远程管理。

通过创新应用集散控制理论，实现装置内部各设备及装置化站场内各装置间的生产运行的自动控制与自动联锁保护。

通过创新融合物联理论，为装置各构成设备和装置嵌入自诊断功能，实现各设备和装置的全生命周期的管理。

综上所述，一体化集成装置完全可以作为互联网技术与油气田上游生产融合的切入点，按照物联理念系统地开展油气田物联网系统的建设，能够为油气田地面建设、生产组织调度、劳动组织架构，以及设备运维管理等方面带来深刻的变革。