油田生產指揮中心管理平臺的搭建與構想

袁美玲

大慶油田第十采油廠工藝研究所

近年來，油氣勘探難度逐年增加，開發成本不斷上漲，安全生產和節能環保形勢嚴峻，這些因素制約了當前油氣田企業發展。為了實現油田增儲上產、降本增效和高質量可持續發展，建設數字化與智慧油田已成為當前油田企業的重要發展方向[1-5]。隨著物聯網、5G 通信、云計算、大數據等新興技術高速發展，基于這些技術搭建生產指揮一體化管理平臺成為了國內油田主要的工作方向之一。以管理水平提升促進人均生產力提高，進一步降低人力成本，從而推動油田企業向著更加智能化、自動化和規范化的方向發展，已成為行業內的普遍共識，為油田企業市場競爭力的不斷提升奠定了良好基礎[6-10]。以大慶朝陽溝油田為例，基于朝陽溝油田數字化建設規模與現狀，聚焦生產指揮中心管理平臺，全面闡述平臺搭建方案與構想。

1 項目背景

朝陽溝油田主要位于黑龍江省大慶市肇州縣，油田轄區面積大，井區分布分散，管理難度大。為了提高朝陽溝油田生產管理水平，按照大慶油田“數字油田、智能油田、智慧油田”三步走統一戰略部署，通過對已有資源的遷移和改造，在朝陽溝油田設計搭建油田大區域生產指揮中心和管理平臺。該項目將對油田生產調度、電力調度、雷達監控中心等生產數字化系統進行整合，具有建設投資低、集中整合建設水平高等優點，旨在節約人力資源、提高勞動效率、強化油田安全，推動大慶油田由數字油田向智能油田邁進，并最終走向智慧油田。

2 生產指揮中心建設方案

2.1 搭建方案

根據現場考察調研，搭建生產指揮中心有改建和新建兩個方案。

改建方案是在原辦公機構的基礎上進行改造和重新布局，通過實地勘測，擬將油田機關會議中心作為新建生產指揮中心的選址，在原有設施與房屋格局的基礎上進行擴展與改造。主要設置中控室、機柜間、休息間等功能區：中控室設于大會議室，設置大型顯示系統；原接待室作為數據中心機柜間，安裝交換機、數據服務器、電力柜、UPS 備用電源等；改造兩個房間為休息室。同時，整合生產調度、電力調度、雷達監控到生產指揮中心，搭建生產管理平臺，設置生產數據監控管理崗等。

新建方案則是選擇合適的空地作為新建生產指揮中心的選址，搭建全新的辦公樓。

2.2 遷移工程

為了降低生產指揮中心改造工程的投入資金，需要將原有的可以利舊的機器及配套設備遷移到新建的生產指揮中心。遷移的系統和設備如下：

（1）油田保衛大隊監控中心的雷達監控、視頻監控系統以及相應的服務器、主機、通訊機柜等設備。

（2）油田電力調度的分礦計量、配電網故障監測、視頻監控系統以及相應的服務器、主機、通訊機柜等設備。

（3）油田管理部陰極保護監控系統。

（4）其他可利用的數據服務器等設備。

2.3 改造工程

僅遷移系統和設備無法滿足生產指揮中心的建設需求，根據生產指揮中心建設目標，還需要新增設備及完善配套設施。

（1）新建10×3 液晶拼接屏顯示系統一套，建成后大屏尺寸為12.1 m×2.04 m，配套建設視頻監控綜合管理平臺等。

（2）新建數據庫服務器4 臺，與遷移的服務器合并使用，采用雙套服務器運行模式，互為備用。新建操作員站10 套，液晶顯示器15 臺，打印機4 臺，操作臺20套。

（3）配套工業交換機、完善通訊光纜等網絡建設和語音通訊。

（4）如若選擇方案一，則還需拆除原大會議室吊頂及燈具，改造為鋁扣板+格柵燈，重新鋪設地磚；改造接待室為機柜間；改造兩個房間為休息室。

3 生產管理平臺建設方案

完成生產指揮中心硬件建設后，根據油田管理業務需求搭建生產管理平臺，形成一個集生產數據實時監測、生產分析、運行調度、物聯設備管理、設備異常報警等多功能為一體的管理工作平臺，平臺運行后將實現油田不同層級用戶在統一系統中開展管理與決策。

管理平臺子系統設置主要包括生產管理子系統、上位機監控系統、機采管理系統、工業安全系統等。

3.1 生產管理子系統

生產管理子系統是生產管理平臺最重要的子系統之一，主要功能為生產過程監測和產量分析等。該子系統共設計了系統主頁、生產過程監測等8 個模塊，同時預留與油田公司地面系統的對接接口（圖1）。

圖1 生產管理子系統功能模塊Fig.1 Function module of production management subsystem

（1）系統主頁：用于各組織層級下的油氣水井、站庫和管網綜合信息的匯總展示，包括井數、站庫數量、管網規模等信息。同時還可以展示不同層級或者不同區塊的總體產量趨勢、含水變化、開井時率以及預警等信息。

（2）生產過程監測：與系統主頁主要用于展示不同層級匯總信息不同，生產過程監測模塊更偏向于針對具體的生產單元，綜合展示單井、站庫、管線、物聯設備的實時生產運行數據，實現所有生產單元生產過程監測的目的。具體展示的信息由用戶選擇，例如單井的產量趨勢、抽油設備的參數變化、監控設備的視頻圖像等，同時支持不同組織層級下的生產監測信息匯總展示。該模塊還支持相應生產單元的報表管理、視頻監測等模塊之間的跳轉。

（3）生產分析模塊：對不同單元、層級下的生產單元生產數據進行提取、統計和分析，為不同組織層級決策層和技術分析人員等提供決策依據。用于分析的數據包括單井產量趨勢、含水變化趨勢、生產時率、多井對比分析等。

（4）報表管理模塊：以報表為輸出對象，按用戶需求實現對各種報表的查詢與展示，報表的類型主要有生產數據報表、設備運行報表和管理平臺運行報表。

（5）物聯設備管理模塊：實現物聯設備臺賬實時維護、物聯設備生產運行、保養檔案及時更新以及物聯設備運行狀態監測，能夠對物聯設備的故障分布情況進行分析。通過人工智能或者大數據技術實現物聯設備告警/預警功能，在設備發生故障前通知物聯設備管理人員及時對設備進行維護，從而降低物聯設備的故障率。

（6）視頻監測模塊：分類、分層級集中展示各個生產單元的視頻監測信息，通過AI 識別技術實現對生產單元運行狀態變化的監測，并發出告警信息。

（7）數據管理模塊：根據用戶所在層級權限對不同生產單元的生產數據進行管理，包括基礎數據管理、數據標簽管理、數據接口管理等。

（8）系統管理模塊：主要功能包括系統用戶及其操作權限管理、各類后臺參數配置、系統日志的查詢等功能。目的是實現生產管理子系統不同層級、不同用戶權限約束下的精準管理，從而保證整個子系統的安全性。

3.2 上位機監控系統

上位機監控系統利用前端設備采集生產運行數據并實現相應的監控管理功能，為生產管理子系統的決策和分析功能提供基礎數據。主要功能包括生產運行數據的實時展示、歷史曲線展示、歷史查詢、報表生成與導出、工藝流程圖展示、報警監控與設置等。

（1）生產數據的實時展示：將生產數據實時展示在頁面上，數據展示頁面按照井、間和組織機構進行分類展示。

（2）生產數據的歷史曲線展示：根據采集數據的值和采集時間繪制采集數據的歷史曲線。曲線的時間范圍可以根據需求進行設置，也可以根據需求將多個采集數據的歷史曲線進行疊加對比。

（3）生產數據歷史查詢：對采集的數據進行歷史查詢，可以通過井、間為查詢對象，進行任意歷史時間段的數據查詢。

（4）生產數據報表生成與導出：根據自動采集數據生成報表，具備導出保存功能。

（5）工藝流程圖展示：在組態軟件上根據計量間和站庫中涉及的生產對象的工藝流程圖進行繪制，結合實時采集的生產數據進行展示。

（6）生產數據報警監控與設置：提供采集數據的報警閾值設置，將采集的數據與預先設定的報警閾值進行比較，實現實時報警監控。

3.3 機采管理系統

機采管理系統利用采集的抽油機生產數據進行分析處理，分析預警抽油機井運行狀態，實現軟件量油、工況診斷、報警預警、參數優化等功能。

（1）軟件量油：結合油井基礎數據和實時采集的生產數據完成產液量計算，針對不同工況的油井采用不同的計算模型，單井日產液量計算采用加權平均值算法?？蓪崿F油井日產量、月產液量統計以及單井生產時率、產液量變化分析等功能。

（2）工況診斷：應用采集抽油機電流和示功圖數據，基于專業技術與大數據人工智能方法相結合，實現抽油機的實時工況診斷與集群功圖診斷，主要包括抽油機平衡、電機缺相、皮帶打滑和斷裂、結蠟、桿斷、卡泵、泵漏、套漏等。

（3）報警預警：智能分析抽油機井生產參數，通過專業軟件判斷，對抽油機運行狀態進行報警管理，實現生產過程實時數據異常波動的報警、實時工況故障診斷報警。

（4）參數優化：分析抽油機井的供排液狀況，實現常開井和間抽井的參數優化。

3.4 工業安全系統

工業安全系統主要包括安全管理平臺、工業防火墻（含軟件）、主機衛士、工業安全審計（含軟件）、態勢感知服務器（含軟件）、火災報警系統等。

（1）安全管理平臺：對工控安全設備統一管理，實現事件的統一匯總、防護策略的下發、安全設備的配制管理等。

（2）工業防火墻：部署生產指揮中心生產網邊界，實現對生產網的邊界防護。

（3）工業安全審計：部署在生產指揮中心核心交換機旁路，實現對工控網絡攻擊、病毒傳播等惡意行為的分析和發現。

（4）主機衛士：部署上位機、操作員站，實現對工控網絡上位機和生產服務器的安全防護，依靠“白名單”策略保護工控上位機和服務器避免病毒和惡意代碼的攻擊。

（5）態勢感知：利用工控安全態勢感知平臺，實現對工控安全事件及威脅的統一展示、分析和態勢研判。當發生突發事件時，態勢感知探針可以聯動工控網絡中的防護設備、網絡設備和主機衛士，實現對風險IP、端口、服務或協議的截斷和封禁。

（6）火災自動報警系統：設置感煙探測器檢測系統，實現對監控室、機柜間等出現的火災進行檢測，在監控室內報警，提醒操作人員處置。

4 預期應用效果

生產指揮中心整合了生產調度、電力調度、雷達監控中心等生產數字化系統。中心負責全部已建和待建的油氣田生產數據和視頻監控信息的匯聚、存儲、分析、預警、管理、發布等，實現統一監控管理。主要職責是接受上級命令、發布生產命令、發出操作指令、分析生產形勢、協調生產資源、檢查監督工作等，有利于油田生產工作全面分析、集中管理、統一部署。同時，礦級和廠級管理部門通過網絡訪問中心服務器實現生產信息實時查詢。

該工程建設投資低、集中整合建設水平高，對提高管理水平、減少用工總量、節約人力資本、促進油田高質量發展具有重要意義。

5 結束語

發展智慧油田是油田信息化建設的需要，也是未來油田建設的趨勢，關系著油田企業的發展與未來。搭建生產指揮中心與管理平臺是智慧油田建設中的重要舉措，該工程的建成可實現智能化管理，助力初步建成智能油田，并為智慧油田建設創造了條件。