气田开发生产数字化管理转型探索与实践

（中国石油西南油气田公司川中油气矿）

安岳气田磨溪区块龙王庙组气藏位于四川盆地中部遂宁市、资阳市安岳县及重庆市潼南区境内，2011年获得重大勘探突破，气藏含气面积805.26km2，探明天然气地质储量4403.83×108m3，是国内最大单体规模海相碳酸盐岩整装气藏。建产初期生产场站主要以人工值守为主，一线员工的工作、生活环境较差，现场作业安全环保风险较高，新增业务和工作仍需大量人力、物力再投入来支撑[1-2]。近年来，通过技术和管理创新，油气开采的自动化、信息化程度不断提高，逐步实现了生产场站的无人值守，不仅可以避免员工暴露在高风险环境之中，还可以提高生产运行效率和可靠性。目前，油气行业较为成熟的无人值守管理模式主要有3种，分别是以普光气田和输气管道为代表的中心站场模式，以胜利油田“四化”、胜利埕岛油田和元坝气田为代表的集中管理模式，以海外部分无人值守平台为代表的高水平无人值守模式[1]。

1 安岳气田龙王庙组气藏管理模式创新

安岳气田龙王庙组气藏开采作业场所主要在野外，井站星罗棋布，管道互联成网，作业介质易燃易爆、高温高压、有毒有害，管理范围广、依托条件差、管控难度大。由于井站自然环境恶劣、倒班轮换周期较长等原因，对场站值守人员产生较大生理及心理压力。

2011年，磨溪区块部署了磨溪8井、磨溪9井、磨溪10井、磨溪11井4口探井。2012年9月9日磨溪8井寒武系龙王庙组测试获日产气191×104m3，拉开了磨溪龙王庙组气藏的勘探开发序幕。2012年12月启动产能建设，经历试采阶段、建产第一阶段、建产第二阶段，于2015年11月110×108m3开发地面工程建成。安岳气田龙王庙组气藏按照“一个气田、一个中心”的原则，“高质量、高效率、高标准”开展数字化气田建设。在前端建成了自动化控制、视频安防、网络通信三大类基础设施；中端实现了DCS/SIS（分布式控制系统/安全仪表系统）、视频安防综合管理、物联网设备自诊断3个生产管控系统集成应用；后端实现了作业区数字化管理平台、管道泄漏检测系统、智能工作流等专家系统的数据共享及应用（图1）。全面构建起“单井无人值守+区域集中控制+调控中心远程支持协作”的管理新模式，操作层面实现了岗位标准化、属地规范化、管理数字化，管理层面实现了自动化生产、数字化办公[3-4]。

1.1 依托信息化基础设施建设，实现生产集中监控

（1）建成自控、安防、通信三大基础设施。充分运用先进成熟的信息技术，高水平设计、建成、投运数字化气田基础设施，实现生产数据自动采集监视、生产过程自动联锁截断、工艺流程可视化监控、生产区域自动布防。在自动化控制方面，站场数字化覆盖率、关键数据自动采集、关键设备远程控制、站场远程联锁可控率等，均达到100%；视频安防方面，在生产现场、管线高后果区域，实现全覆盖24小时连续可视化监控、远程开门、非法闯入自动弹窗报警、主动喊话驱离；网络通信方面，采用同沟敷设、同杆架设的方式，构建“天地”互为冗余的光纤链路，实现生产全覆盖，办公延伸到中心站。

图1 数字化集成与共享架构

（2）实现数据集中监视与远程控制。以生产调控中心为核心，高度集成DCS/SIS、视频安防管理、生产物联网三大生产现场管控系统，实现了生产动态集中监控、现场生产画面集中监视、仪表设备工作状态自诊断。全面实时掌控整个气藏的生产运行状况，生产调度指挥有序，应急处置及时有效。

通过DCS/SIS系统接入超过2万点实时数据（压力、温度、流量、液位、状态等），实现生产异常自动报警，集中远程控制；分片区一键关井，全气藏一键关井；与净化厂控制系统无缝融合，上下游一体化联动（图2）。

图2 DCS/SIS系统架构

以高清工业电视为核心，集成接入所有场站的摄像机、语音对讲、闯入报警、可视化门禁等前端设备，实现立体式一体化动态监管（图3）。

生产物联网系统以智能网关为核心，进一步完善智能仪表、RTU（远程终端单元）、网络通信等智能设备的状态数据采集和接入，并与DCS、视频安防管理系统进行融合对接，实现设备健康状态自动诊断分析、自动电子巡检等功能（图4）。

图3 视频安防一体化动态监管

图4 物联网数据采集及控制[5]

1.2 突出数据资源开发利用，建成一批数字化系统

以完善的信息化设施为基础，应用物联网、大数据等技术，集成整合自建系统，建成一批数字化专家系统，对一线现场工作进行计划性管理，对采集的数据进行监视判断、自动分析、预测预警，为气藏科学管理、高效开发提供全面的应用支撑。

（1）建成一批面向生产一线的作业管理系统。在无人值守井站操作层面，建成作业区数字化管理平台（图5），通过移动手持终端实现一线班组常规操作、巡回检查、受控管理、作业许可管理、属地监督、准入管理等关键业务流程的全过程数字化管理[6]；建成机器巡检系统，通过巡检机器人、无人机等手段，实现场站、管道的自动巡检。

图5 作业区数字化管理平台

（2）建成一批面向开发生产管理的专家系统。在中心井站与调控中心管理层面，建成视频智能分析系统，实现井站下属无人值守场站、气田内部集输管道的危害行为智能分析与报警；建成管道泄漏检测系统，利用振动光纤、大数据分析技术，实现管道泄漏预测预警；建成实时数据趋势预警分析系统，实现现场设备故障自主排查和集输系统关键节点参数异常趋势预测，提供早期预警；建成智能配产工作流，利用数字孪生技术，将气藏、单井、地面集输模型进行一体化耦合，通过模型计算，形成系统最优、开发最优的配产与调产解决方案。

1.3 全面推进扁平化管理模式，重塑开发生产管理流程

充分利用数字化气田的建设成果，全面推行“单井无人值守+区域集中控制+调控中心远程支持协作”的中心井站管理新模式。将中心井站作为区域性控制中枢，实现区域内一体化管控，提高中心井站巡回检查、操作维护、安全预警、现场受控、动态分析等核心管控能力，全面提升开发生产管理水平。一个油气区域内可设置一个或多个中心井站，一个中心井站为一个建制班组，其所辖井为非建制班组，非建制班组的员工全部纳入中心井站统一管理。

以西眉清管中心站为例，作为“中心井站+巡井班”的一体化管理单元，建立“电子巡井+定期巡检+周期维护”的运行新模式（图6），主要从4个方面对传统业务流程进行重构：一是巡回检查，由“巡井班+机器人+无人机+大数据”实现联合巡检；二是操作维护，由中心井站通过移动手持终端下达的标准任务清单开展日常指令式作业；三是安全管控，通过开发生产管理专家系统，对生产现场进行实时监测与异常情况预测，由DCS/SIS系统实现安全联锁控制；四是生产动态分析与决策，中心井站作为最基础层级，开展日跟踪、周分析、月度分析，调控中心提供远程支持协作，利用专家系统提供决策支持。

图6 气田数字化管理新模式

（1）重塑巡回检查流程。实行“巡井班+机器人+无人机”联合巡检，合理分配巡井班人工巡检、机器人巡检、无人机巡线、自动电子巡检的周期，实现定期巡检与电子巡检相结合（图7），优化中心井站所辖单井数量与人力资源配置。

图7 巡回检查业务模式

机器人巡检通过部署在无人值守场站的防爆机器人，每4小时按照预定路线自动巡检一次，巡检完成后会自动返回充电房自主充电。机器人巡检实现了设备、管线跑冒滴漏自动检测，自动识别仪表读数，自动判断数据是否在正常范围内，出现异常情况实时告警等功能。

自动电子巡检是定期对系统采集的片区内实时数据开展巡检，主要包括系统通信状态、各节点生产参数、设备运行状况等，确保片区内生产系统处于正常运行状态。另外，建立重要管网数字模型，从管线起点依次开展压力、输量等关键参数周期性系统巡检。通过历史大数据的分析比对，如发现异常情况将及时报警，改变了员工每两小时逐站查看、逐点确认的工作方式，大幅减少了电子巡井工的工作量。

无人机巡线是传统的管道人工巡线的补充，可减少人工巡检频次数。无人机定期沿既定管线坐标执行巡线任务，AI技术自动识别管线周边第三方施工等可能危害管道的不安全行为。

巡井班人工巡检是对数字化巡检方式的补充，通过作业区数字化管理平台手持终端下达的计划性任务与指导标准开展巡检工作。巡检由原来每小时1次调整为每天1次。

（2）重塑操作维护流程。以作业区数字化管理平台为依托，实现任务制定、任务下发、任务执行、结果反馈、统计考核一体化工作流程（图8），通过表单化、指令化、图片化，让员工清楚“干什么、怎么干，以及干的质量和标准”，转变以往“手册式”维护保养工作，推动岗位标准化和属地规范化的实效运行，通过操作维护流程的重塑全面提升了中心井站辖区生产现场的受控管理水平。

图8 操作维护业务流程

（3）重塑安全管控流程。充分发挥中心井站的集中监控作用，利用开发生产管理专家系统，强化协同指挥功能，对无人值守井站和管道实行全方位视频监控，对实时数据进行监控与预警，改变人工监控视频与数据的方式，使生产异常得到高效处置，辅助气藏生产动态分析与决策，有效盘活人力资源，确保气藏安全平稳运行（图9）。

图9 安全管控业务模式

在无人值守井站方面，通过高清视频监控预警系统，实现中心井站所辖各井站的视频画面集中监视与云台控制。应用视觉检测、机器深度学习等技术，实现自动识别井站明烟、明火、异常闯入等行为，并通过站内特殊频率声波驱离外来闯入者，提升无人站场的安全管控水平。另外，利用大数据分析功能，在发现趋势异常时立即预警（图10）。

在集输气管道方面，一是通过视频监控第三方危害行为，与当地运营商合作，在高后果区附近的运营商通信基站铁塔上部署智能视频监控前端设备，智能识别可疑人员长期逗留、挖掘机等重型车辆作业等危害行为并自动预警，由事后报警向事前预警转变，有效解决了人工无法全时段巡护的难题。二是运用振动光纤实时监测技术，自动识别、定位对管道具有破坏性的震动信号，分析人工和机械挖掘等威胁行为，对视频监控未覆盖区域，实现全时段预警，对管道第三方管理由人防向技防转变。三是运用次声波泄漏监测技术，及时发现泄漏并精准定位，实现应急快速响应、及时处置，最大限度降低管道失效带来的安全风险。

（4）重塑生产动态分析与辅助决策流程。以往生产动态分析主要依靠人工收集统计分析数据，需要耗费大量时间，分析结果会受人为因素影响。建立一体化智能工作流，气藏和地面集输实时动态跟踪，使部分或整体业务流程在IT环境下自动化运行，以连续数据流驱动系列专业模型，形成联动工作链。根据自动运行分析的结果向不同业务层级管理者提供决策建议，各专业工程师可根据需求，在工作流各节点协同参与分析决策[7]。已建成的自动配产工作流（图11），通过一体化模型耦合综合运算，形成系统最优、设备最优、开发最优的配产结果，对气藏冬季保供调峰、检修和应急调产等提供可靠的决策建议。

图10 数据趋势分析预警

图11 自动配产工作流数据体系流程

2 数字化管理转型成效

安岳气田龙王庙组气藏数字化建设，改变了传统管理模式，实现组织结构扁平化，优化了业务流程，收到了降本节能、提质增效的效果。

2.1 创新发展开发生产管理

转变管理模式。通过作业系统与专家系统的应用，将作业区、气藏调控中心、中心站、单井等分散在现场的工作动态、生产变化与决策，集成到统一的应用平台，实现数据共享，使传统的井站独立管理转变为一体化协同运行管理模式。

变革组织结构。信息化赋予了一线井站“千里眼、顺风耳”的强大功能。龙王庙组气藏自2014年投产以来，通过信息化建设、数字化管理，稳步推进单井无人值守管理，单井站无人值守率逐年提升。目前已全部实现单井无人值守，组织机构实现了扁平化变革。

优化业务流程。建立以电子巡检岗为核心的业务流程，全天候监控各站计量、视频、生产数据等信息，及时发现生产预警并调度处置，由事后处置向事前预防转变，彻底改变过去依靠守井员工现场发现问题再上报的生产状态，各管理环节应急反应时间有效缩短，应急抢险能力与生产效率大幅提高，实现了业务流程一体化管控。

2.2 助力企业降本节能、提质增效

节省人力资源成本。例如，西眉清管站管辖10口单井，集输气管道近百公里，通过“中心井站+单井无人值守”模式运行，人员减少近40%。按照人工成本效益计算，每年人力成本节约产生的效益近300万元。

降低生产维护成本。通过数字化管理减少了信息传递环节，每个问题的平均处置时间由6小时缩短至3小时。例如，西眉清管站年均处理问题约400个，按照时间效益计算，每年减少生产维护成本约10万元。

降低应急处置成本。一是依托数据监控预警，实现问题预防性处置，减少问题发生概率。二是依托生产动态实时监控，实现异常状态快速反应。三是提高应急处置能力，减少问题处置时间。例如，西眉清管站实现年均减少故障关井停产30小时左右，按照产量效益计算，10口单井减小产量损失，每年可产生效益近80万元。

2.3 员工数字化能力和幸福指数大幅提升

中心站成立后，班组人员相对集中，促进了员工间的相互学习和交流，形成良好的工作氛围。员工涉及的操作项目和技术性工作增多，运用信息化手段管理气田生产和动态分析的能力明显增强。岗位分工更加合理，解决了作业区距离远、管理“反应慢”的难题，工作效率明显提高。

员工从边远、生活配套条件较差的环境，转移到条件较好的中心站工作，日常通过生产信息化系统对下辖井站进行集中管控，使员工每年在艰苦、危险环境下的工作时间减少一半以上，每年减少巡井里程超6×104km，员工幸福指数大幅提升。

3 对油气田数字化建设建议

数字化时代的到来，给传统行业带来了机遇及挑战，迎难而上，抓住机遇，是各行各业目前的重要任务和难得契机。在数字化气田背景下，生产开发管理转型升级是企业发展的必然趋势。

3.1 以思想解放为先导，革新管理体制和模式

推行中心站管理模式，建立“电子巡检+定期巡查+周期维护”的生产组织方式，为作业区和员工们搭建全新平台，改变员工多年来守单井的思维定式，有利于集约管理、节约成本和员工成长。中心站作为气田管理单元，应当构建一套与全新组织架构相适应的管理组织流程，优化匹配劳动组织结构，实现开发生产数字化管理。

3.2 技术创新驱动，推进综合集成共享

智能油气田建设是油气工业发展的大趋势，油气企业智能化转型是实现企业提质、降本、增效这一本质目标的有效途径[8]。中心井站管理新模式的核心是集约化、一体化。通过技术创新，夯实中心站硬件基础，对无人值守井站和管道实现全方位监控与预警，辅以一体化智能工作流，将作业区、中心站、单井等工作动态、生产变化、决策集成到统一平台实时共享，推动生产管理由井站独立管理向一体化协同运行模式转变。

建议在油气田数字化发展达到无人值守、自动巡检的控制水平基础上，深入开展新型技术的应用与研究，将人工智能、大数据、增强现实等技术与井站生产实际结合，建立覆盖全业务的共享、协同信息化工作环境，实现以机器辅助甚至替代人工劳动，虚拟专家辅助决策智能管理油田，打造具备全面感知、自动操控、预测趋势、优化决策4项基本能力的智能油气田。

3.3 提升全员对数字化转型的认识，以业务为主导不断演进和优化

持续提升全员对数字化转型的思想认识。业务与信息化需要互相融合，油气田的快速发展需要信息化的匹配和适应，信息化要引领企业变革、支持业务创新。信息化的建设和应用要逐渐从“一把手工程”转变为“全员工程”，要深入到油气田各个层面，唯有全员正确认识数字化并将其作为本职工作的一部分，企业数字化转型才会全面实现。

坚持业务驱动，信息引领。一方面，业务部门要积极推动信息化建设和应用，使信息化与业务结合更加紧密，让信息化承载更多的业务需求；另一方面，要充分理解业务需求，采用成熟先进适用的信息技术手段，使业务流程最大限度地在信息系统中被固化，并不断演进和优化，支撑油气田企业实现数字化转型、智能化发展。