油田采油作业区物联网示范区建设的探索

卢宏举(中国石油冀东油田公司陆上油田作业区，河北 唐山 063200)

0 引言

为推进数字化油田建设，冀东油田陆上油田作业区第三工区作为陆上作业物联网建设示范区、进行物联网系统建设已有13年，大部分设备已经老化，系统架构亟待升级[1]。物联网设备设施老化，井口物联网设备的覆盖率、上传率、准确率都存在问题，导致技术人员借助物联网数据快速分析井况问题的能力降低，物联网系统、设备、功能、应用等诸多方面均亟待升级改造。

1 作业区的现状

1.1 陆上油田作业区第三工区已基本完成数字化改造，实现生产过程数据采集和初步安防监控

目前全区39个生产平台具有495口抽油机井、7口电泵井、10口螺杆泵井、2口提捞油井，安装自动化设备油井数量为445口，自动化油井运行数量338口，自动化覆盖率为86.24%；需要更换井口自动化设备的油井为235 口，其中具有A11设备的油井总数为247口，A11油井设备的覆盖率55.5%；全区共有水井134口，其中安装自动化设备的注水井为79口，水井的自动化覆盖率为58.9%，其中A11水井共15口，A11水井设备的覆盖率仅为18.9%，井口自动化设备的覆盖率、上传率、准确率都存在问题。

1.2 生产数据全面采集

作业区物联网能够实时采集转油站、注水站、计量间、配水间、油水井的生产数据，实现了数字巡检、自动计量、数据对比，能够提高资料录取效率，减轻员工工作强度，提高油井分析效率。

1.3 初步实现注水站安全防护

2021年作业区更换新安防系统，系统在保证全天候监控现场平台生产、施工、作业情况的同时，还实现了自动追踪、出入车辆人脸识别、泵房温度检测、边界防护等功能。

第三工区数字化系统始建于2009年，在当时处于中石油领先水平，保障工区安全生产运行共13年。如今新型作业区改革需求不断增加，原系统需完善升级,主要体现在：

(1)生产智能化程度亟待提升:油水井数字化设备不能实现远程启停井功能，无法自动调整注水井配注量,未满足智能油井建设需求。

(2)数据采集覆盖率需要提升：数字化管道覆盖率不足，无法实现远程监控平台外输和掺水汇管的温变、压变及生产数据，偏远平台生产数据无法采集。

(3)安防系统仍需完善:平台视频智能化程度不高，无法实现智能报警；站库重要关键点位的智能化控制水平过低。

(4)控制系统架构需调整:现控制系统以采油队为中心集中管控，操作繁琐;管控设备增加后,现有的计算机性能不足控制系统中的数据流向复杂，不利于数据治理和备份。

陆上油田作业区数字化系统建设已有13年，大部分设备已老化，系统架构亟待升级。目前陆上作业区数据采集机构以采油队为中心，由采油队中控室将数据传到其他中控室，此架构的问题是过于依赖采油队中控室，而采油队的计算机性能较低且无备份，数据处理慢、易丢失。鉴于现有架构存在的问题，作业区需要更改数据采集架构，利用高尚堡中心服务器采集所有数据，再分发到各个中控室，从而符合A l l油气物联师建设规范；更改为此架构后，高尚堡地区的中心机房职能加强，同时也便于陆上作业区对下设单元实施集中统一监视管理，系统数据处理能力更强大、数据交互更方便，工区中控室的负担降低，计算机运行更流畅，同时有利于站场的少人值守和无人值守的建设；作业区还需要升级采集与监控子系统，做到系统功能和界面友好，同时需更换老旧的电脑。

2 物联网示范区规划

2.1 指 导思想和原则

物联师示范区规划的指导思想是以安全为核心，高质量发展为目标，遵循勘探与生产公司总体规划和“冀东智慧油田”战略，坚持实事求是、业务驱动、技术引领。示范区的规划与建设要以作业区实际需求为前提,突出效益建设，分步实施，急用先建，以用促建，坚决杜绝重复建设。

2.1.1 “十四五”总体目标：前步建成智能油气田

“十四五”期间，物联网示范区应基本建成涵盖勘探开发、经营管理、安全环保全领域全业务链的智能化生态应用，初步形成具有全面感知、自动操控、智能预测、持续优化的智能化生态运营模式，初步建成世界一流智能油气田平台。

(1)建设目标:形成智能数据生态

智能数据生态包括物联网实现全覆盖，能够自动采集95%以上的数据,各类数据的智能入湖、智能治理与共享应用成为现实;基于机器学习实现智能分析,全面建成数据智能新生态。

(2)建设目标:生产过程智能操控

生产过程智能操控表现为生产现场基本实现智能监控、智能诊断、自动预警与自动控制，简单的、重复性人工劳动基本被机器智能取代,生产现场基本实现全过程智能联动与实时优化。

(3)建设目标:建成一流智能平台

建成一流智能平台，是要建成性能卓越、功能强健、服务完备、安全稳定的一流云平台，平台具备语音识别、多语种翻译、软件集成、模块开发、智能分析、移动推送、系统运维、全业务链智能认知和实时建模分析等能力，从而打造智能共享、智能开发、智能运维的一流智能技术生态。

2.1.2 各层级工作重点：陆上油田作业区

按照中石油集团公司顶层设计和相关标准，油气田公司负责油田信息网络建设、物联网建设、区域湖建设、开展数据入湖与治理，以及特色配套应用等项目建设。以塔里木油田为例，蓝色背景部分由总部统一建设，其他部分由油田配套建设。

2.2 规划思路

作业区智能化的规划思路是实现“生产现场全面管控、远程控制，设备设施数字化、业务管理精细化，决策部署智能化”(如图1所示)。

2.3 建设四项能力，提升六项功能

建设四项能力，提升六项功能(如图2所示)。

图2 建设信息化能力提升方面

2.4 物联网建设框架

(1)按照集团公司和油田公司相关建设标准，陆上作业区物联网系统主体业务包括数据采集、生产管理、专业应用、数据治理、运行维护,贯穿于作业区、工区等不同层级。

(2)为实现“搭建智能作业区框架”的目标，加快数字化转型智能化发展,作业区按照油田配套建设部署，围绕数据采集基本覆盖、生产现场智能管控两个方面开展工作：①数据采集基本覆盖：建立生产数据库，改造站控系统，实现数据采集全覆盖和边远平台数据采集；②生产现场智能管控:改造油井采集设备,改造注水系统，完善安防系统。

2.5 生产数据监控中心建设

生产数据监控中心建设如图3所示。

图3 建设数据采集与监控子系统流程

建设目标:实现集中数据采集，统一监控，为油田智慧化建设提供数据基础。

建设内容：(1)按照A l l标准建设数据采集与监控子系统。实现中控室对全工区生产过程全面监控报警。(2)更新服务器和计算机。增加服务器3台，更换监控计算机10台。(3)实现数据全面采集。全面采集生产现场生产数据，包括集输管道运行数据、注水站生产数据等。

采集与监控子系统位于A l l油气生产物联网系统前端，负责生产现场数据的采集与监控，同时也作为数据源为实时数据库和油田公司生产数据库提供数据。

数据采集与监控子系统的功能涉及生产监视与远程控制、报警通知与处置管理、数据采集与分析辅助、报表自动生成、物联网设备管理等方面，涵盖作业区油气水井生产监控与管理的业务需求，其功能主要包括以下四个方面：

(1)数据采集:包括示功图、压力、温度、电参数、转速、注水流量、其他报警数据等井口数据和温度、流量、压力等站库数据。

(2)数据分析:包括油气水井监测、功图查询、计量监控、报警信息、运行报表、历史数据、图表对比等。

(3)远程控制:主要包括远程启停、远程控制配注量等。

(4)安全防护：视频监控等。包括井场视频图像监控、可燃气体报警、采油相关设备的运行状态检测等。

物联设备的监控和管理功能是数据采集与监控子系统区别于以往自动化系统的一个显著特点。传统自动化监控系统往往注重数据的监控，而对数据采集与控制设备本身关注甚少，然而数据采集设备运行的状态直接影响到数据监控的质量与准确性，因而物联设备作为油田资产的一部分对生产自动化的影响至关重要。数据采集与监控子系统将物联设备的运行状态(SCADA服务器、网络、物联网)和物联设备的属性信息都进行了监控和管理，实现了基本的物联设备监控功能，为工作人员快速解决数据采集问题提供了技术支持。

目前作业区站控系统软硬件设备已老旧，需要升级采集与监控子系统、转油站站控系统、注水站站控系统，做到功能和界面友好。作业区应按照集团公司A11物联网建设规范标准升级站控系统，实现工区对现场生产运行的统一管理[2]。

2.6 边远平台数据采集

建设目标：采集拉油平台储罐液位和温度等数据，并对拉油车辆进行监控管理，从而实现对拉油平台的在线远程监控。

建设内容：(1)搭建拉油车智能调度系统，实现对油罐液位的实时监控和油罐液位智能预测。(2)对拉油车的装卸过程进行实时监测，同时记录其中关键节点；基于智能锁实现拉油车全程装卸油孔状态的实时监测。(3)通过收集油罐液位、拉油车卸油重量等信息实现原油运输过程生产数据的闭环管理。

2.7 智能油水井建设

建设目标：实现陆上作业区油水井数据智能化升级和集中数据采集，统一监控，智能调参，故障诊断，达到A11建设标准，为油田智慧化建设提供数据基础。

建设内容：(1)升级油井智能采集设备。更换符合A11物联网建设标准的智能设备200套，升级设备247套。升级后的设备具备智能控制(远程启停、冲次自动调整、智能间抽、主机保护)、智能诊断(工况分析，能耗分析，平衡度分析，系统效率分析)相关功能，可保证井口监控、功图量油、能耗管理等需求的实现。(2)升级水井采集设备。更换符合A11物联网建设标准的智能设备74套，改造流量自控仪。

油井、水井井口自动化设备老旧，而且井口自动化设备均没有完全覆盖工区的油井、水井，在人员逐渐减少的趋势下，这给第三工区安全生产带来了一定的困难和风险。第三工区39个生产平台共有495口抽油机井、7口电泵井、10口螺杆泵井、2口提捞油井，目前安装自动化设备的油井共445口，自动化油井运行数量为338口，自动化覆盖率为86.24%，其中安装A11设备的油井总数为247口，A11油井设备的覆盖率为55.5%，需要更换井口自动化设备的油井为235口；需要更换井口自动化设备的注水井为134口。目前第三工区注水井、增注井井口和配水间配备有荆州明德、丹东济海、天津万众、浙江裕顺、浙江富马、上海一诺、浙江澳新等十余种厂家的流量计，流量计大部分因自控阀流量不准确及电机问题无法实现自动调配水量功能；荆州明德、天津万众、浙江富马等旧式注水流量计和流量自控仪存在无厂家维修或无维修配件的问题，因此工区需更换74口在注注水井的流量计为流量自控仪，从而使其能适应室外环境需求，实现智能调控水量。

2.8 安防系统完善

建设目标：对“人、车、火情、烟雾、泄漏”进行智能识别和行为分析。

建设内容：(1)摄像机智能升级：采用智能摄像机，实现边缘计算。智能摄像机可自主对画面进行分析，并传输报警信号，满足视频分析和报警功能需求。(2)建设视频报警系统：视频报警系统可对场站人员异常行为进行分析，并进行跟踪拍摄和录像，同时向控制中心报警。视频报警系统应可自动弹出现场画面，并增加井场喊话系统。(3)建立完整的安防体系。对工区所有井间站按照无人值守的条件设计、设立安防平台，实现工区中心控制室对全工区的安全管理。安放体系应包括门禁系统、周界报警系统，智能视频监控系统，喊话系统，视频智能报警系统等。

3 结语

随着数字化油田建设的步伐加快，作业区需探索运用自动化、智能化、智慧化技术和设备，进一步优化、升级、改造油水井采集系统、自动计量系统、自动配注系统、转油站监控系统、注水站监控系统、陆上油田作业区采油信息管理平台、视频监控存储报警系统等物联网建设系统和平台，从而更好地服务于安全、生产、经营等各方面。