长庆油田地面工艺智能化应用研究

文章编号：1004-2970（2019）02-0041-04

雍硕*

（中国石油天然气股份有限公庆油田分公司第三采油厂）

雍硕. 长庆油田地面工艺智能化应用研究. 石油规划设计，2019，30（2）：41～44

摘要 随着油田数字化系统稳定性、可靠性的进一步提高，利用信息技术，对传统油田生产

特征进行分析、研究。本文介绍了长庆油田在集输、注水等系统，使用自动化设备，进行生产流程优化整改，配套使用远程监控、定期巡检、应急联动的智能化生产方式和劳动组织架构，全面开展油田地面工艺智能化建设，形成高效、安全的现代化油田管理体系，支撑油田高效、可持续发展。

关键词 长庆油田 地面工艺 生产管理 智能化应用

中图分类号：TE938 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1004-2970.2019.02.011

长庆油田生产区域大多分布在沟壑纵横、交通不便的地区，自然环境差，大部分井站生产工艺流程复杂，地面设施多样，管理难度大。近年来，为了提高生产管理效率，长庆油田进行了全面的数字化建设。目前，数字化系统已从最初的单用户站控系统发展成为网络化、规模化的大型SCADA（即Supervisory Control and Data Acquisition，数据采集与监视控制）系统。

随着信息科学的飞速发展、井站光纤网络的优化完善和油田开发云计算中心的建立，在分析传统油气开发行业生产特征的基础上，长庆油田利用数字信息化管理成果，将传统油气生产行业与互联网技术相融合，创新生产模式，构建“生产数据协同共享、生产过程智能运行”的智慧油田，优化人力资源配置，提高油田运行效率，降低生产运行成本。

乳、密闭混输、热化学沉降模式。主要设备包括：

收球筒、加热炉、分离缓冲罐、三相分离器、气液分离器、沉降罐、各类储罐、外输泵和一体化增压橇等。监测参数包括：来油温度和压力、收球筒温度和压力、分离缓冲罐压力和液位、三相分离器油水室液位和气室压力、气液分离器压力、储罐液位、外输泵进出口压力，以及外输温度、压力和流量等。

供注水系统以稳流配水工艺为主，采出水经沉降、除油和过滤等处理工艺，实现达标回注。主要设备设施包括：水源井、各类水罐、喂水泵、注水泵、配水阀组、一体化注水橇和过滤设备等。监测参数主要包括：水源井压力和流量、供水泵压力和流量、过滤器压力和流量、喂水泵压力、注水泵流量、分水器压力、水罐液位，以及注水干线、支线的流量和压力等。

随着数字化、信息化技术的应用和不断创新，长庆油田逐渐形成了油井功图计量、站点液位联动变频连续输油、井站一体化监控、远程调配、关键

1 油田数字化管理现状

1.1 长庆油田生产现状

长庆油田集输工艺主要采用端点加药、管道破

* 雍硕，男，工程师。2005年毕业于大庆石油学院石油工程专业，获学士学位。现在中国石油天然气股份有限公庆油田分公司第三采油厂，从事

油田开发、数字化管理工作。地址：宁夏回族自治区银川市兴庆区石油城长庆油田银川生产指挥中心，750006。E-mail：353229@qq.com

42 2019年3月 雍硕：长庆油田地面工艺智能化应用研究 第30卷 第2期 区域视频监控、闯入报警等数字化管理方式。 1.2 长庆油田数字化系统现状

油田数字化系统是针对油气勘探开发和油田管理决策的信息系统，它依托完善的物联网设备和统一的生产指挥平台，已从简单的油井功图计量、电子巡井、井站参数采集发展成为大型的油田SCADA系统。

长庆油田SCADA系统利用自动化控制、互联网 云计算中心

服务器集群磁盘阵列 数据库 网络视频服务器

中心服务器（双机热备） 数据库 网络视频服务器

站点可编程控制器

视频 温度 压力 流量 液位

和数据共享技术，以油田开发过程的数字化管理为中心，开发完善了生产运行、原油集输、油田注水、管网运行、预警报警和曲线报表等模块，建立了覆盖井站的生产数据采集和生产运行信息的管理平台，实现了对分布距离远及地域分散生产单位的生产数据的自动采集、生产过程自动控制、自动预警报警、场景视频监控识别、数据分析和决策支持等功能。长庆油田数字化系统部署如图1所示。

大数据分析

网页客户端 信息系统

厂级局域网

数据分析

操作员站

监控中心

作业区局域网

远程终端单元

气体监测……油井配水间/水源井

图1 长庆油田数字化系统部署示意

1.3 云计算中心的建立

云计算是使计算分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中。企业数据中心的运行与互联网更相似，这使得企业能够将资源切换到需要的应用上，根据需求访问计算机和存储系统，具有超大规模、虚拟化、高可靠性、高通用性和高扩展性等优点，能够更加方便、高效地应用于大数据分析中。

油田数字化开发必然产生大量的信息数据，有效存储、挖掘数据资源，创建采集、处理、跟踪和评价一体化的大数据分析体系，分析其相互关系和特征，进行系统效率和能耗分析、效果评价、优化

［1］

设计等，可以方便、快捷地指导油田生产。

以太网

服务器虚拟化集群 服务器虚拟化集群

光纤交换机 光纤交换机

磁盘库 磁盘阵列 磁盘阵列

云计算中心

目前，长庆油田各生产单位数据中心多采用传统模式，与云计算相比，存在浪费计算资源、安全性差等缺点。

建立云计算中心的方法：一是虚拟化集群方面。以多台同型号高性能服务器为硬件基础，建立虚拟化集群，整合原有物理服务器硬件资源，预留未来系统建设中的服务器增加需求，新增光纤交换机加长波模块，构成冗余数据链路。二是数据容灾备份设计。以中心机房作为容灾系统中心，备用服务器采用高性能存储器作为核心数据的存放和备份容灾介质，使之具备远程同步、异步复制功能，实现数

［2］

据从生产端到容灾端的实时备份。

云计算中心架构设计拓扑图如图2所示。

备用服务器 备用服务器

光纤

光纤交换机 光纤交换机

磁盘阵列

容灾备份中心

磁盘库

图2 云计算中心架构设计拓扑图

第30卷 第2期 石 油 规 划 设 计 2019年3月 43

2 油田地面工艺智能化应用

长庆油田建立区域中心站，利用数字化系统功能，提升集输站点、供注水站点的自动化程度，对区域内站点进行远程监控管理，达到站场生产过程自动控制与保护、远程倒改流程功能，配套新型劳动组织架构设置，可以实现站点定期巡检、应急联

［3］

动的智能油田模式。

2.1 集输站点智能化改造

接转站、增压点是数字化管理模式的基本生产单元，目前已具备本站生产管理和所辖井场电子巡护两大基本功能。

新增智能化改造内容：1）通过在密闭分离装置 总机关 收球装置

加药装置

原油外输流量计

出口设置电动三通球阀，分别与输油泵进口和事故油箱进口连接，实现正常流程与事故流程一键切换，配合储罐液位联动外输泵变频PID（即Proportion Integration Differentiation，比例、积分、微分控制）调节，设置远程手动或自动连续输油模式，达到远程控制、智能输油功能；2）伴生气分液器排污出口设置双比重排液阀和旁通流程，实现自动排污；3）加热炉安装电动调节阀、自动点火和火焰探测装置，实现熄火保护，负荷远程调节；4）增加加药装置和污油回收装置的液位监测和报警功能；5）为确保远程操作安全可靠，增加网络交换设备，实现生产网、办公网、社区网和视频监控网的四网隔离。

长庆油田集输站点智能化改造如图3所示。

电动阀 加热炉伴生气分液器分离缓冲罐 事故油箱 上泵 污油回收装置 排液阀外输泵 加热炉外输泵 图3 集输站点智能化改造示意

2.2 供注水站点智能化改造

油田供注水系统主要由水源井、供水站、注水站、配水间和注水井等五大部分组成。前端为水源井和供水站，进行采水、储水和供水；中端为注水站，进行提压；末端为配水间和注水井，进行注水量调节与注入。依据现场流程，智能供注水系统可以设计为2个模块。

2.2.1 源供智能模块

通过注水环网上各站注水泵的实时排量或注水站水罐液位，控制供水站供水泵的实时排量，达到恒流供水作用。

依据供水泵实时排量或水罐液位，供水站控制上游水源井的启停和采出水排量。

依据井下水位自动排序，水源井高启低停，确保合理采水，保护井下设备。 根据供水站罐位

自动启停水源井 水源井 供水站

水源井 根据注水站罐位 水源井 自动调节供水泵排量

来水阀组

2.2.2 注配智能模块

以注水环网为模型，编写环网注水动态平衡补偿程序，通过设定目标注水压力，实现整个环网注水压力的自动控制与调整，合理分配注水能力，降低注水系统单耗，使注水环网整体压力稳定。同时，在配水部分加入超、欠注智能补调模块，每口注水井每4小时或2小时计算分析一次，对截止计算时的实注量与配注量进行对比，重新计算剩余时间段内的配注量，自动进行实注量的调整。

在各站单独的供注水参数监控条件下，供注水站改造以注水站变频PID调节、恒压注水控制为核心，根据供注需求，实施调节供水排量、恒定注水压力、远程调节单井注水量等一系列连锁控制措施，实现“源-供-注-配-井”智能化管理。

长庆油田供注水系统智能化改造如图4所示。

自动调配

注水站

PID调节恒压注水

注水井 注水井 注水井

稳流配水阀组

图4 供注水系统智能化改造示意

44 2019年3月 雍硕：长庆油田地面工艺智能化应用研究 第30卷 第2期

2.3 中心站建设

2.3.1 中心站所辖站点PLC（可编程控制器）标准

化升级

按照“集输流程中枢、区域中心”建设中心站，对中心站所辖站点PLC进行标准化升级。根据现场设备的自动化硬件基础和运行控制要求，PLC标准化程序升级需要：完善数据采集程序优化，完成核心控制程序开发，预留自动化升级程序接口。

此外，PLC还应具备以下功能： 1）关键工艺参数的报警诊断

不但中心站监控岗员工能够通过监控平台及时发现现场工艺参数的异常报警，而且现场驻站员工也应当能够通过简易的声光报警等方式及时掌握站内工艺异常情况，从而进行工艺参数查看。PLC内的工艺报警参数需要与监控平台参数设置保持一致，并且能够不依托站控服务器完成预警功能。

2）生产设备的诊断分析

无人值守站的远程操作主要是通过现场各种工艺仪表和设备来保障的，所以PLC还应该具有对关键设备的诊断分析功能，主要是对站内变频器、电动阀、流量计、缓冲罐液位计的故障诊断。设备出现故障后，一方面在SCADA平台进行显示，另一方面通过站内PLC，利用语音、报警灯等进行输出。同样，设备故障信息能够不依托站控服务器完成报警输出。

3）PLC设备的脱网诊断功能

PLC设备脱网离线后，站内PLC应当能够及时发现故障，并通过语音、报警灯等进行输出，及时提醒驻站员工加强站内工艺设施巡检，加强与SCADA监控平台的沟通和协调。

2.3.2 中心站岗位功能设置

在中心站设置运行监控、站点检修、远程监控站运行和站外巡检等岗位，对站点、油水井进行现场管理。这些岗位的功能包括：1）执行作业区中心指令，监控辖区内原油的生产和集输、油田注水和配注执行、轻烃生产运行等；2）处置预警信息，监控上游各无人值守站点的温度、压力、流量和气压等运行参数；3）远程操作油气水的集中处理、计量、外输及站内设备流程；4）上传生产报表，负责应急抢险、日常巡检和维护，以及各可控的无人值

守井场、站点重点区域的视频监控等［4］

。

3 新型生产管理模式和劳动组织

井站经过智能化改造后，油井投球、加药、取样、动液面测试、产量核实和井场清洁等工作由作业区技术人员或巡检人员操作；站内加药、紧急情况倒改流程等工作由巡检人员操作；收球、加热炉补水点火、清洁等由驻站人员操作。其他生产运行管理，包括井场监控、站内生产动态、预警报警处理、巡检、报表生成、启停输油泵、切换流程、供注水系统运行等，上移至中心站，进行远程操作控制。生产组织机构随之相应进行优化调整，每站可减少用工2～3人。

通过进一步优化智能化条件下作业区的劳动组织架构，形成“集约化”的中心站管理模式，长庆油田将原有的“作业区—生产单元—班站—岗位”四级管理模式改变为“作业区—中心站—岗位”三级管理模式；将原有的“作业区—生产单元—大站—小站”四级监控平台改变为“作业区—中心站”两级监控平台，提高了管理效率。

4 结束语

通过油田地面工艺智能化改造，长庆油田实现了油田生产连续平稳运行、流程远程切换，进一步优化了数字化生产管理流程，构建了更加集约式的中心站，进一步精减了组织机构，优化了人力资源配置，提高了管理效率，降低了安全风险，减少了油田生产运行成本。

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修改回稿日期：2018-10-20

编辑：谷风桦

48 Mar. 2019 Petroleum Planning & Engineering Vol.30 No.2

ABSTRACTS

OF ARTICLES

1 Progress and Prospect of Oil and Gas Pipeline Integrity Management

Tang Lin, Fu Yong, Xu Yingjun, Zhang Weizhi In order to eliminate effectively pipeline operational risk and major accidents

involving dangerous substance, improve safety management level, and reduce renovation and maintenance cost, China National Petroleum Corporation took the lead in initiating oil and gas pipeline integrity management. This paper expounded the progress of pipeline integrity management in oil and gas fields, which including a series of work such as screening high consequence areas and high-risk for pipeline, breakthrough technology, establishment of system management documents, and the implementation of pilot projects. All the strategies suggested carrying out to improve pipeline integrity management in the future.

5 Integrity Evaluation for Chaibeiyuan Gas Pipeline Based on PIAPlus

He Huanting, Li Benquan, Hui Xianbin, Yang Yi, Bu Qian,

Luo Xiaohu, He Pengcheng, Li Cheng, Zhang Yuxiang, Ma Wenjing

Integrity evaluation is one of key links in pipeline integrity management. It is

an important means to control pipeline risks and implement restoration decisions. PIAPlus (Pipeline Integrity Evaluation Software) played a significant role in detecting metal loss defects and weld defects accurately of gas pipeline in Chaibeiyuan. According to the results of integrity evaluation based on PIAPlus and excavation verification, the targeted maintenance and repair, re-inspection plan for pipeline defects were suggested, an important basis for the safe and stable pipeline operation were provided.

16 Oilfield Surface Construction Planning in the New Situation

Wang Mingxin, Zhuge Xianglong, Wang Zhongzhuan

With the gradual deepening of development and construction, Daqing Oilfield

has entered the late stage of high water cut development. The trend of production decline and water cut increase was obviously. The economic benefit of huge volume scale became worse. International oil price fluctuation market and decrease in oil production seriously affected investment situation and development benefit. In view of the situation and problems affecting and restricting oilfields development benefit and construction, oilfield surface engineering planning was put forward to face severe situations. The strategies of oilfield development, developing situation and production management were suggested for future oilfield surface construction.

19 Brief Analysis of V

arious Oil-well Casing Gas Recovery Technologies Liu Qian

Casing head gas produced alongside crude oil production. The amount of

casing head gas accumulated in the annular space between the casing and tubing in an oil well may bring hidden problems to oil production operation. Casing head gas venting directly to the atmosphere caused environmental pollution. Casing head gas recovery can not only avoid the waste of resources but also reduce air pollution. The paper introduced types of casing head gas recovery package, such as cantilever type, automatic control type, jet type and removable type, and technical solutions of casing gas recovery were provided under various operation conditions.

28Engineering Design Optimization of WSA Sulfuric Acid Unit

Ji Kaihui, Ma Xigong, Chi Chunhong WSA (wet sulfuric acid) technology is to recovery sulfur from H2S and other

sulfur compounds, and to turn them into concentrated sulfuric acid. WSA is widely used in oil refining, petrochemical and coal chemical industry. This article described the engineering optimizations for WSA unit detailed design regarding technological process, safety design, equipment and pipeline material selection. It has been proved that optimized WSA unit met the actual production requirements with recovered sulfur efficiently and environmental friendly.

31A Brief Discussion on Petrochemical T

esting Laboratory Design Zhao Hongtao, Guo Tianxiang

Petrochemical testing and analysis play a vital role in the process of raw

material inspection, intermediate production control analysis, product factory inspection, and new process research and development. To build standardized and fully functional testing laboratory, excepting appropriate equipment selection, laboratory design shall be considered with comprehensive layouts and reasonable arrangement of waterway, gas route, circuit, telecommunication, heating and ventilation. The perfect building design will make petrochemical testing laboratory a functionally, safely and conveniently.

34

Implementing Bill of Quantities Pricing and Deepening Marketization

Reform of Engineering Cost Management to Petroleum Construction Project

Fu Xiaojun, Wang Ruiyue, Zhou Wenzhong

Bill of quantities (BOQ) is a pricing mode applied worldwide. The pricing

mode is also suitable for market economy and implemented actively in China. BOQ pricing being vigorously pursued is an important strategic to deepen marketization reform of engineering cost management comprehensively, and meets the inherent demands of lean management of petroleum construction projects in CNPC. The strategies will make engineering cost more accurately, valuation process more transparently, and cost control more effectively.

41

Application and Research on Intelligent Ground Process Technology in

Changqing Oilfield

Yong Shuo

With the stability and reliability improvement of digitalization system,

information technology is used to analyze and research characteristics of traditional oilfield productions. This article introduced intelligent process technology applied comprehensively to oilfield gathering and water injection system. The intelligent construction system consisted of automation equipment application, production process optimization, remote monitoring, regular inspection, emergency linkage system of production, and labor structure management, etc. The efficient, safe and modern oilfield management system with intelligent technology supporting enhanced oilfield development efficiently and sustainably.

45Remote Monitoring System of Multipoint Temperature and Pressure

Development and Application to Steam Injection Well

Yu Xunbing

Multipoint temperature and pressure remote monitoring system can collect

and remote monitor downhole temperature and pressure, and achieve digital data management to multiple steam injection wells. This paper expounded the remote monitoring system development and application. The system included data acquisition device and wireless remote monitoring unit. The downhole temperature and pressure were collected, transferred and displayed on remote monitoring unit. This system worked well in Liaohe oilfield.