油田生产设备管理平台数字化建设与应用

武瑛 胡潇文 杨越 郑金风

收稿日期：2023-07-08

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.04.002

摘  要：“中国制造2025”即中国版工业4.0。作为中国制造业未来10年的顶层规划和路线图，其核心思想是借助工业技术与信息技术实现智能制造的数字化企业。从油田生产发展趋势和设备管理要求现状出发，文章遵从业务需求导向，提炼设计应用功能，将传统单一系统建设模式转变为模块化服务集成应用的全新模式，将设备全生命各个阶段纳入统一体系，建设设备数字化管理平台，改善设备综合情况、业务流程、实时数据查询方式及路径，辅助生产管理。

关键词：油田设备；设备管理；全生命周期；数字信息

中图分类号：TP311.5  文献标识码：A  文章编号：2096-4706（2024）04-0005-05

Digital Construction and Application of Oilfield Production Equipment

Management Platform

WU Ying， HU Xiaowen， YANG Yue， ZHENG Jinfeng

（Fengcheng Oilfield Operation Area of CNPC Xinjiang Oilfield Company， Karamay  834000， China）

Abstract：“Made in China 2025”， the Chinese version of Industry 4.0， as the top-level planning and roadmap of Chinese manufacturing industry in the next 10 years， its core idea is to realize the digital enterprise of intelligent manufacturing with the help of industrial technology and information technology. Starting from the development trend of oilfield production and the current situation of equipment management requirements， this paper follows the business demand-oriented， extracts the design and application functions， transforms the traditional single system construction mode into a new model of modular service integration and application， integrates all stages of equipment full life into a unified system.It builds a digital equipment management platform， improves the overall situation of equipment， business processes， real-time data query methods and paths， and assists production management.

Keywords： oilfield equipment;equipment management; full life cycle; digital information

0  引  言

生产设备管理是油气田生产管理中的重要内容，抽油机、压缩机、泵等各类设备支撑了油气开发生产过程中的油气集输、注入系统、水处理等多种复杂工艺，设备的优劣直接影响着油气生产效益。基于日渐完善的生产物联网，结合数字化、智能化的方式进行生产设备管理，才能更好地支撑油气生产稳定运行。

国际设备管理理念已经从事后维修、定期维修、状态维修等逐步发展到现在的针对设备全生命周期、基于风险的设备完整性管理。新信息技术与先进制造技术的高速发展，使得设备安全运行、全生命周期成本最优化成为可能[1，2]。

1  存在问题及研究思路

1.1  存在问题

油田生产设备总量逐年上升，随着工业生产规模和设备复杂程度的日益提升，已有的设备管理模式在面对复杂设备和大量数据时已难以适应。采油厂每日存在大量泵修、加药、化验等设备维修维护任务，这需要一个完整的流程实现并跟踪维修任务。传统的解决方式为：电话上报、各班组作业反馈、维修明细等纸质工单存档。因步骤烦琐、电话口误等因素，导致现场情况不掌握、物资消耗不明确、生产维修效率低的问题[3]。存在问题总结如下：

1）设备资料管理任务重：传统设备管理模式最早依赖以纸质文件为主的媒介对设备进行管理，设备建档、维修申报等操作均以紙质文件为载体进行，其运转效率取决于设备所属厂商办公结构的运作效率和相关纸质文件的流转速度[4，5]。该模式存在运转效率低、记录数据量小、流程冗长烦琐、历史数据利用率低、数据不易保存等缺点，已不适应当今越来越快的生产节奏。

2）业务流转效率低：在设备业务管理方面采用属地管理、分级负责方式，设备数据单独管理，基础资料人工管理不统一，统筹管理不易。已建ERP等系统应用不足，设备购置、处置等业务覆盖不全，业务线下处理周期长、协同效率低。

3）设备数据管理薄弱：原有设备相关系统仅实现少量设备台账和运转记录管理，功能单一，设备覆盖不全，设备资产核查和数量统计中易出错，信息更新不同步；设备种类和设备采集点覆盖不全，缺乏对总体设备数据的汇总和分析，难以为管理层决策提供支撑。

4）预测性维护不足：油气生产物联网生产数据监控逐步完善，但缺少对设备运行状态参数的专项监控和报警，工况判断不及时；设备故障处理主要以经验管理为主，还是依赖于人力辨识，时效性和预测性较差事后维修占比高；技术知识人口相传，经验知识不能进行有效的积累与传承。

1.2  研究思路

遵从业务需求导向，通过分析业务需求，梳理数据需求，提炼设计应用功能，将传统单一系统建设模式转变为模块化服务集成应用的全新模式，形成设备全生命周期管理系统设计实施方案。

2  生产设备管理平台建设

2.1  平台总体设计

设备管理系统底层存储结构化数据，实时数据以及文件数据，并根据需求从数据中台获取主数据以及其他数据资产，同时也可以写入本系统的业务数据，进入数据中台，提供给其他第三方应用系统使用。平台架构图如图1所示。

图1  平台架构图

为了保证生产数据的一致性，保证源点数据一次采集，多系统应用的要求，总体建库原则为：系统只对各单位情况数据项进行采集，不对任何原始生产数据项进行重复采集，保证所有数据都在源点录入，而不再开设其他数据入口，系统只进行相关生产数据的引用[6]。

2.2  研究内容

采用成熟的流程建模方法，基于油田公司设备管理的要求，将设备管理业务分为设备基础管理、设备前期管理、设备验收管理、设备使用管理、设备检维修管理、设备处置管理、设备变更管理、设备状态监测模块、知识库管理模块、统计分析模块10项管理内容实现于系统中。

1）统一设备平台数据标准和设备编码，强化设备基础管理，针对业务流程线下管理，搭建业务架构，实现设备业务流程线上流转，形成生产设备从购置到退役的“互联网+设备”全生命周期管理移动管理新模式[7，8]。

2）依托物联网数据，系统生成各类报表，提升信息化支撑能力，将人工维护模式转变为报表数据自动生成，强化基础管理，自动统计运转类设备运行数据，实现检维修预警等功能，提升设备数据运维效率。

3）结合物联网采集的动态数据，对抽油机、压缩机、锅炉等生产设备的运行参数进行动态监测及关键参数报警，计算维修成本费用以及多维度统计设备故障信息。

4）将既有的使用手册、维修手册等资料结构化、知识化，并根据不同的设备类别，记录设备从问题到解决办法的全面故障信息。

5）实现设备业务流程信息的移动端查询和业务审核审批，实现设备参数预警、工作任务提醒等重点消息的智能推送。

下面将设备业务流程管理、知识库管理、设备数据监测、统计分析功能进行逐一介绍。

2.3  设备业务流管理

2.3.1  设备基础管理模块

参照ERP系统标准进行设备台账管理，具备二维码设备信息查询功能，展示设备运行情况、技术状态、运转数据等状态信息，实现设备档案资料等静/动态基础信息在线管理，规范各级单位设备信息数据入库标准。可查询油田公司各二级单位不同设备具体信息，目录树以ERP系统统一的设备分类、设备编码执行，如图2所示。通过这个页面能够看到设备的基本信息、维保记录、运行记录、关联的资料、以及设备的运行记录数据；其中所有运行、维保等记录按时间顺序，由近到远依次排列。

2.3.2  设备前期管理模块

实现设备年度购置计划查阅留存、分类汇总，以及设备前期选型报备、审核业务流程管理。将年度购置计划录入到系统中，附件上传年度设备更新投资项目建议计划表，点击附件可查询各二级单位年度设备更新投资项目建议计划表详情。

2.3.3  设备验收管理模块

各二级单位通过对到货验收、调试验收、质保期验收中新增功能将验收申请录入系统中，到货验收和调试验收不需要到质量设备节能处审核，只需查看即可。质保期验收中A类设备需要各二级单位提交至质量设备节能处进行审核，审核通过形成记录。

2.3.4  设备使用管理模块

使用管理分为现场检查记录及整改结果确认，质量设备节能处和二级单位对现场检查出现的问题以附件形式派发到三级单位，三级单位整改完成后以附件形式反馈到二级单位，二级单位整理后将结果反馈到质量设备节能处。

2.3.5  设备检维修管理模块

主要为各厂处三级单位设备管理员、资料员及班组人员使用。包含巡检管理、维保管理、故障工单管理，规范现场人员的作业行为与要求，APP可及时报送设备故障，支持图、文、视频描述故障信息，维修工单将实时提醒维修人员，减少故障持续时间[9]。

对于有自动化数据接入的设备，在ORACLE中编写算法，运用油区SCADA系统远程终端采集的设备实时数据，每十分钟读取一次设备数据，设定具体采集点判断为运转状态，收集状态为1的条数，计算得出设备运转时长。对于没有自动化数据接入的设备，通过电子表导入的生成模式，少量人工维护就能实现設备点检记录生成。

2.3.6  设备变更管理模块

各二级单位通过对变更计划、变更验收中新增、编辑功能将变更申请录入系统中，A类设备需要各二级单位审核完提交至设备管理部门进行审核，审核通过形成变更记录。

2.3.7  设备处置管理模块

设备处置管理分为设备调拨和设备报废两部分。设备调拨为各二级单位内部之间进行的设备调拨业务以及各二级单位之间的调拨业务，业务功能并不涉及设备管理部门。

2.4  设备状态监测管理

基于物联网采集数据，对抽油机、压缩机、锅炉、机泵等关键生产设备的运行参数进行动态监测，通过对自动化数据设备启停状态、电流、传感器信息及化验系统数据情况，可以直观、实时了解设备工作状态，辨识状态特征参数的变化[10]。

设备可以添加若干采集点，对应物理设备的实时运行参数，系统设定一定时间连接中控系统获取数据；对没有实现自动化采集的参数，可在要求范围内，对采集点进行人工录入数据，及设置设备状态，如图3所示。

2.5  知识库管理

结合管理制度、标准规范和经验案例，实现设备维修作业的标准化，将既有的使用手册、维修手册等资料结构化、知识化，指导故障诊断和维修。知识采集方式采用计算机自动采集，通过数据库单向同步方式从现有的信息系统和学术论文中提取相关知识存储到知识库的数据库中。

采用ES全文检索技术，通过关键字检索出所有相关文件资料、数据、视频等，智能识别扫描件、图片中的内容，搜索方式支持精确搜索和模糊搜索，如图4所示。系统根据问题关键字，从知识库中搜索，查找类似问题的答案提供参考；其他员工可针对该问题进行回复，由作业区相关专家回复信息进行审核，审核通过后直接收入知识库，成为共享知识。

2.6  统计分析功能

通过动、静态数据的管理和调用，对设备综合完好率、利用率、故障停概率、新度系數等KPI指标进行多维度的自动汇总统计。应用系统设备基础数据和故障、保养等维护的动态数据，生成维修费用明细表、维修费用统计表、故障统计汇总表、经济技术指标表。

3  应用效果分析

生产设备管理平台于2022年年底建成试用，在业务管理、数据管理、经济社会效益方面取得如下效果。

3.1  设备业务管理方面

定制设备从计划购置到报废处置的7类32项节点，推进业务申请、审批、处置、反馈的信息化闭环管理模式，关键审核环节可通过移动端高效开展。减少主线业务纸质流程，线上审批审核，缩短办理时间，提升设备业务流转效率，促进生产设备管理变革。

3.2  设备数据管理方面

1）数据管理：确定设备统一编码，覆盖整个油田生产设备，整合设备型号、厂家、采购日期等资料信息，结合大修次数、资产折旧等动态参数，为后期设备健康评价提供依据。

2）报表管理：以点巡检、维保、工单等环节报表为主，改变以往设备报表填报模式，报表数据自动计算，缩短传统模式下数据收集整理时间。设备数据快速调用、便捷查询，减少人工干预，为业务部门的数据分析、措施管理提供更为准确的数据支持。

3）统计分析：以图形、曲线等可视化方式，展示设备运行时率、故障情况、维修费用等统计情况，为进一步开展注、采、输设备智能分析做好支撑。

3.3  经济及社会效益

通过建设设备数字化管理平台，减少纸质资料送审环节，提高业务流转效率；数据统一平台查询，缩短数据查询收集时间；报表数据系统运算，降低人工维护时间。

4  结  论

本项目针对原有设备系统存在应用不足的问题，充分利用集成平台资源，整合已建系统数据，建立生产设备管理平台，利用数字化手段统一管理设备业务与数据。依据设备管理制度创建线上工作流，全过程跟踪留痕。通过开放接口和系统集成，建立数据存储共享模式，解决设备数据“孤岛”问题，整合贯穿设备全生命管理的各类静、动态数据，档案资料规范齐备，运行操作历史可查，重点设备监测数据集中管理，为统计分析提供数据支撑。

参考文献：

[1] 朱攀勇，付金强，郑志龙，等.设备全生命周期管理系统的应用 [J].新世纪水泥导报，2021，27（2）：66-69.

[2] 王照，刘浩.配电设备生命周期管理研究 [J].电气技术，2020，21（12）：119-123.

[3] 陈海山.基于微服务模型的设备档案系统设计与分析 [J].机电信息，2020（36）：112-114.

[4] 代鲁，董华，张瑾，等.一体化水电站生产管理系统在小浪底的应用 [J].人民黄河，2020，42（S2）：248-250.

[5] 付金强，朱攀勇，龚建立，等.水泥设备全生命周期管理系统应用研究 [J].水泥工程，2020（6）：61-63.

[6] 唐默.技术状态管理在轨道交通车辆全生命周期中的应用 [J].中国设备工程，2021（1）：68-70.

[7] 张建中.面向全生命周期管理的煤机设备信息分类编码 [J].工矿自动化，2021，47（1）：21-27.

[8] 翟新康，韩苏征，张新全，等.基于全寿命周期管理的机载设备履历本规范制定及编写研究 [J].标准科学，2020（11）：105-109.

[9] 刘晓军.油田生产运行维修维护专业化管理平台的研究 [J].通信管理与技术，2017（4）：53-56.

[10] 孙楠.基于物联网技术的油田数字化设备运维管理系统分析 [J].设备管理与维修，2021（12）：12-13.

作者简介：武瑛（1982—），女，汉族，湖南衡阳人，三级工程师，本科，研究方向：油田信息自动化系统建设与管理。