油气新能源数字化建设探索与试验

杨嘉琦?徐慧瑶?何乔凤

摘要：吉林油田新能源数字化建设模式基本形成，但在数据应用和功能拓展上还有待完善。主要表现在数字化建设独立分散，并未做统筹考虑与总体规划；网络建设不统一；数据共享、数据安全未得到充分保障等方面，因此在系统展示与应用上受到较大制约，数据利用难以为生产提供有效决策。基于此，围绕“新能源+物联网”信息化开发模式进行研究，充分利用“云虚拟化+AI+数据专网”三项关键技术打造新能源数字化软件平台系统，建立新能源数字化应用试验区。

关键词：新能源；AI；云虚拟化；数据专网

一、前言

油田传统日常巡检工作都是采用传统的“一部手机、一台车、满地跑”的工作模式，现场与甲方监管部门的联系主要通过电话或微信。相关人员按规定要求，在固定时间通过电话或微信汇报现场施工相关参数及工程进度等，供相关领导及技术人员查询，而相关领导和技术人员只能通过现场“巡井”的方式，到各施工现场实地了解实际工作情况，造成了很多不便。主要表现为：

（一）信息滞后，一手数据很难第一时间到达主管部门。

（二）数据零散，施工数据无法形成整体指导性文件。

（三）无大数据支撑，决策精准度差。

（四）工作量大，无法将生产数据实时转化为质量评价数据。

（五）无法实现对施工现场的实时监管，存在管理漏洞。

伴随着新能源信息化业务发展的不断演进，生产过程全面数字化、智能化已成为油田与新能源公司发展的必要手段，不仅是实现业务从技术、质量、安全、管理多方面、多角度深化应用的重要体现，也是从初步数字化迈向全面智能化阶段发展的必然趋势。在集团公司全面落实建设“数字中国石油”的大背景下，如何构建适应新能源业务特点和发展需求的数据中台、业务中台和相应的工业App应用体系是本项目重点研究的课题。因此，如何在已有数字化的基础上，完善扩展功能，实现生产数据全面感知、生产过程智能控制、生产现场智能监管是新能源信息化建设与发展的关键所在[1]。

二、系统设计

（一）总体目标

深入贯彻集团公司对信息化建设的总体要求，坚定走“数字化、网络化、自动化、智能化”建设发展路线，逐步从数字化油田向智能化油田迈进，通过数字化产品补充与智能化产品升级、管控平台深度开发、系统集成应用、注采输管网优化、大平台一体化集中展示及物联网深化应用等数字化、智能化手段助力油田公司实现高水平、高质量发展。“十三五”末，吉林油田油气生产物联网大数据和人工智能技术要走在集团公司前列。“十四五”初期，全面完成數字化建设，初步实现油气生产智能化。十四五末，达到智慧油田初级水平，走在集团公司智慧油田建设前列。紧紧抓住新能源数字化转型新机遇，加快“两化”融合落地，探索实践物联网深化应用集中托管新模式。以生产数据全感知、生产过程全自动、诊断分析全智能为目标，充分利用原有网络、物联网等基础设备设施，通过较少的投入和系统集成改造，优化建立新能源低成本数据采集与工艺控制流程，从技术、质量、安全、管理四个层面深挖新能源大数据特色应用，打造国内新能源智能化应用先导试验区，进一步推动吉林油田新能源零碳示范区规模化应用和智能化发展，为加快建设百万吨产能级负碳油田开发示范区提供有力技术支撑。具体表现为：

1.基础数据、动态数据、过程数据实现远程实时传输。

2.施工状态及井场重点点位的视频实时监控。

3.实时生产日报、数据报表及数据统计的自动生成。

4.实现通过移动终端对数据实时浏览。

5.管理流程实现信息化。

6.整体建设与应用远程决策与指导。

（二）总体框架

从吉林油田新能源数字化建设实际出发，针对数据采集SCADA系统的自动化控制与实时数据采集传输等方面进行研究。搭建系统架构遵循的原则主要包括两个部分，具体为：一是SCADA与PLC硬件系统，具备前端传感器采集与控制功能，采集包括光伏、风机、井筒热、光热等装置设备，控制包括系统设备的远程启停、连锁控制及远程变频等。二是建设基于集团公司网络安全要求下的专网传输系统，可承载与存储海量数据的私有云平台，满足日常对数据的使用需求。

（三）系统功能

基于云平台的可视化大屏展示，包括总体工艺流程、区域工艺流程、实时数据、远程调控、趋势分析、智能预警报警及历史数据报表等。另外，同时开发B/S与C/S架构下的两套软件系统，满足现场管理、技术人员与领导决策层的不同使用需求，通过系统应用及大数据、人工智能技术提供有效的生产决策分析（见图1）。

三、系统部署与应用

本项目在新立III区示范区新能源数字化基础上进行完善与补充，充分利用原有网络、物联网等基础设备设施，通过较少的投入进行系统集成改造，解决各系统独立无法数据共享难题，实现“同一平台，数据共享”。

（一）数据接入内容

包括新立1号平台空气源热泵1台、计量间1座，新立2号平台空气源热泵1台、计量间1座、储能设备1座，新立3号平台计量间1座、光能转换设备1座、4000kW风机1座，新立16号平台计量间1座、多功能计量撬装2座、56口液压抽井。

（二）采集与通信方式

计量间、多功能计量撬采用有线光缆方式接入，空气源热泵、储能、光热转换、风机采用无线VPDN专网方式接入。数据采集方式通过标准ModbusTCP/ModbusRTU实现数据采集与过程控制，利用通信链路与私有云平台实现数据的上传与下载交互。

（三）平台展示

通过自研云平台LayUI框架完成前台界面开发，利用GuassDB数据库完成数据存储与调用，通过C/S与B/S两套系统完成大屏系统界面展示。经系统展示可实现新立采油厂零碳示范区数字化SCADA系统可视化，通过采集油间压力、温度、质量流量、掺输流量及水间注水压力、流量来满足日常生产数据的需求。利用自动化采集方式，可达到降低数据传输风险，减少人工劳动强度，提高生产效率，确保生产稳定运行的目的。

由图1可知，该系统基本原理是利用RTU的AI输入端采集传感器信号，并通过A/D转换将模拟信号转换成数字信号，经无线与有线传输至云端服务器。随之云服务器对采集数据进行集中处理，进而实现对数据的实时更新、历史数据定时存储、 IIS数据发布及B/S系统展示等功能。与第三方SCADA系统相比，自主研发的SCADA系统进行了更多优化配置，有效提高了设备的稳定性，进而降低设备维护成本[2]。

平台软件化是指挥这套核心设备的大脑，是决定系统设计优劣的直接标准，而软件系统的稳定性是确保数据采集持续、准确的关键。“云虚拟化+AI”技术可使大数据和AI智能有效结合，使系统更高效。

该系统为自主研发，是一套多功能、多模块集成的物联网管理平台。新能源作为该系统框架下的一个子模块，可利用单点登录方式进行系统登录。如图2所示，利用管理员账号登录信息管理平台，点击登录即可进入系统拓扑界面。

在系统拓扑界面可以看到，新能源数字化分为供能端与用能端，选择系统平台中的不同功能子模块进入不同功能界面。当显示界面为新立3号大平台4kW风机数据实时采集界面（见图3），采集数据为机组运行状态、启停状态、风速、风向、压力、转速、电网有功、电网无功、电网电压、电网电流、功率因数、桨距角及绞缆角度等[3]。通过该软件界面，管理人员可清晰掌握风电系统下各类参数的实时状态，当发生问题时可针对相应问题进行整改，效果十分直观，便于生产管理人员做出正确的分析与决策。

实时数据的有效存储与利用能够对数据的生产再加工产生真正的作用。當然，只是将数据采集点记录下来保存在数据库中，其功能显然是不完整的。如图4所示，将采集的数据实现流程化管理，让数据更加可视化，当发生重要数据变化时，才能及时掌握流程上下级别的关联关系，第一时间发现生产故障。

（四）创新点

数智技术公司作为项目研发的核心技术单位，结合生产需求，充分吸收、采纳一线技术人员建议，对系统平台做出针对性改进，先后完成了两次系统迭代升级，提出了分布式设备采集、集中监管的建设方案，进一步提高了设备的可操作性，降低了安装维护门槛，主要表现为：

1.突破了传统数据采集与应用模式限制

行业首创实时高频数据采集技术应用新模式，利用大数据分析法，通过系统自诊断、自优化，进一步提升了智能化应用水平。

2.突破了应用现场监管模式

行业首创无损压缩技术智能传输应用新模式，有效降低了带宽需求。运用图片无损压缩技术后，传统井场视频传输转为图片传输，图像大小仅为原图的1/40，且传输画面质量由以往标清达到高清等级，进一步提高了现场监控能力和水平。突破传统通信传输方式，利用4G/5G+VPDN模式进行数据与图像传输，大幅缩减建设费用，传输系统的稳定性、可靠性、经济性大幅提高，维护成本和故障处理时间大大降低。

3.单井与新能源深度融合

与现有单井物联网设备大数据算法深入开发，形成了绿电生产模式下的智能间抽应用。通过算法升级，可有效提升采油生产单位发现异常井况的及时性，使采油单位做到早发现、早处理，起到延长油井免修期、降低油井综合维护成本的目的。另外，通过油井故障智能检测，电子巡井等应用，转变了传统的油田生产组织模式，使“集中监控，少人值守，大班巡检”制度的实现成为可能，进一步降低了人工操作成本，实现了扁平化管理。

4.井组间数字化建设与改造

实现了温度、压力、流量、翻斗计量等功能。充分利用现有设备与采集信号，在不新增物联网设备的前提下，实现了井组全部数据的平台接入，自主开发软件系统可根据用户需求定制开发，无需第三方厂商介入，实现建设与维护完全自主。

综上所述，通过新能源与传统油气生产深度融合，在新理念开发模式下，可为采油厂在时率管理、计量管理、安全生产提供技术支撑，同时以更少的设备及材料投入实现了采油生产单位的功能需求与管理需求，极大降低了投资与维护成本，进而减少不必要的费用支出及材料消耗。

由于技术储备充分，该项目仅用时1个月就完成新立III区示范区数字化建设的全部工作，实现了吉林油田第一家新能源数字化、平台化管理，为今后新能源数字化、智能化发展打下了坚实基础。由于系统均为公司自主研发，无需第三方公司介入，可为采油厂节省维护费用百万余元。

四、结语

随着新能源数字化进程的不断演进，充分利用物联网、信息化技术带来的技术革新来提升老油田的精细化管理水平，并不断推陈出新，将坚持以人工智能、边缘计算、先进控制、模式识别等前沿技术为依托，以中国石油数据湖和PaaS平台建设为载体，完成与A11、A6等中油统建项目对接，确定中油PaaS平台开发技术路线和具体方案，以智能油田、智慧油田建设为目标继续开展工作。坚持建设“先进、经济、实用”的物联网系统不动摇，瞄准智慧油田终极目标，以专业应用为引领，注重实效，以物联网平台开发应用为载体，夯实产品补充、数字化建设两个基础。完善数据采集系统，建设数字油田，完善自动化、先进控制、模式识别技术，建设智能油田，突出发展大数据、人工智能技术，建设智慧油田。打造技术一流的核心研发团队，打造行业领先的新能源数字化成套技术。

未来，大数据将持续爆发，万物互联。坚定信念、坚持发展路线不动摇，持续开发与探索前沿技术，紧跟新能源国内、国际技术潮流，做好油田信息化业务，加快推进落实“油公司”模式，通过企业减负、降本增效、创新管理等手段为油田公司提质增效、实现价值创造提供有力技术支撑。

参考文献

[1]谢瑜宇，李宇.宁波探索建设数字化国际油气资源配置中心研究[J].宁波经济（三江论坛），2021（08）：12-15.

[2]任泽坤，陈潇，许勤.油气田勘探数字化转型现状及展望[J].油气与新能源，2022，34（01）：67-73.

[3]刘亚旭，杜伟，付安庆，等.油气与新能源工程材料研究方向与重点内容探析[J].石油管材与仪器，2023，9（04）：1-9.

责任编辑：张津平