油田生产智能化管理研究——以长庆油田为例

2023年5月第26卷第10期
中国管理信息化
China Management Informationization
May,2023
Vol.26,No.10油田生产智能化管理研究
——以长庆油田为例
万 想，马 楠，郭小虎
（中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司第二采油厂，甘肃庆阳745000）
［摘 要］油田生产区域存在点多、线长、面广等特点。

长庆油田在持续进行石油开采过程中，面临资源品位差、安全风险管控难度大、用工总量刚性控制难、员工劳动强度大等一系列难题，依靠人海战术已不能满足高效生产管理需要，其已经进行智能化管理实践。

基于此，文章阐述长庆油田智能化管理建设思路，详细介绍采油井、注水系统、集输管线、场站等各类油田生产设施的智能化技术改造方案以及视频监控、数据中心的智能化建设情况。

实行智能化管理以来，长庆油田达到了提高生产效率、降低劳动强度、促进安全环保的效果，油气当量从2007年的2 000万吨增长至2020年的6 000万吨，油气水井从2.5万口增长至11万口，人均劳动生产率大幅提升。

［关键词］油田生产；智能化管理；提质增效；长庆油田
doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2023.10.030
［中图分类号］TE938；TP311 ［文献标识码］A ［文章编号］1673-0194（2023）10-0091-03
1 长庆油田面临的难题
长庆油田工作区域横跨陕甘宁蒙晋五省（区），2020年其油气产量达到6 041万吨，成为中国首个年产油气当量超6 000万吨的特大型油气田，占2020年国内油气总产量的1/6。

但经过几十年的持续开发，长庆油田目前面临以下四大难题。

（1）生产规模持续扩大，油井、水井、管线、场站等生产设施数量快速增长，与企业劳动用工总量刚性控制的矛盾进一步凸显。

其必须借助生产智能化管理来进一步提高生产效率，控制劳动用工总量。

（2）资源品位逐年下降，效益开发压力大。

长庆油田是典型的“三低”（低渗、低压、低丰度）油气藏，油田剩余资源以超低渗和页岩油为主，气田以致密气、深层复杂气藏为主，单井产量低，甜点优选、控投降本难度进一步增大，需要进一步提升地质工程一体化水平和成本精细管控能力。

（3）安全风险管控压力大。

长停井、低产井、套损井比例逐年增加，采出水有效回注、管道泄漏隐患、场站超压超液位运行等方面面临安全风险，需要加大全程可视频化、智能化建设力度，以支撑质量安全风险管控。

（4）员工对美好幸福生活的向往与油田开采工作环境差的矛盾。

油田工作地点远离城市，大部分位于黄土高原、沙漠地带，人烟稀少，自然环境差，加之石油行业具有连续性生产特点，日常巡检、维护工作量大，亟待通过智能化建设及管理降低劳动强度，提升员工幸福感、获得感。

2 油田生产智能化管理建设思路和原则
持续深化信息化与工业化融合发展，围绕油田“生产运行、安全环保、经营管理、技术研究”等主营业务，大力推进数字化、可视化、自动化、智能化发展［1］。

通过对油水井、管道、场站等生产全过程开展智能化改造，形成数据自动采集、远程开关井、电子巡井、远程调配注水、橇装集成增压、功图判识计产、异常自动报警、紧急状态连锁控制以及视频智能分析等数字化管理技术系列，助推地面优化建设和组织架构扁平化，不断提升油田全面感知、自动操控、持续优化和智能决策能力，构建油田企业“经营大脑”，建设智能油田［2］。

在智能化管理建设过程中，为保证智能化管理效果，要坚持“统一规划、统一标准、统一设计、统一投资、统一建设、统一管理”的要求，坚持业务主导、部门联动、示范先行、以用促建的原则，坚持目标导向与问题导向、技术引领与价值驱动相结合，坚持以一线员
［收稿日期］2022-11-24
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工为中心，敏捷响应、持续优化，坚持建设与管理、研发与服务、应用与维护3个并重［3］。

3 长庆油田生产智能化管理方案
3.1 油井生产智能化管理
油井是石油开采的主要设施，长庆油田目前共有油井7万余口。

结合油井生产现状，长庆油田主要开展“过程监控、状态预警、优化生产”等3个方面的技术改造，实时掌握油井生产动态，自动优化生产参数，以达到“降低员工强度、节能降耗、保障安全”的效果。

（1）感知获取方面。

开展示功图自动采集工作，在井口安装载荷传感器，要求前端数据采集以10min/次的频率对管理的每一口油井巡测一组示功图数据，全天共采集144张示功图，通过示功图数据实时掌握井下抽油泵的工作状态；推广应用油井动液面在线连续监测装置，实时监测油井动液面变化，为油井智能间开和油藏动态分析提供可靠数据；针对人工取样、化验含水率及时性及准确性差等问题，搭建井口含水在线计量配套装置，为产量准确计量、注采效果分析、防止高渗透区域性水淹提供依据；采集抽油机电机三相电流、电压、功率数据，计算抽油机平衡度，实现系统效率的在线监控，指导机采井参数优化。

（2）状态预警方面。

对抽油机停机、抽油杆断脱、深井泵漏失、油井结蜡等异常状态及时报警，针对故障类型自动生成针对性维护措施，确保及时恢复油井生产，提高采油时率。

（3）优化生产方面。

开发功图计产系统，取消双容积等传统计量设备，简化地面流程。

通过大数据分析法、专家经验法、运动分析法、人工智能（Artificial Intelligence，AI）诊断4种辅助工况诊断算法，提高油井工况诊断准确率，对计量模型关键参数进行分类优化，提升功图计产准确率；对低产油井全面推广智能间开技术，以示功图、液面、生产参数等资料为基础，建立低液量井生产模型，制定间开制度，搭建配套的智能间开控制系统，形成“制度最优化、启停无人化、远程可视化”的智能间开模式，达到降低油井功耗、提升生产效率的目的［4］。

3.2 油田注水智能化管理
在油田开发过程中，为保持地层能量、提高油田采收率，普遍采用注水开发方式，而注水管理水平的高低对油田开发效果、开发寿命影响很大，因此必须要“注好水、精细注水、平稳注水”。

油田注水流程：水源井→供水站→注水站→配水间→注水井（地层）［5］。

基于现有的数字化技术和硬件条件，长庆油田通过深度挖掘水源井远程启停、注水泵变频控制、注水井稳流配水等技术，由“单点—远程—控制”向“联动—闭环—自控”升级，实现注水系统“源、供、注、配”全流程自动调整，减少供注中间环节的计算和操作工作量，实现了智能化管理，提升了精细注水管理水平，降低了劳动强度和无效能耗。

3.3 场站智能化管理
长庆油田共有联合站、输油站、接站注水站、增压站、供水站等各类站库2 000余座，其主要承担着原油汇聚、脱水、加药、加热、增压外输等任务，是油田地面设施的重要组成部分。

按照“油公司”组织架构扁平化的要求，长庆油田在老油田工艺流程“关停并转”优化的基础上，按照“中小型场站无人值守、大型场站少人值守”的目标，通过对站内局部工艺流程实施无人值守自动化改造，依托目前的数据采集与监视控制（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）平台，实现以联合站或接转站为中心站，对上游无人值守站进行远程监控，实现紧急情况“一键关停”，提高了场站安全管控和智能化水平，建设了“无人值守、远程监控、定期巡检、应急联动”运行模式，进一步盘活了人力资源。

长庆油田场站主要改造措施如下。

①外输泵出口安装电动阀，实现紧急截断，搭建外输泵配套变频系统，根据来油量实现平稳输油。

②为加热炉配套装置自动燃烧器，根据油温自动调节大小火，具备自动点火、熄火保护功能。

③伴生气分离器排污管线配备智能排液输水装置，实现凝析液的自动排放。

④三相分离器进口安装流量计和电动调节阀，根据流量控制三相分离器进口开度，确保三相分离器进液均衡；出口安装含水分析仪和电动三通阀，含水监测数据超标时切换至事故罐，正常时直接进入外输缓冲罐。

⑤加强污油箱液位采集，并与污油泵联动实现高位启泵、低位停泵。

⑥强化加药装置液位的监测、远传。

⑦对关键区域和设备设施配备高清监控视频，减少监控盲区，确保上游站远程监控到位。

3.4 管线智能化管理
长庆油田有各类管道60 000余千米，分布范围广，运行管控难度大。

随着国家安全环保管理要求日趋严格，其急需提高管线泄漏发现及时性，降低管线失效率，避免污染破坏环境，这也是保障管道安全平稳运行的重要方面。

长庆油田通过集成应用“智能流量平衡+3D图 形+水体力学+负压波+机器学习+敏感区可视化
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监控预警”智能技术，开发出一套管线泄漏监测预警系统，并开展管线数学建模，基于机器学习，不断优化算法，持续提高管线监测精度和可靠性，形成“1+N”集群化的管线泄漏监控模式，实现了泄漏事件的及时预警、发现和控制。

3.5 视频监控AI智能分析
视频监控系统作为连接生产现场与管理部门的“桥梁”，作用愈发突出。

目前，长庆油田在各类站库、井场等生产区域共计安装了40 000余套高清视频监控摄像头，前期主要依靠人工监控，劳动强度大，数据利用率低，生产事件、安全风险辨识分析费时费力，告警预警信息误报多，已不能满足现场监控需求。

结合生产实际需求，长庆油田开发了一套高清视频智能AI分析系统，整合不同厂家监控设备，统一数据接口和协议，研发新的人工智能算法对视频画面进行实时分析，对井场、站库等区域生产维护、人员劳保不全、车辆闯入、烟雾、明火、漏油等事件及时识别与报警，大幅提升了监控效率。

（1）图像处理。

采用图像融合、均衡、去雾、增强的算法，使目标分析更加有效。

（2）事件分析。

将不同事件进行分类，生产事件包含清洁、维护、巡检、投球、取样、调参等，安全事件包含明火、烟雾、漏油、禁区闯入、人员无劳保等，常规事件包含设备掉线、网络中断、监控区域异常等。

（3）预警告警。

利用地理信息系统（Geographic Information System，GIS）平台定位显示场站信息，视频设备图标颜色的色度、闪烁频率等表示异常事件等级。

3.6 云平台与数据湖建设
在智能化管理过程中，为充分挖掘数据价值，避免形成新的数据“孤岛”，长庆油田对所有数据进行统一规划，搭建数据湖和云平台，实现数据统一入湖，业务平台集成。

云平台系统集成：依托企业“梦想云”统一框架，建立长庆油田云平台，涵盖勘探生产、开发生产、协同研究、生产经营、安全环保等5个领域的业务系统，逐步完成各下属单位应用系统向云平台迁移，实现硬件资源基础设施共建共用、数据资源共享。

统一数据湖：制定全域数据模型字典，统一管理公共数据，完善数据运行监控机制，实现全油田数据标准统一、唯一、质量可靠、安全可控；构建统一的大数据技术平台，加大采油工艺、地面工程、安全环保、设备设施、经营管理等数据整合力度，以数据共享服务为核心，形成油田全域数据资源汇聚中心。

4 长庆油田智能化管理取得的效果
长庆油田通过推进油水井、管线、场站等设施的智能化管理改造，有效支撑了油田提质增效、转型发展，油田生产管控能力、人员劳动生产率得到大幅提升，取得了以下显著成效。

4.1 助推生产管理方式的转变
长庆油田通过智能化管理实现了数据自动采集、工况智能诊断、远程集中监控、多学科协同研究以及数据流业务流相统一，促进了生产组织、运行指挥、风险防控等管理方式的根本转变。

4.2 组织架构更加扁平
长庆油田配套建立了与智能化管理相适应的新型劳动组织架构，实现了业务管理与流程管理相统一，压缩了管理层级，组织架构更加扁平。

4.3 提升了安全水平
长庆油田实现了多级监视、远程截断、统一应急调度，人员远离风险区域；对人员操作、管线运行、环境敏感区、设备状态实时监控，安全风险得到了有效控制。

4.4 提升了一线员工幸福指数
数字化、自动化技术替代员工开展了大量重复性、危险性工作，员工告别了过去“晴天一身土、雨天一身泥”的情况，生产生活条件持续改善，幸福指数不断提升。

5 结束语
新一代信息技术迅速发展，成为推动社会变革、经济发展的重要力量。

基于此，石油企业必须把握数字化、网络化、智能化发展契机，开展智能化管理，提高劳动生产率，实现效益提升。

长庆油田通过大胆创新实践，加快了数字化转型进程，实现了智能化发展，且效果显著，为国内其他油田智能化转型提供了参考。

主要参考文献
［1］封帆.从数字油田到智慧油田：大数据技术在油气生产领域的应用探讨［J］.自动化博览,2016(8):76-79.
［2］雷玲,张明.“数字油田”的发展趋势［J］.石油工业计算机应用,2003(4):3-5.
［3］滕佳东.企业信息化建设与企业管理创新［J］.商业研究,2004(1):80-81.
［4］李时宣,崔缤,张彦博.长庆超低渗透油藏开发地面工艺技术［J］.油气田地面工程,2011(2):57-58.
［5］杨瑞,王永全,辛宏.功图法油井计量系统基于现场应用的误差分析［J］.工业控制计算机,2009(5):35-37,48.
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