信息技术在海上油田异常情况与应急处置管理中的应用
闵㊀哲ꎬ徐㊀燕ꎬ袁向兵ꎬ王亚梅
(中国石化胜利油田分公司海洋采油厂ꎬ山东东营㊀
２５７２３７)
㊀㊀摘㊀要：按照海上油田建设整体规划ꎬ结合海上生产特点ꎬ深入开展了信息化建设ꎬ实现了海上平台㊁船舶㊁人员等生产现场的可视化ꎬ海上平台油井生产㊁电力配送㊁海管运行的自动化ꎬ海上油田生产运行㊁安全管理㊁应急处置的数字化ꎮ通过机器学习等数据挖掘技术手段ꎬ集成利用现有数据资源ꎬ提前预警ꎬ推动海上安全高效开发ꎮ 关键词：信息化㊀报警预警㊀工况诊断㊀视频监控㊀海上油田㊀异常情况数据存储安全检测
㊀㊀海上油田采用的 生产平台＋陆岸终端 的半海半陆开发模式ꎬ发挥近岸优势ꎬ海陆一体布局ꎬ
实现了高效开发ꎮ但和陆地井场相比ꎬ海上环境恶劣㊁风险集中㊁事故救援处置困难㊁法律风险大㊁社会影响大ꎬ是油田安全环保清洁生产的高风险点及监管的重点和难点[１]ꎮ因此ꎬ结合海上安全生产特点ꎬ深入开展海上油田信息化建设ꎬ实现了海上平台㊁船舶㊁人员等生产现场的可视化ꎬ海上油水井生产㊁电力配送㊁海管运行的自动化ꎬ海上油田生产运行㊁安全管理㊁应急处置的数字化ꎬ大大推动了海上安全高效开发ꎮ
１㊀海上油田信息化情况
目前ꎬ海上油田已初步建成了生产信息化全覆盖应用体系ꎬ实现了海上生产数据自动采集㊁设备设施远程启停㊁现场可视化监控㊁生产流程远程
操控㊁海域全天候监控㊁人员动态跟踪等功能ꎬ实现了卫星平台的无人值守ꎬ中心平台少人值守ꎮ１.１㊀自动化情况
采油厂相继在油水井自动化㊁电力自动化㊁视频监控㊁站库自动化等方面进行了探索与应用ꎬ实现了各平台主要生产参数采集㊁紧急关断与过程控制等功能ꎮ海上油田共有９４座平台实施了工艺自动化系统ꎬ可以实现４５２口油井㊁２２２口水井㊁
８口气井生产参数监控ꎬ具有平台工艺过程控制㊁安全报警监测和紧急关断等功能ꎮ实现了平台工艺安全状况㊁气体泄漏㊁火灾爆炸㊁生产作业现场的全方位监控及报警㊁预警ꎬ建成了海洋特的安全监控预警系统ꎮ
通过海上自动化系统建设ꎬ８５％的采油平台㊁９５％油水井㊁１００％管线㊁７８％电力线路实现关键参数采集㊁自动化控制ꎮ中心平台具备远程电泵井启停ꎬ机泵㊁控制阀㊁加热器远程遥控㊁实时调节ꎬ提高油㊁气㊁水分离效果ꎬ确保油气平稳高效生产ꎮ实现了海上生产流程具备紧急情况下的远程启停㊁联锁关断功能ꎬ海上生产现场情况尽在掌握ꎬ
有力支持了海上８５％的采油平台无人值守㊁中心平台少人值守生产运行模式的形成ꎮ
１.２㊀视频监控情况
海上平台共有８４座平台安装有视频监控ꎬ分别监控井口㊁工艺流程㊁靠船排㊁生活区等关键部位ꎬ５座陆地站库部分关键部位安装有视频监控ꎮ借助立体监控体系的建立ꎬ８６％海上平台㊁７５％生产海
域㊁８９％海底管线现场关键部位视频监控安装到位ꎬ实现了视频信号全天候海陆同步监控和实时回传ꎮ为现场职工日常巡检㊁应急判断提供了视频支持ꎮ同时ꎬ也为各级领导分析㊁研判㊁决策及相关指挥㊁处置提供了第一手现场资料ꎮ
１.３㊀通讯网络情况
经过多年来建设ꎬ采油厂信息网建成了多种网络结构㊁多介质传输㊁多协议共享的海陆一体化网络(陆地有线网络和海上无线网络)ꎮ陆地建有
１４条千兆主干链路ꎬ４套无线备份微波ꎻ海上主干网络有１２套无线微波ꎬ实现海上平台之间及平台与陆地的数据视频稳定传输ꎮ
充分发挥ＬＴＥ￣４Ｇ移动性能㊁抗干扰能力强的优势ꎬ建设全覆盖海上平台４Ｇ网络ꎬ实现海上平台大面积移动覆盖㊁多业务承载区域ꎬ以及区域内办公网络㊁移动终端通信㊁应急图像传输ꎬ为后续应用开发打下坚实基础ꎮ
１.４㊀船舶监控情况
人员出海ꎬ船舶是关键ꎮ采油厂部署ＡＩＳ２套ꎬ结合海洋船舶中心的２套ＡＩＳꎬ海洋钻井的１部北斗ꎬ基本覆盖埕岛及垦东海区ꎬ实现了岸端对海上船舶的实时监控和定位ꎮ１.５㊀人员监
控情况
海上勘探㊁钻井㊁采油等作业的工作量迅速攀升ꎬ陆地人员到海上各平台之间的往返等也越来越频繁ꎮ作业工作量迅速攀升ꎬ人员的出海越来越频繁ꎮ由于工作在海上ꎬ人员分布分散ꎬ不利于管理ꎬ而且海洋环境的复杂性使得人员在海上作业过程中存在安全隐患ꎬ为保护海上工作人员的人身安全ꎬ有必要进行海上采油平台人员的定位与管理ꎮ
散打护具建立人员动态管理系统ꎬ采用先进的Ｚｉｇｂｅｅ定位和无线自组网技术ꎬ建立一套准确㊁稳定㊁可靠的海上人员动态监控系统ꎮ在确保工作人员人身安全的同时ꎬ提升信息管理服务和海洋应急能力ꎬ实现乘船㊁上下平台人员的动态跟踪㊁查定位㊁远程监控视察与实时统计ꎬ及时㊁准确掌握海上人员㊁动态人员的信息化管理水平ꎮ
２㊀综合信息集成应用情况
建设数据信息的集成综合应用系统ꎬ划分为生产监控㊁报警预警㊁生产动态㊁调度运行㊁生产管理㊁应急处置６个功能模块ꎮ同时兼顾未来专业化管理模式的变化和岗位设置要求ꎬ进行分专业㊁分系统的功能设计和应用ꎬ集成生产现场自动化数据㊁视频监控系统ꎬ实现生产分级监控管理㊁日常生产动态信息共享㊁运行过程上下贯通ꎬ为生产技术管理提供辅助支持ꎬ提高运行效率ꎬ提高管理的规范性ꎬ提升生产运行管理水平ꎮ
拉丝模激光打孔机
２.１㊀生产监控
实现单井综合监控ꎬ综合展示油井视频㊁油井套压㊁回压等实时数据㊁趋势和报警信息ꎬ同时集成单井相关基础信息㊁作业井史等ꎬ实现油井全生命周期数据采集与存储ꎮ基于平台工艺流程ꎬ集成自动化实时数据ꎬ完成平台分离器㊁加热器㊁紧急切断阀等设备设施的压力㊁温度㊁阀位开度㊁切断阀状态等１０类参数采集㊁转储与发布ꎬ实时展示设备运行情况ꎮ实现平台运行情况包括参数趋势㊁参数数据实时监控ꎮ完成５２座平台电力实时数据采集与转储ꎬ实现高压柜㊁低压盘㊁直流屏㊁供电线路的实时指标监控及电力参数分析等功能ꎮ通过生产监控平台ꎬ基本实现海上现场生产在数据后台的全面监控与展示ꎬ方便了陆上实时查看生产数据并进行数据对比分析ꎬ提高了运行管理效率ꎬ降低了安全风险ꎮ
２.２㊀报警预警
生产指挥系统报警预警模块实现基于实时数据的报警集中设置㊁处置管理ꎮ实现对生产监控问题的确认㊁落实㊁跟踪处理等环节的网上运转和跨部门协同ꎬ提高问题处理效率ꎬ加强工作落实和考核ꎬ实现各类问题处理的全过程监控ꎮ
２.２.１㊀报警设置
支持多级报警设置ꎬ当有异常状态情况出现时ꎬ系统将给出预警信号和处理措施ꎬ触发应急救援指挥和
调度ꎬ或根据不同的风险等级自动触发相应的动作ꎬ将系统带入安全状态ꎮ若需要ꎬ能以短信或等方式自动告警和通知相关部门及人员ꎬ并能将报警过程自动记录㊁存档和备份ꎮ
交警制服系统实现对设备的检测和故障分析ꎬ研究海上平台的安全隐患㊁故障与事故类型㊁预警信号及应急处置措施ꎬ设置故障诊断与预警处置专家系统对生产过程的运行状态进行实时评估ꎬ通过对各类信息的融合ꎬ完成智能诊断和分析处理ꎬ确定可能的故障点㊁故障类型和原因ꎬ进行事故预警ꎬ并提供现场应急处置的指导ꎮ
２.３㊀生产动态
整合自动化采集数据ꎬ自动生成生产数据报表ꎬ替代人工录入ꎮ减轻职工现场劳动强度ꎬ提升油气生产动态数据的及时性㊁一致性和客观性ꎮ同时ꎬ也为各层级单位实现报表的自动生成与数据的整理应用ꎮ
２.４㊀生产管理
围绕生产维修项目管理各环节ꎬ实现全过程跟踪管理应用ꎮ建立特种车辆㊁船舶申请审批流程ꎬ实现特
车用车㊁用船申请及审批网上运行ꎮ网上完成用车签批单生成㊁用车工作量及费用统计查询ꎬ用船计划㊁用船打分㊁用船情况多角度统计查询㊁信息维护等应用ꎮ也实现用电在线申请㊁审批㊁结算管理ꎬ形成用电分析统计数据ꎮ生产动态模块的应用ꎬ减少了手续办理时间及业务流程ꎬ加快了生产维修项目效率ꎮ
２.５㊀应急管理
车架总成
系统集成海上设施信息㊁应急队伍㊁应急专家㊁应急物资等应急资源ꎬ根据海上发生事件类型ꎬ快速启动应急处置预案ꎬ实现应急队伍㊁应急资源的快速调度和应急专家的在线会商等功能ꎮ２.６㊀调度运行
按照三级调度运行模式ꎬ结合生产运行调度事件需求ꎬ实现各层级之间调度运行联动ꎬ通过与人员动态功能衔接ꎬ实现值班运行㊁通知下达等功能ꎬ打通三级调度的纵向贯通通道ꎬ建立各专业队伍之间的横向协同机制ꎮ实现现场异常事件的多级协同处置ꎮ通过模板化建立数据上报运行处置标准ꎬ便于事件的规范填报ꎬ为事后的运行统计分析和考核提供基础ꎮ
３㊀信息深化应用情况
３.１㊀大数据工况诊断预警
以采油工程理论为业务指导ꎬ机器学习等数据挖掘技术为手段ꎬ集成利用现有数据资源ꎬ重点在躺井因素分析㊁工况预警分析和生产参数优化等方面开展研究ꎮ
３.１.１㊀躺井因素分析
收集躺井主要因素ꎬ包括生产周期㊁开关井次数㊁对地绝缘㊁排量泵效㊁电流平衡度㊁电压波动等主要因素ꎬ利用回归分析(见图１)㊁概率统计(见图２)等方法分析历史躺井数据ꎬ发现导致躺井的数据特征与躺井要因之间关系
ꎮ
图１㊀
回归分析
图２㊀数据分布
㊀㊀围绕 不躺井就是效益 的工作理念ꎬ开展工况预警分析工作ꎬ躺井数明显减少ꎬ提高了油井生产时率ꎬ减少作业开支ꎬ达到了少投入多产出的效益目标ꎮ总结出生产周期超过４年ꎬ接近泵组合理寿命ꎮ泵效低于７５％ꎬ躺井概率大ꎮ
３.１.２㊀工况诊断预警
按照实时参数变化特征对应的工况ꎬ将实时数据分类抽样ꎬ形成８类数据集(如表１所示)ꎮ利用机器学习的方法建立预警模型ꎬ实现基于预警模型的电泵井工况实时诊断ꎮ
系统投入运行后ꎬ地质㊁工程技术人员根据系统预警提示ꎬ进行更换油嘴㊁变频调参㊁放套气㊁注水井测调等生产治理措施ꎬ极大地降低了油井异常事故的发生ꎮ
３.２㊀视频精确识别预警
采用人工智能领域的卷积神经网络技术ꎬ通
过搭建深度学习环境ꎬ采集现场样本ꎬ训练ＳＳＤ目
标检测模型ꎬ形成针对各类异常情况的模型ꎮ再
由图像精确识别系统自动读取每个摄像头的视频
流ꎬ调用模型ꎬ智能判断与分析是否存在异常ꎬ给
出判断结果㊁形成报警信息㊁自动推送与分发ꎮ可
不断对模型进行训练ꎬ提高识别精度ꎬ逐渐扩大异
常判断的范围和用途ꎮ
为视频监控装配 大脑 ꎬ代替人工２４ｈ值
守ꎬ让每个摄像头具备智能分析能力ꎬ自动判断
人㊁车㊁船等对现场有危害的物体ꎬ判断火灾㊁溢
油㊁海冰等重大事故灾害ꎬ判断施工场所劳保穿戴
是否完整ꎬ发现异常能够自行判断㊁主动推送㊁关
联提醒ꎬ人员进入生产区域自动推送ꎮ
３.３㊀智能移动单兵
以海上油田生产前线职工为核心用户ꎬ以智
能终端为载体ꎬ将传统信息化过程中前线员工的
信息盲点转变为信息节点ꎬ构建生产现场与生产
调度中心的协同平台ꎬ实现生产现场精准调度ꎬ提
升现场工作效率ꎮ
依托现有系统及信息网络资源ꎬ基于移动平
台ꎬ创新工作模式ꎬ实现信息采集与业务流程化ꎬ
提高个人综合能力ꎬ自动形成互联㊁互通㊁互助的
交互式拼接屏整体[２]ꎮ通过智能移动单兵ꎬ建立与后方专家㊁指挥中心间的交互通道ꎬ在线指导ꎬ指令到单兵ꎬ让
每个人都感觉拥有强大的后方ꎮ充分发挥智能终
端特有的数据采集㊁音视频录制㊁地理定位功能ꎬ
建立任务单工作模式ꎬ现场信息实时采集回传ꎬ提
高实现现场设备巡检㊁施工监督㊁安全管理的标
准㊁规范㊁高效运行ꎮ４㊀结论
围绕海洋油气生产特点ꎬ借鉴下游智能工厂建设经验ꎬ通过物联网㊁大数据㊁移动应用等信息技术和油田专业技术与知识的应用ꎬ建立大数据体ꎬ借助模型和数据挖掘ꎬ形成 全时体检式 监控预警和智能辅助分析体系ꎮ实现以全面感知㊁自动操控㊁趋势预测㊁科学决策㊁持续优化为特征的海上油田ꎬ推动海上油田生产优化㊁风险管控ꎬ智能提升ꎬ有力支撑海上油田安全高效开发㊁安全生产和可持续发展ꎮ
５㊀参考文献
[１]㊀王晖.信息化管理在ＨＳＥ督查中的应用[Ｊ].安全㊁健康和环境ꎬ２０１８ꎬ１８(８):５４￣５６.
[２]㊀杨冬平ꎬ陈国明ꎬ牛更奇ꎬ等.浅海平台油气火灾事故模拟评估应用[Ｊ].安全㊁健康和环境ꎬ２０１９ꎬ１９(１):
１９￣２５.
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎ
ＯｆｆｓｈｏｒｅＯｉｌｆｉｅｌｄＡｂｎｏｒｍａｌＳｉｔｕａｔｉｏｎ
ａｎｄＥｍｅｒｇｅｎｃｙＤｉｓｐｏｓａｌＭａｎａｇｅｍｅｎｔ
ＭｉｎＺｈｅꎬＸｕＹａｎꎬＹｕａｎＸｉａｎｇｂｉｎｇꎬＷａｎｇＹａｍｅｉ(ＳＩＮＯＰＥＣＳｈｅｎｇｌｉＯｉｌｆｉｅｌｄＢｒａｎｃｈＯｆｆｓｈｏｒｅＯｉｌＰｒｏ￣ｄｕｃｔｉｏｎＰｌａｎｔꎬＳｈａｎｄｏｎｇꎬＤｏｎｇｙｉｎｇꎬ２５７２３７)
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｐｌａｎｏｆｏｆｆｓｈｏｒｅｏ
ｉｌｆｉｅｌｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｏｆｆ￣ｓｈｏｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎꎬｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｗａｓｃａｒ￣ｒｉｅｄｏｕｔｉｎｄｅｐｔｈ.Ｔｈｅｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｏｆｆｓｈｏｒｅｐｌａｔ￣ｆｏｒｍｓꎬｓｈｉｐｓꎬａｎｄｐｅｒｓｏｎｎｅｌａｔｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｓｉｔｅｓꎬｔｈｅａｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆｏｆｆｓｈｏｒｅｐｌａｔｆｏｒｍｏｉｌｗｅｌｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎꎬｐｏｗｅｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎꎬａｎｄｏｆｆｓｈｏｒｅｐｉｐｅ￣ｌｉｎｅｏｐｅｒａｔｉｏｎꎬａｎｄｔｈｅｄｉｇｉｔｉｚａｔｉｏｎｏｆｏｆｆｓｈｏｒｅｏｉｌ￣ｆｉｅｌｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｐｅｒａｔｉｏｎꎬｓａｆｅｔｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔａｎｄｅｍｅｒｇｅｎｃｙｄｉｓｐｏｓａｌｗｅｒｅｒｅａｌｉｚｅｄ.Ｂｙｍｅａｎｓｏｆｄａｔａｍｉｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｓｕｃｈａｓｍａｃｈｉｎｅｌｅａｒｎｉｎｇꎬｉｎｔｅ￣ｇｒａｔｅｄｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｅｘｉｓｔｉｎｇｄａｔａｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｅａｒ￣ｌｙｗａｒｎｉｎｇꎬｓａｆｅａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｗａｓｐｒｏ￣ｍｏｔｅｄ.
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