信息化数字化油田

自动化、信息化、数字化油气田概述中国石油大学1、油气田自动化1.1油气田自动化技术现状1.2油气田自动化建设技术上取得的主要成绩1.3油气田自动化建设存在的主要问题1.4自动化技术发展趋势2、油田信息化2.1存在的主要问题2.2油田信息化建设问题分析2.3油田信息化的发展3、数字油田3.1数字油田的形成3.2数字油田的产生发展过程3.3数字油田的内涵和技术目录1、油气田自动化油田生产自动化监控系统和生产数据自动化采集系统是数字油田的重要基础。随着信息技术和自动化工艺的不断发展，生产自动化系统在油田生产中的应用越来越广，为油田高效开发、降低消耗、安全生产、减轻员工劳动强度、提高工作效率和管理水平提供了可靠的保障。自动化系统实现了监测和生产现场处理问题的分离，形成了以中控室为中心的生产运行模式。中控室通过实时监测发现问题并发出指令，巡检人员接到指令后驾车到现场解决问题。这种模式不仅使职工的工作条件有了根本改善，也使现场工作效率大幅度提高。1、油气田自动化1.1油气田自动化技术现状在采油井的产液量、含水率和产气量的计量上，为适应低产油井的需要，研制了许多新的计量方法和设备，如三相不分离计量、功图法量油；生产过程控制系统PLC、DCS和SCADA系统的应用。油气田自动化系统可分为两部分：一是用来完成过程控制和数据采集的SCADA系统或DCS系统；二是用来保护工艺设备和人身安全、保护环境、减少和避免事故发生的ESD系统（紧急停车系统）。对于辅助生产装置（如油田联合站注水系统等）采用IPC、PLC、DCS等控制方式。1.1油气田自动化技术现状（1）整装油田自动化技术整装油田是指中国石油所属的以大庆、辽河油田为代表的东部油田，以长庆西峰油田为代表的西部油田。东部油田如大庆、辽河等油田，自动化大多以单项工程或单项生产过程自动化为主，井口通常不设置自动化设施，没有形成整个油田的自动化管理。西部油田自动化根据工艺技术和运行管理的要求，仪表与自控系统从满足生产工艺过程安全、经济运行的角度进行设置，建立了全油田的SCADA系统。1.1油气田自动化技术现状（2）沙漠及自然条件恶劣油田自动化技术沙漠及自然条件恶劣的油田如塔里木、吐哈各油田，生产基本实现了油田井口、计量/阀组间无人值守；联合站内控制中心集中监控（站内DCS系统）；以作业区为控制中心，建立了全油田的监控与数据采集系统（油区SCADA系统），接收油井、计量站以及联合站DCS系统传送的数据，对全油田进行集中监视和管理。1.1油气田自动化技术现状（3）低产和边远散小油田自动化技术低产和边远散小油田由于自身的特点，其自动化水平较低，基本不设自动化系统。参数检测多为就地指示仪表，现场由人工进行操作。1.1油气田自动化技术现状（4）整装气田自动化技术我国陆上气田主要分布在中西部地区的鄂尔多斯盆地、四川盆地、塔里木盆地、准格尔盆地以及吐哈盆地。气田自动化通常按照气田调度管理中心、气田调度控制中心、站场控制系统进行设置。气田调度管理中心主要负责整个气区的生产监视和调度管理。（4）整装气田自动化技术WAN油田公司生产指挥调度中心气田生产调度管理中心油田公司信息中心净化厂和集配气总站DCS集气站站控系统集气站站控系统……净化厂和集配气总站DCS气田通信中心（含一点多址微波，卫星和光纤通信）已建中心控制系统SCAN300SCADA中心控制系统（新增）采气厂生产调度中心净化厂和集配气总站DCS1.2油气田自动化建设技术上取得的主要成绩（1）改变单井计量模式促进了地面工艺的简化和优化自2005年以来，大港油田先后建立了“西一转”、“港浅8-6”、“枣园”油井远程在线计量技术示范区。2006年在大港油田全面推广应用1000多口井，其中港西油田所有的400多口油井，包括抽油机井、电泵井、螺杆泵井及自喷井等所有井型，都应用YD油井远程在线计量优化分析系统，实现了“单管集油”、“撤销计量站”、“部分撤销掺水流程”、“地面管线串糖葫芦”，“大大减少地面管线投资和维护成本”的目标，节约投资和减少成本数千万元，取得了较好的经济效益。该技术实现了原来“计量站--转油站—联合站”三级布站向二级、一级布站新模式的转变，开创了老油田地面流程简化优化的“港西模式”。1.2油气田自动化建设技术上取得的主要成绩（2）抽油机的控制为油藏工程提供了准确的数据油田抽油机的检测与自控，使一些长期困扰抽油机管理的问题得以解决。通过安装抽油机控制器和电机控制箱，实现了抽油机遥开、遥关、电机过载和缺相自动停机保护并发出报警信号等功能。通过随机的监控，可预防意外事故的发生。在抽油机上安装载荷、压力等传感器，对抽油机悬点载荷、液面、压力、温度等连续监测，当增大或降低超限时进行报警停机，并将停机信号上传到中心控制室，为油藏工程分析提供准确的数据。1.2油气田自动化建设技术上取得的主要成绩（3）优化检测控制点达到节能降耗的作用大庆油田第六采油厂将测控仪表的选择与工艺流程相结合，通过优化检测点的设置，达到节能降耗的作用，使仪表控制系统真正发挥应有的作用。1.2油气田自动化建设技术上取得的主要成绩（4）应用自动化系统辅助油井生产管理YD油井远程在线计量优化分析系统提供了数据采集控制、工况诊断、产液量计量、优化设计等多项功能。因此，油田现场需要从关注单井计量准确度向辅助油井生产管理转变，要应用油井远程在线计量优化分析系统来辅助油井生产动态分析、生产维护（洗井、清蜡、调平衡等）、检泵作业计划的安排、措施作业的方案制定、抽汲参数的优化调整等，实现信息化服务于油水井生产管理。1.3油气田自动化建设存在的主要问题（1）盲目追求自动化水平，功能过剩，检测点设置不合理，投资过高。（2）自控仪表设备的设置及选型与现场工况不相适应，没有充分考虑现场的工况条件，造成现场自控设备不能正常使用。（3）由于仪表自动化系统更新速度快、维护难度大，一些油田缺少专业的自动化维护队伍和维护费用的投入，不能及时掌握或根本就不能掌握先进控制设备的管理和维修技术，以致于难以保证控制系统的正常运行。1.3油气田自动化建设存在的主要问题（4）各油气田由于受管理模式和长期形成的技术观念的约束，各油气田之间缺少技术交流，先进技术的推广力度不够，有些技术甚至搞着重复研究。（5）油气田自动化建设缺少相应的标准规范支持，难以约束新建或改扩建站场计量及测控仪表（系统）的使用配备，不便于管理和维护。1.4自动化技术发展趋势(1)现场仪表发展趋势(2)PLC技术发展趋势(3)DCS的主要发展趋势(4)以工业PC机和现场总线为基础的分散控制(5)总线和现场总线控制系统(6)重点加强气田自动化的应用(7)研究各种SCADA系统在油田的应用(8)开发优化运行软件(9)管控一体化的信息综合系统1.4自动化技术发展趋势(1)现场仪表发展趋势目前，现场仪表的发展十分迅速，正在向一体化、多功能和智能化发展。(2)PLC技术发展趋势开放式的设计和网络成为主流。PLC技术正与PC技术融合，系统控制向分散化、小型化、智能化发展，增加容错系统。1.4自动化技术发展趋势(3)DCS的主要发展趋势1）向综合方向发展。2）向智能化发展。3）工业PC化和系统专业化。4）传统DCS转向开放的DCS。1.4自动化技术发展趋势(4)以工业PC机和现场总线为基础的分散控制随着工业PC机和现场总线技术的发展，以工业PC机及最新控制软件构成的分散控制系统，可取得与常规DCS分散控制系统一样的控制效果，作为油气田的生产过程控制设备，可以满足生产要求，达到节省投资的目的。以工业PC机和现场总线为基础的分散控制，在油气田将会得到应用。在自动化改造中，常规的DCS价格较贵，不易推广。1.4自动化技术发展趋势(5)总线和现场总线控制系统新一代控制系统是由多段高速或低速现场总线、各类智能现场仪表、人—机接口（工业PC机）、组态软件、监控软件及网络软件等组成的现场总线控制系统（FCS）。FCS除了具有控制系统外，还具有非控制用的信息组成的维护管理系统，当系统出现故障时，可以及时了解故障的位置和性质，缩短判断故障的时间，并可预测维修，提高了系统的可靠性和可用性。1.4自动化技术发展趋势(6)重点加强气田自动化的应用气田自动控制系统建设宜采用以计算机为核心的监控与数据采集系统（SCADA），对气田所属站场、气体处理厂的工艺参数进行监视、控制和数据采集，使全气田进行统一的生产运行管理。充分利用丛式井、高压集气等生产方式或工艺，尽可能简化井口设施。高压气井井口应设置井口安全装置；含高浓度H2S等酸性气体的气井应设置紧急关断系统；天然气净化厂等大型站场应采用计算机控制系统，应设置紧急关断系统和火气报警系统；集气站和需要自动控制的井口可采用远程终端装置（RTU）。气田集输站场应实现无人值守，应根据气田的特点来确定自控水平。1.4自动化技术发展趋势(7)研究各种SCADA系统在油田的应用由于微处理器技术和通信技术的迅速发展，SCADA控制系统在控制和通信上的功能更加强大，可靠性也更高，成本也在下降。一些老油田过去由于技术或投资限制而未能实现的油井自动化管理系统，如今显得特别具有意义。油井的动态监测控制，可以防止设备故障，增加产量，会产生直接的效益。1.4自动化技术发展趋势(8)开发优化运行软件油气田自动化系统需要控制软件、优化控制软件、系统优化运行管理软件和各种实时数据库软件的支持。油气田自动化应该在一定硬件基础上进行井口控制系统、单井计量系统、油气集输处理系统、供配电系统、供水及注水系统优化运行软件的研制开发，并开发出各种实时数据库软件，为油气田开发、开采提供基础数据。各系统优化运行软件开发的关键是要建立系统完整的数学模型，因此，需要对现有工艺过程进行分析、辨识和仿真。1.4自动化技术发展趋势(9)管控一体化的信息综合系统目前，油气田各生产作业区都是采用一种自成系统的自动化结构，形成许多自动化孤岛式的控制和信息管理格局。由于市场竞争激烈和规模经营发展，企业为增强竞争优势，需要更及时、准确的信息为企业决策服务，并使经营决策能有效地转变为生产操作。计算机控制、经营和管理一体化的信息综合系统的应用开发，即管控一体化，使DCS和SCADA在生产过程控制的应用界面越来越模糊，管控一体化将代表未来油气田自动化的发展方向。油气田开发生产运行优化技术；油气田生产过程监测控制和企业管理一体化信息技术是未来油气田自动化的发展方向。2油田信息化2.1存在的主要问题2.2油田信息化建设问题分析2.3油田信息化的发展2油田信息化油田信息化建设，从根本上讲，主要任务是数据建设，以及在各部门之间建立规范的信息交流手段。在信息化的过程中，要充分利用以前信息化过程中的阶段性成果，包括现有的数据和软硬件系统。2油田信息化油田信息化集成系统概念模型2油田信息化油田信息化集成系统是满足生产运行、生产管理和生产监控需求，形成集石油勘探开发生产信息的采集、传输、存储、处理、分析、发布、管理和应用于一体，规范、统一、安全、高效的现代化生产经营综合数据一体化管理应用平台。2油田信息化1生产运行管理信息系统2勘探辅助决策系统3油藏描述信息系统4基础地理信息系统5开发信息管理系统6采油工程信息管理系统7地面工程信息系统8自动控制系统9资产/设备管理系统10财务集中核算系统11电子商务物资管理系统12网络视频会议系统13自动化办公系统油田数字化信息集成系统2油田信息化油田信息集成系统技术框架模型2油田信息化1.可实现跨地域协同工作，紧密连接生产经营的各个环节2.可实现油田业务与技术的整合3.可实现数据集成，改善用户界面4.可建立虚拟的数字地质模型，实现油藏描述的可视化和互动性5.可实现油田状态自动监测6.可实现地面建设全面信息化系统应用效果预测2.1存在的主要问题在数据库建设和数据管理方面，主要存在以下几个问题：1）数据资产管理不够。2）数据缺乏共享。3）缺乏有效的数据质量控制体系。在数据和信息的传递和交流方面，主要存在以下几个问题：1）过分依赖传统信息交流方式。