采油厂地面工程数字化建设实践研究

刘景庆

大庆油田有限责任公司第一采油厂

近年来数字经济迅猛发展，数字化转型已经成为各行各业提档升级的必然趋势。在油气行业中数字化转型有其专业性和特殊性，尤其是老油田的转型难度更大，数字化基础相对薄弱，设备设施需求种类多，转型建设规模体量大，生产流程工艺复杂，转型难度高。在进行油田地面工程项目建设与改造时需要投入大量资金，必须以试点先行为原则，持续的开展技术和措施优化研究，在满足数字化生产管控的前提下，进一步降低成本，在投入与效益间寻找到平衡点，才能不断紧跟大数据、云计算、数字孪生技术的发展步伐，逐步构建出数字油田、智能油田和智慧油田。

1 数字化建设现状

从油田生产特点来讲，在气候、环境以及采出液物性和开发方式等方面都各有不同。在生产管控模式、地面工程建设方面也存在较大差异，需要根据各个油田实际的生产情况、具体的管控需求和对应的开发方式选择适合的实施方案开展建设。国内外实践证明，信息化是实现业务和管理项目的重要手段，是助力改革的重要支撑手段，是加快智能油气田建设的重要手段[1]。

以某采油厂为例，具体分析其在生产管理方面遇到的矛盾与瓶颈，主要体现为以下五个方面：

（1）基础设施建设尚不完善。基础设施投用年限长，网络安全防护能力不足，网络覆盖范围还存在盲区，无线网络应用尚属空白，骨干网承载能力不足，需要持续加大配套建设力度。

（2）物联网建设规模尚未形成。大部分采油厂的物联网建设还处于起步阶段，物联网覆盖率低、配套建设的完善程度低。

（3）数据采集效率需提升。油井含水率等数据目前依靠人工取样化验，需要应用成熟可靠设备实现自动采集。

（4）生产管控水平需提升。注水井注水量调节、站场流程切换等工作仍采用手工操作，需要提升设备的自动控制水平。

（5）统筹指挥能力需提升。井、间、站等单节点自动控制尚未形成，系统间关联分析、整体优化更需深入研究。

2 数字化建设基本思路

遵循调整与筛选相结合的原则，坚持试点先行、综合比选的理念，推动数字与智能一体化发展。按照先易后难、先试点再推广的步骤，逐步实现数智化转型，达到用数赋智、以智提效的建设目标。

2.1 调整与筛选相结合

在正式开展地面工程数字化建设之前，应进行充分的调整与筛选工作，通过将二者有效融合，为地面工程建设的顺利进行提供有力支持。

开展数字化建设首先需进行地面系统优化调整，固化数字化建设的实施对象。针对部分区域的系统运行负荷率低的矛盾，结合开发安排对原油集输、配制注入、供水及水处理等系统运行情况进行适应性分析。通过核减、合并、降级、三优一简地上地下一体化优化，进行总体布局优化及系统能力优化，应用简化技术成果。实施站场合并、规模缩减、功能降级等优化措施，避免了站场后续扩改数字化建设中的费用，同时，降低地面系统运行能耗、提高地面系统运行负荷率，为建设高效益、低能耗数字化油田创造条件。

对不具备和已实施数字化建设的井、站进行排查。对区域内建设对象进行现状调查，对于已实施数字化建设的井、站和低效井等不具备实施数字化建设的井、站进行排查后，确定数字化建设对象。

2.2 试点先行综合比选

通过实施试点先行、综合比选的理念，可以对具体施工方案进行有效优化，进而不断提高施工方案各环节的完善程度。例如，在采油厂地面工程的数字化建设过程中，可能会遇到无电源注水井井场配电的情况，可以考虑使用太阳能、风能或两者相互补充的发电方式解决。根据施工现场的实际情况选择最适宜的发电操作方式，以保证注水井供电的稳定性。

2.3 管理模式转型再造

在开展地面系统数字化工程建设时，应对建设施工管理模式及流程进行优化再造[2]。

首先，应构建清晰的管理职责和明确的岗位设定，为生产数据上传、生产流程管控等一系列工作提供支持。其次，应优化基层站队运行模式，实现站队值守与巡检的高度专业化，避免在组织管理工作的落实过程中出现疏忽。

2.4 实施路线

（1）物联网覆盖、数字化提升。完成涵盖井、间、站、管网等关键生产节点的基础物联网改造升级。实现云网建设、数据治理、数字办公、网络安全等信息基础能力的提升。完成油气开发、协同研究、生产运行、QHSE 等核心业务的数字化建设。探索核心业务智能化示范场景的试验与应用，建立协同研究的基础平台和环境。

（2）智能化辅助、全链条协同。补全油气开发、生产运行、协同研究、QHSE 四大领域的智化场景建设；完成油气勘探、油气运销和新能源三大领域的智化场景建设。从生产数字化向管理智能化的跃升，需要构建以业务流、数据流、控制流为链路的科研应用一体化、地下地上一体化、生产经营一体化的协同模式。

（3）智能化生态、全领域优化。大数据、人工智能、边缘计算等智能化技术全面融合，基本建成“人工智能载体前端感知分析，大数据云端共享分析、中端智能决策，油气田终端智能化自主控制”的运行构架，生产经营管理、运行决策指挥由经验驱动转为数据驱动。数字孪生、虚拟现实等技术广泛应用，站场运行管理全面实现无人值守智能化管控；构筑可信可控的数字安全屏障，增强网络保障与支撑能力；实现生产状况全域感知、油气开发协同联动、调度指挥全局掌控、运维保障即时响应。

3 数字化实践的措施优化

3.1 优化油井采集点位

优化油井的数据采集点位可以使油井运行工况反馈的更加全面和及时。在优化采集点位的过程中，应包含抽油机的油压、电压、电流等参数，并将这些信息整合成图表，然后上传到平台。部分油田的采油厂所处地理环境较为特殊，冬季环境温度低，容易导致单井管道冻堵，及时处理这些问题可保证地面工程的综合效益不受影响。同时，运用电流自动采集还可达到防盗窃预警的效果，从而精准监测出当前区域内是否存在偷油等情况[3]。此外，通过有效采集载荷、位移等数据，可以诊断当前油井的实际工况，进而实现对油井产量的自动计算。根据生产运行的实际需求，分析异常问题并进行分级预警提示，这种方式有助于缩短油井故障判断时间，保证分级预警机制在采油厂的有效实施。

3.2 完善注水井实施计划

为了使油田地面工程数字化建设取得预期成果，应将完善注水井实施计划作为关键入手点。目前，在油田地面工程中，对注水井参数的采集主要有“采集型”和“控制型”两个方面。根据区域内的实际生产需求，选用合适的实施方案可获得较好应用效果。对于“采集型”，主要是确定当前注水井的真实油压、累积注入量等；而“控制型”则主要监控注水井的具体注水量并进行精确调整[4]。油田地面工程建设需要较为稳定的注水量支持，通过这种方式，可以有效控制单井调节次数及频率。因此，可根据“采集型”的要求对注水井中单井压力数据进行采集，从而获得准确程度更高的资料，有利于对工程建设成本的有效控制[5]。

3.3 合理优选无线传输方案

由于油田地面工程建设过程中涉及多个小型站场，通常分布在大型站场周围，导致通信信号单一、通信效率较低。有线光缆建设需投入较大资金且施工难度大，受地面施工破坏的影响几率大。相比之下，构建无线通信网络可显著降低成本，并具有施工环节精简、局域网布局灵活等优势。

在开展地面工程无线传输方案构建时，应该根据实际需求，对其具体应用种类进行确定，可选择5G 公网，也可以通过自建无线专网的方式，实现对网络体系的有效完善[6]。采用公网的优势主要体现在无需工程建设和大规模投资，但在使用公网时应注意加强网络安全防护，定期进行安全认证，确保数据安全性。自建包含“井-核心交换机-生产网-作业区管理中心”等关键节点的无线专网，可使数据流向更为明确，及时将有价值的信息传递到监控中心，确保信息分析及反馈更为及时[7]，为数字化生产运行提供网络支撑。

4 实施效果及运维保障措施

4.1 实际应用

以某采油厂某区的油水井数字化建设为例，通过实施井、间、站764 项数据的自动采集，已实现生产参数全采集、监控视频全覆盖、实时数据全共享，大幅提升生产时率、降低巡检频次，有效破解了生产规模扩大与员工总量自然递减的难题。

在其中一座联合站开展了数字化试点示范工程，生产管理已由传统“全员驻守”转变为“集中监控、少人值守”的运行模式。同时，针对数据采集点不全、软硬件不匹配、只监不控等问题，实施了针对性的数字化升级，已实现站场生产数据采集点的全覆盖，达到报表自动生成、故障自动推送、流程自动切换，岗位已由原来8 个减为2 个，单站员工总数由原来86 人减至45 人，实现了“减员、增安、提效”的建设目标。

4.2 保障体系

（1）建立“一体化专业维修”基地。建设数字化运维指挥系统，对所有数字化设备运行状态、网络通信状态、仪器仪表在线状态进行统计、分析和可视化管理。建立具备“专业化维修保养，一体化指挥运行，规模化修旧利旧”的维修基地，涵盖计量仪表、自控仪表、工控机、变频器、电动阀、通讯设备、视频监控等30 余项维修项目，成为数字化生产管理的“综合医疗中心”。

（2）打造“三层三全”运维保障体系。组建专业化运维保障队伍。开展新型无线仪表、通讯设备（RTU）、视频监控等数字设备的维修维护工作。推行“分层分级复合化”管理方式，优化现有劳动组织形式，整合作业区仪表工、维修工、电工，成立专业化运维保障班组，职能涵盖仪器仪表的日常巡检和基础运维；采油厂层级组建“复合化大班组”，职能涵盖测控系统、网络服务、计量仪表、自控仪表、变频器、通讯设备、视频监控等业务系统的运维和鉴定；同步引入外部服务商专业维保力量，进一步增强数字设备维修保养频次和质量，打造辐射井、间、站的数字化运维生态圈。做精以RTU 为核心的“井间数据采集层”，做强以PLC 测控系统为核心的“站所现场控制层”，做优以数据分析为核心的“平台应用层”，构建起全过程管控、全链条融合、全方位运维的保障体系，逐步培育数字化大运维生态。

5 结束语

现阶段我国石油化工产业的发展规模不断扩大，在当前的工业背景下，想要实现对油田开采模式的有效创新，并提高开采效率，应该加大对数字化油田地面工程建设的推广力度，从而使油田地面工程逐渐朝向智能化、智慧化的方向迈进。随着新施工模式和新技术的涌现，油气田地面建设管理的难度和挑战不断增加，亟需借助信息化、智能化手段推动油气田地面工程建设管理优化，目前地面建设工程的项目管理模式众多，信息系统应能支持IPMT、EPC、PMC 等项目管理模式的在线闭环管理[8-10]，地面工程数字化建设是支撑油田企业转型升级的重要基础，需要通过在实践中不断摸索，创新出更多、更符合实际管理需求、更贴合现场应用的技术措施，从而为油田数字化转型提供更加优化的地面工程建设方案。