数字化气田管理的创新实践

苏里格南作业分公司(以下简称苏南公司)作为中国石油陆上首个担任作业者的国际合作项目,是集团公司和道达尔勘探与生产(中国)有限责任公司合作开发的项目,主要负责苏里格南天然气合作开发项目的生产经营管理工作。

苏南公司自试气生产以来,已完成一座控制中心、1座阀室、2座集气站、34座井丛、400多口单井数字化建设工程,涵盖生产数据采集、场站实时监控、生产现场远程控制、应急管理、数据分析、数据整合、数据共享等内容,实现“同一平台、信息共享、多级监视、分散控制”。苏南公司数字化管理系统,是按照场站工艺流程和生产管理要求,运用数字化、信息化管理手段,通过传感器、无源光通讯网络(EPON)、SCADA系统、PKS操作软件等技术,建立的一套覆盖整个苏南公司天然气生产、处理全过程数字化系统,达到强化安全、过程监控、节约人力资源和提高效益的目标。

一、实施背景

管理数字化是指利用计算机、通信、网络、人工智能等技术,量化管理对象与管理行为,实现计划、组织、协调、服务、创新等职能的管理活动和管理方法的总称。具有以下两个鲜明特征:一是企业管理活动的实现是基于网络的,即企业的知识资源、信息资源和财富可数字化;二是运用量化管理技术解决企业的管理问题,即管理的可计算性。

苏里格气田位于鄂尔多斯盆地西北部,横跨陕北斜坡、伊盟隆起和天环坳陷三个构造单元,基本属于低孔、低渗、低丰度的大型气藏。苏南公司区域属苏里格气田的南区块,面积2000多平方公里,单井控制储量小、稳产期短、非均质性强、连通性差,是典型的低渗透致密岩性气田,必须依靠科技、创新机制、简易开采、走低成本开发的路子,通过钻井、采气工艺、地面建设、管理等方面的创新,千方百计降低成本,最大限度地提高经济效益。同时,随着产建规模的增大,井数越来越多,如何有效管理好上千平方公里面积内的上千口井,显得尤为重要。如果采用人工巡井方式,不仅工作量大,人力资源消耗也大,而且难以适应有效监控生产、安全、环保的要求。为适应降低操作成本、提高工作效率、确保生产安全、保护草原环境、建设和谐气田的需要,苏南公司研究开发一套“智能化生产管理控制平台”,以实现气田管理的数字化。

二、基本内涵

(一)气田实施管理数字化的总体目标

苏南公司管理数字化系统建设,主要是通过开发一套智能化的生产管理与控制平台,实现生产管理中的数据自动录入、方案自动生成、异常自动报警、运行自动控制、单井自动巡井、资料自动共享,建成“集气站—作业区—苏南公司”三级数字化生产管理平台,实现“强化安全、过程控制、优化人力资源,提高劳动生产效率、提升安防水平”的目标。

(二)气田实施管理数字化的基本思路

苏南公司数字化管理的实质,就是将数字化与劳动组织架构和生产工艺流程优化相结合,按生产流程设置劳动组织架构,实现生产组织方式和劳动组织架构的深刻变革;把苏南公司数字化管理的重点由后端的决策支持向生产前端的过程控制延伸,最大限度地减轻岗位员工的劳动强度,优化系统架构,控制用工总量,降低运行成本。


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三、主要做法

(一)构建自动控制系统

苏南公司控制中心通过设置SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)控制系统,完成整个苏里格南气田区块所属集气站、井丛和干线阀室的监视、管理和控制,建立全区块的数据库,并根据气田生产状况完成对各集气站及井丛的管理调度。除此之外,苏南公司控制中心SCADA控制系统还接收苏里格第五天然气处理厂集气区苏南区块来气的湿气交接计量数据和天然气组分数据,以及第五天然气处理厂配气区的产品气计量数据和天然气组分数据。SCADA作为整个苏南公司自动控制系统核心,由两座集气站及其所辖井丛、一座中间阀室内的CONTROL WAVE 冗余控制器组成下位机,以集气站和控制中心的PKS服务器为上位机,各节点间以光纤通讯连接搭建。

(二)构建集气站站控系统

苏南C1集气站及苏南C2集气站通过设置站控系统(SCS   ——Station Control System),实现集气站、井丛的运行数据采集、动态监测,远程控制集气站、井丛设备。苏南C1集气站、苏南C2集气站站控系统接收所辖各井丛RTU上传的生产数据,同时完成集气站内主要生产过程参数的监视、控制、报警。站控系统通过专用通信光缆,采用RJ45接口 TCP/IP协议将集气站和所辖井丛的生产数据,上传苏里格南区块中心管理站SCADA中心控制系统。并接受苏里格南区块中心管理站的SCADA中心控制系统下发的操作指令。苏里格南区块中心管理站SCADA中心控制系统将相关生产数据上传油田公司生产管理系统,油田公司生产管理系统只接受苏里格南区块的生产数据,不下发操作指令。利用工艺流程图以及管网图,可以对整个集气站所有运行设备装置状况实时监视,也可以监视单套装置。授权用户可以远程修改调整各控制点的控制参数。


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(三)搭建井丛自动控制系统

按照建设自动化、智能化、现代化大气田的数字化系统基础构架,根据苏南项目ODP规划,各井丛、井口和无人值守的阀室设SCADA系统远程终端装置(RTU——Remote Terminal Unit)。各井口RTU完成所在井口的数据采集、流量计算、存储和控制,而且将有关信息采用RS485接口 MODBUS FOR RTU协议传送给井丛RTU,并接受SCADA中心控制系统和集气站站控系统(SCS)通过井丛RTU下达的命令。各BB9、BB9'井丛RTU接收所辖各井口RTU上传的生产数据,并完成所在井丛生产过程参数的监视、控制、报警。同时采用RJ45接口 TCP/IP协议将生产信息传送给集气站站控系统(SCS),并接受SCADA中心控制系统和集气站站控系统(SCS)下达的命令。干线阀室RTU监控干线阀室和清管站的生产数据, 通过专用通信光缆,采用RJ45接口 TCP/IP协议传将数据上传苏里格南区块中心管理站SCADA中心控制系统。

目前,苏南气田所有井丛均能实现动态生产数据实时监测、视频监控系统远程监视、功放系统正常运行、风光互补系统正常供电(BB9井丛)、截断阀及电动阀远程切断、注醇泵远程关断等功能。


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苏南公司单井流程图

(四)搭建通讯系统

1、通讯系统架构。数据传输全部采用光纤通讯,BB9井丛数据采集处理后,通过四芯光缆传输至BB9’,再通过BB9’与集气站之间的八芯光缆通讯。集气站之间采用六芯光缆进行传输链接,苏南-C1站与控制中心之间通过十二芯光缆传输数据。控制中心通过10GSDH与油田公司骨干环网链接,将生产数据、应急抢险、视频监控、生产报表、动态分析、车辆调度等相关数据及信息传输至油田公司数字化生产指挥系统。


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苏南公司通讯网络拓扑

2、视频通讯系统。井丛摄像机视频信号通过同轴视频电缆上传至视频服务器,变焦控制信号通过电缆上传至视频服务器,视频服务器将信号以TCP/IP协议通过RJ45口经ONU通过光缆上传至苏南集气站的OLT终端设备,使用EPON无源光通信的方式实现井场数据及视频信号的传输,数据宽带≥10Mbps,实现井丛与集气站之间的通讯。井场扬声器通过视频服务器的音频接口传送提醒、警告等信号。


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苏南视频通讯系统拓扑图

(五)构建数字化生产指挥系统

苏南公司数字化生产指挥系统分为“生产运行调度系统、安全环保监控系统、应急抢险指挥系统、生产辅助保障系统”四大板块,测井、录井、试气、天然气生产、集输、生产日报、车辆管理、应急管理、设备台账、视频监控、场站检修等47个子版块,涵盖地学、钻井、地面建设、生产运行、检修技改、材料出入库等产能建设及生产运行管理内容,分为“油田公司、苏南公司、作业区”三级生产指挥管理系统。


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苏南公司数字化生产指挥系统框架图

四、实施成果

(一)推进气田效益开发。苏南公司在全区域实施数字化气田建设后,相比同等规模未实施数字化气田而言,人力资源成本下降40%,单位操作人员下降3人,总投资同比下降27%,同时增加收益达30%,有效地保障在“低油价寒冬”中苏南公司“降低成本、提质增效”战略的顺利实施,为实现公司可持续发展奠定坚实基础。

(二)强化安全保障能力。在BB9’井从以及集气站的进站区、分离器区、螺杆泵区、计量区、自用气区、外输区、放空区等7个区,分别设置紧急关断和放空、远程电动智能调节排污系统,实现远程关井、干线远程放空、自用气压力监控、集气站红外对射防闯入报警等功能,同时利用苏南公司三种不同工况下ESD紧急停车系统,降低安全风险,强化技防手段和安全保障能力。

(三)提升气田管理水平。在苏南监控中心构建数据监控、远程控制、智能安防、数据管理、异常报警等功能。监控中心不仅能实时监视和控制对作业区生产数据以及生产运行,还可对所辖站的各种运行参数预警报警和相关的管理,实现监控中心的数字化管理。在优化流程、推进数字化管理、建立快速反应应急体系的基础上,构建按流程管理的“作业区一集气站—单井”劳动组织模式,生产管理终端直接将监控中心延伸至气井井口,提升苏南公司整体管理水平。

(四)提高劳动生产率。苏南公司数字化建设带来管理模式的变革,也推动传统条件下劳动组织架构的改革和扁平化管理。在气井巡井、井站紧急截断放空等操作中,减少一线操作员工的用工数量和劳动强度,从而减少生产定员,缓解人力资源压力,促进精细管理,降低运行成本,大大提高苏南公司每一个环节的管理效率。

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