数字化油田技术在偏远作业区的应用和运维讨论

孙晓康

大庆油田有限责任公司第十采油厂第七作业区

第十采油厂某作业区数字化建设总体框架采取班组、作业区两级监控架构，作业区建设生产指挥中心按照“无人值守、少人巡检”的模式，对作业区内3个采油班组管理的井、间、站的生产数据进行实时监测。经过数字化改造后，小型场站实现无人值守，大、中型联合站实现集中监控。通信系统的全面架设开展后，所有场站的生产数据和视频监控数据实时更新上传到两级生产指挥中心服务器数据库中。在运维和应急方面，加入无人机和高空雷达，形成空天一体化，可精准发现问题并快速抵达现场。数字化建设推动场站自动化和数据网络化，让油田的开发焕发出全新活力。

1 油田数字化技术

建立数字化油田是一个系统的工程，建立数据库和信息化平台是建立数字化油田的基础工作[1]。数字化油田的核心是将油气生产运行工作从历史性分类的顺序处理改变成为实时资料的并行处理，利用实时数据流结合创新软件的应用和高速计算机系统，建立快速反馈的动态生产模型，并将这些模型配合遥测传感器、智能井数据采集器和自动控制功能，让从业人员更直接地观察到生产运行状况，更准确地预测未来动态变化，以便各层次的闭环优化管理，最终实现全油田范围的实时闭环生产经营管理[2]。事实上，数字油田也需逐步发展与完善。

1.1 现状

大庆油田持续加大数字化、自动化、智能化在科研攻关、生产现场和经营管理方面的应用力度，建立全生命周期生产运营大数据平台，推广安全高效的“无人值守”、“区域集控”等新的生产运营模式，实现一体化智慧生产指挥管控。同时，加快升级信息应用技术，大力推进油气生产系统数字化建设，深化云中心统一管控和资源共享，加强网络安全基础设施建设和大数据、人工智能等信息技术研究应用，助力油田数字化转型和智能化发展。

1.2 建设实践

（1）推进油气生产物联网建设。全面建成数字化油田，实现油气生产数据的自动采集，生产管理、生产运行、经营管理、安全环保等核心业务智能协同，支撑“油公司”模式改革的新发展。

（2）推进油田区域数据湖建设[3]。以物联网实时采集、页岩油一体化应用、智慧指挥中心、智能化能源管控等业务需求为先导，开展大庆油田区域数据湖建设，初步探索立足油田、与中国石油集团紧密连接的数据共享的新生态。

（3）推进信息资源云平台建设。建设完成油田生产管控云并全面应用，完善云数据中心“两地三中心”科学布局，形成“三朵云”各有侧重、协调统一的信息资源集中管控，创造软硬件资源高度共享、“梦想云”落地的新环境。

（4）以物联网、数据湖、云平台建设为核心，大庆油田夯实数字化转型基础，具体做到“三个推进”。大庆油田以智慧指挥中心、数智采油厂建设为核心，推进智能化发展实践。

1.3 机遇与挑战

数字化油田系统的开发和实际生产现场的改造，具有很大的差异化，如何实现改造标准的统一将会成为数字化油田推进过程中的一大挑战[4]。与各级指挥中心配合管理的同时，互相协调的还有相应配套运维班组和协调队伍，各个环节有效互动，才能真正将数字化油田推进和落实改造成功。

数字化油田系统使用网络方案解决了能源开发单位与其设备的信息交流和自动化操作，简化其中复杂的工作流程和交流环节，促进了相关部门的协作，合理有效地提高资源的利用率和经济效益。

现在，有很多数字化建模在现场进行应用，测井、地理环境、油藏管理、油气藏动态等石油相关平台和软件都日益成熟和完善。但是，由于开发公司的不同，所使用的数据类型和传输协议都不相同，无法做到数据的共通和共享，使得各类软件和平台处于相对独立的情况，相关数据无法得到很好的综合利用。油田数字化技术中的信息工程发展方向就是将这些各自独立的系统整合到一起，对相应的数据进行统一的综合分析和动态预测，为决策和数据共享提供有力的支撑。数字化油田是以系统的统一、数据信息的共享、集散式的网络为宗旨，以信息技术为支持和前提，以油田数据库为源，以互联网为传输媒介，以管理决策和信息共享为目标的现代化油田信息管理系统[5]。

数字化油田的推进也是将油田的生产系统和集输系统进一步向智能化、智慧化发展的基础，只有进一步全面开展数字化油田的改造，才能摸索和总结出行业的标准和规范。

数字化油田的应用同时也能有效提高基层班组的工作效率，降低了员工的工作强度，减少了人为原因和信息差的原因导致的生产事故和意外。将以前各级管理层之间的汇报，变成直观的数据和数据分析结果，同时保证了基层数据实时和真实性，真正意义上实现了能源开采与大数据的整合，进入了全新的工业生产模式。

2 数字化现场应用情况

2.1 偏远作业区数字化概况

应用作业区距离厂区150 km，属于偏远区块，作业区数字化借助A区块产能建设工程搭建总体框架，采取班组、作业区两级监控架构，作业区建设生产指挥中心，按照“无人值守、少人巡检”的模式，对作业区内3 个采油班组管理的井、间、站生产数据进行监测，实现了自动化、可视化、实时化的油田数字化应用。

产能工程已完成作业区生产指挥中心、A区块的107 口油井、35 口水井、3 座阀组间、3 座配水间、一座联合站的数字化建设，作业区生产指挥中心集中监控改造正在建设中。

作业区自主对2座联合站、生产指挥中心安装监控系统41 套，将油井、阀组间和配水间视频信号传输到联合站内，实现重点部分全时段的视频监控；维修S2 联合站已建PLC 控制系统，将水岗数据迁移至油岗中，实现合岗，减少岗位用工11人，充实到缺员岗位，适应油田现阶段人员紧缺的生产形势。

为了提高应急反应速度，作业区购置无人机3台，培养专业飞手6人，通过更加机动、高效的可视化监督管理，解决了特殊时期单井、管道巡检难、三违监督不及时和雷达监测存在盲点等问题，管网巡查效率极高，人力无法比拟。由于作业区集输管网很多位于水面以下，人力和车辆无法到达，无人机可以快速抵达现场，将现场情况实时通过司空平台传回生产指挥中心，作为研判依据，辅助指挥。一旦生产指挥中心参数异常预警，无人机可以在高空先人一步抵达现场，通过清晰的视频传输，使指挥人员能够更直观、更快速、更准确地了解现场情况，便于及时做出反应。无人机还为油田保卫提供坚实的壁垒，通过云台可以在夜间红外线热成像，当雷达预警发现动态入侵，无人机可以直接起飞对于偷油盗油分子进行追踪和驱散，并且可以到达雷达预警的盲区，进一步保障了平稳生产[6]，为保卫工作的开展助力。

2.2 偏远作业区数字化应用效果

自油田数字化技术应用以来，实现了作业区全方位监控和智能预警，缩短了各类设备故障的判断时间，从而减少故障发生的概率，并在最短时间内发现故障问题并解决。与此同时，油田数字化实现了远程安全管控，还能够大幅度提升管控的效率，从而能减少安全事故，提升了安全性。

井站一体、远程监控、智能管理逐渐实现了少人巡检、无人值守。数字化的应用在减员增效的过程的发挥了巨大作用，并且降低了工作人员的劳动强度，提搞了员工的幸福指数。数字化油田的应用还能改善油田员工的工作环境，提升员工的归属感和幸福感。

2.3 作业区联合站数字化应用

（1）集中监控模式。多个岗位合并成中央监控室，远程监测所有生产数据，实现了减员增效，降低了劳动强度。

（2）自动控制系统。采用可编程逻辑控制器PLC，作为工业控制计算机开发了自动控制系统，从人工控制变为智能自动化控制。

（3）报警预警系统。一旦发生超限，或者触发连锁应急反应，报警提示声音响起，并且报警预警界面提示发生的位置、时间以及报警种类，同时提示应急预案以供参考和决策。

（4）服务器数据库。油气数据自动化采集与管控一体化技术是数字油田生产动态数据采集、建库、应用、决策支持的关键技术。

（5）工艺升级，节能增效。随着数字化建设逐渐深入到油气集输系统，相关工艺流程得到了改进和完善，转油配水计量间采用恒流控制仪远程监测和控制。掺水量、注水量和用电量实现实时监测，并且利用5G 互联网和中科院WAPI 技术对单井荷载变化数据以及用各类电参数据进行实时采集和传输，为相关人员作出决策提供科学依据。

（6）提前预警，数据共享。在数字化油田技术应用后，利用预警感知和提醒系统来及时发现故障，以便及时制定解决对策。通过互联网技术对现场数据进行实时监测和控制，保证了数据信息的准确性和实时性，使各类决策更加科学高效。生产管理模式以及整体控制过程发生了改变，由以前的事后处理变为事前预控和事中监测，整个生产过程的管控质量和决策质量取得了有效提升[7]。

2.4 偏远作业区数字化应用难题

（1）专业系统平台种类多，掌握难度大，融入整合技术壁垒高，对于岗位员工要求比较高。

解决方法：需要大力加强培训和学习力度，帮助管理人员快速进入角色，在作业区层面选择适合人选进行培养和外派学习，回来结合现场情况，以点带面逐渐完善整个管理系统，并且以“师带徒”的模式开展“传帮带”，帮助基层从业人员尽快熟练掌握相关业务。

（2）偏远区块油气开发得到本厂和厂家的支持、帮扶比较少，且不及时。

解决方式：配备易损配件以及相应的运维装备和设备，结合现场实际情况，制定系统的巡检制度，编写系统的维修手册，通过班组的学习，提升整体的自主运维的能力，并且建立工作室，对于现场实际存的问题进行讨论，开展攻坚活动，实践总结出具体的有效解决方式，完善数字化建设在具体班组的高度适应性。

（3）网络是生产数据传输的必经途径，现场使用的WIA-PA/WAI-FA网络设施、光纤电缆只要中断就会影响作业区生产指挥中心的正常运行。在实际应用中，通信网络有着承上启下的连接作用，一旦发生故障，极有可能导致各级生产指挥中心失能，无法指导生产，所以保障通信网络实时畅通，是运维工作的重中之重。

解决方式：制定周期性巡检制度，按制度执行检查，及时发现问题，将隐患解决于萌芽中。同时，运维小组中应该有具备通信专业知识的人员，针对油田开发需要使用的各种无线协议，通信协议以及工业总线进行系统的学习，并且在实际生产中不断积累和总结经验和方法，进一步保障通信网络的畅通无阻[8]。

（4）缺少全栈型工程师参与改造的设计、施工和验收，导致使用过程中发现的问题多，且整改难度变大[9]。

解决方式：加强对于全栈型工程师的培养。很多基层管理人员对于站库的工艺流程和控制方法非常了解和熟悉，但是对于自动化和数字化改造的概念和原理很模糊，没有办法很好的配合设计人员和现场勘察人员工作，给出最优的站库的工艺改造、控制改造和设备选型建议。因此，部分站库在数字化改造和升级的过程中发生反复施工的情况，造成成本的浪费。通过培养站库全面掌握工艺数字化、自动化的人才，使各项工作都能有序、有效地衔接和开展。

3 数字化运维现状

随着作业区油田数字化建设的不断推进，辖区内的数字化设备不断增加，数字化系统的运维难度加大。建设过程中部署了大量的仪器仪表、工控系统、WIA-PA/WIA-FA 网络、数字化软件等，任何一个环节出现问题都会直接影响到作业区生产指挥的正常运行。因此在建设油田数字化的同时，需要建立有效的运维制度，既要考虑运维专业人员的培养，也要考虑运用计算机技术提升运维体系的工作效率[9]。数字化运维是一项长期且系统的工程。

3.1 数字化仪表运维情况

数字化油田技术的应用完成后，不仅存在大量数据采集和监控的仪表，还有数据传输网络、信息化硬件基础设施、信息化软件系统、视频监控设备等软硬件环境，同时用于支持数字化设备能够稳定高效运行的技术资料和参数配置也是运维的重要内容。为保障油田数字化系统的平稳运行，建立专业化的数字化运维体系是新的生产条件下管理模式转型的关键，只有建立适应数字化方式的运维体系，才能更好应用数字化改造的成果。

整个数字化应用过程中，现场数据采集、数据传输、数据清洗、数据应用均经历多个节点，排查环节多，技术含量高，任何环节出现问题都会导致系统应用异常；数字化技术中应用的电气化设备需要及时校验，才能满足日常生产需求；地处于东北严寒地区，冬季寒冷且漫长，附近村屯众多，将对位于野外的电气设备，产生负面影响较多。某作业区自主行动起来，在冬季生产之前为室外的仪表仪器做好保温检查，以保证生产的正常运行。

数字化仪表运维工作主要内容包括：井间数字化设备和大中型场站数字化设备的运行状态监控、日常维护保养、故障巡检、维修更换、参数设置与更新、以及仪表的定期校验。井、间无线仪表设备点多面广，按照“现场更换、离线维修”的原则，由班组对现场仪表进行故障初步诊断，对于无法解决的故障现场进行现场更换。大中型站场数字化设备保持原有的运维检测方式不变，对于加热炉、变频器等第三方设备，采取厂家进行维修。对于一般仪表，某作业区已经开始自主更换和维修。

3.2 IT基础设施运维情况

IT 基础设施运维工作内容主要包括：网络设备、线路的运行监控与运维管理；终端设备运行检测管理及故障维护，工控机安全运维管理，服务器、数据库运维管理；信息化设备资产管理。维护分两种：一种是被动维护，因硬件、线路、应用软件系统出现突发故障导致生产终止时，班组维护人员到现场初步判断故障现象和故障范围，在无法处理的情况下保修；另一种是主动维护，运维人员按期到现场对设备、线路、软件系统等进行全面检查，优化系统，同时做好各类系统行情况的记录。作业区已经开始执行主动维护，按周期进行检查，每周都进行巡检，及时发现问题，解决问题。

3.3 信息化软件系统运维情况

数字化油田建设过程中，软件开发应用了大量新技术、新架构，在短期内掌握这些技术具有一定困难。运维人员不但需要掌握组态软件的开发，还需要了解PLC和现场仪表的基本工艺原理，才能编写和修改SCADA 系统内的组态软件。现行阶段作业区内能从事软件系统运维工作的专业人员非常稀缺，因此需要大力加强对专业人员培训，提高一线人员的综合素质，力求早日实现自主信息化软件系统运维工作。

3.4 信息化软件系统运维工作改进

（1）建立一套统一的标准规范，针对A2、A5、A11系统制定接口适配规范，以便第三方系统参照此规范进行系统对接，把已建的数据采集、传输系统融合到油气生产联网系统中。

（2）搭建运维管理平台，通过建立数字运维管理平台，探索建立“全面感知、智能预测、联动分析、优化配置”的运维管理体系。

（3）提升运维人员技术水平，需要提高相关工作人员的综合素质，确保一线人员对数字化平台及其使用的相关技术有所掌握，才能保证数字化建设平稳推进，因此需要大力加强对专业人员培训，实现劳动组织架构扁平化管理[10]。

3.5 小结

数字化油田技术的应用以后，工作模式和管理模式发生了转变的同时，也对作业区的运维能力提出了考验。从刚开始的人才缺乏，到后来的专人负责，到最后筹建运维小组，专门负责具体的运维工作，作业区一直在不断地建设升级中学习和进步。

自数字化技术应用以来，集输班已经实现日常工作的自主运维，建立了合理的运维管理制度和可靠的运维管理流程，更加细致地保障了油气开发的平稳运行，也不断地在细节和问题中总结经验，逐渐成长，日益完善。

4 总结和认识

数字化油田可实现跨地域协同工作，紧密连接生产经营的各个环节，打破了地域限制，客观地向管理者展示了油田开发的复杂性，有利于及时掌握形势，客观分析问题，正确决策。应用数字化技术的同时，还应注意数字化信息控制和数据技术以及网络系统的应用，对各个环节进行有效控制，实现对油田开发管理过程中各项技术内容的协调管理。

比如某班组距离作业区开车往返距离超过80 km，往返近3 个小时。实现了数字化后，生产数据和视频监控视频实时上传到生产指挥中心，进入实时数据库和关系数据库。对于问题的发现和研判，更直观、更准确、更科学。集油间、注水间已经实现无人值守、少人巡检，联合站实现了集中监控，提升了岗位人员的工作效率，也降低了岗位的劳动强度。

5 结束语

数字化油田建设可以提高生产效率、实现资源的合理利用等，为祖国石油发展作出了巨大贡献，在提升油田的管理效率、提高数据的准确性、提高安全性、提高员工幸福指数和节能降耗方面具有重要的意义。因此，不能急功近利，需要综合考虑需求与未来发展两个方面，建构合理的数字化油田系统，并在开发中不断完善，从而促进资源合理配置，提升整合效益。而且数字化油田建设已经成为了必然的趋势，随着建设的不断完善，将会迈入全新的智慧油田阶段。