中國石化地下儲氣庫一體化綜合平臺研發與應用

糜利棟，曾大乾，劉華，張廣權，張俊法

（中國石化石油勘探開發研究院，北京 102206）

儲氣庫作為天然氣儲存的重要載體之一，是“產供儲銷”全產業鏈中重要一環[1-2]。儲氣庫多周期高頻注采產生海量注采運行數據，“地下-地上”一體化運行需要“氣藏-井筒-管網”各系統之間的高效耦合，“資源-儲氣庫-市場”一體化運營可以優化資源配置、提高決策效率，提高儲氣庫經濟效益?！肮芾頉Q策-監測預警-模擬分析-生產操控”全流程一體化應用是提高儲氣庫建設質量、管控水平，保障儲氣庫安全運行，提升儲氣庫運營效益和儲氣庫高質量發展的重要抓手[3-6]。

國外儲氣庫建設起步早，一體化研究比較成熟。意大利儲氣庫生產運行調配與監控全部依靠調控中心，儲氣庫和國家管網已實現了一體化、智能化管理，未來將逐步實現智慧化[7]，斯倫貝謝公司基于軟件系統構建了一體化運行平臺架構，提出了儲氣庫全生命周期解決方案。十四五以來，中國儲氣庫建設進入高速發展期，但儲氣庫業務的數字化、信息化、智能化尚處于起步階段[4-10]。中國基于SCADA系統的集注站、井場注采全過程數據自動化采集、遠程監控、實時數據分析等方面進行了實踐，建立了自控與信息化系統[9-14]，但數據收集后利用率低，運行動態智能預測、分析和控制水平不高,智能化建設處于探索階段，全系統數字化模擬、多方聯動優化運行、安全預警等系統平臺仍處于空白[15-17]。中國石油搭建了儲氣庫信息數據管理平臺[7-8]，建立了多平臺大數據一體化智能儲氣庫運行管理系統，論證完成了智能儲氣庫的整體架構、技術架構及業務架構設計，開發了智能配產配注應用系統[11-12]。中國石化搭建了儲氣庫選址綜合篩選信息平臺，實現了儲氣庫分區優化布局，已建儲氣庫綜合管理，未建儲氣庫智能化評價和篩選，大大提高選址的科學性及工作效率[13]；研發了數字孿生一體化仿真及輔助生產決策系統，通過一體化高精度仿真模擬提供儲氣庫全生命周期動態模擬解決方案；基于“石化智云”構建了儲氣庫全流程、全生命周期業務平臺，解決了儲氣庫不同階段的一體化問題。但目前對儲氣庫“管理-研究-操控”一體化的研究較少，如何實現儲氣庫研究、決策、生產的快速相應對儲氣庫全流程一體化高效運行具有重要意義。圍繞儲氣庫智能化建設，基于地理信息系統（GIS）設計并開發了儲氣庫一體化綜合平臺，應用于中國石化儲氣庫業務，顯著提升了儲氣庫選址優化、方案設計跟蹤、生產運行、動態跟蹤一體化管理及研究效率，為智能化儲氣庫建設奠定了基礎。

圍繞儲氣庫智能化建設，設計并開發了儲氣庫一體化綜合平臺，應用于中國石化儲氣庫業務，顯著提升了儲氣庫選址優化、方案設計跟蹤、生產運行、動態跟蹤一體化管理及研究效率，為智能化儲氣庫建設奠定了基礎。

1 需求分析

1.1 總體需求

建立規范、統一、安全、高效的中國石化儲氣庫一體化綜合平臺，滿足集團公司決策層對儲氣庫建設投資決策，儲氣庫運營公司對儲氣庫調峰決策管理，科研院所對儲氣庫選址、方案設計、調峰優化以及動態分析研究，生產單位對儲氣庫生產運行跟蹤等業務需求，實現儲氣庫選址優化、方案設計跟蹤、工程建設、生產運行、運營優化、動態分析一體化管理及研究。

1.2 具體需求

1）管控實時化

面向不同層級儲氣庫管理員，滿足儲氣庫管理人員實時獲取儲氣庫投資決策、調峰決策、選址評價、方案設計、方案跟蹤、工程建設、生產運行、調峰優化及動態分析等多維度信息，為管理者做出決策提供依據。

2）研究模型化

面向蓋層完整性、斷層穩定性及圈閉密封性評價、地質特征研究、庫容參數設計、運營優化決策、生產動態分析等，建立了選址評價模型、地質模型、地應力模型、數值模型、優化決策模型、動態分析模型等模型庫，滿足儲氣庫選址、設計、建設、跟蹤全生命周期的研究需求。

3）設計聯動化

針對儲氣庫方案指標、生產運行參數優化設計，實現“建模數?！?、“采氣量-調峰量-氣井數”、“地層-井型-井筒”、“多周期氣水互驅-動態庫容-工作氣量”等一體化聯動，滿足因不同注采周期油、氣、水動態進退造成的動態庫容預測，實現儲氣庫本身生產能力與市場需求規律的最佳匹配，單井調峰量滿足“地層不出砂、油管不沖蝕、井筒不積液”等。

4）運行可視化

建立儲層-井筒-管網一體化數值模擬模型，滿足地質模型實時動態修正，數值模擬全程監控跟蹤應用，調峰運營快速聯動協作，實現儲氣庫—井筒—管網的虛擬化展示，生產經營指標的可視化動態展示。

5）運營智能化

保供為先，兼顧效益，建立“氣源-管網-儲氣庫-管網-市場”上下游一體化、智能化調峰優化模型，實現儲氣庫生產運營實時智能決策，決策者根據實時氣源供給、市場需求及管網分布制定最優購銷方案，最大限度發揮儲氣庫“銀行”的作用，使儲氣庫效益最大化。

6）操控自動化

以市場調峰需求和氣源供給快速響應為目標，基于氣井注采能力實時動態預測結果，實現氣井自動操控，確保安全、高效合理地完成調度指令，實現儲氣庫安全高效運行。

2 功能設計與數據架構

1）總體架構設

基于儲氣庫建設的數字化基礎，建立面向中國石化生產管控和協同研究的地下儲氣庫數字化-信息化-智能化一體化綜合平臺，實現對儲氣庫的宏觀把控和基于平臺的研究分析和優化決策，平臺總體功能架構如圖1所示。

圖1 平臺功能架構Fig.1 Platform functional architecture

2）應用功能設計

儲氣庫一體化綜合平臺（圖2），包括選址優化、方案設計、生產運行、動態分析及一體化決策5 大功能模塊。

圖2 平臺功能設計Fig.2 Platform function design

3 平臺開發及應用實例

3.1 平臺開發

采用多進程架構（圖3），開發一套集權限管理、模塊集成、應用管理于一體的綜合性應用平臺，實現對模塊的風格統一、集成展示、單點登錄以及滿足日常網頁瀏覽與業務辦公應用使用需求。平臺功能模塊主要包括平臺管理、模塊集成、消息提醒、微服務掛載、多終端呈現5 個部分。利用“云技術+微服務”體系架構，搭建平臺管理體系，建設認證中心、用戶中心、權限中心、應用管理中心及日志中心等微服務中心，形成面向云的信息系統的通用基礎服務，各中心既相互獨立，但又通過接口互通，具有“可插拔式”能力，以便因技術需要進行相應的替換，形成了適應云環境的具有自主能力的技術架構體系。

圖3 平臺框架Fig.3 Platform framework

1）認證中心

以統一身份認證為基礎，采用OAuth+SSO 技術，實現面向油田的統一認證和單點登錄服務，集成了AD 域認證、企業統一認證等第三方認證方式，靈活性高。業務應用不直接持有用戶名和密碼，確保賬號安全，提供統一登錄界面，簡化應用研發。

2）用戶中心

構建以用戶、組織機構、崗位三位一體的聯動機制，為其他中心提供組織機構、用戶、崗位的數據基礎和服務接口。用戶中心包括單位管理、崗位管理、用戶管理3部分。

3）應用管理中心

實現應用和模塊的全生命周期管理（圖4），包括應用和模塊的注冊、管理、更新、發布、下載等功能?；诓煌瑯I務域，提供個性化模塊組裝技術，支持配置和發布不同應用系統桌面，提高不同領域業務應用的共享和復用，增強信息服務能力、促進信息專業化應用。

圖4 應用全生命周期管理Fig.4 Application of lifecycle management

4）權限中心

平臺打造崗位化的權限分配、管控、應用體系，形成“用戶-崗位-角色（模塊）”權限模型，并在此模型基礎上形成“數據行級”授權，權限控制流程如圖5所示。權限中心包括權限維護、角色管理、崗位授權3個部分。

圖5 權限控制流程Fig.5 Permission control process

5）日志中心

平臺通過搭建統一標準化的日志管理服務，實現日志采集、日志存儲、檢索分析、展示等功能，提供實時記錄、避免丟失、快速定位等能力。通過日志中心，用戶可以及時了解系統性能、用戶行為，保障系統的高效可靠運行。日志中心由日志收集、日志存儲、日志展示3個部分構成。

3.2 實例應用

以中國石化儲氣庫為例進行應用測試，通過統一身份認證登錄平臺如圖6 所示。目前綜合平臺已集成儲氣庫總覽、選址優化、方案設計、生產運行、動態分析及數據管理6 大模塊。儲氣庫總覽以地理信息系統（GIS）為指引，通過一張圖的形式展示儲氣庫關鍵信息，包括儲氣庫類型、狀態、位置分布、設計指標、實時運行指標以及資源市場流向等參數，管理者可以一目了然地獲取到儲氣庫從選址優化—方案設計—調峰管理—注采運行等相關信息。

圖6 登錄界面Fig.6 Login interface

選址優化模塊包括庫址信息導航、庫址資源潛力、庫址篩選管理以及庫址評價成果管理4 個子系統。庫址信息導航通過一張圖的形式顯示所有運行、備選、在建儲氣庫類型、位置分布以及庫容參數等信息；庫址資源潛力對所有儲氣庫從狀態、類型以及分區3個維度進行數據分析；庫址篩選管理可以對油氣藏型、鹽穴型以及含水層型儲氣庫等開展庫址優選評價，優選建庫目標；庫址評價成果管理實現了不同類型儲氣庫庫址評價指標體系、標準、方法以及評價成果的綜合管理與應用。

方案設計模塊包括方案設計導航、方案成果管理、方案審核管理、方案在線編制及方案實施跟蹤5個子系統。方案設計導航以一張圖的形式展示所有通過總部審查的方案信息，包括不同類型儲氣庫方案、不同類型方案（可研、變更、調整）的數量、總庫容、總工作氣量等總體信息和單庫關鍵參數，同時可以查詢在審儲氣庫方案審查進度及審查意見；方案成果管理子系統集成了所有儲氣庫已審核可研、變更以及調整方案信息，包括方案設計庫容參數、運行參數、投資等關鍵指標，方案設計報告、審查意見、批復文件等文檔資料，地質模型、數值模型等模型數據體；方案審核管理按照審核節點面向不同層級用戶開放對應界面，包括油田分公司上報管理、儲氣庫中心審核管理、油田事業部審核管理以及發展計劃部審核管理等節點，不同層級用戶可隨時查詢了解方案審核流程進度及審核意見；方案在線編制基于模型數據體，通過不同專業在線協同研究，實現在線編制；方案實施跟蹤通過實時跟蹤儲氣庫建設實際情況，對比分析與設計指標的差異。

如圖7所示為生產運行子系統，包括生產運行導航、儲氣庫運行管理、調峰管理、單井生產運行、預警及風險管控5 個子系統。生產運行導航通過一張圖的形式展示所有運行儲氣庫實時生產運行指標，包括所有儲氣庫和單庫的實時開井數、注采氣量、庫存量、壓縮機及監測井運行指標，實際與計劃運行情況對比等；儲氣庫運行管理分析儲氣庫開井數、日注采氣量、日注采氣壓力變化規律及階段生產指標對比；調峰優化管理子系統基于調峰優化模型，根據市場調峰需求、氣源方向以及儲氣庫庫存量，結合管網分布，以“保供為先，兼顧效益”為目標，優化儲氣庫氣源-調峰方案，依托GIS 展示各儲氣庫氣源及市場流向；單井生產運行子系統分析儲氣庫不同注采井單井日注采數據，對比單井階段運行情況，分析監測井單井日監測數據及階段變化規律；預警及風險管控依托儲氣庫及單井生產運行跟蹤情況，基于預警及風險管控模型，實時預警儲氣庫及單井生產異常情況，并給出解決方案。

圖7 生產運行子系統Fig.7 Production and operation subsystem

如圖8所示為動態分析子系統，包括生產動態導航、單井信息管理、單井動態分析、配產配注優化以及儲氣庫動態分析5 個子系統。動態分析導航全面展示儲氣庫動態分析成果及動態分析需求；單井信息集成可以調用單井鉆完井、監測、生產等數據滿足動態分析過程中基礎數據的獲??；單井動態分析可以實時分析對比注采數據、監測數據并動態成圖。

圖8 動態分析子系統Fig.8 Dynamic analysis subsystem

數據管理模塊，包括基礎數據、選址優化、方案設計、生產運行及動態分析5 個數據管理子系統，主要用于數據采集，服務于總覽、選址優化、方案設計、生產運行及動態分析5 大模塊的數據展示和研究分析，是儲氣庫一體化綜合平臺的基礎。

4 結論

1）面向中國石化生產管控和協同研究的儲氣庫數字化-信息化-智能化綜合平臺服務于總部決策層、儲氣庫運營公司、科研院所以及生產單位，滿足儲氣庫選址、方案設計、方案跟蹤、工程建設、生產運行、運營優化及動態跟蹤全流程一體化管理與研究，實現了管控實時化、研究模型化、設計聯動化、運行可視化、運營智能化、操控自動化。

2）儲氣庫一體化綜合平臺包括選址優化、方案設計、生產運行、動態分析及一體化決策5大功能，提高了儲氣庫選址的效率，方案在線審核縮短了審核時間，生產運行和動態分析實現了儲氣庫生產動態數據的實時分析和成圖，在生產和研究方面提高了工作效率。

3）儲氣庫方案在線編制、智能配產配注、研究生產實時交互、儲氣庫一體化運營、全流程一體化生產優化、儲氣庫群全局系統優化、智能運營及風險管控、儲氣庫數字孿生技術等將是未來儲氣庫智能化發展的重點方向。