信息技术在海上油田异常情况与应急处置管理中的应用

闵 哲,徐 燕,袁向兵,王亚梅

(中国石化胜利油田分公司海洋采油厂，山东东营 257237)

海上油田采用的“生产平台+陆岸终端”的半海半陆开发模式，发挥近岸优势，海陆一体布局，实现了高效开发。但和陆地井场相比，海上环境恶劣、风险集中、事故救援处置困难、法律风险大、社会影响大，是油田安全环保清洁生产的高风险点及监管的重点和难点[1]。因此，结合海上安全生产特点，深入开展海上油田信息化建设，实现了海上平台、船舶、人员等生产现场的可视化，海上油水井生产、电力配送、海管运行的自动化，海上油田生产运行、安全管理、应急处置的数字化，大大推动了海上安全高效开发。

1 海上油田信息化情况

目前，海上油田已初步建成了生产信息化全覆盖应用体系，实现了海上生产数据自动采集、设备设施远程启停、现场可视化监控、生产流程远程操控、海域全天候监控、人员动态跟踪等功能，实现了卫星平台的无人值守，中心平台少人值守。

1.1 自动化情况

采油厂相继在油水井自动化、电力自动化、视频监控、站库自动化等方面进行了探索与应用，实现了各平台主要生产参数采集、紧急关断与过程控制等功能。海上油田共有94座平台实施了工艺自动化系统，可以实现452口油井、222口水井、8口气井生产参数监控，具有平台工艺过程控制、安全报警监测和紧急关断等功能。实现了平台工艺安全状况、气体泄漏、火灾爆炸、生产作业现场的全方位监控及报警、预警，建成了海洋特色的安全监控预警系统。

通过海上自动化系统建设，85%的采油平台、95%油水井、100%管线、78%电力线路实现关键参数采集、自动化控制。中心平台具备远程电泵井启停，机泵、控制阀、加热器远程遥控、实时调节，提高油、气、水分离效果，确保油气平稳高效生产。实现了海上生产流程具备紧急情况下的远程启停、联锁关断功能，海上生产现场情况尽在掌握，有力支持了海上85%的采油平台无人值守、中心平台少人值守生产运行模式的形成。

1.2 视频监控情况

海上平台共有84座平台安装有视频监控，分别监控井口、工艺流程、靠船排、生活区等关键部位，5座陆地站库部分关键部位安装有视频监控。借助立体监控体系的建立，86%海上平台、75%生产海域、89%海底管线现场关键部位视频监控安装到位，实现了视频信号全天候海陆同步监控和实时回传。为现场职工日常巡检、应急判断提供了视频支持。同时，也为各级领导分析、研判、决策及相关指挥、处置提供了第一手现场资料。

1.3 通讯网络情况

经过多年来建设，采油厂信息网建成了多种网络结构、多介质传输、多协议共享的海陆一体化网络(陆地有线网络和海上无线网络)。陆地建有14条千兆主干链路，4套无线备份微波；海上主干网络有12套无线微波，实现海上平台之间及平台与陆地的数据视频稳定传输。

充分发挥LTE-4G移动性能、抗干扰能力强的优势，建设全覆盖海上平台4G网络，实现海上平台大面积移动覆盖、多业务承载区域，以及区域内办公网络、移动终端通信、应急图像传输，为后续应用开发打下坚实基础。

1.4 船舶监控情况

人员出海，船舶是关键。采油厂部署AIS基站2套，结合海洋船舶中心的2套AIS基站，海洋钻井的1部北斗基站，基本覆盖埕岛及垦东海区，实现了岸端对海上船舶的实时监控和定位。

1.5 人员监控情况

海上勘探、钻井、采油等作业的工作量迅速攀升，陆地人员到海上各平台之间的往返等也越来越频繁。作业工作量迅速攀升，人员的出海越来越频繁。由于工作在海上，人员分布分散，不利于管理，而且海洋环境的复杂性使得人员在海上作业过程中存在安全隐患，为保护海上工作人员的人身安全，有必要进行海上采油平台人员的定位与管理。

建立人员动态管理系统，采用先进的Zigbee定位和无线自组网技术，建立一套准确、稳定、可靠的海上人员动态监控系统。在确保工作人员人身安全的同时，提升信息管理服务和海洋应急能力，实现乘船、上下平台人员的动态跟踪、查找定位、远程监控视察与实时统计，及时、准确掌握海上人员、动态人员的信息化管理水平。

2 综合信息集成应用情况

建设数据信息的集成综合应用系统，划分为生产监控、报警预警、生产动态、调度运行、生产管理、应急处置6个功能模块。同时兼顾未来专业化管理模式的变化和岗位设置要求，进行分专业、分系统的功能设计和应用，集成生产现场自动化数据、视频监控系统，实现生产分级监控管理、日常生产动态信息共享、运行过程上下贯通，为生产技术管理提供辅助支持，提高运行效率，提高管理的规范性，提升生产运行管理水平。

2.1 生产监控

实现单井综合监控，综合展示油井视频、油井套压、回压等实时数据、趋势和报警信息，同时集成单井相关基础信息、作业井史等，实现油井全生命周期数据采集与存储。基于平台工艺流程，集成自动化实时数据，完成平台分离器、加热器、紧急切断阀等设备设施的压力、温度、阀位开度、切断阀状态等10类参数采集、转储与发布，实时展示设备运行情况。实现平台运行情况包括参数趋势、参数数据实时监控。完成52座平台电力实时数据采集与转储，实现高压柜、低压盘、直流屏、供电线路的实时指标监控及电力参数分析等功能。

通过生产监控平台，基本实现海上现场生产在数据后台的全面监控与展示，方便了陆上实时查看生产数据并进行数据对比分析，提高了运行管理效率，降低了安全风险。

2.2 报警预警

生产指挥系统报警预警模块实现基于实时数据的报警集中设置、处置管理。实现对生产监控问题的确认、落实、跟踪处理等环节的网上运转和跨部门协同，提高问题处理效率，加强工作落实和考核，实现各类问题处理的全过程监控。

2.2.1报警设置

支持多级报警设置，当有异常状态情况出现时，系统将给出预警信号和处理措施，触发应急救援指挥和调度，或根据不同的风险等级自动触发相应的动作，将系统带入安全状态。若需要，能以短信或电子邮件等方式自动告警和通知相关部门及人员，并能将报警过程自动记录、存档和备份。

2.2.2预警处置

系统实现对设备的检测和故障分析，研究海上平台的安全隐患、故障与事故类型、预警信号及应急处置措施，设置故障诊断与预警处置专家系统对生产过程的运行状态进行实时评估，通过对各类信息的融合，完成智能诊断和分析处理，确定可能的故障点、故障类型和原因，进行事故预警，并提供现场应急处置的指导。

2.3 生产动态

整合自动化采集数据，自动生成生产数据报表，替代人工录入。减轻职工现场劳动强度，提升油气生产动态数据的及时性、一致性和客观性。同时，也为各层级单位实现报表的自动生成与数据的整理应用。

2.4 生产管理

围绕生产维修项目管理各环节，实现全过程跟踪管理应用。建立特种车辆、船舶申请审批流程，实现特车用车、用船申请及审批网上运行。网上完成用车签批单生成、用车工作量及费用统计查询，用船计划、用船打分、用船情况多角度统计查询、信息维护等应用。 也实现用电在线申请、审批、结算管理，形成用电分析统计数据。生产动态模块的应用，减少了手续办理时间及业务流程，加快了生产维修项目效率。

2.5 应急管理

系统集成海上设施信息、应急队伍、应急专家、应急物资等应急资源，根据海上发生事件类型，快速启动应急处置预案，实现应急队伍、应急资源的快速调度和应急专家的在线会商等功能。

2.6 调度运行

按照三级调度运行模式，结合生产运行调度事件需求，实现各层级之间调度运行联动，通过与人员动态功能衔接，实现值班运行、通知下达等功能，打通三级调度的纵向贯通通道，建立各专业队伍之间的横向协同机制。实现现场异常事件的多级协同处置。通过模板化建立数据上报运行处置标准，便于事件的规范填报，为事后的运行统计分析和考核提供基础。

3 信息深化应用情况

3.1 大数据工况诊断预警

以采油工程理论为业务指导，机器学习等数据挖掘技术为手段，集成利用现有数据资源，重点在躺井因素分析、工况预警分析和生产参数优化等方面开展研究。

3.1.1躺井因素分析

收集躺井主要因素，包括生产周期、开关井次数、对地绝缘、排量泵效、电流平衡度、电压波动等主要因素，利用回归分析(见图1)、概率统计(见图2)等方法分析历史躺井数据，发现导致躺井的数据特征与躺井要因之间关系。

图1 回归分析

图2 数据分布

围绕 “不躺井就是效益”的工作理念，开展工况预警分析工作，躺井数明显减少，提高了油井生产时率，减少作业开支，达到了少投入多产出的效益目标。总结出生产周期超过4年，接近泵组合理寿命 。泵效低于75%，躺井概率大 。

3.1.2工况诊断预警

按照实时参数变化特征对应的工况，将实时数据分类抽样，形成8类数据集(如表1所示)。利用机器学习的方法建立预警模型，实现基于预警模型的电泵井工况实时诊断。

系统投入运行后，地质、工程技术人员根据系统预警提示，进行更换油嘴、变频调参、放套气、注水井测调等生产治理措施，极大地降低了油井异常事故的发生。

表1 电泵井工况诊断

3.2 视频精确识别预警

采用人工智能领域的卷积神经网络技术，通过搭建深度学习环境，采集现场样本，训练SSD目标检测模型，形成针对各类异常情况的模型。再由图像精确识别系统自动读取每个摄像头的视频流，调用模型，智能判断与分析是否存在异常，给出判断结果、形成报警信息、自动推送与分发。可不断对模型进行训练，提高识别精度，逐渐扩大异常判断的范围和用途。

为视频监控装配“大脑”，代替人工24 h值守，让每个摄像头具备智能分析能力，自动判断人、车、船等对现场有危害的物体，判断火灾、溢油、海冰等重大事故灾害，判断施工场所劳保穿戴是否完整，发现异常能够自行判断、主动推送、关联提醒，人员进入生产区域自动推送。

3.3 智能移动单兵

以海上油田生产前线职工为核心用户，以智能终端为载体，将传统信息化过程中前线员工的信息盲点转变为信息节点，构建生产现场与生产调度中心的协同平台，实现生产现场精准调度，提升现场工作效率。

依托现有系统及信息网络资源，基于移动平台，创新工作模式，实现信息采集与业务流程化，提高个人综合能力，自动形成互联、互通、互助的整体[2]。通过智能移动单兵，建立与后方专家、指挥中心间的交互通道，在线指导，指令到单兵，让每个人都感觉拥有强大的后方。充分发挥智能终端特有的数据采集、音视频录制、地理定位功能，建立任务单工作模式，现场信息实时采集回传，提高实现现场设备巡检、施工监督、安全管理的标准、规范、高效运行。

4 结论

围绕海洋油气生产特点，借鉴下游智能工厂建设经验，通过物联网、大数据、移动应用等信息技术和油田专业技术与知识的应用，建立大数据体，借助模型和数据挖掘，形成“全时体检式”监控预警和智能辅助分析体系。实现以全面感知、自动操控、趋势预测、科学决策、持续优化为特征的海上油田，推动海上油田生产优化、风险管控，智能提升，有力支撑海上油田安全高效开发、安全生产和可持续发展。