油氣新能源數字化建設探索與試驗

楊嘉琦?徐慧瑤?何喬鳳

摘要：吉林油田新能源數字化建設模式基本形成，但在數據應用和功能拓展上還有待完善。主要表現在數字化建設獨立分散，并未做統籌考慮與總體規劃；網絡建設不統一；數據共享、數據安全未得到充分保障等方面，因此在系統展示與應用上受到較大制約，數據利用難以為生產提供有效決策?；诖?，圍繞“新能源+物聯網”信息化開發模式進行研究，充分利用“云虛擬化+AI+數據專網”三項關鍵技術打造新能源數字化軟件平臺系統，建立新能源數字化應用試驗區。

關鍵詞：新能源；AI；云虛擬化；數據專網

一、前言

油田傳統日常巡檢工作都是采用傳統的“一部手機、一臺車、滿地跑”的工作模式，現場與甲方監管部門的聯系主要通過電話或微信。相關人員按規定要求，在固定時間通過電話或微信匯報現場施工相關參數及工程進度等，供相關領導及技術人員查詢，而相關領導和技術人員只能通過現場“巡井”的方式，到各施工現場實地了解實際工作情況，造成了很多不便。主要表現為：

（一）信息滯后，一手數據很難第一時間到達主管部門。

（二）數據零散，施工數據無法形成整體指導性文件。

（三）無大數據支撐，決策精準度差。

（四）工作量大，無法將生產數據實時轉化為質量評價數據。

（五）無法實現對施工現場的實時監管，存在管理漏洞。

伴隨著新能源信息化業務發展的不斷演進，生產過程全面數字化、智能化已成為油田與新能源公司發展的必要手段，不僅是實現業務從技術、質量、安全、管理多方面、多角度深化應用的重要體現，也是從初步數字化邁向全面智能化階段發展的必然趨勢。在集團公司全面落實建設“數字中國石油”的大背景下，如何構建適應新能源業務特點和發展需求的數據中臺、業務中臺和相應的工業App應用體系是本項目重點研究的課題。因此，如何在已有數字化的基礎上，完善擴展功能，實現生產數據全面感知、生產過程智能控制、生產現場智能監管是新能源信息化建設與發展的關鍵所在[1]。

二、系統設計

（一）總體目標

深入貫徹集團公司對信息化建設的總體要求，堅定走“數字化、網絡化、自動化、智能化”建設發展路線，逐步從數字化油田向智能化油田邁進，通過數字化產品補充與智能化產品升級、管控平臺深度開發、系統集成應用、注采輸管網優化、大平臺一體化集中展示及物聯網深化應用等數字化、智能化手段助力油田公司實現高水平、高質量發展?！笆濉蹦?，吉林油田油氣生產物聯網大數據和人工智能技術要走在集團公司前列?！笆奈濉背跗?，全面完成數字化建設，初步實現油氣生產智能化。十四五末，達到智慧油田初級水平，走在集團公司智慧油田建設前列。緊緊抓住新能源數字化轉型新機遇，加快“兩化”融合落地，探索實踐物聯網深化應用集中托管新模式。以生產數據全感知、生產過程全自動、診斷分析全智能為目標，充分利用原有網絡、物聯網等基礎設備設施，通過較少的投入和系統集成改造，優化建立新能源低成本數據采集與工藝控制流程，從技術、質量、安全、管理四個層面深挖新能源大數據特色應用，打造國內新能源智能化應用先導試驗區，進一步推動吉林油田新能源零碳示范區規?；瘧煤椭悄芑l展，為加快建設百萬噸產能級負碳油田開發示范區提供有力技術支撐。具體表現為：

1.基礎數據、動態數據、過程數據實現遠程實時傳輸。

2.施工狀態及井場重點點位的視頻實時監控。

3.實時生產日報、數據報表及數據統計的自動生成。

4.實現通過移動終端對數據實時瀏覽。

5.管理流程實現信息化。

6.整體建設與應用遠程決策與指導。

（二）總體框架

從吉林油田新能源數字化建設實際出發，針對數據采集SCADA系統的自動化控制與實時數據采集傳輸等方面進行研究。搭建系統架構遵循的原則主要包括兩個部分，具體為：一是SCADA與PLC硬件系統，具備前端傳感器采集與控制功能，采集包括光伏、風機、井筒熱、光熱等裝置設備，控制包括系統設備的遠程啟停、連鎖控制及遠程變頻等。二是建設基于集團公司網絡安全要求下的專網傳輸系統，可承載與存儲海量數據的私有云平臺，滿足日常對數據的使用需求。

（三）系統功能

基于云平臺的可視化大屏展示，包括總體工藝流程、區域工藝流程、實時數據、遠程調控、趨勢分析、智能預警報警及歷史數據報表等。另外，同時開發B/S與C/S架構下的兩套軟件系統，滿足現場管理、技術人員與領導決策層的不同使用需求，通過系統應用及大數據、人工智能技術提供有效的生產決策分析（見圖1）。

三、系統部署與應用

本項目在新立III區示范區新能源數字化基礎上進行完善與補充，充分利用原有網絡、物聯網等基礎設備設施，通過較少的投入進行系統集成改造，解決各系統獨立無法數據共享難題，實現“同一平臺，數據共享”。

（一）數據接入內容

包括新立1號平臺空氣源熱泵1臺、計量間1座，新立2號平臺空氣源熱泵1臺、計量間1座、儲能設備1座，新立3號平臺計量間1座、光能轉換設備1座、4000kW風機1座，新立16號平臺計量間1座、多功能計量撬裝2座、56口液壓抽井。

（二）采集與通信方式

計量間、多功能計量撬采用有線光纜方式接入，空氣源熱泵、儲能、光熱轉換、風機采用無線VPDN專網方式接入。數據采集方式通過標準ModbusTCP/ModbusRTU實現數據采集與過程控制，利用通信鏈路與私有云平臺實現數據的上傳與下載交互。

（三）平臺展示

通過自研云平臺LayUI框架完成前臺界面開發，利用GuassDB數據庫完成數據存儲與調用，通過C/S與B/S兩套系統完成大屏系統界面展示。經系統展示可實現新立采油廠零碳示范區數字化SCADA系統可視化，通過采集油間壓力、溫度、質量流量、摻輸流量及水間注水壓力、流量來滿足日常生產數據的需求。利用自動化采集方式，可達到降低數據傳輸風險，減少人工勞動強度，提高生產效率，確保生產穩定運行的目的。

由圖1可知，該系統基本原理是利用RTU的AI輸入端采集傳感器信號，并通過A/D轉換將模擬信號轉換成數字信號，經無線與有線傳輸至云端服務器。隨之云服務器對采集數據進行集中處理，進而實現對數據的實時更新、歷史數據定時存儲、 IIS數據發布及B/S系統展示等功能。與第三方SCADA系統相比，自主研發的SCADA系統進行了更多優化配置，有效提高了設備的穩定性，進而降低設備維護成本[2]。

平臺軟件化是指揮這套核心設備的大腦，是決定系統設計優劣的直接標準，而軟件系統的穩定性是確保數據采集持續、準確的關鍵?！霸铺摂M化+AI”技術可使大數據和AI智能有效結合，使系統更高效。

該系統為自主研發，是一套多功能、多模塊集成的物聯網管理平臺。新能源作為該系統框架下的一個子模塊，可利用單點登錄方式進行系統登錄。如圖2所示，利用管理員賬號登錄信息管理平臺，點擊登錄即可進入系統拓撲界面。

在系統拓撲界面可以看到，新能源數字化分為供能端與用能端，選擇系統平臺中的不同功能子模塊進入不同功能界面。當顯示界面為新立3號大平臺4kW風機數據實時采集界面（見圖3），采集數據為機組運行狀態、啟停狀態、風速、風向、壓力、轉速、電網有功、電網無功、電網電壓、電網電流、功率因數、槳距角及絞纜角度等[3]。通過該軟件界面，管理人員可清晰掌握風電系統下各類參數的實時狀態，當發生問題時可針對相應問題進行整改，效果十分直觀，便于生產管理人員做出正確的分析與決策。

實時數據的有效存儲與利用能夠對數據的生產再加工產生真正的作用。當然，只是將數據采集點記錄下來保存在數據庫中，其功能顯然是不完整的。如圖4所示，將采集的數據實現流程化管理，讓數據更加可視化，當發生重要數據變化時，才能及時掌握流程上下級別的關聯關系，第一時間發現生產故障。

（四）創新點

數智技術公司作為項目研發的核心技術單位，結合生產需求，充分吸收、采納一線技術人員建議，對系統平臺做出針對性改進，先后完成了兩次系統迭代升級，提出了分布式設備采集、集中監管的建設方案，進一步提高了設備的可操作性，降低了安裝維護門檻，主要表現為：

1.突破了傳統數據采集與應用模式限制

行業首創實時高頻數據采集技術應用新模式，利用大數據分析法，通過系統自診斷、自優化，進一步提升了智能化應用水平。

2.突破了應用現場監管模式

行業首創無損壓縮技術智能傳輸應用新模式，有效降低了帶寬需求。運用圖片無損壓縮技術后，傳統井場視頻傳輸轉為圖片傳輸，圖像大小僅為原圖的1/40，且傳輸畫面質量由以往標清達到高清等級，進一步提高了現場監控能力和水平。突破傳統通信傳輸方式，利用4G/5G+VPDN模式進行數據與圖像傳輸，大幅縮減建設費用，傳輸系統的穩定性、可靠性、經濟性大幅提高，維護成本和故障處理時間大大降低。

3.單井與新能源深度融合

與現有單井物聯網設備大數據算法深入開發，形成了綠電生產模式下的智能間抽應用。通過算法升級，可有效提升采油生產單位發現異常井況的及時性，使采油單位做到早發現、早處理，起到延長油井免修期、降低油井綜合維護成本的目的。另外，通過油井故障智能檢測，電子巡井等應用，轉變了傳統的油田生產組織模式，使“集中監控，少人值守，大班巡檢”制度的實現成為可能，進一步降低了人工操作成本，實現了扁平化管理。

4.井組間數字化建設與改造

實現了溫度、壓力、流量、翻斗計量等功能。充分利用現有設備與采集信號，在不新增物聯網設備的前提下，實現了井組全部數據的平臺接入，自主開發軟件系統可根據用戶需求定制開發，無需第三方廠商介入，實現建設與維護完全自主。

綜上所述，通過新能源與傳統油氣生產深度融合，在新理念開發模式下，可為采油廠在時率管理、計量管理、安全生產提供技術支撐，同時以更少的設備及材料投入實現了采油生產單位的功能需求與管理需求，極大降低了投資與維護成本，進而減少不必要的費用支出及材料消耗。

由于技術儲備充分，該項目僅用時1個月就完成新立III區示范區數字化建設的全部工作，實現了吉林油田第一家新能源數字化、平臺化管理，為今后新能源數字化、智能化發展打下了堅實基礎。由于系統均為公司自主研發，無需第三方公司介入，可為采油廠節省維護費用百萬余元。

四、結語

隨著新能源數字化進程的不斷演進，充分利用物聯網、信息化技術帶來的技術革新來提升老油田的精細化管理水平，并不斷推陳出新，將堅持以人工智能、邊緣計算、先進控制、模式識別等前沿技術為依托，以中國石油數據湖和PaaS平臺建設為載體，完成與A11、A6等中油統建項目對接，確定中油PaaS平臺開發技術路線和具體方案，以智能油田、智慧油田建設為目標繼續開展工作。堅持建設“先進、經濟、實用”的物聯網系統不動搖，瞄準智慧油田終極目標，以專業應用為引領，注重實效，以物聯網平臺開發應用為載體，夯實產品補充、數字化建設兩個基礎。完善數據采集系統，建設數字油田，完善自動化、先進控制、模式識別技術，建設智能油田，突出發展大數據、人工智能技術，建設智慧油田。打造技術一流的核心研發團隊，打造行業領先的新能源數字化成套技術。

未來，大數據將持續爆發，萬物互聯。堅定信念、堅持發展路線不動搖，持續開發與探索前沿技術，緊跟新能源國內、國際技術潮流，做好油田信息化業務，加快推進落實“油公司”模式，通過企業減負、降本增效、創新管理等手段為油田公司提質增效、實現價值創造提供有力技術支撐。

參考文獻

[1]謝瑜宇，李宇.寧波探索建設數字化國際油氣資源配置中心研究[J].寧波經濟（三江論壇），2021（08）：12-15.

[2]任澤坤，陳瀟，許勤.油氣田勘探數字化轉型現狀及展望[J].油氣與新能源，2022，34（01）：67-73.

[3]劉亞旭，杜偉，付安慶，等.油氣與新能源工程材料研究方向與重點內容探析[J].石油管材與儀器，2023，9（04）：1-9.

責任編輯：張津平