大慶油田地面工程數(shù)字化建設(shè)方案優(yōu)

摘要數(shù)字化建設(shè)方案作為推動(dòng)油田地面工程數(shù)字化建設(shè)的切入點(diǎn)和著力點(diǎn)，對(duì)數(shù)字化建設(shè)至關(guān)重要。大慶油田在數(shù)字化建設(shè)示范工程中，通過優(yōu)化數(shù)字化建設(shè)方案、固化數(shù)字化建設(shè)模式，為推廣數(shù)字化建設(shè)積存了閱歷。文章闡述了大慶油田地面工程數(shù)字化建設(shè)思路，介紹了數(shù)字化建設(shè)示范工程數(shù)字化建設(shè)方案的優(yōu)化措施，最終，對(duì)下一步的工作提出了樂觀跟蹤無線儀表技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用測(cè)試、完善標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)圖集和同步開展物聯(lián)網(wǎng)深化應(yīng)用爭論的建議，對(duì)更好地推動(dòng)全油田地面工程數(shù)字化建設(shè)具有借鑒意義。關(guān)鍵詞大慶油田 地面工程 數(shù)字化建設(shè) 方案優(yōu)化引言大慶油田196060年，建成了國內(nèi)規(guī)模最大的整裝開發(fā)油田。當(dāng)今世界正處于工業(yè)化向信息化邁進(jìn)的大變革時(shí)期，信息技術(shù)的迅猛進(jìn)展正在帶來深刻的革命性的變化?！啊逼陂g，大慶油田制定公布了《大慶油田振興進(jìn)展綱要》，描繪了今后一個(gè)時(shí)期的進(jìn)展藍(lán)圖，提出了建設(shè)才智油田的設(shè)想，這既是依據(jù)形勢(shì)變化作出的戰(zhàn)略部署，更是建設(shè)百年油田的迫切需要。近年來，大慶油田逐步加大數(shù)字化建設(shè)力度，依據(jù)試點(diǎn)先行、規(guī)模推廣、持續(xù)優(yōu)化、深化應(yīng)用的建設(shè)路線推動(dòng)數(shù)字化建設(shè)。但是，由于油田開發(fā)年限較長，開發(fā)方式及采出液處理工藝簡單，井、間、站場建設(shè)周期跨度大且數(shù)量多，面臨的生產(chǎn)本錢壓力大，數(shù)字化應(yīng)用程度仍處于較低水平。為了緊跟互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)時(shí)代的前進(jìn)步伐，早日建成數(shù)字油田、智能油田、才智油田，急需加快油田數(shù)字化建設(shè)步伐，推動(dòng)建設(shè)進(jìn)程。因此大慶油田大力推動(dòng)數(shù)字化建設(shè)示范工程，通過優(yōu)化數(shù)字化建設(shè)方案，固化數(shù)字化建設(shè)模式，為大規(guī)模推廣數(shù)字化建設(shè)積累閱歷。數(shù)字化建設(shè)思路依據(jù)“加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)、突出問題導(dǎo)向、聚焦產(chǎn)業(yè)升級(jí)、追求質(zhì)量效益 ”的數(shù)字化建設(shè)總體工作要求，確定了地面工程數(shù)字化建設(shè)思路，即：優(yōu)化調(diào)整與篩選排查相結(jié)合，精簡實(shí)施對(duì)象；試點(diǎn)先行，綜合比選，優(yōu)化實(shí)施方案；治理模式轉(zhuǎn)型再造，提高治理水平。1.1 優(yōu)化調(diào)整與篩選排查相結(jié)合，精簡實(shí)施對(duì)象 開展數(shù)字化建設(shè)首先需要進(jìn)展地面系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整。針對(duì)局部區(qū)域和系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷率低的問題，結(jié)合開發(fā)安排對(duì)原油集輸、配制注入、供水及水處理等系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)展適應(yīng)性分析，通過 “核減、合并、降級(jí)”及“三優(yōu)一簡”〔“地上地下”一體化優(yōu)化，總體布局優(yōu)化，系統(tǒng)力量優(yōu)化，應(yīng)用簡化技術(shù)成果〕，實(shí)施站場合并、規(guī)?？s減、功能降級(jí)等優(yōu)化措施，避開站場的后續(xù)擴(kuò)改建筑成數(shù)字化建設(shè)的鋪張。同時(shí)降低地面系統(tǒng)運(yùn)行能耗、提高地面系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷率，為建設(shè)高效益、低能耗數(shù)字化油田制造條件。全面調(diào)查區(qū)域內(nèi)建設(shè)對(duì)象現(xiàn)狀，對(duì)已實(shí)施數(shù)字化建設(shè)的井、站以及不具備實(shí)施數(shù)字化建設(shè)的井、站進(jìn)展排查后，確定數(shù)字化建設(shè)對(duì)象。1.2 試點(diǎn)先行，綜合比選，優(yōu)化實(shí)施方案通過開展現(xiàn)范工程，優(yōu)化實(shí)施方案，為后續(xù)大規(guī)模推廣積存閱歷。如，龍虎泡油田在數(shù)字化建設(shè)中，對(duì)于無電源注水井井場配電方式，依據(jù)用電負(fù)荷狀況及油水井布置狀況，通過對(duì)太陽能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電、周邊油井井場接引供電等 4種供電方式的綜合比選，最終確定采用周邊油井井場接引供電的方式為注水井供電。 1.3 治理模式轉(zhuǎn)型再造，提高治理水平在對(duì)地面系統(tǒng)實(shí)施數(shù)字化建設(shè)的同時(shí)，需要同步實(shí)施治理模式轉(zhuǎn)型再造。搭建治理責(zé)任清楚、崗位設(shè)置科學(xué)合理、員工隊(duì)伍優(yōu)化配置的組織架構(gòu)體系，確定數(shù)字化建設(shè)的數(shù)據(jù)流〔生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳流向〕和掌握流〔生產(chǎn)管控流程〕。基層站隊(duì)實(shí)現(xiàn)值守和巡檢專業(yè)化；技術(shù)保障實(shí)現(xiàn)開發(fā)分析與治理專業(yè)化；生產(chǎn)保障實(shí)現(xiàn)檢修理專業(yè)化；優(yōu)化勞動(dòng)組織構(gòu)造，優(yōu)化一線用工量，實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)，提高治理水平。數(shù)字化建設(shè)方案優(yōu)化措施油氣田地面工程的數(shù)字化建設(shè)，就是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建設(shè)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、生產(chǎn)治理子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)油氣田井區(qū)、計(jì)量間、集輸站、聯(lián)合站、處理廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)信息在采油采氣廠生產(chǎn)指揮中心及生產(chǎn)掌握中心集中管理和掌握［1］。數(shù)字化建設(shè)方案作為推動(dòng)數(shù)字化建設(shè)的切入點(diǎn)和著力點(diǎn)，在滿足業(yè)務(wù)需求、深化實(shí)踐應(yīng)用的同時(shí)，因地制宜、因時(shí)制宜、因需制宜地對(duì)實(shí)施方案進(jìn)展優(yōu)化，對(duì)數(shù)字化建設(shè)至關(guān)重要。自2023年開頭，大慶油田先后開展了海拉爾油田、龍虎泡油田、采油五廠數(shù)字化建設(shè)示范工程建設(shè)，綜合技術(shù)、投資、本錢、效益及政策等多重因素進(jìn)展優(yōu)選，通過“三優(yōu)選，三優(yōu)化”措施，優(yōu)化數(shù)字化建設(shè)方案。2.1 優(yōu)選井、間數(shù)據(jù)采集通信技術(shù)對(duì)于油水井，計(jì)量間，閥組間等井、間的數(shù)字化建設(shè)，需在井場和間內(nèi)增加壓力變送器、溫度變送器等儀表設(shè)備進(jìn)展相關(guān)生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集?，F(xiàn)場儀表信號(hào)傳送至掌握設(shè)備的方式有電纜傳輸及無線信號(hào)傳輸兩種。 依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，同時(shí)考慮到現(xiàn)場施工及井口作業(yè)的便利性，現(xiàn)場儀表以無線傳輸方式為主。通過對(duì)井、間設(shè)置的現(xiàn)場無線儀表應(yīng)用技術(shù)進(jìn)展比照后，優(yōu)選 WIA-PA技術(shù)〔一種面對(duì)工業(yè)過程自動(dòng)化的工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)〕和 Zigbee技術(shù)〔一種應(yīng)用于短距離和低速率下的無線通信技術(shù)〕作為現(xiàn)場無線儀表采集技術(shù)。這兩種技術(shù)均為承受 2.4GHz頻段的無線網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，在現(xiàn)場儀表內(nèi)嵌入相應(yīng) Zigbee或WIA-PA通信模塊，通過無線電磁波可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳。2.2 優(yōu)選井場采集設(shè)備對(duì)油井井場數(shù)據(jù)進(jìn)展儀表功能整合，實(shí)現(xiàn)一表多能。應(yīng)用智能電參數(shù)采集器，將電參數(shù)采集、抽油機(jī)啟停功能、 RTU〔遠(yuǎn)程終端單元〕集成于一體。對(duì)于叢式井場，同一平臺(tái)區(qū)域內(nèi)有多口油水井時(shí)，選擇一口油井作為平臺(tái)主井，設(shè)置 RTU，其他從井將采集信號(hào)上傳至主井 RTU統(tǒng)一處理，簡化從井采集設(shè)備。2.3優(yōu)選無線傳輸方案考慮到油水井場、小型站場數(shù)量多，且分布在大中型站場四周，通信業(yè)務(wù)單一，通信速率需求較低。建設(shè)光纜線路投資較高、施工難度大，而無線通信具有投資低、施工簡便、部署敏捷等優(yōu)勢(shì)。因此，油水井場、小型站場通信承受無線傳輸方式。無線傳輸技術(shù)分為自建無線專網(wǎng)和利用 4G〔第4代移動(dòng)通信技術(shù)〕公網(wǎng)兩種方式。利用 4G公網(wǎng)具有充分利用公共資源，不需建設(shè)投了4G公網(wǎng)傳輸方式。但為了確保數(shù)據(jù)安全，井、間前端數(shù)據(jù)在進(jìn)入生產(chǎn)網(wǎng)之前需經(jīng)過兩次安全認(rèn)證，其數(shù)據(jù)流向?yàn)椋壕㈤g →運(yùn)營商核心交換機(jī)→DMZ〔隔離區(qū)〕→生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)→作業(yè)區(qū)治理中心，數(shù)據(jù)鏈路較長?？紤]到自建專網(wǎng)的數(shù)據(jù)流向是自下而上的，即井、間 →站→作業(yè)區(qū)生產(chǎn)治理中心，流向合理，安全性高。因此，在龍虎泡油田示范工程中，井間數(shù)據(jù)傳輸承受了WIA-PA/FA技術(shù)〔WIA-PA是基于IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)的用于工業(yè)過程測(cè)量、監(jiān)視與掌握的無線通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，WIA-FA 是基于IEEE802.11 物理層開發(fā)的無線通信標(biāo)準(zhǔn)〕。承受WIA-PA/FA工業(yè)無線組網(wǎng)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)MESH〔無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)〕組網(wǎng)，具有高牢靠、低延時(shí)、安全可控的特點(diǎn)。WIA-PA/FA組網(wǎng)具備2.4G/5.8G雙層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，2.4G的WIA-PA工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)適用于現(xiàn)場傳感數(shù)據(jù)的采集傳輸，并將數(shù)據(jù)會(huì)聚至架設(shè)在計(jì)量間、閥組間外的WIA-PA無線網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)通過WIA-FA5.8GMESH主干網(wǎng)絡(luò)傳輸單元，上傳至周邊站場，再經(jīng)光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)上傳至各級(jí)監(jiān)控中心。2.4優(yōu)化油井采比照相關(guān)工程建設(shè)狀況，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)需求，進(jìn)一步優(yōu)化油井采集點(diǎn)。考慮到大慶油田常規(guī)油井氣油比低于 100m3/t，油井套壓波動(dòng)不大，因此不對(duì)套壓進(jìn)展自動(dòng)采集。優(yōu)化后的抽油機(jī)井采集點(diǎn)為油壓、電流、電壓、載荷和位移，繪制示功圖并上傳。采集油壓主要是考慮到大慶油田冬季氣溫較低，油壓可直接反映單井管道凍堵及泄漏狀況，提高處置準(zhǔn)時(shí)性。在站場停電且通訊中斷的極端狀況下，可實(shí)現(xiàn)井口超壓聯(lián)鎖自動(dòng)停井，避開冒罐、管道穿孔事故的發(fā)生，同時(shí)，油壓對(duì)于工況反映較為直接，可依據(jù)油壓變化趨勢(shì)實(shí)現(xiàn)事故預(yù)警。采集電流可實(shí)現(xiàn)盜竊電預(yù)警，通過變電所變壓器前端電流與單井設(shè)備總電流的差值，可監(jiān)測(cè)偷盜電狀況；采集電壓可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效率加密測(cè)試，通過錄用的電流、電壓、功率值計(jì)算出單井的系統(tǒng)效率，可實(shí)時(shí)把握系統(tǒng)效率狀況。采集載荷、位移，繪制示功圖，利用示功圖實(shí)時(shí)對(duì)油井工況進(jìn)展推斷，計(jì)算出油井產(chǎn)液量。依據(jù)工況和產(chǎn)液特別程度進(jìn)展分級(jí)預(yù)警提示，縮短對(duì)故障油井的推斷和處理時(shí)間。2.5 優(yōu)化注水井實(shí)施方案注水井參數(shù)采集實(shí)施方案分為采集型和掌握型，依據(jù)生產(chǎn)的不同需求進(jìn)展優(yōu)化選用。采集型對(duì)注水井油壓、瞬時(shí)注入量、累計(jì)注入量進(jìn)展采集及數(shù)據(jù)上傳；對(duì)注水量需實(shí)時(shí)監(jiān)控和準(zhǔn)確調(diào)整的注水井，承受掌握型，在采集型根底上，增設(shè)注水量實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)整功能。在示范工程建設(shè)時(shí)，依據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需求進(jìn)展實(shí)施方案優(yōu)選，如，采油五廠數(shù)字化建設(shè)工程中，由于杏南地區(qū)注水量相對(duì)穩(wěn)定，單井調(diào)整頻次較低，因此依據(jù)采集型采集注水井單井壓力與流量數(shù)據(jù)，采承受掌握型，在對(duì)注水井單井壓力與流量數(shù)據(jù)進(jìn)展采集的同時(shí)，增設(shè)流量掌握裝置，實(shí)現(xiàn)注水量實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)整。2.6優(yōu)化站場建設(shè)模式隨著大慶油田開發(fā)力度的不斷增大，大中型站場數(shù)量不斷增長，對(duì)人力資源需求進(jìn)一步增加。大慶油田中型站場主要包括轉(zhuǎn)油站、注水站、注入站、變電所；大型站場主要包括轉(zhuǎn)油放水站、放水站、脫水站、污水處理站及配制站，以及2座及2座以上生產(chǎn)站場合建的聯(lián)合站。為掌握生產(chǎn)用工，提高治理水平，在數(shù)字化建設(shè)時(shí)對(duì)站場實(shí)行集中監(jiān)控建設(shè)模式。 〔1〕中型站場承受“區(qū)域集中監(jiān)控，站場無人值守”模式2023年以來，大慶油田在產(chǎn)能建設(shè)工程中，在注入站嘗試承受中心站遠(yuǎn)程集中監(jiān)控模式。如，采油一廠在 2023年北一區(qū)產(chǎn)能工程中，建設(shè)區(qū)域內(nèi)建二元調(diào)配站15座注入站的生產(chǎn)信號(hào)通過通信光纜上傳至建的二元調(diào)配站中控室集中管控。注入站工藝設(shè)備維護(hù)人員由分散在單一站點(diǎn)的分散治理模式，轉(zhuǎn)變?yōu)榫S護(hù)人員集中在區(qū)域生產(chǎn)治理中心定期檢修、應(yīng)急處理的集中治理模式，并且站場不再設(shè)置值班人員，人員全部集中到區(qū)域生產(chǎn)管理中心。在此根底上，對(duì)示范工程站場典型流程進(jìn)展 HAZOP〔危急與可操作性〕分析，針對(duì)站場存在的安全風(fēng)險(xiǎn)制定措施。如，針對(duì)加熱爐燃料氣泄漏著火的風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)置總?cè)剂蠚夤艿谰o急關(guān)斷電動(dòng)閥門等，通過適當(dāng)增設(shè)采集點(diǎn)位，保障站場安全運(yùn)行；同時(shí)，對(duì)儀表系統(tǒng)進(jìn)展全面改造完善，重要工藝參數(shù)全部進(jìn)入站控系統(tǒng)，站場建設(shè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)及周界報(bào)警系統(tǒng)，生產(chǎn)運(yùn)行工藝參數(shù)和生產(chǎn)狀態(tài)信息實(shí)時(shí)上傳區(qū)域治理中心。站場工藝設(shè)備維護(hù)人員和站內(nèi)值班人員均集中到作業(yè)區(qū)生產(chǎn)治理中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)站場生產(chǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)保護(hù)及遠(yuǎn)程操作。〔2〕大型站場承受“多崗合并，集中監(jiān)控”大慶油田于2023年提出大中型站場進(jìn)展合崗設(shè)計(jì)的理念。如，2023年建設(shè)的肇35轉(zhuǎn)油注水站為小型多功能站，該站由轉(zhuǎn)油站、注水站兩個(gè)局部組成。該站通過合崗設(shè)計(jì)，將集油閥組間與油水泵房合建為1燃?xì)夥趴漳夯厥粘睾辖?個(gè)排污池；同時(shí)，轉(zhuǎn)油站和注水站共用修理間、庫房等生產(chǎn)關(guān)心廠房，轉(zhuǎn)油站、注水站配電室變壓器區(qū)合一；轉(zhuǎn)油站排污池與注水站排水池共用，且與生活水蒸發(fā)池聯(lián)合設(shè)置。通過以上措施，削減站場建構(gòu)筑物數(shù)量的同時(shí)，節(jié)約了占地面積。合崗設(shè)計(jì)在肯定程度上緩解了用工缺乏的狀況，但是由于掌握系統(tǒng)設(shè)置分散，又沒有通過工藝改造增加保障生產(chǎn)的安全措施，沒有適當(dāng)提高工藝自動(dòng)化水平，因此維護(hù)和巡檢工作量沒有削減，員工的勞動(dòng)強(qiáng)度也沒有減輕。為解決上述問題，2023 年大慶油田提誕生產(chǎn)站場集中監(jiān)控的設(shè)計(jì)方針和治理理念，即取消傳統(tǒng)分崗治理模式，建設(shè)中控室，將各生產(chǎn)單元統(tǒng)一監(jiān)控，集中治理，各分崗不再設(shè)置值班人員。并且于2023年公布了Q/SYDQ1677—2023《大慶油田原油站場集中監(jiān)控設(shè)計(jì)規(guī)定》，對(duì)大中型站場生產(chǎn)過程參數(shù)采集及監(jiān)控進(jìn)展了具體要求，為后續(xù)集中監(jiān)控站場規(guī)劃方案設(shè)計(jì)供給了指導(dǎo)。大型站場示范工程實(shí)施 “多崗合并，集中監(jiān)控”建設(shè)模式。站場數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控執(zhí)行Q/SYDQ1677—2023《大慶油田原油生產(chǎn)站場集中監(jiān)控設(shè)計(jì)規(guī)定》的相關(guān)要求，實(shí)現(xiàn)站場相關(guān)生產(chǎn)參數(shù)的自動(dòng)采集，同時(shí)，站場建設(shè)視頻控設(shè)計(jì)規(guī)定》的相關(guān)要求，實(shí)現(xiàn)站場相關(guān)生產(chǎn)參數(shù)的自動(dòng)采集，同時(shí)，站場建設(shè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)及周界報(bào)警系統(tǒng)。建設(shè)中心掌握室，對(duì)工藝生產(chǎn)過程進(jìn)展監(jiān)視和掌握，各生產(chǎn)單元不設(shè)置分崗顯示操作設(shè)施，當(dāng)工藝單元檢測(cè)掌握點(diǎn)較多時(shí)，為削減進(jìn)出中心控制室的線纜數(shù)量，設(shè)置就地I/O〔輸入/輸出〕數(shù)據(jù)采集掌握裝置，再通過有線光纜將數(shù)據(jù)上傳至中心掌握室。整個(gè)站場的生產(chǎn)過程在中心掌握室集中監(jiān)控，值班人員承受定期巡檢的方式對(duì)各生產(chǎn)設(shè)施進(jìn)展檢查。同時(shí)，中心掌握室將數(shù)據(jù)上傳至廠級(jí)生產(chǎn)調(diào)度中心，對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控、分析和預(yù)警。3下一步工作建議“”以來，國內(nèi)各油田紛紛將數(shù)字油田列為企業(yè)信息化進(jìn)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，油田地面工程向智能化、才智化進(jìn)展。為加快數(shù)字化建設(shè)步伐，大慶油田在前期探究實(shí)施、調(diào)研論證的根底上，本著簡化、優(yōu)化、有用的原則，通過示范工程建設(shè)，不斷優(yōu)化數(shù)字化建設(shè)方案，形成適合高含水老油田的數(shù)字化建設(shè)模式。今后，為了更好地推動(dòng)全油田地面工程數(shù)字化建設(shè)，建議如下：一是樂觀跟蹤無線儀表技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用測(cè)試。 為了測(cè)試無線儀表技術(shù)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性， 目前相關(guān)無線儀表廠家正在進(jìn)展現(xiàn)場應(yīng)用測(cè)試。建議有關(guān)單位樂觀跟蹤現(xiàn)場應(yīng)用測(cè)試結(jié)果，不斷完善方案，為今后推廣使用供給依據(jù)。二是完善標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)圖集。建議對(duì)典型站場在數(shù)字化建設(shè)模式下的運(yùn)行狀況進(jìn)展現(xiàn)場