喇十七站库智能化建设深化探索

褚金金

大庆油田有限责任公司第六采油厂

随着油田成本增加及投资压力越来越大，近年来地面系统积极推近各项控本增效措施，以提高生产运行效率，节约运行成本。喇嘛甸油田结合相关规划要求及上级的指示精神，开展喇十七深度污水、注水站无人值守模式的创建。首次实现并突破大型离心泵远程控制，实现减员提效目标，提高站库数字化管理，实现站库整体信息化。根据数字油田未来发展方向，数字化站库应逐渐向智能化站库跨越，在喇十七无人值守站库的基础上开展智能化平台开发，具有重要的意义[1]。

1 建设背景及发展历程

按照集团公司总体要求，“十四五”实现“数字中国石油”建设，积极推进油田数字化建设，由点及面、整体推进，在“十四五”末实现全油田井、间、站数字化的全覆盖，形成“建、维、管”三套体系，按照“数字油田、智能油田、智慧油田”三步走战略，逐步替代员工的“眼”远程监测、数据采集，“手”仿真模拟、远程监控，“脑”预测预判、动态调整，从而全面推进数字化建设。

喇嘛甸油田2010 年开始数字化建设，针对站库PLC 系统进行改造；2013 年对喇二联合站集中监控、合岗设计，实现大型站库数字化改造；2016 年持续推进大中型站库集中监控建设；2017年开始智能化建设探索，实现供电、注入系统无人值守建设；2020 年持续推进数字化建设进程，实现油田首座喇十七站库无人值守建设。

2 无人值守建设研究

近年来大庆油田采油六厂地面系统积极推近各项控本增效措施，以提高生产运行效率，节约运行成本。结合相关规划要求，开展喇十七深度污水、注水站无人值守模式的创建，为今后的污水、注水站库数字化无人值守改造提供技术支撑[2]。

2.1 站库建设现状

喇十七深度污水、注水站于1993 年10 月建成投产。注水站现有注水泵3 台，冷却水泵2 台，稀油站1 座，2 000 m3污水罐2 座，200 m3冷却水罐1座，冷却塔1 座。主要负责喇十七深度污水站污水回注。深度污水处理站现有升压泵3 台，反冲洗泵2 台，回收水泵3 台，变压器2 台，500 m3缓冲罐2座，1 000 m3反冲洗水罐1 座；一次压力式过滤罐8座，二次压力式过滤罐8 座；现有污水处理流程、注水流程、滤罐反冲洗流程三个主要工艺流程。

2.2 无人值守建设及改造

2019 年，喇嘛甸油田对喇十七深度污水、注水站进行合岗设计改造，新建控制和监视系统，中控室设立在第二油矿机关院内，中心控制室与喇十七站库直线距离为2.7 km，采用光缆进行数据连接，注水电动机急停采用电信号方式进行远程传输。喇十七深度污水、注水站无人值守建设，以确保安全生产为重点，以全面数据采集为目标，对重要生产过程自动控制、关键生产参数智能预警，从而实现无人值守站库按照无人值守进行设计，现场的点位采集和控制点位共481 个。站库控制系统输入输出量（I/O）点位统计见表1。

表1 喇十七站库控制系统I/O 数量统计Tab.1 I/O quantity statistics of La 17 station/depot control system

喇十七站库投产运行后，具有周界报警、参数监测、远程控制及视频监控等功能，通过喇十七无人值守建设探索，创建了大庆油田设计院污水、注水站无人值守企业标准，喇十七深度污水、注水站成为“全站库、多岗位”“集中监控、无人值守”模式的站库。

3 无人值守智能化探索

喇十七无人值守示范站库通过一年多的生产运行，已基本实现站库无人值守、定期巡检，持续跟踪站库运行情况的功能，结合油田公司改革模式，以及数字油田未来发展方向，喇十七无人值守的建设模式还具有一定的改善空间。因此，开展喇十七站库智能化平台深化探索，进一步完善数字化站库的无人值守，提升数据运用深度、三维可视化建设等11 项关键技术，以智能平台为辅助，形成油田最前沿的喇十七无人值守建设模式[3]。

3.1 存在的问题

随着前线值班人员全部撤回，喇十七污水、注水站成为“全站库、多岗位”全部运行的“集中监控、无人值守”模式的站库，通过1 年多的运行，持续跟踪现场无人值守运行情况，发现主要存在以下三个问题：

（1）采集数据显示误差。现场部分仪表传输方式无法满足上传需求，站内部分流量计对应数据点位与上位机数据存在差值，该通信方式为4～20 mA信号传输，通过累加进行底数计算，长时间存在差值后，底数的误差以万方计，存在显示误差。

（2）操作节点缺少控制。随着站库运行时间的增加，结合生产、巡检及员工的设备操作过程，如升压泵的出口压力监测、冷却水回注阀门的开关及回收水泵的就地启动等，导致员工需要到现场监测数据，出现频繁操作设备的情况，不符合站库无人值守的控制模式。

（3）采集数据利用率低。按照公司数字化油田的发展战略，喇十七站库系统存在功能不完善的缺陷，系统内缺少设备健康管理，数据没有深度运用，平台系统开发深度不够，无法满足站库无人值守智能化需求。

3.2 无人值守智能化建设方案

喇十七数字化无人值守站库已基本完成站库的数据采集、远程传输、安全预警、基础感知等功能。结合站库的运行情况及智能油田的发展需求，应持续开展站库数据的深化应用、控制完善、分析预警、决策能力等功能，将喇十七打造成智能化站库[4]。

3.2.1 总体建设思路

喇十七站库智能化无人值守按照一个核心三个细则（既以智能化平台为核心，站场信息“全”感知、站场状态“深”分析、站场事件“快”响应为三个细则），分析喇十七站库现有建设情况，完善响应功能，从而实现智能化无人值守。

3.2.2 全面感知技术方案

全面感知主要包括生产数据（场站核心工艺职能相关的数据，例如输送过程中的压力、温度、流量，上下游计量和审计数据等）、设备数据（包括生产设备和辅助设备的本体状态数据）、环境数据（场站生产环境例如供电、通信等相关数据）、能耗数据（场站的用能信息）、安防数据（监控视频流、周界安防数据、动态识别、门禁信息等）、消防和安全数据（消防设施状态、可燃气体传感器数据、有毒有害气体传感器数据）、新增系统数据（用于支撑无人值守的其他系统的数据，例如巡检机器人数据、无人机数据、音频监控信息数据）。针对喇十七无人值守现有功能，完善相应智能化感知，实现智能无人值守[5]。

（1）完善生产数据。调整现场的信号传输方式，将现场的4～20 mA 的信号传输方式，调整为RS485 传输方式，不通过计算的方式累加底数，用RS485 的模式直接采集单块仪表内的瞬时流量和累计流量，保证数据的准确。根据调研，现场仪表均具有RS485 功能，注水站已有RS485 控制模块，需要在污水站控制柜内增加1 个RS485 通信模块。

（2）完善安防数据。增设视频AI 识别，通过视频采集+智能算法+智能检测+统计分析，完成人脸、烟火、车辆的识别与检测，系统对人员、动物入侵进行自动识别及预警，与视频系统联动，显示异常位置的监控视频，在识别报警后，系统自动播放预定喊话内容或由中控人员远程喊话。

（3）完善新增系统数据。增设区域安防系统，结合在建相控雷达预警系统，通过平台开发，实现站库安防与监测管辖范围内的雷达系统连锁动作，快速定位偷盗位置，并根据油田路网拓扑图，快速制定导航路线，有效降低采油、盗油、盗电案件的发生。增设无人机自动巡检，将站库坐标输入飞控系统，无人机根据GPS 导航飞达目标点。机体搭载可见光云台和红外云台，实现昼夜连续视频传输，调控中心通过对比，对站库设备设施、人员闯入等进行巡查，发现异常及时组织人员进行处置[6]。

（4）完善能耗数据。对同一网络架构下的电力、清水等能源数据进行采集和集控，实现能耗数据自动采集，对实时和历史能耗数据分析，系统归纳总结单台设备的能耗波峰和波谷值，根据波谷值，挖掘最优的设备运行参数，实现节能降耗的目标。

3.2.3 深化分析技术方案

目前，在喇十七站库的相关系统中，已经有一些简单的分析功能。例如机泵的温度监视，根据预值上限设定报警，实现机泵的远程停泵。但是，这些系统缺乏深度数据的分析运用，即基于机理的模型的运用。以污水站应急处置流程为例，根据HAZOP 分析，最终安全控制节点为污水池液位，系统根据液位上限报警，联锁关闭来水阀门。建立分析模型后，引入管道流量累计数值、罐体液位、机泵运行状态等，分析计算、精确定位问题所在，可提前介入应急流程，避免事故的发生[7]。

（1）增加节点监测和控制。增加压力、液位、视频等关键节点监测，增加阀门及运行设备远程控制功能，将现场生产数据传回中心值班室，岗位员工可在值班室内远程监测、控制和调整设备，除正常巡检和维护外，无需到现场监测数据、启停设备[8]。

（2）增加运行数据分析及智能调控。根据设备的运行数据，增加数据预测算法，依据智能分析结果，预判当前生产运行状态，系统自动进行线性调控，直至设备运行正常并记录操作日志，对无效调控及时给出预警，并回退调控前状态，提示调控异常，且系统自动判断是否能智能调控站库设备。如果可以使异常数据恢复正常，系统会发出自动调控指令，远程调控相关设备，使报警数据恢复，并记录调控记录。

（3）增加数据智能整理系统，新增报表生成系统。将站控系统采集的现场数据，在每天规定时间，按照要求自动上传至报表生成系统，实现报表的自动生成。报表内数据与前一天报表数据进行线性分析对比，若差值过大，该数据在报表中调整为红字。

（4）增加设备生命周期管理。不断采集动态设备的数据，对采集的数据进行模型算法建设并进行智能分析，依据智能分析成果，结合设备基础信息，开发设备全生命周期集控功能。根据系统采集设备的参数变化情况，判断设备的健康状态，生成设备状态报告，自动制定设备维护计划，岗位员工按照设备维护计划进行设备维护。

（5）增加管道完整性管理。使用管道探测仪完成对场站内地下管道的探测工作，并完成对管线附属信息（包括坐标信息、埋深信息、探测点属性信息等）记录入库，按照站库的布局、工艺进行三维可视化建设，呈现站库地上、地下运行情况，具备关键点位的控制功能，使仪表数据、设备状态与现场相同，显示直观、可靠。

3.2.4 快速响应技术方案

场站事件“快”响应是对场景立体投射技术运用的延续，同时也对无人值守中控系统的云边一体的能力提出了要求[9]。这需要两个层级同时发力，具体操作主要分为三步：一是站库全维度数据/信息获取，分层级构架获取静态及动态数据；二是基于立体直观的实时/历史数据展示，给出当前站库的准确状态；三是以成熟的三维模型为基础，对不同的场站事件做出准确响应，本地自动处理或信息推送至人工操作端。应针对喇十七现有无人值守模式，完善快速响应操作机制。

（1）建立数字孪生站库。以站库二、三维可视化为核心，建立三维模型，等比例还原工艺流程、设备布置，以图形化、可视化的方式查看站库生产动态。充分利用数据、站场模型，多尺度完成系统映射，建立数字孪生站库，反映出现场设备、工艺的全生命周期过程[10]。

（2）AR 定期巡检。在数字孪生站库基础上，设定自动巡检路线，系统自动反馈巡检路线，上传巡检结果，发现问题自动报警，记录每次巡检数据，逐步实现智能系统代替人、超过人、全过程、全时段的自动巡检[11]。

4 智能油田展望

近年来，大庆油田采油六厂稳步推进数字化油气田建设，取得了一些成效，但距离实现智能化油气田建设目标，还有很大差距，与国家大数据、云计算、智能化发展战略相比，差距更大。未来油田发展由产量向效益转变，智能油田建设应紧紧围绕“价值创造”这一核心，以BCI 为主导方向，实现“两化”深度融合、创新驱动发展。智能生产的应用，基于油藏经营优化指标，应用实时大数据建立配套生产模型，完成自动控制，智能优化调参、智能诊断、智能统计分析，实现油水井、站库、集输流程生产无人化。需进一步解放思想，抢抓机遇，借助此次喇十七站库智能化建设深化探索，持续推动智能化平台与各项工作有机融合，加速管理技术提档升级，努力实现安全环保可控、生产运行高效、人力资源挖潜增效、运行成本大幅下降，为油田公司高质量推进二次加快发展做出新贡献。