油田管道完整性管理系统的设计与实践

大庆油田设计院有限公司

管道是油气田生产系统的重要组成部分。近年来，随着油气田开发年限的延长及管道规模的扩大，管道腐蚀、老化问题日益突出[1]，且部分管道位于环境敏感区域，安全运行管理面临诸多困难。因此，油气田管道隐患治理及管道安全受控运行具有重要意义[2]。

管道完整性管理是对管道面临的风险因素不断进行识别和评价，持续消除已识别的不利影响因素，采取各种风险消减措施，将风险控制在合理、可接受的范围内，最终实现管道安全、可靠、经济运行的目的。油田在管道完整性管理方面尚缺少统一的管理系统，虽然有部分单位已经建设相关信息系统[3-7]，但各单位间缺少统一标准，无法实现管道完整性的统一管理。而且不同单位建设的完整性管理系统所注重的内容不同，有的系统全面建设，有的系统重点关注数据管理，有的系统重点关注管道巡线等等。为了提高油田管道完整性管理的水平，打破各单位间的数据障壁，形成统一、高效的管理机制，建立油田管道完整性管理系统是十分必要的[8-10]。

图1 系统架构图Fig.1 System framework

1 系统架构设计

根据管道完整性管理标准，依托中国石油地理信息系统（以下简称A4）、采油与地面工程运行管理系统（以下简称A5），搭建油田管道完整性管理系统，使地理信息服务与管道完整性管理核心内容有机结合，提供高后果区管理、风险管理、完整性评价等功能，为油田管道完整性管理提供技术支撑。其系统架构设计如图1所示。

本系统依托A4、A5 云化环境建设，无需再添加服务器、存储器、交换机等设施（图2）。设计时将数据中心机房作为系统部署地点，进行集中部署，要求稳定、可靠、安全，且实时性要求很高，因此系统的核心服务器采用两台设备集群的方式，保证单节点故障不影响系统的运行。

图2 硬件架构图Fig.2 Hardware framework

2 系统数据库设计

构建油田管道完整性管理系统数据库采用了概念结构设计、逻辑结构设计以及物理结构设计三层设计。

2.1 概念结构设计

概念结构设计是数据库设计的关键，是通过对需求进行综合、归纳和抽象，形成一个独立于具体数据库管理系统的概念模型。油田管道完整性管理系统的数据包括基础地理数据、业务数据以及系统管理数据。其中，基础地理数据包括数字高程模型、数字正射影像和数字线划图三个部分；业务数据涵盖了长输管道、油田集输管道、油田单井管道、气田集输管道、气田单井管道等五大类；系统管理数据主要包括用户、岗位、组织机构、访问权限以及登录日志等数据信息。

2.2 逻辑结构设计

按照概念结构设计，油田管道完整性管理系统基础功能平台数据库将分为多个逻辑子库，即基础地理逻辑子库、业务逻辑子库和系统管理数据子库。其中业务数据将按照其业务应用特点进行逻辑建模；基础地理数据则遵循国家基础地理数据建库标准和规范进行设计；与系统管理相关的用户、权限及日志管理主要针对用户功能操作和数据访问权限进行设计。

图3 管道中心线逻辑子库实体关系图Fig.3 Entity relation diagram for logical database of pipeline centerline

例如，管道中心线逻辑子库包括中线控制点和管线。中线控制点为点要素，是能够表达管道路由走向的一组特征点，原则上来说将中线控制点按序连接，构成线要素即是管线，所以管线和中线控制点间必然存在一对多的关系。同理，一条管线上必然存在多个埋深点采集数据，因此管线和埋深也存在一对多关系（图3）。

其余管道上的重要节点，主要包括桩、站场和阀室。其中站场点和站场面、阀室点和阀室面存在一对一关系，而桩作为遍布管道沿线的重要设施，与站场和阀室存在多对一关系。

2.3 物理结构设计

油田管道完整性管理系统采用Oracle 作为数据库管理软件，利用Microsoft Visio 2015、基于ArcInfo UML 建模模板进行空间数据库的物理建模，再利用ArcGIS 桌面工具ArcCatalog进行底层的物理实现。实施过程中，通过CASE 工具生成的数据库物理模型导入ArcCatalog，并在数据库系统中生成一个初始化后数据库版本。数据库中将存储所有设计信息，包括数据名称、数据属性项、关系、值域等。数据库维护人员可以按照迁移策略，根据设计，将外部数据导入数据库中实施建库工作。

3 功能结构设计

油田管道完整性管理系统功能分为数据采集管理、完整性管理和运维管理三部分，具体功能见图4。

数据采集管理是对长输、集输、单井各类管道的本体数据、周边环境数据、风险评价数据等管道完整性管理相关数据制定统一的数据标准，并建设通用的数据库结构，为油田管道完整性管理信息系统提供数据基础服务。

图4 油田管道完整性管理系统功能Fig.4 Function of integrity management system for oilfield pipeline

完整性管理包括高后果区管理、风险评价、完整性检测评价和效能评价。主要功能是对管道日常运行的完整性和稳定性进行针对性评价。长输管道的评价模型将使用已有标准，而集输和单井管道，将根据现场情况，结合已有标准的要求，进行适应性调整，形成符合油田集输和单井管道实际情况的评价模型。

运维管理包括维抢修管理、运行维护管理、巡线管理和失效管理功能。通过运行维护管理、巡线管理等功能对管道的运行情况进行监控，并通过维抢修管理功能，规范应急抢修工作的流程。同时，在管道运行阶段，通过运维管理能够持续采集管道周边和运行情况数据，为下一步的管道完整性管理提供新的数据来源，形成完整性管理的循环，降低管道运行风险，提高管道完整性管理水平。

4 系统实现及应用效果

系统基于昌平数据中心云化环境来实现，并充分利用A4、A5 的软硬件资源和数据资源，提高了系统的稳定性、可靠性，减少了油田管道完整性管理信息系统数据建设的工作量，降低了系统建设费用和后期基础地理数据更新费用。

目前该系统已在长庆油田全油田范围内推广使用，管理各类油、气管道共78 477 km，系统运行正常。通过系统的9个功能模块，可方便快捷的对数据库中各类数据进行管理维护、查询展示、统计分析，在此基础上制定相应管理方案或者任务的下发，极大提高了工作的效率和质量，有效降低了工作强度。长庆油田下属单位自建管道信息系统平均建设费用约40 万元，统一建设后，长庆油田可节约系统建设费用780 万元；长庆油田已在气田880 km 管道开展检测及内外防护技术应用，可节约管道检测维护费用1 222.3 万元。综上，通过系统的建设应用，长庆油田可节约成本2 002.3 万元，经济效益明显。

系统建成后，作为统一平台，避免了低水平重复建设，统一系统取代了原有分散系统，减少了信息孤岛，大幅提高了系统的应用范围，数据由单一单位内部使用变为统一管理、充分共享，为长庆油田的管道运行提供了准确和完善的信息，显著提高了油田的管理水平，提升了油田的社会形象和市场竞争力。同时，可充分发挥管道信息在油田应急管理、企地关系改善等方面的保障服务作用，社会效益显著。

5 结束语

油田管道完整性管理系统的建立，实现了基础地理数据、业务数据以及系统管理数据模块的开发，并参照相关标准制定了油田长输、集输、单井等五类管道的数据字典和数据采集模板。系统大规模应用以后，将实现管道完整性数据采集、高后果区识别、风险评价、完整性评价、维修与维护和效能评价的闭环管理，降低油田管道隐患治理费用，全面提升油田管道管理水平，助力油田地面管理系统建设。