随着信息化和智能化两化融合的进一步深入，以及近几年来物联网技术、云计算技术和移动互联网技术的迅猛发展，以物联网技术应用为代表的一场新信息技术革命，物联网技术在油田生产中的应用对智能化、数字化油田建设起到良好的促进作用。近几年来，胜利油田以“标准化设计、模块化建设、标准化采购、信息化提升”为遵循原则，大力推进智能化、数字化油田建设，实现油田油水井生产实时监控、数据实时采集、井(站)场实时视频监控、生产安全、预警远程控制、自动计量和数据分析等操作。数字化与信息化管理还可以改变油田现有劳动组织架构，按照生产流程设置劳动组织结构，建立按流程管理的“作业区增压点井组”新型劳动组织模式，实现油田生产劳动组织结构扁平化管理。为此，我们在调查研究的基础上，提出了以物联网技术应用为基础的采油生产管理指挥系统在油田生产现场的应用，并按照生产流程设置劳动组织结构，新模式实现了扁平化管理，取得了良好应用效果。
内容
孤东采油厂现有7个采油生产管理区，辖区面积370平方千米，管理着孤东、红柳、新滩三个油田，管理着5座联合站、1座轻烃站、2座接转站、6座注水站、186座计量站和146座配水间[3]。现有油井2587口，水井1200余口。截至目前已探明含油面积96.6平方千米，探明地质储量3.3亿吨[2]。2015年年产原油214万吨。其中主力油田——孤东油田是我国上世纪八十年代中期发现的一个大型整装滩海构造油田，动用地质储量27283万吨，标定可采储量9943万吨，采收率32.8%。从1986年全面投入开发以来采用“密井网、细分层系、储量一次动用”的开发技术政策一直高速高效开采。采油厂已累计生产原油1亿余吨，为国民经济建设和发展做出了重要贡献。
方案
采油生产管理指挥系统设置在采油管理区生产调度中心，该系统主要有智能生产实时监控系统、生产数据采集系统和通信系统、自动配水和智能流量计量系统、示功图油井自动计量系统、生产动态分析诊断优化系统、生产数据存储统计与报表生成系统、智能报警系统、应急救援保障系统和电子巡井系统等部分组成。
图1 采油生产指挥管理系统
1、智能生产实时监控系统
油井、注水系统、增压站、计量站、联合站、管网等现场生产数据通过数据采集技术采集到平台实时数据库中，根据用户需求组态绘制可视化画面，以二维或三维的方式展现生产现场的工艺流程。操作人员可能随时随地查看现场生产实时状况，实现生产实时智能监控，直观及时。同时，智能视频监控系统主要安装在每一口油井、各计量站、中转站、集油站等油井生产关键站点，各站点采集的实时视频信号经光缆传输到主控系统。
2、生产数据采集系统
和通信系统主要将自喷井、抽油机井、螺杆泵井、电潜泵井、水力泵井、注水井、配水间、注水站、油水集输管网、增压站、转油站、输油站、罐区等生产现场的油水井和场站的生产数据实时采集到平台的数据库中，包括压力、温度、流量、含水率、液位、电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、冲程、冲次、有功电量、无功电量、动液面、示功图以及视频等实时生产运行参数数据，经采集后用无线信号传输给计量站的井站数据采集终端，每口油井的套压、回压和温度信号经无线压力变送器和无线温度变送器传输给计量站的井站数据采集终端(RTU)，井站数据采集终端采集的实时生产数据经逐层汇聚后光缆传输到主控系统，供SCADA和生产指挥系统使用，同时通过通信功能可以对现场实施远程控制。自动配水和智能流量计量系统主要通过各配水站安装智能流量计自动配水稳水流量，并将采集到各注水井的流量、压力、温度等数据信号，经配水站数据采集终端控制器将采集信号经光缆传输到主控系统。当需要调整各注水井注水流量时，主控系统发出配水流量调整指令，经数据采集终端控制器将调整指令给控制阀门，从而达到自动配水的目的。
3、示功图油井自动计量系统
由实时数据库和关系数据库共同完成示功图数据监控、设备工况分析以及示功图显示，计算油井的产量，判断抽油机的工况状态。通过功图对比和分析功能可以对任意时间段内的历史功图进行查询和分析，供调度人员对所有油井进行量油计产，同时和其它生产监控及管理门户进行有效的嵌入和集成，形成统一的数字化调度和管理平台。
4、生产动态分析诊断优化系统
该系统提供了多种曲线和图表组件对数据进行可视化显示，典型的如实时趋势曲线和历史趋势曲线等趋势曲线工具。实时趋势曲线显示用户设置的温度、压力、流量等实时数据的一段时期内的实时趋势曲线，曲线具备自动刷新功能，当前采集到的实时数据会即时在数据曲线中得到体现。历史趋势曲线可以从生产数据平台中提取历史数据，显示用户设置的温度、压力、流量等历史数据的一段时期内的历史趋势曲线。同时，平台利用实时采集到的数据以及示功图数据，结合油井静态数据，实现对油井的自动计量、优化、工况诊断以及抽油机的合理调度。实现油田产能分析、单井动态分析、故障分析、生产数据优化分析和油藏分析等。平台集成现有的各种优化生产诊断系统，利用其生成的决策、优化建议、措施方案，通过平台来进行审批、调度和执行。
5、生产数据存储统计与报表生成系统
该系统实时数据库Pspace数据存储不依赖于任何第三方关系型数据库，与第三方关系型数据库进行了集成，通过ETL转储工具与其进行数据转储交互，共同构建上层应用所依赖的数据中心。Pspace支持在线数据统计，OPCHDA1.20标准中定义的数据处理功能集和统计查询功能集，超过22种统计方法。实时数据库均无采用了共享加镜像存储和双机冗余的架构，Pspace除了支持Windows操作系统的故障转移集群外，还支持第三方冗余的产品。同时，系统提供各种灵活的报表工具，报表开发工具提供类似EXCEL的电子表格功能，各种报表工具能够生产显示和查询产品的实时数据、历史数据和外部关系数据库数据。简单、方便快速的报表生成工具能进行日报、月报、季报、年报的生成，对数据存储的时间范围、间隔、起始时间进行任意指定，并可以根据存储的时间进行历史数据查询。
6、智能报警系统该系统
通过对油井、注水井、增压站、计量站、阀室、集油站待等各类装置的运行状况进行实时监视，对发生的任何异常情况，系统平台能及时通过各种报警方式提示通知相关管理人员。
7、应急救援保障系统
该系统根据现场生产风险评价和相关应急处置预案。应急资源和应急物资配置情况，应急救援人员和通讯联系方式，应急救援保障指挥中心等情况，一旦发生生产事故，及时启动应急救援保障系统，以确保最快的速度到达事故现场。井场事故应急救援主要有井站硫化氢中毒事故应急救援、油井原油管道泄漏事故应急救援、油井作业现场井喷事故应急救援、油井作业现场高空坠物伤人事故应急救援、井站火灾爆炸事故应急救援和采油井场触电事故应急救援等。
8、电子巡井系统
该系统取代原来的人工巡井方式，替代一个人每天到各个油水井去巡井。现采用计算机自动完成，通过视频、抽油机井运行参数、功图工况数据等信息直接在计算机上显示。电子巡井系统按照定时切换、人工鼠标、键盘操作完成逐一完成井口巡视。图2为电子巡井系统工作流程框图。
图2 电子巡井系统工作流程框图
9、功能设计
(1)采油生产全过程实时监控功能。油田现场分油井和站场两类，油井采用无人值守站的形式，场站(包括联合站、注采站、注水站、接转站、增压站、计量站等各类站控系统)采用有人值守站形式。系统具有用户需求组态绘制可视化画面，以二维或三维的方式展现生产现场的工艺流程，以及采油生产现场实时视频监控画面等。
(2)数据自动采集和通信功能。对自喷井、抽油机井、螺杆泵井、电潜泵井、水力泵井、注水井、配水间、注水站、油水集输管网、增压站、转油站、输油站、罐区等生产现场的油水井和场站的生产数据实时自动采集到平台的数据库中，同时具有采集数据实时刷新显示和数据远程通信功能。
(3)自动配水和智能流量计量功能。各配水站安装智能流量计自动配水稳水流量，并将采集到各注水井的流量、压力、温度等数据信号，经配水站数据采集终端控制器将采集信号经光缆传输到主控系统，实现远距离自动监控功能。
(4)功图自动量油功能。根据每天油井示功图和泵的理论排量，计算出油井产液，通过输入油井的含水率和原油密度，就可以获得每口油井的产量。
(5)准确实时的油井工况诊断分析功能。可以依据采集的各类进行组合判断，对油井常见异常问题进行专业诊断分析，提供准确的油井状态报告信息，如通过诊断提供抽油杆断脱、三相不平衡、皮带断落等油井专业会诊信息。
(6)抽油机井系统优化分析功能。根据油水井生产现场数据，经计算分析，提出优化生产数据，实现系统整体优化，提升系统运行效率，达到节能降耗的目的。
(7)生产数据存储统计与报表生成功能。系统具有高效和大容量的数据压缩、存储和统计分析功能。同时，系统提供各种灵活的报表工具，报表开发工具提供类似EXCEL的电子表格功能，各种报表工具能够生产显示和查询产品的实时数据、历史数据和外部关系数据库数据。可提供专业的输出报表，同时提供打印功能。
(8)完美的智能报警功能。除Pspace的自身报警功能外，采油管理区还独立部署一个报警服务器，可以汇聚采油管理区内所有报警，包括站控系统的报警、油井的SOE报警等。报警系统支持视频监视联动，可以切换至报警场所的视频画面，还可以向视频系统发生语音指令。
(9)应急救援保障功能。根据现场生产风险评价和相关应急处置预案。应急资源和应急物资配置情况，应急救援人员和通讯联系方式，应急救援保障指挥中心等情况，一旦发生生产事故，及时启动应急救援保障系统，以确保最快的速度到达事故现场。
(10)电子巡井功能。既可实现定时自动电子巡井，也可实现手动电子巡井，对采油井场工况和油水井生产实时运行情况进行巡回检查，及时掌握各油水井生产状况，发现问题及时作出现场处理。
10、特点解析
(1)数据信息量大。每个采油管理区都拥有几百口油井、数百口水井以及站控系统，而每口油水井上有上百个数据，单台数据库的测点规模就达几十万个，整个系统测点数量规模达到上百万个，采集的数量信息量大。
(2)完备成套的软硬件选型。系统完全由一套针对油井测量度身设计的软和硬件组成，功能齐备，选型方案科学，可以实现全部的油井状态的精确测量和控制。硬件和软件即装即用，真正快速实现对油井状态的监控。
(3)系统集成性好。该系统具有广泛的系统集成特点，如RTU设备、第三方站控系统、关系型数据库、视频系统、第三方信息系统等，具有强大的系统集成能力和丰富的接口能力。该系统的主控硬件提供标准的智能设备接口。可以扩接巡检卡读卡器等设备。使系统方便的与油田人工巡井结合。同时系统还提供现场调试的工具软件，用笔记本电脑可以方便的检查系统硬件的运行情况并进行现场的参数设置。
(4)系统可靠的运行稳定性。由于采用无线对网络固定IP的方式，系统可以充分利用GPRS的带宽，为中心服务器带来稳定性的同时，还避免了无线接收的双向收费的问题。
(5)坚固经久的设计。系统的核心硬件采用高集成度的核心模块，基于数据采集，存储，GPRS传输三位一体的设计，既提升了RTU硬件工作流程的稳定性，也最大程度的减少了设备的体积。
(6)丰富的油井异常状况分析。该系统针对20余种各类型油井异常状态，提供丰富精细的专业诊断和分析。对油井工作中常见的停电、停机、曲柄销脱离、回压异常、缺相及电流异常、油井抽空、抽油杆断脱、三相电流不平衡、皮带断落等均能一一提供诊断。
(7)系统应用快捷方便。安装在服务器上系统服务器端软件将自动完成全部硬件设备的数据收集和调度任务，由于系统出厂前已经有一套经典的工作参数，客户只需直接应用系统而无需更多的调试。
(8)备用电池模块接口。为防止采油厂突发性停电等异常情况，该系统可以另外配接备用电池模块，可以将停电时以及停电后半小时内的数据发送至主监控站。备用电池模块的使用情况可以通过软件完全监控。
(9)系统自动化数据采集和信息监控程度高。系统先进的工业测控组态软件、可编程序控制器(PLC)、无线网络数据传输、现场实时视频监控和各种智能传感器产品的系统集成应用，有效满足智能化油田采油生产领域物联网体系的应用所提供技术要求。软件数据库系统与IT技术结合架构组成完整的智能化、信息化油田生产物联网系统。
投产
自2014年以来，按照油田智能化和数字化油田推进建设的要求，该系统先后在孤东采油厂采油管理三区、采油管理二区、采油管理一区、采油管理四区和采油管理六区投入现场应用。将系统主控站设在各采油管理区生产调度指挥中心，网络光纤通讯线缆架设到各井站，各油井数据采集信号通过无线方式传输到各井站数据采集终端，井站数据采集终端将现场实时采集到的所有数字信息通过网络光纤通讯线缆传输到生产调度指挥中心的主控站，并实现主控站控制执行指令对各井站信息的双向实时传输，实现油田采油生产管理指挥系统全过程监控、全过程分析预警、全方位优化调整、全方位指挥管控的功能。
评估
该系统在油田采油生产管理中的应用，实现了油田采油生产管理指挥系统全过程监控、全过程分析预警、全方位优化调整、全方位指挥管控，提升了油田生产智能化、信息化和自动化水平，提升了油田的生产效率，降低了吨油生产成本和吨油能耗。主要体现在以下几个方面：一是油水井生产系统得到优化，节能降耗效果明显。通过强化数据分析，完善油水井日常单井工况分析规范，开展示功图量油对比、示功图分析、温度变化分析、电量分析、躺井预警，确保油井在最优合理工况区生产，平均冲次下降了1.26r/min，平均泵效增加11.5%，日耗电量减少8176kW.h，累节电839.8万kW.h。同时，优化了注水井生产工况，实现了自动配水计量，实现了传统手工调水向自动调水的转变，层段合格率由80.1%上升到90.8%。二是提升了油水井生产的智能监控能力。通过电子巡井功能，缩短了躺井和管线穿孔的发现时间，油井时率达到98.3%，与系统应用前相比上升6.5%。三是提升了安全生产能力。应用生产指挥系统视频监控系统，进行QHSE动态实时监控，杜绝违章操作，避免了安全环境污染事故的发生。四是提升了生产自动化水平和劳动生产效率，解决了基层用工不足的问题，减轻了员工劳动强度。实践证明，基于物联网技术的采油生产管理指挥系统的实践应用其技术是完全可行的。该系统不仅技术先进，智能化和信息化程度高，而且能充分发挥信息化设备生产过程全过程监控、全过程分析预警、全方位优化调整、全方位指挥管控的功能，优化油水井生产运行，提升油田生产效率和整体节能降耗能力，提升了采油生产安全环保监控能力，具有良好的推广应用价值。
