油田生產(chǎn)綜合管控中心系統(tǒng)是運用物聯(lián)網(wǎng)、傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、嵌入式開發(fā)技術(shù)、通信技術(shù)、組態(tài)技術(shù)、音視頻監(jiān)控技術(shù)、GIS、GPS、軟件工程理論和軟件編程方法等技術(shù)或方法來解決油田生產(chǎn)管理中的生產(chǎn)信息監(jiān)測與控制，建立從生產(chǎn)現(xiàn)場，經(jīng)中轉(zhuǎn)輸送至后臺生產(chǎn)綜合監(jiān)控中心的三級實時監(jiān)測調(diào)度管控系統(tǒng)，并對采集回的數(shù)據(jù)進行分析、分類和處理，從而為油田生產(chǎn)調(diào)度提供實時的一手數(shù)據(jù)，實現(xiàn)油田廠、礦、站生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時同步及控制；結(jié)合油田現(xiàn)有的辦公管理系統(tǒng)軟件，建立油田安全生產(chǎn)智能管控和輔助決策系統(tǒng)，并實現(xiàn)對油田安全生產(chǎn)中的突發(fā)事件按相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案有序處置。

1、項目的提出背景

隨著我國國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，各行各業(yè)都在提升管理水平、改進管理方式，作為油田企業(yè)急需引進各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的現(xiàn)代化管理手段，傳統(tǒng)的油田采油管理方法是人工巡視法，僅靠人工查看、記錄機器的運行情況，由于油井?dāng)?shù)量多和分布廣，致使每日查看的次數(shù)有限，數(shù)據(jù)反饋不及時，而且勞動強度大，同時存在人工填報或抄報數(shù)據(jù)報表時人為錯誤等問題。這些問題帶來的后果是對抽油機的工作異常發(fā)現(xiàn)得不及時，維修和調(diào)度存在時滯，造成無功損耗大、漏油、丟油發(fā)現(xiàn)不及時，環(huán)境污染嚴重等后果，這直接降低了原油的產(chǎn)量。加之各行各業(yè)競爭日趨激烈，原油的競爭已經(jīng)國際化，如何利用高科技的專業(yè)技術(shù)，開發(fā)出適合油田行業(yè)的采油生產(chǎn)綜合管理系統(tǒng)？為油田企業(yè)安全生產(chǎn)、降低產(chǎn)油成本、提高辦公效率。為解決上述問題我們協(xié)同大慶油田研究設(shè)計并分步設(shè)計和實施了基于物聯(lián)網(wǎng)的油田生產(chǎn)綜合管控系統(tǒng)。

本系統(tǒng)針對提高生產(chǎn)效率、降低勞動強度、規(guī)范管理流程、數(shù)據(jù)采集準確實時、工作穩(wěn)定可靠，進而提高油田企業(yè)經(jīng)濟效益和提高油田管理水平，提供了可靠的技術(shù)保障。

2、系統(tǒng)設(shè)計目標

油田信息管控系統(tǒng)是加強油田企業(yè)管理的主要措施之一。是針對油田的采油井?dāng)?shù)量的不斷增加，采用傳統(tǒng)手段管理油井已經(jīng)十分困難，不能滿足現(xiàn)代化管理的要求，而提出的一種借助新的管理方式、管理理念的現(xiàn)代化管理系統(tǒng)。針對提高生產(chǎn)效率、降低勞動強度、規(guī)范管理流程、精確數(shù)據(jù)采集、全面系統(tǒng)分析，進而提高經(jīng)濟效益和提高油田管理水平，提供了現(xiàn)代化的管理手段。

油田信息管控系統(tǒng)的建設(shè)目標為：

1) 隨時掌握油井工況，提高工作效率，提高原油產(chǎn)量。

傳統(tǒng)的油井管理方法是人工巡視法，僅靠人工查看、記錄機器的運行情況，由于油井?dāng)?shù)量多和分布廣，致使每日查看的次數(shù)有限，而且勞動強度大。這些問題帶來的后果是對抽油機的工作異常發(fā)現(xiàn)得不及時，造成無功損耗大，漏油、丟油，環(huán)境污染嚴重，降低了原油的產(chǎn)量。本系統(tǒng)的建設(shè)，通過物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)可以隨時掌握現(xiàn)場機器或設(shè)備的運行情況，及時發(fā)現(xiàn)異常，及時處理，提高維修、維護的及時率。

2) 遠程監(jiān)控，降低勞動強度，提升管控水平。

油田傳統(tǒng)的人工巡視方法的弊端是記錄數(shù)據(jù)的人為誤差大，沒有連續(xù)性，勞動強度大，并且不及時，不論是寒冷的冬天，還是炎熱的夏季，工人們都要不斷地在野外巡視。本系統(tǒng)的建設(shè)，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和遠程視頻監(jiān)測，可以從根本上改變勞動強度大、工作效率低、記錄數(shù)據(jù)不準確、數(shù)據(jù)間隔時間長，不科學(xué)的現(xiàn)狀，更有利于科學(xué)決策組織生產(chǎn)。

3) 規(guī)范工作流程、精確管理數(shù)據(jù)。

本系統(tǒng)通過自動的數(shù)據(jù)采集，確保了各種監(jiān)測數(shù)據(jù)（水、氣、油）的精確性和實時性，同時經(jīng)計算機分析和存儲，按時段自動打印報表。通過計算機記錄的數(shù)據(jù)，可以準確分析故障原因，監(jiān)督故障處理是否及時，界定工作班組的責(zé)任關(guān)系，量化工作指標。

4) 通過物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)，清楚指示故障油井的地理位置。

通過對各油井設(shè)定不同的IP地址并與通用的地理信息系統(tǒng)相結(jié)合的方式，在電子地圖上清楚地顯示個油井的精確位置。必要時檢修工人可及時準確地就位。

5) 提高可利用資源信息的綜合分析能力。

實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)組織和優(yōu)化，為決策和經(jīng)營部門提供定量的分析手段。將油井的實時數(shù)據(jù)直接傳送到企業(yè)信息化管理系統(tǒng)內(nèi)，為企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)監(jiān)督采油進度、了解油井狀況，提供第一手資料。

3、系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計

該系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示，由節(jié)點控制站（由流量傳感器、壓力傳感器、多種電量傳感器及其控制柜組成）、轉(zhuǎn)油站和油田管理監(jiān)控中心形成三級分布式計算機控制系統(tǒng)。級間控制采用ZigBee和3G相結(jié)合的無線遠程傳輸方式。

監(jiān)控中心上位機作為管理計算機操作站，主要完成遙控、遙測、數(shù)據(jù)存儲、技術(shù)分析、數(shù)據(jù)檢索、系統(tǒng)維護、地理信息顯示和報表打印等功能。轉(zhuǎn)油站主要完成通信接力、必要的控制和顯示功能；節(jié)點站下位機為前置控制機，可完成壓力、流量、電源、報警等檢測數(shù)據(jù)的實時采集和控制。

圖2 系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)示意圖

4、系統(tǒng)組成設(shè)計

   油田生產(chǎn)綜合管控系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計是實現(xiàn)油田管理數(shù)字化，實現(xiàn)數(shù)字油田和智慧油田的重要手段。該系統(tǒng)包括4類服務(wù)器組群和8個應(yīng)用子系統(tǒng)組成。其前端以大屏幕輔之電視墻或拼接墻作為顯示終端，由應(yīng)用服務(wù)器、通信服務(wù)器、WEB服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器構(gòu)建監(jiān)控中心服務(wù)器群，建立包括通信調(diào)度指揮子系統(tǒng)、生產(chǎn)現(xiàn)場視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、信息共享接口子系統(tǒng)、生產(chǎn)規(guī)劃輔助決策子系統(tǒng)、油田安全生產(chǎn)質(zhì)量評價子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)辦公子系統(tǒng)、地理信息應(yīng)用子系統(tǒng)和采油設(shè)備智能調(diào)度與監(jiān)控子系統(tǒng)等的8大子系統(tǒng)，如圖2所示，具體設(shè)計功能如下：

A通信調(diào)度指揮子系統(tǒng)：由無線移動通信單元、有線通信網(wǎng)單元、自主專網(wǎng)通信單元和信息安全單元組成，完成該系統(tǒng)的從生產(chǎn)現(xiàn)場、中轉(zhuǎn)站、聯(lián)合站和監(jiān)控中心間安全的通信及通信組網(wǎng)，是各級各種相關(guān)信息的傳輸和交互的安全通道。

B、生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)：由油井信息單元、中轉(zhuǎn)站信息單元、聯(lián)合站信息單元和儲運站信息單元組成，完成對油田生產(chǎn)各環(huán)節(jié)中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備參數(shù)、現(xiàn)場音視頻的監(jiān)測和采集，并自動控制相應(yīng)的數(shù)據(jù)參數(shù)。

C、信息共享接口子系統(tǒng)：由上級主系統(tǒng)單元、下級分系統(tǒng)單元和預(yù)留其他信息接口單元組成，完成該系統(tǒng)與上級管理主系統(tǒng)、下級分系統(tǒng)的信息、數(shù)據(jù)共享，相互調(diào)用等功能，并預(yù)留其他功能共享的拓展接口。

D、生產(chǎn)規(guī)劃輔助決策子系統(tǒng)：由提供數(shù)據(jù)及數(shù)學(xué)模型單元和模擬決策及檢查效果單元組成，通過對采集到的各種數(shù)據(jù)信息的分析和挖掘，建立數(shù)學(xué)模型，為相關(guān)生產(chǎn)和管理決策者提供決策參考。

E、油田安全生產(chǎn)質(zhì)量評價子系統(tǒng)：由指標體系模型單元、生產(chǎn)質(zhì)量評價單元和發(fā)展策略調(diào)整單元組成，結(jié)合生產(chǎn)規(guī)劃輔助決策子系統(tǒng)，建立安全生產(chǎn)指標體系模型，對生產(chǎn)質(zhì)量進行跟蹤和評價，進而對油田生產(chǎn)的發(fā)展策略進行必要的調(diào)整。

F、網(wǎng)絡(luò)辦公子系統(tǒng)：即內(nèi)網(wǎng)辦公系統(tǒng)，完成相關(guān)公文、人力資源、財務(wù)、生產(chǎn)、市場和研發(fā)系統(tǒng)的規(guī)范化辦公流轉(zhuǎn)，實現(xiàn)無紙化辦公。

G、地理信息應(yīng)用子系統(tǒng)：包括屬性檢索分析單元、GIS評估分析單元、管網(wǎng)覆蓋分析、道路規(guī)劃輔助分析單元和其他地理信息應(yīng)用單元組成，該系統(tǒng)完成基于油田電子地圖的開發(fā)和管理應(yīng)用，通過對各圖層的分類標注，可從全局掌控油田生產(chǎn)相關(guān)的各種設(shè)備、設(shè)施、管網(wǎng)和道路等信息的詳細分布，便于生產(chǎn)管控。

H、 采油設(shè)備智能調(diào)度與監(jiān)控子系統(tǒng)：由車輛定位監(jiān)控單元、信息統(tǒng)計分析、應(yīng)急調(diào)度指揮單元和信息廣播或查詢單元組成，該系統(tǒng)完成對油田所屬各種車輛位置及油耗的GPS跟蹤定位，對生產(chǎn)及運輸車輛基于物流層的查詢、廣播通知、調(diào)度和指揮，提升車輛的管理和調(diào)度水平，節(jié)能降耗，進而科學(xué)提升油田安全生產(chǎn)效率。

5、系統(tǒng)建設(shè)的意義

建設(shè)該系統(tǒng)具有重要的經(jīng)濟和社會意義。

（1）經(jīng)濟效益：

國內(nèi)油田的絕大多數(shù)油井都遠離市區(qū)，地處曠野，自動數(shù)據(jù)采集措施基本沒有，上級部門只能通過定期巡檢的采油工人了解情況，而且沒有準確的數(shù)據(jù)。有時現(xiàn)場故障幾天后才能被發(fā)現(xiàn)，極大的降低了原油生產(chǎn)產(chǎn)量及增加了維修費用，有的還因故障發(fā)現(xiàn)不及時，損壞了采油機井，有時甚至不能保證巡井工人的人身安全。油田信息管控系統(tǒng)即是針對上述落后的管理方式而提出的一種對油井?dāng)?shù)據(jù)進行自動采集、無線傳輸，并對數(shù)據(jù)進行全面分析、自動報警等一系列流程的智能化管理，能及時地為油田管理部門提供實時、準確、高效的管理手段，有利于科學(xué)決策、安全生產(chǎn)，該系統(tǒng)將提升油田企業(yè)的管理水平，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，并對推動油田企業(yè)的進一步發(fā)展具有重要意義。

（2）社會效益：

該系統(tǒng)在油田推廣應(yīng)用后，油田企業(yè)不但可以進一步實現(xiàn)科學(xué)管理和安全生產(chǎn)，還可以改革創(chuàng)新傳統(tǒng)的管理模式和生產(chǎn)方式，進一步降低油田工人的勞動強度，減少或避免污染物的排放等，達到油田可持續(xù)發(fā)展的目標，并能促進油田人民物質(zhì)文化和生活環(huán)境的改善和提高，還可以促進民族工業(yè)的進步，推進相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而且對構(gòu)建和諧社會，全面落實科學(xué)發(fā)展觀具有重要的社會意義。