油田生产指挥中心管理平台的搭建与构想

袁美玲

大庆油田第十采油厂工艺研究所

近年来，油气勘探难度逐年增加，开发成本不断上涨，安全生产和节能环保形势严峻，这些因素制约了当前油气田企业发展。为了实现油田增储上产、降本增效和高质量可持续发展，建设数字化与智慧油田已成为当前油田企业的重要发展方向[1-5]。随着物联网、5G 通信、云计算、大数据等新兴技术高速发展，基于这些技术搭建生产指挥一体化管理平台成为了国内油田主要的工作方向之一。以管理水平提升促进人均生产力提高，进一步降低人力成本，从而推动油田企业向着更加智能化、自动化和规范化的方向发展，已成为行业内的普遍共识，为油田企业市场竞争力的不断提升奠定了良好基础[6-10]。以大庆朝阳沟油田为例，基于朝阳沟油田数字化建设规模与现状，聚焦生产指挥中心管理平台，全面阐述平台搭建方案与构想。

1 项目背景

朝阳沟油田主要位于黑龙江省大庆市肇州县，油田辖区面积大，井区分布分散，管理难度大。为了提高朝阳沟油田生产管理水平，按照大庆油田“数字油田、智能油田、智慧油田”三步走统一战略部署，通过对已有资源的迁移和改造，在朝阳沟油田设计搭建油田大区域生产指挥中心和管理平台。该项目将对油田生产调度、电力调度、雷达监控中心等生产数字化系统进行整合，具有建设投资低、集中整合建设水平高等优点，旨在节约人力资源、提高劳动效率、强化油田安全，推动大庆油田由数字油田向智能油田迈进，并最终走向智慧油田。

2 生产指挥中心建设方案

2.1 搭建方案

根据现场考察调研，搭建生产指挥中心有改建和新建两个方案。

改建方案是在原办公机构的基础上进行改造和重新布局，通过实地勘测，拟将油田机关会议中心作为新建生产指挥中心的选址，在原有设施与房屋格局的基础上进行扩展与改造。主要设置中控室、机柜间、休息间等功能区：中控室设于大会议室，设置大型显示系统；原接待室作为数据中心机柜间，安装交换机、数据服务器、电力柜、UPS 备用电源等；改造两个房间为休息室。同时，整合生产调度、电力调度、雷达监控到生产指挥中心，搭建生产管理平台，设置生产数据监控管理岗等。

新建方案则是选择合适的空地作为新建生产指挥中心的选址，搭建全新的办公楼。

2.2 迁移工程

为了降低生产指挥中心改造工程的投入资金，需要将原有的可以利旧的机器及配套设备迁移到新建的生产指挥中心。迁移的系统和设备如下：

（1）油田保卫大队监控中心的雷达监控、视频监控系统以及相应的服务器、主机、通讯机柜等设备。

（2）油田电力调度的分矿计量、配电网故障监测、视频监控系统以及相应的服务器、主机、通讯机柜等设备。

（3）油田管理部阴极保护监控系统。

（4）其他可利用的数据服务器等设备。

2.3 改造工程

仅迁移系统和设备无法满足生产指挥中心的建设需求，根据生产指挥中心建设目标，还需要新增设备及完善配套设施。

（1）新建10×3 液晶拼接屏显示系统一套，建成后大屏尺寸为12.1 m×2.04 m，配套建设视频监控综合管理平台等。

（2）新建数据库服务器4 台，与迁移的服务器合并使用，采用双套服务器运行模式，互为备用。新建操作员站10 套，液晶显示器15 台，打印机4 台，操作台20套。

（3）配套工业交换机、完善通讯光缆等网络建设和语音通讯。

（4）如若选择方案一，则还需拆除原大会议室吊顶及灯具，改造为铝扣板+格栅灯，重新铺设地砖；改造接待室为机柜间；改造两个房间为休息室。

3 生产管理平台建设方案

完成生产指挥中心硬件建设后，根据油田管理业务需求搭建生产管理平台，形成一个集生产数据实时监测、生产分析、运行调度、物联设备管理、设备异常报警等多功能为一体的管理工作平台，平台运行后将实现油田不同层级用户在统一系统中开展管理与决策。

管理平台子系统设置主要包括生产管理子系统、上位机监控系统、机采管理系统、工业安全系统等。

3.1 生产管理子系统

生产管理子系统是生产管理平台最重要的子系统之一，主要功能为生产过程监测和产量分析等。该子系统共设计了系统主页、生产过程监测等8 个模块，同时预留与油田公司地面系统的对接接口（图1）。

图1 生产管理子系统功能模块Fig.1 Function module of production management subsystem

（1）系统主页：用于各组织层级下的油气水井、站库和管网综合信息的汇总展示，包括井数、站库数量、管网规模等信息。同时还可以展示不同层级或者不同区块的总体产量趋势、含水变化、开井时率以及预警等信息。

（2）生产过程监测：与系统主页主要用于展示不同层级汇总信息不同，生产过程监测模块更偏向于针对具体的生产单元，综合展示单井、站库、管线、物联设备的实时生产运行数据，实现所有生产单元生产过程监测的目的。具体展示的信息由用户选择，例如单井的产量趋势、抽油设备的参数变化、监控设备的视频图像等，同时支持不同组织层级下的生产监测信息汇总展示。该模块还支持相应生产单元的报表管理、视频监测等模块之间的跳转。

（3）生产分析模块：对不同单元、层级下的生产单元生产数据进行提取、统计和分析，为不同组织层级决策层和技术分析人员等提供决策依据。用于分析的数据包括单井产量趋势、含水变化趋势、生产时率、多井对比分析等。

（4）报表管理模块：以报表为输出对象，按用户需求实现对各种报表的查询与展示，报表的类型主要有生产数据报表、设备运行报表和管理平台运行报表。

（5）物联设备管理模块：实现物联设备台账实时维护、物联设备生产运行、保养档案及时更新以及物联设备运行状态监测，能够对物联设备的故障分布情况进行分析。通过人工智能或者大数据技术实现物联设备告警/预警功能，在设备发生故障前通知物联设备管理人员及时对设备进行维护，从而降低物联设备的故障率。

（6）视频监测模块：分类、分层级集中展示各个生产单元的视频监测信息，通过AI 识别技术实现对生产单元运行状态变化的监测，并发出告警信息。

（7）数据管理模块：根据用户所在层级权限对不同生产单元的生产数据进行管理，包括基础数据管理、数据标签管理、数据接口管理等。

（8）系统管理模块：主要功能包括系统用户及其操作权限管理、各类后台参数配置、系统日志的查询等功能。目的是实现生产管理子系统不同层级、不同用户权限约束下的精准管理，从而保证整个子系统的安全性。

3.2 上位机监控系统

上位机监控系统利用前端设备采集生产运行数据并实现相应的监控管理功能，为生产管理子系统的决策和分析功能提供基础数据。主要功能包括生产运行数据的实时展示、历史曲线展示、历史查询、报表生成与导出、工艺流程图展示、报警监控与设置等。

（1）生产数据的实时展示：将生产数据实时展示在页面上，数据展示页面按照井、间和组织机构进行分类展示。

（2）生产数据的历史曲线展示：根据采集数据的值和采集时间绘制采集数据的历史曲线。曲线的时间范围可以根据需求进行设置，也可以根据需求将多个采集数据的历史曲线进行叠加对比。

（3）生产数据历史查询：对采集的数据进行历史查询，可以通过井、间为查询对象，进行任意历史时间段的数据查询。

（4）生产数据报表生成与导出：根据自动采集数据生成报表，具备导出保存功能。

（5）工艺流程图展示：在组态软件上根据计量间和站库中涉及的生产对象的工艺流程图进行绘制，结合实时采集的生产数据进行展示。

（6）生产数据报警监控与设置：提供采集数据的报警阈值设置，将采集的数据与预先设定的报警阈值进行比较，实现实时报警监控。

3.3 机采管理系统

机采管理系统利用采集的抽油机生产数据进行分析处理，分析预警抽油机井运行状态，实现软件量油、工况诊断、报警预警、参数优化等功能。

（1）软件量油：结合油井基础数据和实时采集的生产数据完成产液量计算，针对不同工况的油井采用不同的计算模型，单井日产液量计算采用加权平均值算法。可实现油井日产量、月产液量统计以及单井生产时率、产液量变化分析等功能。

（2）工况诊断：应用采集抽油机电流和示功图数据，基于专业技术与大数据人工智能方法相结合，实现抽油机的实时工况诊断与集群功图诊断，主要包括抽油机平衡、电机缺相、皮带打滑和断裂、结蜡、杆断、卡泵、泵漏、套漏等。

（3）报警预警：智能分析抽油机井生产参数，通过专业软件判断，对抽油机运行状态进行报警管理，实现生产过程实时数据异常波动的报警、实时工况故障诊断报警。

（4）参数优化：分析抽油机井的供排液状况，实现常开井和间抽井的参数优化。

3.4 工业安全系统

工业安全系统主要包括安全管理平台、工业防火墙（含软件）、主机卫士、工业安全审计（含软件）、态势感知服务器（含软件）、火灾报警系统等。

（1）安全管理平台：对工控安全设备统一管理，实现事件的统一汇总、防护策略的下发、安全设备的配制管理等。

（2）工业防火墙：部署生产指挥中心生产网边界，实现对生产网的边界防护。

（3）工业安全审计：部署在生产指挥中心核心交换机旁路，实现对工控网络攻击、病毒传播等恶意行为的分析和发现。

（4）主机卫士：部署上位机、操作员站，实现对工控网络上位机和生产服务器的安全防护，依靠“白名单”策略保护工控上位机和服务器避免病毒和恶意代码的攻击。

（5）态势感知：利用工控安全态势感知平台，实现对工控安全事件及威胁的统一展示、分析和态势研判。当发生突发事件时，态势感知探针可以联动工控网络中的防护设备、网络设备和主机卫士，实现对风险IP、端口、服务或协议的截断和封禁。

（6）火灾自动报警系统：设置感烟探测器检测系统，实现对监控室、机柜间等出现的火灾进行检测，在监控室内报警，提醒操作人员处置。

4 预期应用效果

生产指挥中心整合了生产调度、电力调度、雷达监控中心等生产数字化系统。中心负责全部已建和待建的油气田生产数据和视频监控信息的汇聚、存储、分析、预警、管理、发布等，实现统一监控管理。主要职责是接受上级命令、发布生产命令、发出操作指令、分析生产形势、协调生产资源、检查监督工作等，有利于油田生产工作全面分析、集中管理、统一部署。同时，矿级和厂级管理部门通过网络访问中心服务器实现生产信息实时查询。

该工程建设投资低、集中整合建设水平高，对提高管理水平、减少用工总量、节约人力资本、促进油田高质量发展具有重要意义。

5 结束语

发展智慧油田是油田信息化建设的需要，也是未来油田建设的趋势，关系着油田企业的发展与未来。搭建生产指挥中心与管理平台是智慧油田建设中的重要举措，该工程的建成可实现智能化管理，助力初步建成智能油田，并为智慧油田建设创造了条件。