关键词：力控,数字化油田,实时数据库,pSpace,监控组态软件,ForceControl,电子巡井,示功图,视频系统,GIS,ERP
导语：某油田是一个复杂的、多层结构的信息化系统，集成了多种硬件平台、软件平台、多种开发工具，是多个厂家共同实施和开发的特大型“数字化”项目。该项目实施周期长，项目中采用了几千套的力控监控组态软件作为基础的油井、气井、联合站、集输等油田关键生产的数据采集与集成。同时力控企业实时数据库pSpace作为海量分布式数据管理平台起到集中数据处理与存储的作用，力控系列产品作为基础的自动化软件平台和数据中心管理平台，为数字化油田基础的数据采集与管理发挥了巨大的作用。
1、数字化油田介绍
随着一些油田逐步进入石油开采后期，如何提高石油采收率、降低人力成本，已成为油田最为迫切的需求。我国各大油田已将“数字化油田建设”和“两次开发、三次采油和水注挖潜”等技术，作为当前发展的首要任务。
1.1数字化油田概念
数字油田一般可以描述为：是以油田为研究对象，以计算机和高速网络为载体，以空间坐标信息为参考，将油田的生产和管理的多种数据进行高度融合。在建立油田生产和管理流程各种优化模型的基础上，利用仿真和虚拟等技术对数据进行多维可视化表达，实现横向上涵盖整个油田地域，纵向上油田从地面到地下的多层次信息定位，提高油田总体信息分析能力，以支持油田的勘探和开发等关键业务深入需要。从总体上辅助油田经营管理的决策分析，进一步挖掘各个环节的潜在的价值，为油田企业可持续发展创造良好信息支撑环境。
数字化在信息化整体架构上是生产的最前端，以井、站、管线等基本单元的生产过程监控为主，完成数据的采集、过程监控、动态分析，发现问题、解决问题维持正常生产。与其他系统建立统一的数据接口，实现数据的共享，以生产过程管理为主的信息系统，是油田信息系统功能的延伸和扩充。所有管理子系统的建设主要为监管、分析、优化、更新实际生产相关的各个环节工作，达到高效智能化的企业化管理目标。油田数字化管理流程包括数据采集系统、井站监控平台、厂、作业区生产管理平台，其框架图如下：
1.2油田数字化建设应用前景
目前油田采油区范围大，油井地点分散，数量多，抽油机都在野外工作，数据的提取是依靠人工手抄，带来的工作繁琐，工作量大。而且数据不能得到很好的集中统一管理，对设备运行情况不能及时检测、记录和统计，巡视、维修检修也相对困难，浪费大量的人力和物力。多数采油单位只能从保障设备能正常运行角度对油井进行管理，没有对油田能源的使用进行精益管理，利用率低。
数字油田是油田企业生产、科研、管理和决策的综合基础信息平台。它将对油田信息化建设起着统领和导向的作用。数字油田已经表现出广阔的应用前景：
（1）数字油田建设可以大幅度提高油田勘探开发研究和辅助决策水平，促进油田的可持续发展；
（2）数字油田建设可以优化生产流程，大幅度提升油田生产运行质量；
（3）数字油田建设可以促进油田改革的进一步深化，提高油田经营管理水平。
2、数字化油田建设
2.1项目的规划
数字化油田项目采用面向SOA的服务多层架构，该系统与地理信息系统、视频系统、管理信息系统无缝集成，所有的生产数据完全由力控自动化软件平台采用分布式构架进行远程汇总。以建设“油气田生产运行管理系统”为枢纽，建立面向油气田生产、科研、管理、经营的生产管理调度系统和信息资源共享平台，做到油气田生产管理指挥智能化、办公自动化、管理信息化、信息资源网络化、业务处理电子化以及决策科学信息化，实现油气田生产管理的高度协调统一，把油气田建设成为现代化的数字油气田。
油田采气厂与输油处SCADA系统，先将采气厂与输油处的数据由各个分厂采集至信息中心，为生产与调度提供原始数据,在信息中心采用企业级的实时、历史数据库，汇集各采油（气）厂的数据，同时与地理信息系统、视频系统、管理信息系统无缝集成，将超过众多厂家的SI在统一平台上进行开发、实施和部署。将所有厂区工艺画面都进行了整合发布，通过Web浏览器即可访问到某厂的某个站控系统具体运行情况。
2.2力控在数字油田的整体设计方案
监控组态软件ForceControl作为基础的油井、气井、联合站、集输等油田关键生产的数据采集与集成平台，力控企业实时数据库pSpace作为海量数据管理平台起到集中数据处理的作用。信息中心针对数据管理平台配备两台冗余的服务器，在内网中运行，为确保网络安全，专门配置一台双网卡服务器,一网口采集第三方软件的数据，另一网口接入至VPN专网。力控ForceControl组态软件以OPC方式采集第三方的数据,将采集的数据一方面交由本地实时数据库pSpace处理，另一方面通过力控的NetServer组件，供远端力控实时数据库pSpace快速访问数据。各分厂需要采集的数据经力控分布式实时数据库pSpace进行数据汇总后，统一送到面向SOA服务结构的管理系统中。
厂级调度中心提供系统的全部功能，实现在调度中心通过计算机系统远程监控场站、天然气输配管网的运行情况。企业级实时数据库pSpace负责处理、存储、管理从场站、输配管网各远程站点传送来的实时数据，同时又为网络中的其它服务器和工作站提供实时数据。历史数据经压缩处理后存放在历史库中，也可以通过pSpace写入关系型数据库ORACLE中。
2.3力控在采油（气）厂的解决方案
（1）井场控制站现有PLC/RTU负责采集井场的数据，如压力，流量，温度等等，通过GPRS/电台的方式往集气站发送数据。
（2）集气站装有PC机，安装力控组态软件，采集来自井场的数据，同时在集气站设置RTU采集单元，将一些集气站的信号进行采集并上发。
（3）建造2-3座天然气处理厂，通过光纤采集若干集气站的数据，同时处理厂装有DCS控制系统，采集本厂的数据。
（4）通过在输油管道关键部位、油气区重点路段和井场、井站安装视频监控、设置电子视频跟踪锁定及传声警示等电子遥控系统，实现异常情况自动报警，监控出入油区的车辆、人员。
（5）在油气厂调度中心，安装具有很高性能的实时数据库pSpace，通过光纤采集集气站的数据和天然气处理厂以及来自管网的数据，实现统一的管理。
2.4调度中心数据平台
在数字化油田建设中，力控企业级的实时历史数据库pSpace为核心，汇集各采油（气）厂的数据，将超过20家的SI在统一平台上进行开发、实施和部署。将所有厂区工艺画面都进行了适合于WEB发布的形式重新组态，可以很直观的从电子地图访问到某厂的某个站控系统当前的运行情况。
企业级实时历史数据库pSpace，可以满足数字化油田的实时数据集成和海量的历史数据存储需求，其最大百万点的应用规模、30万次/秒的数据点并发写入速度、最高15万点/秒的查询速度、先进强大的压缩算法最高达到40：1的数据压缩比。数据库服务器支持Windows、UNIX、Linux等操作系统，并且支持数据冗余备份，极大提高了数据的安全性和数据处理效率。
力控企业级实时历史数据库是一个具有标准接口的、可二次开发的平台。其能完成来自DCS、FCS、RTU、流量计算仪、流量计算机及其他各种具有或不具有标准通讯接口的控制系统的实时数据，并且实现采集、存储、压缩等功能，以及对实时数据和历史数据的检索、统计、分析、建模，并进行曲线、图表显示。可以实现流程性工业中典型的应用功能，如工艺流程图展现、历史曲线分析、历史报警分析、报表管理等。同时，该数据库能为其他管理软件提供高效的数据接口，也可以将整理后的数据通过pSpace直接写入关系数据库，实现数据与其他管理软件的双向通讯。
3、数字油田系统功能
3.1生产监控
采集自喷井、抽油机井、电潜泵井、螺杆泵井、注水井、配水间、注水站、油水集输管网、增压站、转油站、集输站、罐区等生产场所装置的实时生产数据，包括压力、温度、流量、液位、电流、电压、转速、功率、载荷、冲程、冲次等运行参数数据。并且包括油井的示功图计量数据，将增压站、注水井、接转站、联合站等以力控油汽版本软件制作好的工艺画面文件拷贝至数字化平台的工程文件夹中进行快速编译，可达到快速组态的目的，做到管理平台与站控的画面高度统一，实现生产实时、智能监控 。
图形化界面完成后即可由pSpace web server进行页面的发布，具有相关权限的操作人员可以通过IE浏览器实时查看、控制等。
3.2视频监控
根据每个井场的井口数量的不同，设置不同套数的视频监控设备，以实现对整个井场的实时监控。每套视频监控设备可以对多个固定位置的预制拍摄或取证拍摄，同时具备智能物体行为分析功能，实现对井场的周界报警、非法闯入等事件进行报警并进行广播提示。实时提醒操作人员，操作人员可以根据报警的情况通过手动操作摄像机进行近距离，高清晰取证录像，同时也可以实现自动触发远程录像功能。
智能分析视频服务器占用单台服务器，可实现安全防卫功能，有人员进入井场时，在增压点语音报警，自动变大井场画面，自动拍照、存储。增压点（作业区）值班人员通过变焦操作，对进入井场人员进行识别。通过语音通道播放音频警示文件（或通过麦克风远程语音警示）。通过服务器软件配置使之进行WEB发布，可以通过B/S模式进行画面切换。
3.3示功图分析
示功图是油田对油井实施管理的重要依据，是油田的一项经常性的检查项目。快速准确方便地获取示功图对于及时了解油井产油状态和抽油机的工作状态，及时发现卡杆、断杆等故障，保持采油产量、减少电量消耗都具有非常重要的意义。所谓“示功图”、“电流图”，是油井生产中经常用的两个生产曲线，即由同时传输的一组二维数组绘制而成的闭合曲线。
标准化站控软件中的示功图系统将数据转存至站控的量油软件数据库中，由油汽院的示功图分析模块做油田产量的计算及抽油机工况的分析。借助于示功图，可以判断出采油设备工作及供油情况是否正常，以便对非正常油井进行及时的停机作业，减少设备的无效磨损，节约无效的电能消耗，保证其工作在最佳状态。
3.4可燃气体检测
站控系统在关键区域都安装有可燃气体报警检测传感器，大多为单一的气体报警开关，一些则是多种气体含量分析的传感器，由专用的数采仪将可燃气体的成份、含量等通过通讯方式将数据采集至站控计算机中，针对各种气体的浓度进行柱状、饼图等做分析曲线工作。此类数据的集合至数字化平台中即可对所有站点进行安全环境的检测，对于判定事故原因与责任提供原始依据。
同时通过网络数据库将站控相关可燃气体标签变量采集至数字化平台pSpace中，根据不同的站点实施灵活的查询模式，利用报警控件进行报警数据的统计和分析。报警内容包括报警数据名称、报警时间、报警时刻数值、报警类别，报警级别、报警是否确认等，报警字体和背景颜色根据报警级别和确认状态不同而不同。
3.5设备自检
设备自检子系统能够实现对网络设备、现场仪器仪表等数字化相关设备的定时自动巡检，对故障设备进行报警提示，为后续维修保养、系统预警提供应用支持。
系统主界面展示当前站点、井场以及单井的网络通讯、现场在用仪表设备的工作状态。仪器仪表设备包括一体化载荷位移传感器、RTU等。当网络拓扑图上的绿色图标变为红色，说明当前系统中的网络设备出现故障。红色圆点代表当前展示的井场及其下辖单井设备工作状态异常。当网络拓扑图上的绿色图标变为蓝色，说明当前系统中的仪器仪表工作状态异常。同时此系统还具备查看实时故障信息以及历史故障信息的功能。
3.6电子报表系统
电子报表主要为油田生产管理汇报工作提供一个智能报表平台，产量数据、设备台账、子系统分析、生产监控数据等都需要报表输出的支持，可灵活替代原有手工报表的方式。由实时历史库平台pSpace组态,可对普通如班报、日报、月报、年报等基于时间标签的报表进行存储、查询、打印、输出等工作。同时可以生成各种样式报表、图表，从而为分析优化决策提供数据基础。
3.7管网检测
管网检测主要包括实时监测井场集油管线、站点外输管线、注水管网的压力流量运行状况，并设置预警报警界限，从而在异常情况下实现自动报警预警功能。平台的实时数据库通过OPC协议将首、末站的现场压力流量数据采集到数据库中，以管网拓扑图的形式展示。
泄漏是输油管道运行的主要故障。输油管道被打孔盗油以及腐蚀穿孔造成泄漏事故屡有发生，严重干扰了正常生产，造成巨大的经济损失。具体实施方法由实时数据库的图形化曲线工具制作实时曲线分析，并进行后台报警处理，有关键性报警时需要提醒操作员/管理者加以重视。经过WEB发布，使得更多监管部门可随时看到管线泄漏分析系统的情况，对于评估管线输油状况及安全责任区划分起着重大作用。
3.8供注水分析
关于供注水分析系统，主要是实时显示供注水管网、注水井、水源井运行状态和相关参数。各个界面均可显示实时及历史数据；由标准化站控系统完成对注水井及阀组的监控，一方面可以选择需要设定的注水井进行注水量设定，另一方面可以通过设置注水井注水压力和瞬时流量波动上下限，若超限则系统会及时报警。
将所有站点的供注水数据通过网络数据库同步至平台实时数据库中，由实时数据库图形化棒图等工具进行供注水量与油井产量的数据对比关系，可以根据脚本运算得出注水量给定的建议数据值，从而确保节约注水和平稳注水。
3.9GIS系统集成
GIS软件平台需单独占用一台服务器，根据实际的地理信息参数配置及JAVA接口二次开发，将地形地貌等地理信息录入至GIS数据库中，并能够将实际厂站等坐标、名称、简介等信息显示与GIS的图形化界面中，通过GIS系统与数字化平台ORACLE数据库的数据交互，将一些关键数据同时动态显示与GIS地图中，并可进行网页index链接切换，直接进入至平台子系统的功能模块中，将其以地理导航方式进行WEB发布，在整个数字化平台中使之成为一个地理导航的框架结构。
力控科技开发的ForceControl监控软件具有丰富的组件接口，软件可通过GIS组件实现与GIS系统的无缝集成。GIS组件支持Mapinfo与ArcGIS的地图文件格式，支持组件方式集成GIS-GPS的功能，利用脚本和VBA调用可充分互动。
3.10ERP系统集成
力控软件“动态”数据源的设计保证了B/S和C/S等网络模式的数据访问，除了访问自己的实时历史数据库，同时也支持SQL关系数据库和国外大型实时历史数据库等多种数据库系统。系统的参数管理提供了参数的“动态”注册，方便负载调度，历史数据存储归档支持数据定时存储、条件存储、变化压缩存储、趋势压缩存储等多种技术，具备更强大的生产数据分析与统计功能，并且软件具有丰富的数据接口方便的与ERP系统的集成。
4、结论
油田建设的数字化能使企业提高工作效率、提高工作质量、增加企业经济效益和社会效益。通过油田数字化建设各个环节应用系统进行智能化处理、快速整合。使这些信息资源得到最大限度地共享和有效利用，及时为决策者提供依据，促进企业管理水平和运行效率的提高。使油田管理走向科学化和最优化，使企业业务流程规范化、信息资源共享最大化、制度管理科学化。从而促使企业整体水平的提升，增强石油企业在国际市场的竞争力。力控系列产品作为基础的自动化软件平台和数据中心管理平台，为数字化油田基础的数据采集与管理发挥了巨大的作用。
