智慧气田两级生产监控管理模式设计与应用研究

李玉东 谢虎 吴宾 付莉

摘要：传统气田生产监控模式以作业区监控为主，近年来逐步实现了厂级集中监控，但监控平台应用范围仍局限于生产网络，且主要面向监控岗。作为生产决策主体的厂机关技术岗位、管理岗位却难以及时全面掌握现场最新生产动态，缺少实时生产监控管理业务支撑的生产指挥调度平台也无法取得即时指挥调度的预期效果。由此，急需建立面向生产监控、生产管理两级应用的生产运行管理模式，实现一体化设计、分层化应用，提升上下级联动监控管理能力。

关键词：两级监控；配置同步；数据联动；分层管理

一、前言

新疆油田采气一厂共包括克拉美丽、玛河、盆五、克75、新区五个作业区，且各作业区已通过逻辑专网改造打通了与厂机关的网络连通，具备了将实时数据采集回传至厂机关进行集中监控的时机。同时借助油田公司逻辑专网的网络条件打通生产网与办公网的数据单向传递通道，实现跨网络的生产监测管理[1]。由此，可克服传统的生产监控管理模式中存在的如下问题[2]：

（一）克服了作业区分散监控所需投入人员多、管理分散的问题，实现了生产监控由作业区分散管理向厂级集中管理模式的转变。

（二）克服了厂机关技术人员、管理人员无法即时了解现场生产实时动态的不足，可随时调取现场实时动态，进行业务关注与分析。

（三）克服了传统多级生产管理方案系统运维复杂度高、配置信息不一致、数据中断无法恢复等难题，实现了上下级配置自动同步机制、断点续传机制，系统可维护性、可用性的大幅提升。

二、两级监控模式设计

（一）模式定义

两级监控以生产网（采用逻辑专网）、办公网两套网络作为划分边界，并按岗位不同进行业务的划分，形成生产网以监控运行为主、办公网以决策分析为主的分层级监控管理模式。一级监控：面向生产监控岗位，实现远程实时监测与控制，确保现场生产运行的合理、安全运行。二级监控：一方面，面向生产运行管理岗位，实现生产实时监测与即时分析，并为生产决策指挥提供数据支撑；另一方面，面向领导岗位，针对重点工艺运行动态、现场重要措施改进效果、阶段关注参数，提供信息即时查阅手段，为下一步工作指导意见提供参考依据。

（二）部署模式

采用整体规划、分层部署的模式，实现层级化部署管理模式[3-4]。

1.一级监控平台部署方案

在厂机房生产网环境，部署工控网生产监控平台、实时数据库及其他相关服务，在各作业区部署实时数据库及数据采集服务。

（1）作业区实时数据采集服务负责采集各作业区范围内的物联网数据，当数据从现场RTU、PLC、DCS获取后，一方面写入作业区实时数据库保存，另一方面自动推送至厂机房实时数据库。

（2）生产网生产监控平台除为监控岗提供监控服务外，还能够支持点表、组态文件、报警规则的修改完善。修改完善后的信息写入系统自带的基础数据库，同时将点表信息自动同步传至各作业区服务器，确保两级实时数据库之间的点表配置一致性。

2.二级监控平台部署方案

在厂机房办公网环境，部署办公网生产监控平台、实时数据库及相关服务。

（1）数据来源一，一级生产监控平台的实时数据和配置文件，由后台服务自动执行完成信息同步，确保两级监控平台间配置、数据的一致性。

（2）数据来源二，生产数据管理系统的生产对象基础信息、生产日报数据、生产计划数据等等，通过生产数据管理系统提供的数据访问接口调用完成。

（3）办公网实时数据库，定位于为办公网范畴内相关应用系统及第三方数据库提供数据服务。

（三）两级监控平台功能设计

1.一级生产监控平台[5]

包括气井监控、集气站监控、浅冷工艺监控、深冷工艺监控、通讯监测、曲线分析、断点续传、组态管理、点表管理、报警管理等功能模块。

（1）气井监控功能实现了作业区所有自动化气井的远程监测及井口阀的开关控制，展示内容包括井口油压、井口套压、井口环空压力、井口温度、节流前后压力、节流前后温度、外输压力、外输温度、进站压力、进站温度等，支持报警信息的叠加、曲线查询、通讯状态叠加。

（2）集气站监控功能实现了作业区所有集气站工艺的远程监测、阀调节（或开关）控制、泵启停控制等。展示内容包括工艺流程组态、采集数据、启停与调节控制、通讯状态、参数曲线等。支持气井产量计量的一键倒井，快速实现单井产量计量的轮换，提高操作效率，节省监控人员的时间，避免误操作造成的生产风险。

（3）浅冷工艺监控、深冷工艺监控功能展现方式同集气站监控功能，均采用矢量图方式进行组态的绘制及使用，区别主要在于流程画面、监测参数不同，但同样实现了基于DCS系统的远程控制指令下发。同时，系统实现了监控平台对DCS报警阈值的自动读取，并可根据管理需要直接在监控平台实现DCS阈值的远程修改，完成了现场所有报警阈值的统一管理。

（4）通讯监测功能实现了作业区内所有采集设备（RTU、PLC、DCS等）是否能够正常采集的状态实时监测，可快速查询通讯状态历史曲线，快速定位设备通信故障节点，有效评估网络稳定性。当有新的采集设备、交换机节点加入后，直接将设备信息录入即可实现网络监测拓扑图的自动绘制，确保实现最新、最全的网络监测。

（5）曲线分析功能实现了作业区内所有采集点数据曲线的查询，默认按气井、集气站、深冷、浅冷等不同对象类型进行分类查询，支持查询时间段的“快进”“快退”“前进”“后退”等快速翻阅曲线的功能，支持曲线显示与隐藏、自由缩放等灵活操作，最大限度提高数据查询的可用性。该功能可辅助用户以最高的效率实现曲线趋势的查询，辅助进行生产监控报警处置决策，提高报警管理能力。

（6）断点续传功能

当一级生产监控平台内部、一级生产监控平台与二级生产监控平台之间网络异常造成的数据传输中断问题，提供不同实时数据库服务器节点间的数据同步功能，实现缺失数据的补录。

①一级监控平台内部，作业区实时数据库服务器与厂机房生产网实时数据库服务器网络通信出现异常，当网络恢复后，可实现缺失时间段各作业区实时数据与厂机房生产网实时数据库的同步；在数据同步时，充分考虑网络数据传输能力，采用最优的数据同步频次实现数据的同步。

②一级生产监控平台与二级生产监控平台之间网络通信出现异常，当网络恢复后，可实现缺失时间段厂机房生产网实时数据库到厂机房办公网实时数据库的同步；在数据同步时，同样考虑跨网络数据传输能力，采用最优的数据同步频次实现数据的同步。

（7）组态管理功能

实现所有监控组态画面配置、组态数据点绑定关系配置的维护管理。组态管理功能主要在一级生产监控平台使用，当一级生产监控平台的配置文件更新后，将配置自动同步更新至二级生产监控平台。

（8）点表管理功能

面向RTU、PLC、DCS等不同类型的设备，内置不同的驱动协议，实现各类采集点配置信息的管理，支持采集服务的远程启停控制。点表管理功能同样主要在一级生产监控平台使用。当一级生产监控平台的配置文件更新后，将配置自动同步更新至二级生产监控平台。

（9）报警管理功能

一方面通过阈值配置功能实现报警规则的设定，另一方面通过以事件为主的报警信息展示功能实现报警信息的实时查询。在报警信息产生后，提供了曲线一键查询、处置状态管理等报警处置必备的分析与标记手段，报警处置效率得到提升。

2.二级生产监控平台

包括气井监测、集气站监测、浅冷工艺监测、深冷工艺监测、通讯监测、曲线分析、组态管理、报警统计等功能模块。

（1）气井监测、集气站监测、浅冷工艺监测、深冷工艺监测功能界面表现样式同一级监控平台，只能进行远程监测，不允许进行远程控制。

（2）通讯监测、曲线分析功能与生产网功能一致。

（3）组态管理功能原则上只能查看，不允许修改，组态文件由生产网自动同步传至办公网。

（4）报警统计功能实现了各作业区生产监控报警的多维度、多频次统计分析，能够在第一时间发现频繁报警、误报警、冗余报警等不合理报警问题，从而确定报警优化对象，并通过报警优化措施的实施，有效降低作业区报警数量，提高整体报警管理水平。

3.两级监控平台功能定位差异分析

（1）一级监控业务，通过对实时数据的监测、报警的分析、远程控制及调节指令的下发，提高生产现场实时监控能力，实现现场无人化值守；二级监控业务，侧重于监控分析、生产运行管理，并为生产指挥平台的建设奠定基础。

（2）一级监控平台，除定位满足现场生产远程监控管理的需要外，还承担着为二级平台提供数据同步服务的重任，是承接现场工艺运行与远程决策指挥的纽带。

（3）一级监控平台，可以实现远程控制；二级监控平台，不允许远程控制。

（4）一级监控平台，负责点表、报警规则、组态的维护更新；二级监控平台，无须维护点表、报警规则、共性组态等配置。

（5）一级监控平台，后续功能深化应用侧重于气井自动计产与智能自动调产、智能预警分析、先进过程控制等方面；二级监控平台，后续功能深化应用侧重于生产运行指标体系管理、生产运行动态管理、生产调度管理、生产应急管理等。

三、应用效果

（一）建立了以实时生产监控和实时数据分析为核心功能点的多级节点管理模式，充分考虑了实时数据、配置信息、通讯状态跨节点自动更新等影响系统稳定使用的问题，研究形成了多服务器节点同步机制方案，实现了两级平台间数据自动同步，无须人工干预。

（二）打通了自下而上的完整数据流程，形成了 “作业区—厂机关生产网—厂机关办公网—数据公司”的数据流程，数据一致性、完整性、时效性大幅提升，数据生成、维护工作量大幅降低，满足了各层级用户对数据管理与应用的需求。

（三）搭建的两级厂级生产监控平台，一方面实现了对作业区生产运行的远程集中监控，另一方面为厂级生产指挥决策业务的扩展提供平台基础。

（四）分级监控与运行管理结合，实现了“作业区现场—厂级监控中心—研究科室—领导岗位”实时共享数据和生产动态。技术人员与管理岗位可以及时进行生产工艺分析，并反馈指导生产，有力支持了生产运行高效协同管理。

四、结语

智慧气田两级生产监控管理设计模式是气田生产运行一体化管理的前期基础，而气田生产运行管理是一套立体网状结构业务综合体。由此，气田生产运行一体化管理平台是环环相扣的多闭环应用融合平台，最终目标是生产现场智能化以“产量”为核心，打造细分业务闭环，实现业务点、线、面的有效串联，建立“可视、可控、可析、可优、可溯”的专业化油气田综合管理体系。

（一）传统的生产监控模式定位于作业区级监控，完成了作业区远程无人值守的初期建设阶段。而随着生产管理模式的改变、物联网技术的快速发展，需要完成由分散监控向集中监控的转变、人工发现问题向系统主动预警的转变、封闭式监控管理模式向生产运行多业务协同模式的转变。

（二）智慧气田两级生产监控管理模式是生产运行管理一体化建设的基础，既能够满足现场生产运行监控、智能化无人值守的需要，又能为厂级生产指挥调度平台的建设提供基础平台。

（三）智慧气田两级生产监控管理模式实现了多级平台间数据、配置的自动同步，确保多级平台间数据与功能一致性的同时，大幅降低了系统运维的复杂度和工作量，有效促进了系统的正常应用。

参考文献

[1]王传平，李玉东，董江洁，等.基于实时数据平台的气田生产监控系统设计[J].信息系统工程，2020（08）：87-89.

[2]李兵元，赵春雪，王伟，等.新疆油田物联网系统标准化存在问题浅析[J].中国管理信息化，2020，23（17）：106-107.

[3]蔡凤翔，龚仁彬，李群，等.基于物联网技术的油气生产管理系统的设计与实现[J].信息系统工程，2019（11）：34-35.

[4]张峰，刘骏，田宁.胜利油田油气生产物联网平台的建设与应用[J].科技创新与应用，2022，12（07）：161-163.

[5]杨敏乔.天然气的远程监控系统设计与实现[D].成都：电子科技大学，2019.

作者单位：中国石油新疆油田分公司采气一厂