数字化油田生产管理系统建设方案

数字化油田生产管理系统建设方案
1目录
2技术方案 (2)
2.1建设内容与规模 (2)
2.1.1建设目标 (2)
2.1.2建设内容 (2)
2.1.3建设范围 (3)
2.2功能架构方案 (4)
2.3体系架构方案 (6)
2.4技术架构方案 (7)
3系统概要设计 (8)
3.1系统功能设计 (8)
3.1.1生产监控系统 (9)
3.1.2现场作业管理系统 (22)
3.1.3生产报表管理系统 (32)
3.1.4调度指挥系统 (35)
3.1.5能耗管理系统 (46)
3.1.6设备管理系统 (50)
3.1.7辅助管理系统 (60)
3.2系统接口设计 (71)
2技术方案
2.1建设内容与规模
生产管理平台划分为7大系统，分别是生产监控系统、现场作业管理系统、生产运行管理系统、调度指挥系统、能耗管理系统、设备管理系统、辅助管理系统。

功能架构图如下所示：
2.1.1建设目标
建立规范、统一、高效、安全的生产管理平台，覆盖油田公司、采油厂、作业区三级生产管理及调度指挥需要，实现数据源头采集，规范基层生产管理，强化生产受控，从而全面提升生产管理水平。

在油田公司这级借助信息化手段实现调度指挥、宏观决策分析；在采油厂级提高生产管理工作效率，提升安全管理意识，加强生产应急抢险管理；在作业区级最大限度的减少基层数据录入交叉重复、实现作业区基层工作岗位标准化、数字化管理。

2.1.2建设内容
通过梳理作业区的油气生产、原油外输、污水处理、污水回注4大业务主线，按照作业区基础工作管理岗、任务调度组织岗、井站巡检操作岗、任务监督管理岗、工作考核管理岗的初步划分，梳理出运行管理、现场管理、设备管理、物资管理、HSE管理、能耗管理、车辆管理、人员管理9大业务范围。

围绕业务范围，项目的建设内容主要包括：
（1）运行管理。

任务及计划管理：信息收集与传递、日常生产工作安排、工作计划制定、油气水电系统运行分析及问题处置；交接班管理：作业许可管理：核实作业许可及JSA、工作界面交接与技术交底、现场（气体监测与监测、施工隔离、受控作业、动土动火作业、高处作业、作业许可延期、作业完成交接等）。

（2）现场管理。

单井管理、站库管理、管道完整性管理：按照站场分区域、管线分段的方式，工作人员对工作区域进行巡回例行检查，并对问题进行跟踪处
理。

（3）设备管理。

开展设备动态管理（设备调入、调出、新增、报废、维修、保养），开展定期的设备检查考核，并对问题进行跟踪处理。

（4）物资管理。

根据实际生产及消耗情况制定季（月）度物资采购计划，来料验收入库、各项用料发放登记、废旧物资回收登记、上交、报废等。

（5）HSE管理。

物的不安全状态、人的不安全行为、管理因素、环境因素；制定安全工作计划，开展日常检查、发现问题督促整改、建立各项基础资料（人员、特种设备），上传各项动态资料，分析原因制定纠正及防控措施。

（6）能耗管理。

统计油（汽柴油）、水、电、气使用情况，分析消耗动态变化原因，制定节能降耗措施并督促实施；生产电力相关的管理工作，作业区电力运行维护、检修管理；作业区变电所变配电和站外线路运行管理；作业区电力系统故障处理流程管理；作业区电力相关报表管理；作业区供水、能耗等工作管理。

（7）应急管理。

制定培训及演练计划，按期开展培训及演练，建立建全应急抢险队伍，动态管理应急库房各项物资储备。

（8）人员管理。

人员工作安排、任务考核管理。

（9）车辆管理。

建立车辆台帐，行驶及维修台帐、做好车辆回场及三交一停（封）。

2.1.3建设范围
1、组织范围
从上到下分为三级，分别是油田公司级生产管理部门，包括勘探处、油气开发处、工程技术处、生产运行处、物资装备处、基建工程处、安全环保处等；采油厂级生产管理部门，包括生产运行、安全环保、电力、物资、基建、信息自动化、注采作业区、集输作业区等部门；作业区级生产管理班组，包括生产技术、注采、集输、运行维护、中控、信息自动化等班组。

2、业务范围
业务范围主要包括油气生产、原油外输、污水处理、注水生产等业务。

3、投资范围：
包括工程费用、预备费用和其他费用。

工程费用：咨询实施费、软件费、内部支持费用；其他费用：项目可行性研究编制与评审费、培训费、会议费；预备费：基本预备费。

4、功能范围。

功能范围主要包括生产数据源头采集、生产调度、应急指挥、数据分析、岗位标准化、生产报表、生产曲线、任务计划、运行维护、生产巡检等管理。

2.2功能架构方案
生产管理平台划分为7大系统，分别是生产监控系统、现场作业管理系统、生产运行管理系统、调度指挥系统、能耗管理系统、设备管理系统、辅助管理系统。

功能架构图如下所示：
油田公司级：油田公司级的功能需求为宏观上的生产总况查询、调度指挥及决策分析。

综合数据的汇总和展示：以综合数据和曲线方式展示采油、采气、注水生产动态信息，产能建设信息，修井运行信息，油气集输汇总信息，重点井的生产信息等内容。

生产调度指挥：关注重点井的生产动态，生产安全事件的报警预警信息，重大任务计划的部署与下达。

决策分析：根据各类汇总信息，生产统计分析趋势曲线和综合报表，高层视频会议，进行决策分析。

采油厂级：功能需求包括油水井采集与管理、调度指挥管理、泵站能耗管理、阴极保护管理、生产电力管理、管道泄漏监测管理等6大核心需求。

作业区级：功能需求包括岗位工作标准化管理、计划与任务管理、检查管理、监督与考核管理、设备与物资管理、HSE管理、综合管理等七大模块。

现场作业管理系统通过大数据处理手段对所需巡检区域进行科学化、数字化、可视化巡检管理。

系统对巡检管理考核工作从巡检人员、巡检任务、隐患管理、现场图像、缺陷管理进行严格、科学的统计、分析，最大化的协调和帮助企业管理者对巡检活动现场、巡检人员的统筹掌握，从而有效的保障巡检工作的顺利展开，为避免隐患、发现隐患、处理隐患提供了科学、准确、可靠的数据依据。

在巡检过程中发现隐患（缺陷），可通过手持PDA将现场情况进行描述，并拍摄现场图像进行申报，供上级管理员进行审批处理，处理信息可进入设备缺陷管理流程进行全程跟踪处理。

调度指挥系统针对作业区、采油厂、油田公司，对收集的信息进行汇总、综合处理与分析，达到生产操作实施监测、生产运行行为可视、管理决策系统化的目的，将实现各油气生产单位的生产总况的可视化展示，面向地面生产构建一体化生产管理协同工作环境，满足油田公司、采油厂及作业区生产管理与调度指挥的协同工作需要。

能耗管理系统统计油（汽柴油）、水、电、气使用情况，分析消耗动态变化原因，制定节能降耗措施并督促实施；生产电力相关的管理工作，作业区电力运行维护、检修管理；作业区变电所变配电和站外线路运行管理；作业区电力系统故障处理流程管理；作业区电力相关报表管理；作业区供水、能耗等工作管理。

形成能耗的分类、分项、分区域统计分析，对能源的统一调度、优化能源介质平衡、减少煤气放散、提高环保质量、降低企业综合能耗和提高劳动生产率有重要作用，帮助客户更有效的使用能源，从而实现“节能管理、绿色能效”。

辅助管理系统包括车辆管理：建立车辆台帐，行驶及维修台帐、做好车辆回场及三交一停（封）、系统管理：组织机构管理、权限角色管理、人员岗位管理等内容。

2.3体系架构方案
采用集中式部署架构方案，在胜利油田数据中心机房统一部署所有的服务器、存储设备、网络设备及安全设备，统一纳入到胜利油田云平台，数据集中统一管理。

系统DMZ区（安全隔离区），内部用户通过内网直接访问，外部用户通过DMZ 区访问系统。

2.4技术架构方案
技术架构采用分层架构模式，总体上从下到上依次为数据层、基础设施层、服务层、系统抽象层和表现层。

上下层间保持松散的耦合关系。

下层为上层提供必要的服务组件并屏幕更底层的实现细节，上层对下层的实现进一步封装和抽象。

数据层驱动整个系统的数据接入与持久化。

数据接入部分通过TCP固定端口的侦听并接收现场生产原始数据流并向上层输送。

数据持久化部分负责对系统内产生的所有持久化数据的存储与加载。

对于生产过程中产生的实时数据，使用NoSQL的MongoDB进行存储，并提供热备份机制；对于系统元数据和工程设计数据使用关系型数据库MYSQL进行存储；对于非结构化数据采用文件形式存储并提供相应读写驱动的封装。

基础设施层集成了若干可重用的工具类基础组件。

包括使用ORM对数据持久化进行抽象的组件、对接入的生产数据进行结构化抽象的组件、数据压缩算法组件、数据加解密算法组件、其他通用算法组件、通用日志服务组件、传输基础服务组件(封装MQTT协议)、访问令牌管理组件(基于OAuth2.0协议构建)等。

服务层基于微服务的思想进行构架，将系统整体业务相关功能划分为可调度、可增减的业务实体。

服务层应支持系统的整体持续集成和演进。

服务实体之间可
以通过系统服务总线(SSB)进行相互通信。

系统服务总线基于Apache Kafka搭建，可实现实体间大吞吐量且稳定的消息订阅与消费。

系统抽象层将服务实体进行统一封装和入口集成；一方面，它提供外部检索发现实体的统一接口，并提供的单点登录的流程控制；另一方面，它为表现层以及外部系统提供统一的基于REST风格的语言无关的SDK集合。

表现层封装了支持多操作系统平台多的统一人机接口。

Web前端采用了基于Html5/CSS3/JavaScript的基础技术构架和基于jQuery等的多种框架进行渲染。

移动端则采用IONIC/AngularJS框架进行跨平台的统一构建。

桌面应用基于QT5.6进行构建，桌面应用用于传输客户端的现场配置和监控等功能。

3系统概要设计
3.1系统功能设计
生产管理平台划分为7大系统，分别是生产监控系统、现场作业管理系统、生产运行管理系统、调度指挥系统、能耗管理系统、设备管理系统、辅助管理系统。

3.1.1生产监控系统
生产监控系统主要针对设备产生的实时数据进行采集、传输、监测、报警，从而实现对生产过程的实时运转情况掌控。

3.1.1.1数据采集传输
单井数据采集：
油气水井需采集参数包括：
➢抽油机井参数需求：
油压、套压、载荷、位移，综合电参（电流、电压、电量、有功功率、无功功率）等参数。

➢螺杆泵井参数需求：
油压、套压、载荷、扭矩、转速，综合电参（电流、电压、电量、有功功率、无功功率）等参数。

➢采气井参数需求：
油压、套压、温度、太阳能供电综合电参（电流、电压、电量）等参数。

➢注水井参数需求：
干线压力、油压、瞬时流量、累计注入量、阀开度等参数。

站库数据采集：
计量站（间）采集参数如下：
➢集油阀组参数需求：
集油阀组汇管压力、集油阀组汇管温度、可燃气体浓度、阀组间摄像头等参数。

➢加热炉参数需求：
水套炉进口压力、水套炉进口温度、水套炉出口压力、水套炉出口温度、水套炉燃气流量计、水套炉液位、燃气压力、可燃气体浓度、水套炉壳程压力、燃烧器电气参数、水套炉摄像头。

➢混输泵参数需求：
混输泵进口压力、混输泵出口压力、混输泵电气参数、混输泵摄像头、原油外输温度。

集输站采集参数：
➢分离器参数需求：
分离器来油压力、来油温度、分离器压力、液位、可燃气体浓度、调节阀开度控制。

➢罐区参数需求：
罐区温度、液位。

➢注水参数需求：
罐区液位、排污池液位、注水压力、汇管压力、注水泵油温、流量、注水泵启停控制、注水泵变频调节。

联合站采集参数：
油压、温度、液位、流量、泵状态、含水、阀门状态、天然气浓度。

联合站自动化按照岗位人员值守设计，采用DCS系统实现数据采集、自动控制，设置监控计算机操作站，用于站内工艺参数监控和安防监控，所有参数上传至区域监控中心。

计配站采集参数如下：
➢集油阀组参数需求：
集油阀组汇管压力、集油阀组汇管温度、可燃气体浓度、阀组间摄像头等参数。

➢加热炉参数需求：
水套炉进口压力、水套炉进口温度、水套炉出口压力、水套炉出口温度、水套炉燃气流量计、水套炉液位、燃气压力、可燃气体浓度、水套炉壳程压力、燃烧器电气参数、水套炉摄像头。

➢混输泵参数需求：
混输泵进口压力、混输泵出口压力、混输泵电气参数、混输泵摄像头、原油外输温度。

➢配水间参数需求：
配水器压力、配水器温度、配水间摄像头。

管网数据采集：
管道压力、流量。

阴极保护通断电电位、自然电位、电压、电流；
单井无线数据传输：DTU使用无线数据拨号上网，并与服务器建立连接，实时将抽油机的运行参数发送到平台。

实现远程无线数据传输，节省人力物力。

3.1.1.2单井监控
单井监控支持生产井监控和长停井监控。

基于井口部署的DTU设备，通过RS485线、IO口等接口与各种传感器对接，实现对油水井的全天候实时数据监测，实时采集抽油机的各种实时运行参数。

单井监控实现对抽油机井生产状态及运行参数进行不间断的监控：用报表的形式对一个小队的油井情况进行集中显示，抽油机井生产状态用鲜明的颜色进行显示，一目了然，重要参数如上下行电流和最大/最小载荷等参数放于明显的位置。

当出现报警时，该报警参数以红色加以警示。

可远程进行启停井控制（为保证安全需配合远程视频进行），以及实时功图的查看。

采油监控单井界面可以集中将不同的信息展示于一个界面，如实时参数、实时曲线、实时功图、当前井的实时视频等信息，以便用户全面的了解当前井的运行情况。

对于有问题的油井，可快速查它的状态及处置策略，对于抽油机井可快速切换到相应的功图画面，对功图进行查看和分析。

注水井实时采集注水压力及注水瞬时流量，并按计量时间对注水量进行计算，通过配注量可计算获得当前的注水进度，提供给用户进行参考，配注量可根据现场情况实现远程配注，减少人力成本。

故障自动告警：DTU可实时采集抽油机的故障信息，并实时上报平台，平台可对数据进行处理分析，实现实时告警的目的，同时还可对故障进行预判，减少损失。

支持在手机App上查看实时监测功能：
功图分析
主要包括功图实时展示、功图对比分析、历史功图快速查询、功图平铺、功图打印存储等功能；
3.1.1.3管网监控
集输管网监控重点监控各站点外输的参数，包括外输压力、外输温度、外输流量、当前库存以及当前是否正在外输等信息。

站点内外输监控可实时查看当前的外输参数并根据需要可切换外输泵。

可在平台上集成来自SCADA平台的站库画面。

对于站内参数，可快速切换到曲线画面，查看改点的实时历史曲线。

监控主要体现各队所管辖的井当日及前日的产量，当日输出、当日库存等信息，用于用户对各分片小队的生产情况进行评估，合理安排生产。

阴极保护监测
实现阴极保护数据的自动采集、阴极保护有效性的自动评价及阴极保护系统故障自动诊断。

管道运行监测：对接收到的首、末站数据信息进行分析、计算、处理，确定泄漏时间、位置和泄漏量，并在90秒内发出声、光报警提示。

系统实时显示所监测管段的压力、流量等曲线和压力、流量等数据。

实时泄漏监测：对音波数据进行实时泄漏监测，并判断是否发生泄漏；
泄漏位置计算：估计音波信号到达各数据处理终端的时间差，并计算泄漏位置；
泄漏状态日志：把泄漏发生的时间、地点等关键信息保存到数据库。

3.1.1.4站库监控
按照站库实际的工艺流程绘制流程界面并连接相关的数据，为用户提供直观准确的站库现场信息，当有数据超限时加以显著的红色用以警示提醒，方便用户的使用。

站库流程监视模块。

用流程示意图的方式，动态显示站库各岗位关键设备的实时运行动态参数。

示意图按照联合站集输流程构建，在示意图各岗位关键设备的相应位置上标出该设备当前的实时动态数据。

实时报表监视模块。

以表格的方式显示各岗位的所有设备的实时数据。

该模块包括以下瞬时报表：分离器运行瞬时报表、加热炉运行瞬时报表、原油稳定塔运行瞬时报表、大罐运行瞬时报表、外输泵运行瞬时报表和阴极防腐(分离器、大罐)运行瞬时报表。

瞬时曲线监视模块。

以图形曲线方式对设备运行动态实时分析。

该模块包括以下分析曲线：分离器运行参数(包括水流量、气流量、油流量、气压力、进口温度、含水、含气等)变化曲线、加热炉运行参数(包括温度、炉压、水位等)变化曲线、原油稳定塔运行参数(包括液位、温度)变化曲线、大罐运行参数(液位、温度)变
化曲线、外输泵运行参数(包括外输流量、温度、压力等)变化曲线和分离器阴极防腐参数(包括电流、电压、保护电位)变化曲线。

3.1.1.5视频监控
视频监控通过集成第三方视频平台实现重点油气井、高危险井、重点站库、关键路口等生产现场的视频实时图像采集与监测。

系统平台可以将不同厂家的视频以SDK接口的形式集成到系统中可以实时在线的对现场的情况进行查看，包括云台控制及预值点设定等，由于实时视频需要
占用比较大的带宽，当现场不具备条件时可用每隔一段时间上传现场图片的形式进行监控，以节省网络资源。

视频系统可跟装置有机结合，对于重点装置可设置闯入报警，当人为操作时候，视频自动对焦至操作人员，并记录相关操作，做到有据可查，并实时告知相关的调度人员。

3.1.1.6报警预警
报警预警模块实现对油水井、管线重要生产阀值以及重点场所非安全生产的情况的报警预警，包括采油、注水、集输、等子模块。

采油厂生产指挥中心对产量及沿程水质等关键指标的预警报警信息进行及时协调处置，同时对各单位报警预警处置及时率和符合率进行督导，实现事后处置向事前预防转变，确保异常事件早发现，故障早排除。

1、油水井报警
按照报警类别等进行报警分级设置，未来可扩展为按照报警类别定义不同的处理流程。

根据区域运行监控中心报警时间重要程度，梳理需油田层面掌握报警类型，进行油田统一分类、定制，确保油田第一时间掌握区域重要报警信息。

2、重要管线及重要设备报警
展示计量站、集输站、输油气管网等设施的地理分布及基础信息、运行动态信息；展示重要生产设备锅炉、压缩机、泵和阀门等设备的监控，包括：温度、
压力、流量等运行参数。

基于管网拓扑结构，提供统一报警管理系统，通过人工对故障点的定位，能够对管线突发事件的影响范围进行估算，为应急处置提供帮助。

3、重点场所报警
实现生产指挥中心对区域和重点场所运行监控分级监视，实现重点区域和重点场所的报警分析和统计。

同时根据物联网项目成果推广建设情况，完成新老区区域和重点场所监控及报警功能集成。

对设备运行异常进行实时报警。

报警参数包括：分离器气压力、稳定塔液位、加热炉的水位、加热炉炉压、加热炉火嘴运行状态和大罐液位；报警方式：在岗位流程运行显示窗口和瞬时报表窗口，运行参数以醒目的颜色反显提示，并提供声音报警。

3.1.2现场作业管理系统
管理人员可自定义巡检路线、巡检项目、巡检内容、巡检周期。

巡检人员携带巡检手持机巡检时，可查询该设备设定的正常工况下定值、运行参数上下限、压板状态等，与设备实际状态比较，检查是否越定值运行或有异常并给出提醒。

可将设备检查结果（正常或异常情况）、人工测量记录的数据（温度、压力、振动）、照片、录像等记录上传设备巡检标准管理系统服务器。

具有人员定位、巡检轨迹与历史静态、动态显示，GIS管网信息绘制、图例标注、区域划分、图层覆盖等地理信息，视频及图像对隐患事故及时上报，视频应急指挥系统实时与事故现场沟通，以及巡检统计考核及流量数据叠加统计等功能，助力企业提升巡检管理水平。

3.1.2.1现场巡检
现场巡检是指现场作业员工按照规定的巡检周期，沿规定的巡检路线对井、站库、管道进行巡检，及时发现并处理生产过程和生产现场的不符合项，确保安全正常生产。

对巡检过程中发现的异常情况，要立即进行处置；危机安全生产的，要根据场站应急预案/现场处置方案进行处置，必要时先关停再汇报。

用户可以根据巡检工作质量标准、分析处理流程结果、生产计划或生产指令发起巡回检查任务或者直接新建巡回检查任务。

这四种方式都要在巡回检查发起任务页面填写任务的基本信息：
1)基本信息包括任务名、任务类型、相关工作计划、相关工作指令、任务内容、是否周期任务、计划频率值、计划频率单位、执行组织、计划开始时间、计划完成时间、备注、启用状态。

2)选择执行组织时，会弹出对话框，显示组织树，点击选择即可。

3)如果选择“是否周期任务”为是，则该任务创建后会根据计划频率值和计划频率单位，每隔一定周期定时自动创建任务。

4)如果是从生产计划或指令发起的巡回检查任务，巡回检查发起任务页面会默认选择相关工作计划或指令。

数据提交前，前端用jQuery Validate插件会对必填字段和字段长度进行校验，如果校验不通过会阻止数据提交。

运用手持终端（Andriod平台），随时随地进行隐患排查治理的相关工作，及时记录发现的隐患信息，上传图片，传送至信息平台转入整改流程，了解隐患的实时信息。