關(guān)鍵詞：力控,數(shù)字化油田,實時數(shù)據(jù)庫,pSpace,監(jiān)控組態(tài)軟件,ForceControl,電子巡井,示功圖,視頻系統(tǒng),GIS,ERP

導語：某油田是一個復雜的、多層結(jié)構(gòu)的信息化系統(tǒng)，集成了多種硬件平臺、軟件平臺、多種開發(fā)工具，是多個廠家共同實施和開發(fā)的特大型“數(shù)字化”項目。該項目實施周期長，項目中采用了幾千套的力控監(jiān)控組態(tài)軟件作為基礎(chǔ)的油井、氣井、聯(lián)合站、集輸?shù)扔吞镪P(guān)鍵生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集與集成。同時力控企業(yè)實時數(shù)據(jù)庫pSpace作為海量分布式數(shù)據(jù)管理平臺起到集中數(shù)據(jù)處理與存儲的作用，力控系列產(chǎn)品作為基礎(chǔ)的自動化軟件平臺和數(shù)據(jù)中心管理平臺，為數(shù)字化油田基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集與管理發(fā)揮了巨大的作用。　　
1、數(shù)字化油田介紹
　 隨著一些油田逐步進入石油開采后期，如何提高石油采收率、降低人力成本，已成為油田最為迫切的需求。我國各大油田已將“數(shù)字化油田建設(shè)”和“兩次開發(fā)、三次采油和水注挖潛”等技術(shù)，作為當前發(fā)展的首要任務。
1.1數(shù)字化油田概念
　 數(shù)字油田一般可以描述為：是以油田為研究對象，以計算機和高速網(wǎng)絡(luò)為載體，以空間坐標信息為參考，將油田的生產(chǎn)和管理的多種數(shù)據(jù)進行高度融合。在建立油田生產(chǎn)和管理流程各種優(yōu)化模型的基礎(chǔ)上，利用仿真和虛擬等技術(shù)對數(shù)據(jù)進行多維可視化表達，實現(xiàn)橫向上涵蓋整個油田地域，縱向上油田從地面到地下的多層次信息定位，提高油田總體信息分析能力，以支持油田的勘探和開發(fā)等關(guān)鍵業(yè)務深入需要。從總體上輔助油田經(jīng)營管理的決策分析，進一步挖掘各個環(huán)節(jié)的潛在的價值，為油田企業(yè)可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造良好信息支撐環(huán)境。
　 數(shù)字化在信息化整體架構(gòu)上是生產(chǎn)的最前端，以井、站、管線等基本單元的生產(chǎn)過程監(jiān)控為主，完成數(shù)據(jù)的采集、過程監(jiān)控、動態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題維持正常生產(chǎn)。與其他系統(tǒng)建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，以生產(chǎn)過程管理為主的信息系統(tǒng)，是油田信息系統(tǒng)功能的延伸和擴充。所有管理子系統(tǒng)的建設(shè)主要為監(jiān)管、分析、優(yōu)化、更新實際生產(chǎn)相關(guān)的各個環(huán)節(jié)工作，達到高效智能化的企業(yè)化管理目標。油田數(shù)字化管理流程包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、井站監(jiān)控平臺、廠、作業(yè)區(qū)生產(chǎn)管理平臺，其框架圖如下：

1.2油田數(shù)字化建設(shè)應用前景
　 目前油田采油區(qū)范圍大，油井地點分散，數(shù)量多，抽油機都在野外工作，數(shù)據(jù)的提取是依靠人工手抄，帶來的工作繁瑣，工作量大。而且數(shù)據(jù)不能得到很好的集中統(tǒng)一管理，對設(shè)備運行情況不能及時檢測、記錄和統(tǒng)計，巡視、維修檢修也相對困難，浪費大量的人力和物力。多數(shù)采油單位只能從保障設(shè)備能正常運行角度對油井進行管理，沒有對油田能源的使用進行精益管理，利用率低。
　 數(shù)字油田是油田企業(yè)生產(chǎn)、科研、管理和決策的綜合基礎(chǔ)信息平臺。它將對油田信息化建設(shè)起著統(tǒng)領(lǐng)和導向的作用。數(shù)字油田已經(jīng)表現(xiàn)出廣闊的應用前景：
　 （1）數(shù)字油田建設(shè)可以大幅度提高油田勘探開發(fā)研究和輔助決策水平，促進油田的可持續(xù)發(fā)展；
　 （2）數(shù)字油田建設(shè)可以優(yōu)化生產(chǎn)流程，大幅度提升油田生產(chǎn)運行質(zhì)量；
　 （3）數(shù)字油田建設(shè)可以促進油田改革的進一步深化，提高油田經(jīng)營管理水平。
2、數(shù)字化油田建設(shè)
2.1項目的規(guī)劃
　 數(shù)字化油田項目采用面向SOA的服務多層架構(gòu)，該系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)無縫集成，所有的生產(chǎn)數(shù)據(jù)完全由力控自動化軟件平臺采用分布式構(gòu)架進行遠程匯總。以建設(shè)“油氣田生產(chǎn)運行管理系統(tǒng)”為樞紐，建立面向油氣田生產(chǎn)、科研、管理、經(jīng)營的生產(chǎn)管理調(diào)度系統(tǒng)和信息資源共享平臺，做到油氣田生產(chǎn)管理指揮智能化、辦公自動化、管理信息化、信息資源網(wǎng)絡(luò)化、業(yè)務處理電子化以及決策科學信息化，實現(xiàn)油氣田生產(chǎn)管理的高度協(xié)調(diào)統(tǒng)一，把油氣田建設(shè)成為現(xiàn)代化的數(shù)字油氣田。
　 油田采氣廠與輸油處SCADA系統(tǒng)，先將采氣廠與輸油處的數(shù)據(jù)由各個分廠采集至信息中心，為生產(chǎn)與調(diào)度提供原始數(shù)據(jù),在信息中心采用企業(yè)級的實時、歷史數(shù)據(jù)庫，匯集各采油（氣）廠的數(shù)據(jù)，同時與地理信息系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)無縫集成，將超過眾多廠家的SI在統(tǒng)一平臺上進行開發(fā)、實施和部署。將所有廠區(qū)工藝畫面都進行了整合發(fā)布，通過Web瀏覽器即可訪問到某廠的某個站控系統(tǒng)具體運行情況。
2.2力控在數(shù)字油田的整體設(shè)計方案

　 監(jiān)控組態(tài)軟件ForceControl作為基礎(chǔ)的油井、氣井、聯(lián)合站、集輸?shù)扔吞镪P(guān)鍵生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集與集成平臺，力控企業(yè)實時數(shù)據(jù)庫pSpace作為海量數(shù)據(jù)管理平臺起到集中數(shù)據(jù)處理的作用。信息中心針對數(shù)據(jù)管理平臺配備兩臺冗余的服務器，在內(nèi)網(wǎng)中運行，為確保網(wǎng)絡(luò)安全，專門配置一臺雙網(wǎng)卡服務器,一網(wǎng)口采集第三方軟件的數(shù)據(jù)，另一網(wǎng)口接入至VPN專網(wǎng)。力控ForceControl組態(tài)軟件以O(shè)PC方式采集第三方的數(shù)據(jù),將采集的數(shù)據(jù)一方面交由本地實時數(shù)據(jù)庫pSpace處理，另一方面通過力控的NetServer組件，供遠端力控實時數(shù)據(jù)庫pSpace快速訪問數(shù)據(jù)。各分廠需要采集的數(shù)據(jù)經(jīng)力控分布式實時數(shù)據(jù)庫pSpace進行數(shù)據(jù)匯總后，統(tǒng)一送到面向SOA服務結(jié)構(gòu)的管理系統(tǒng)中。
　 廠級調(diào)度中心提供系統(tǒng)的全部功能，實現(xiàn)在調(diào)度中心通過計算機系統(tǒng)遠程監(jiān)控場站、天然氣輸配管網(wǎng)的運行情況。企業(yè)級實時數(shù)據(jù)庫pSpace負責處理、存儲、管理從場站、輸配管網(wǎng)各遠程站點傳送來的實時數(shù)據(jù)，同時又為網(wǎng)絡(luò)中的其它服務器和工作站提供實時數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)經(jīng)壓縮處理后存放在歷史庫中，也可以通過pSpace寫入關(guān)系型數(shù)據(jù)庫ORACLE中。
2.3力控在采油（氣）廠的解決方案

　 （1）井場控制站現(xiàn)有PLC/RTU負責采集井場的數(shù)據(jù)，如壓力，流量，溫度等等，通過GPRS/電臺的方式往集氣站發(fā)送數(shù)據(jù)。
　 （2）集氣站裝有PC機，安裝力控組態(tài)軟件，采集來自井場的數(shù)據(jù)，同時在集氣站設(shè)置RTU采集單元，將一些集氣站的信號進行采集并上發(fā)。
　 （3）建造2-3座天然氣處理廠，通過光纖采集若干集氣站的數(shù)據(jù)，同時處理廠裝有DCS控制系統(tǒng)，采集本廠的數(shù)據(jù)。
　 （4）通過在輸油管道關(guān)鍵部位、油氣區(qū)重點路段和井場、井站安裝視頻監(jiān)控、設(shè)置電子視頻跟蹤鎖定及傳聲警示等電子遙控系統(tǒng)，實現(xiàn)異常情況自動報警，監(jiān)控出入油區(qū)的車輛、人員。
　 （5）在油氣廠調(diào)度中心，安裝具有很高性能的實時數(shù)據(jù)庫pSpace，通過光纖采集集氣站的數(shù)據(jù)和天然氣處理廠以及來自管網(wǎng)的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)統(tǒng)一的管理。
2.4調(diào)度中心數(shù)據(jù)平臺
　 在數(shù)字化油田建設(shè)中，力控企業(yè)級的實時歷史數(shù)據(jù)庫pSpace為核心，匯集各采油（氣）廠的數(shù)據(jù)，將超過20家的SI在統(tǒng)一平臺上進行開發(fā)、實施和部署。將所有廠區(qū)工藝畫面都進行了適合于WEB發(fā)布的形式重新組態(tài)，可以很直觀的從電子地圖訪問到某廠的某個站控系統(tǒng)當前的運行情況。
　 企業(yè)級實時歷史數(shù)據(jù)庫pSpace，可以滿足數(shù)字化油田的實時數(shù)據(jù)集成和海量的歷史數(shù)據(jù)存儲需求，其最大百萬點的應用規(guī)模、30萬次/秒的數(shù)據(jù)點并發(fā)寫入速度、最高15萬點/秒的查詢速度、先進強大的壓縮算法最高達到40：1的數(shù)據(jù)壓縮比。數(shù)據(jù)庫服務器支持Windows、UNIX、Linux等操作系統(tǒng)，并且支持數(shù)據(jù)冗余備份，極大提高了數(shù)據(jù)的安全性和數(shù)據(jù)處理效率。
　 力控企業(yè)級實時歷史數(shù)據(jù)庫是一個具有標準接口的、可二次開發(fā)的平臺。其能完成來自DCS、FCS、RTU、流量計算儀、流量計算機及其他各種具有或不具有標準通訊接口的控制系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)，并且實現(xiàn)采集、存儲、壓縮等功能，以及對實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的檢索、統(tǒng)計、分析、建模，并進行曲線、圖表顯示。可以實現(xiàn)流程性工業(yè)中典型的應用功能，如工藝流程圖展現(xiàn)、歷史曲線分析、歷史報警分析、報表管理等。同時，該數(shù)據(jù)庫能為其他管理軟件提供高效的數(shù)據(jù)接口，也可以將整理后的數(shù)據(jù)通過pSpace直接寫入關(guān)系數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與其他管理軟件的雙向通訊。

3、數(shù)字油田系統(tǒng)功能
3.1生產(chǎn)監(jiān)控

　 采集自噴井、抽油機井、電潛泵井、螺桿泵井、注水井、配水間、注水站、油水集輸管網(wǎng)、增壓站、轉(zhuǎn)油站、集輸站、罐區(qū)等生產(chǎn)場所裝置的實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)，包括壓力、溫度、流量、液位、電流、電壓、轉(zhuǎn)速、功率、載荷、沖程、沖次等運行參數(shù)數(shù)據(jù)。并且包括油井的示功圖計量數(shù)據(jù)，將增壓站、注水井、接轉(zhuǎn)站、聯(lián)合站等以力控油汽版本軟件制作好的工藝畫面文件拷貝至數(shù)字化平臺的工程文件夾中進行快速編譯，可達到快速組態(tài)的目的，做到管理平臺與站控的畫面高度統(tǒng)一，實現(xiàn)生產(chǎn)實時、智能監(jiān)控 。
　 圖形化界面完成后即可由pSpace web server進行頁面的發(fā)布，具有相關(guān)權(quán)限的操作人員可以通過IE瀏覽器實時查看、控制等。
3.2視頻監(jiān)控

　 根據(jù)每個井場的井口數(shù)量的不同，設(shè)置不同套數(shù)的視頻監(jiān)控設(shè)備，以實現(xiàn)對整個井場的實時監(jiān)控。每套視頻監(jiān)控設(shè)備可以對多個固定位置的預制拍攝或取證拍攝，同時具備智能物體行為分析功能，實現(xiàn)對井場的周界報警、非法闖入等事件進行報警并進行廣播提示。實時提醒操作人員，操作人員可以根據(jù)報警的情況通過手動操作攝像機進行近距離，高清晰取證錄像，同時也可以實現(xiàn)自動觸發(fā)遠程錄像功能。
　 智能分析視頻服務器占用單臺服務器，可實現(xiàn)安全防衛(wèi)功能，有人員進入井場時，在增壓點語音報警，自動變大井場畫面，自動拍照、存儲。增壓點（作業(yè)區(qū)）值班人員通過變焦操作，對進入井場人員進行識別。通過語音通道播放音頻警示文件（或通過麥克風遠程語音警示）。通過服務器軟件配置使之進行WEB發(fā)布，可以通過B/S模式進行畫面切換。
3.3示功圖分析
　 示功圖是油田對油井實施管理的重要依據(jù)，是油田的一項經(jīng)常性的檢查項目。快速準確方便地獲取示功圖對于及時了解油井產(chǎn)油狀態(tài)和抽油機的工作狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)卡桿、斷桿等故障，保持采油產(chǎn)量、減少電量消耗都具有非常重要的意義。所謂“示功圖”、“電流圖”，是油井生產(chǎn)中經(jīng)常用的兩個生產(chǎn)曲線，即由同時傳輸?shù)囊唤M二維數(shù)組繪制而成的閉合曲線。

　 標準化站控軟件中的示功圖系統(tǒng)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存至站控的量油軟件數(shù)據(jù)庫中，由油汽院的示功圖分析模塊做油田產(chǎn)量的計算及抽油機工況的分析。借助于示功圖，可以判斷出采油設(shè)備工作及供油情況是否正常，以便對非正常油井進行及時的停機作業(yè)，減少設(shè)備的無效磨損，節(jié)約無效的電能消耗，保證其工作在最佳狀態(tài)。
3.4可燃氣體檢測
　 站控系統(tǒng)在關(guān)鍵區(qū)域都安裝有可燃氣體報警檢測傳感器，大多為單一的氣體報警開關(guān)，一些則是多種氣體含量分析的傳感器，由專用的數(shù)采儀將可燃氣體的成份、含量等通過通訊方式將數(shù)據(jù)采集至站控計算機中，針對各種氣體的濃度進行柱狀、餅圖等做分析曲線工作。此類數(shù)據(jù)的集合至數(shù)字化平臺中即可對所有站點進行安全環(huán)境的檢測，對于判定事故原因與責任提供原始依據(jù)。

　 同時通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫將站控相關(guān)可燃氣體標簽變量采集至數(shù)字化平臺pSpace中，根據(jù)不同的站點實施靈活的查詢模式，利用報警控件進行報警數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析。報警內(nèi)容包括報警數(shù)據(jù)名稱、報警時間、報警時刻數(shù)值、報警類別，報警級別、報警是否確認等，報警字體和背景顏色根據(jù)報警級別和確認狀態(tài)不同而不同。

3.5設(shè)備自檢
　 設(shè)備自檢子系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、現(xiàn)場儀器儀表等數(shù)字化相關(guān)設(shè)備的定時自動巡檢，對故障設(shè)備進行報警提示，為后續(xù)維修保養(yǎng)、系統(tǒng)預警提供應用支持。

　 系統(tǒng)主界面展示當前站點、井場以及單井的網(wǎng)絡(luò)通訊、現(xiàn)場在用儀表設(shè)備的工作狀態(tài)。儀器儀表設(shè)備包括一體化載荷位移傳感器、RTU等。當網(wǎng)絡(luò)拓撲圖上的綠色圖標變?yōu)榧t色，說明當前系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備出現(xiàn)故障。紅色圓點代表當前展示的井場及其下轄單井設(shè)備工作狀態(tài)異常。當網(wǎng)絡(luò)拓撲圖上的綠色圖標變?yōu)樗{色，說明當前系統(tǒng)中的儀器儀表工作狀態(tài)異常。同時此系統(tǒng)還具備查看實時故障信息以及歷史故障信息的功能。
3.6電子報表系統(tǒng)

　 電子報表主要為油田生產(chǎn)管理匯報工作提供一個智能報表平臺，產(chǎn)量數(shù)據(jù)、設(shè)備臺賬、子系統(tǒng)分析、生產(chǎn)監(jiān)控數(shù)據(jù)等都需要報表輸出的支持，可靈活替代原有手工報表的方式。由實時歷史庫平臺pSpace組態(tài),可對普通如班報、日報、月報、年報等基于時間標簽的報表進行存儲、查詢、打印、輸出等工作。同時可以生成各種樣式報表、圖表，從而為分析優(yōu)化決策提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
3.7管網(wǎng)檢測
　 管網(wǎng)檢測主要包括實時監(jiān)測井場集油管線、站點外輸管線、注水管網(wǎng)的壓力流量運行狀況，并設(shè)置預警報警界限，從而在異常情況下實現(xiàn)自動報警預警功能。平臺的實時數(shù)據(jù)庫通過OPC協(xié)議將首、末站的現(xiàn)場壓力流量數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)庫中，以管網(wǎng)拓撲圖的形式展示。

　 泄漏是輸油管道運行的主要故障。輸油管道被打孔盜油以及腐蝕穿孔造成泄漏事故屢有發(fā)生，嚴重干擾了正常生產(chǎn)，造成巨大的經(jīng)濟損失。具體實施方法由實時數(shù)據(jù)庫的圖形化曲線工具制作實時曲線分析，并進行后臺報警處理，有關(guān)鍵性報警時需要提醒操作員/管理者加以重視。經(jīng)過WEB發(fā)布，使得更多監(jiān)管部門可隨時看到管線泄漏分析系統(tǒng)的情況，對于評估管線輸油狀況及安全責任區(qū)劃分起著重大作用。
3.8供注水分析
　 關(guān)于供注水分析系統(tǒng)，主要是實時顯示供注水管網(wǎng)、注水井、水源井運行狀態(tài)和相關(guān)參數(shù)。各個界面均可顯示實時及歷史數(shù)據(jù)；由標準化站控系統(tǒng)完成對注水井及閥組的監(jiān)控，一方面可以選擇需要設(shè)定的注水井進行注水量設(shè)定，另一方面可以通過設(shè)置注水井注水壓力和瞬時流量波動上下限，若超限則系統(tǒng)會及時報警。

　 將所有站點的供注水數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫同步至平臺實時數(shù)據(jù)庫中，由實時數(shù)據(jù)庫圖形化棒圖等工具進行供注水量與油井產(chǎn)量的數(shù)據(jù)對比關(guān)系，可以根據(jù)腳本運算得出注水量給定的建議數(shù)據(jù)值，從而確保節(jié)約注水和平穩(wěn)注水。
3.9GIS系統(tǒng)集成
　 GIS軟件平臺需單獨占用一臺服務器，根據(jù)實際的地理信息參數(shù)配置及JAVA接口二次開發(fā)，將地形地貌等地理信息錄入至GIS數(shù)據(jù)庫中，并能夠?qū)嶋H廠站等坐標、名稱、簡介等信息顯示與GIS的圖形化界面中，通過GIS系統(tǒng)與數(shù)字化平臺ORACLE數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)交互，將一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)同時動態(tài)顯示與GIS地圖中，并可進行網(wǎng)頁index鏈接切換，直接進入至平臺子系統(tǒng)的功能模塊中，將其以地理導航方式進行WEB發(fā)布，在整個數(shù)字化平臺中使之成為一個地理導航的框架結(jié)構(gòu)。
　 力控科技開發(fā)的ForceControl監(jiān)控軟件具有豐富的組件接口，軟件可通過GIS組件實現(xiàn)與GIS系統(tǒng)的無縫集成。GIS組件支持Mapinfo與ArcGIS的地圖文件格式，支持組件方式集成GIS-GPS的功能，利用腳本和VBA調(diào)用可充分互動。