1  引言

油氣水井生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)iPES是一套基于自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)以及油氣田開發(fā)專業(yè)技術(shù)，以提高油田數(shù)字化水平、單井產(chǎn)能、系統(tǒng)效率和降低能耗為目的，集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、生產(chǎn)預(yù)測(cè)、工程分析、遠(yuǎn)程計(jì)量、優(yōu)化設(shè)計(jì)、措施計(jì)劃安排、控制執(zhí)行等于一體的綜合信息平臺(tái)。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集單井生產(chǎn)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)化地對(duì)單井工況進(jìn)行診斷，對(duì)生產(chǎn)趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，主動(dòng)預(yù)防、預(yù)警可能出現(xiàn)的生產(chǎn)異常，并能持續(xù)不斷的對(duì)單井生產(chǎn)進(jìn)行優(yōu)化，從而顯著改善單井的生產(chǎn)管理水平，提高生產(chǎn)效率，降低員工的生產(chǎn)勞動(dòng)強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)油田精細(xì)化管理的目標(biāo)。該系統(tǒng)自2011年推出以來，在全國各大油田累計(jì)新部署和升級(jí)應(yīng)用已超過10000口油水井，為油田用戶實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

隨著當(dāng)前中石油、中石化等各大油田企業(yè)在油田數(shù)字化建設(shè)的不斷推動(dòng)和深入，越來越多的油氣水井通過現(xiàn)場(chǎng)安裝數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、監(jiān)控裝置及自動(dòng)化控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、生產(chǎn)過程遠(yuǎn)程監(jiān)控等目標(biāo)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在單井方面，僅中石油一家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化自動(dòng)采集和監(jiān)控的油氣水井就達(dá)到約2.36萬口，占總井?dāng)?shù)的比例為10.3%。隨著油田數(shù)字化、智能化的不斷推進(jìn)，這一數(shù)字和比例還將進(jìn)一步提升，隨之而來的油水井自動(dòng)化維護(hù)工作量也將不斷加大，對(duì)于大港、青海、長慶等這些自動(dòng)化完成程度較高的油田中，油水井自動(dòng)化運(yùn)行維護(hù)的需求亦相當(dāng)迫切。當(dāng)前各大石油公司在油水井自動(dòng)化運(yùn)行和維護(hù)方面面臨的突出矛盾和問題主要包括：

（1）各油田已建成的自動(dòng)化系統(tǒng)，運(yùn)維效率低、成本高，導(dǎo)致系統(tǒng)難以發(fā)揮出應(yīng)有的效果；

（2）專業(yè)運(yùn)維人員匱乏，素質(zhì)相對(duì)較低，且缺乏專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)；

（3）缺乏相應(yīng)管理系統(tǒng)對(duì)整個(gè)油田自動(dòng)化系統(tǒng)的后期運(yùn)行維護(hù)進(jìn)行高效且系統(tǒng)化的管理，包括任務(wù)下達(dá)，人員及車輛調(diào)配管理、成本控制等；

（4）隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深入發(fā)展，自動(dòng)化運(yùn)維工作在管理理念、認(rèn)識(shí)理念、體制、流程、組織模式及工作習(xí)慣上均會(huì)發(fā)生較大改變，需要進(jìn)行深入的探索與發(fā)現(xiàn)。

為系統(tǒng)性解決上述問題，北京雅丹石油技術(shù)開發(fā)有限公司與中國石油大學(xué)、大港油田、青海油田等單位密切合作，深入研究開發(fā)了油氣水井生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)iPES運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)（簡稱iPES運(yùn)維系統(tǒng)）。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅針對(duì)雅丹iPES運(yùn)行維護(hù)的需求，同時(shí)可以兼容其他單井自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)維的需要。

2  系統(tǒng)的目標(biāo)、組成、特色與流程

2.1  系統(tǒng)目標(biāo)

油氣水井生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)iPES運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)的目標(biāo)用戶為油田自動(dòng)化與信息化管理單位；其管理對(duì)象為油田物聯(lián)設(shè)備以及相關(guān)的運(yùn)維隊(duì)伍與裝備（車輛物資等）。該系統(tǒng)可以滿足油田用戶在提高油水井自動(dòng)化運(yùn)維效率，優(yōu)化運(yùn)維流程、降低運(yùn)維成本，促進(jìn)油田單井自動(dòng)化系統(tǒng)健康與高效運(yùn)行等方面的迫切需求。

油氣水井生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)iPES運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)主要建設(shè)目標(biāo)為：建設(shè)一套配合iPES等油田單井自動(dòng)化系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化油水井設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、報(bào)警管理、系統(tǒng)運(yùn)行狀況統(tǒng)計(jì)分析、運(yùn)維計(jì)劃制定、調(diào)度指揮、任務(wù)管理的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

2.2  系統(tǒng)組成

油氣水井生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)iPES運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)由指揮調(diào)度中心、物資設(shè)備庫、運(yùn)維站點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)庫、車載移動(dòng)平臺(tái)、智能移動(dòng)終端組成，其硬件和軟件組成如表1所示。

表1  iPES運(yùn)維系統(tǒng)軟、硬件組成表

 iPES運(yùn)維系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 運(yùn)維系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

2.3  系統(tǒng)特色

（1）通過工況診斷和設(shè)備故障報(bào)警可快速形成運(yùn)維任務(wù)，減少生產(chǎn)損失；

（2）可方便、快捷的對(duì)安裝、維修、巡檢等運(yùn)維任務(wù)進(jìn)行管理，并可通過車載平臺(tái)或智能移動(dòng)終端進(jìn)行專家遠(yuǎn)程會(huì)診與領(lǐng)導(dǎo)遠(yuǎn)程指揮決策；

（3）實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)設(shè)備智能管理、使用狀況評(píng)估及庫存管理，可更好地為用戶的設(shè)備采購提供參考和制定采購計(jì)劃；

（4）通過調(diào)度記錄和運(yùn)維人員管理記錄，可定量化掌握運(yùn)維人員的工作情況，便于工作業(yè)績考核；

（5）方便運(yùn)維單位進(jìn)行成本核算，并有助于降低用戶的運(yùn)維成本。

2.4系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)的主要工作流程如圖2所示。

圖2 運(yùn)維系統(tǒng)工作流程簡圖

3  系統(tǒng)功能

iPES運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)包括系統(tǒng)管理、報(bào)警管理、任務(wù)管理、設(shè)備管理、人員管理、成本管理等六大功能子系統(tǒng)，iPES運(yùn)維系統(tǒng)各部分主要功能如圖3所示：

圖3  iPES運(yùn)維系統(tǒng)主要功能

3.1  系統(tǒng)管理

實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的模塊配置、界面設(shè)置等功能，是整個(gè)系統(tǒng)框架的管理。分別包括系統(tǒng)組織機(jī)構(gòu)管理、崗位用戶管理、系統(tǒng)配置和系統(tǒng)日志。

3.2  報(bào)警管理

（1）工況診斷報(bào)警

 經(jīng)過iPES系統(tǒng)診斷分析后，形成需要運(yùn)維系統(tǒng)解決或確認(rèn)的問題，轉(zhuǎn)交給運(yùn)維調(diào)度安排相應(yīng)的任務(wù)。

（2）物聯(lián)設(shè)備故障報(bào)警

由運(yùn)維調(diào)度通過對(duì)各種類型報(bào)警進(jìn)行分析與確認(rèn)，形成運(yùn)維任務(wù)。

3.3  任務(wù)管理

任務(wù)管理是iPES運(yùn)維系統(tǒng)的核心功能。

（1）安裝任務(wù)管理

實(shí)現(xiàn)物聯(lián)設(shè)備安裝工單的查詢接收及下載、安裝的指導(dǎo)步驟、無線物聯(lián)設(shè)備綁定、設(shè)備檢測(cè)、設(shè)備安裝工況追蹤情況和任務(wù)完成確認(rèn)情況等。

（2）維修任務(wù)管理

實(shí)現(xiàn)維護(hù)保養(yǎng)工單的查詢及下載、維護(hù)保養(yǎng)工單內(nèi)容、維護(hù)保養(yǎng)準(zhǔn)備內(nèi)容、智能移動(dòng)終端、維護(hù)保養(yǎng)信息反饋和維護(hù)保養(yǎng)工作完成確定等。

（3）巡檢任務(wù)管理

實(shí)現(xiàn)巡檢任務(wù)工單的查詢及下載、巡檢工單的內(nèi)容、巡檢準(zhǔn)備內(nèi)容、無線物聯(lián)（智能移動(dòng)終端）、巡檢工作單、巡檢信息反饋和巡檢完成確定等。

（4）任務(wù)工單管理

任務(wù)工單管理主要包括：工單模板管理、工單綜合查詢、工單統(tǒng)計(jì)分析、工單統(tǒng)計(jì)分析。

（5）遠(yuǎn)程決策指揮管理

對(duì)于各類任務(wù)執(zhí)行過程中的疑難問題或突發(fā)狀況，可通過車載平臺(tái)或智能移動(dòng)終端上的遠(yuǎn)程視頻會(huì)議模塊，將現(xiàn)場(chǎng)狀況實(shí)時(shí)傳回調(diào)度中心，進(jìn)行專家遠(yuǎn)程會(huì)診與領(lǐng)導(dǎo)遠(yuǎn)程指揮決策。

3.4  設(shè)備管理

（1）物聯(lián)設(shè)備智能維護(hù)管理

由系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間與條件，根據(jù)設(shè)備生產(chǎn)指標(biāo)與專家經(jīng)驗(yàn)，通過系統(tǒng)智能生成一定時(shí)間內(nèi)的巡檢與維修任務(wù)工單，作為常規(guī)任務(wù)的一部分。

（2）物聯(lián)設(shè)備使用狀況評(píng)估

對(duì)各種物聯(lián)設(shè)備的實(shí)際使用狀況（故障率、維修時(shí)間）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分別按照設(shè)備類型與生產(chǎn)廠家進(jìn)行排名，為設(shè)備采購提供參考。

（3）智能移動(dòng)終端管理：終端軟件配置、升級(jí)；使用狀況評(píng)估。

（4）車載移動(dòng)平臺(tái)管理：車載平臺(tái)軟件配置、升級(jí)；硬件使用狀況評(píng)估。車輛位置信息、油量信息管理等。

（5）設(shè)備庫存管理

1）現(xiàn)場(chǎng)庫存管理：根據(jù)系統(tǒng)在用情況，定期填報(bào)常規(guī)物料需求單。

2）公司庫存管理：現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際設(shè)備與物聯(lián)消耗狀況，定期編制采購計(jì)劃。

3.5  人員管理

主要包括：調(diào)度管理記錄、運(yùn)維工程師管理記錄；

（1）調(diào)度記錄：單位時(shí)間內(nèi)任務(wù)量統(tǒng)計(jì)，任務(wù)完成率統(tǒng)計(jì)、工作時(shí)間統(tǒng)計(jì)；

（2）運(yùn)維工程師管理記錄：單位時(shí)間內(nèi)任務(wù)量統(tǒng)計(jì)，任務(wù)完成率統(tǒng)計(jì)、維修任務(wù)工作時(shí)間統(tǒng)計(jì)（由智能終端記錄）、返修率統(tǒng)計(jì)、安全施工記錄、工作效率計(jì)算與排名。

3.6  成本管理

由系統(tǒng)對(duì)一段時(shí)間（周、月、季、年）內(nèi)運(yùn)維單位的成本進(jìn)行詳細(xì)的核算，主要包括運(yùn)維設(shè)備采購費(fèi)用、人員成本、車輛運(yùn)行與維護(hù)成本。各運(yùn)維單位可按單井運(yùn)維成本進(jìn)行考核評(píng)比。

4  系統(tǒng)應(yīng)用

該系統(tǒng)目前已在青海油田已安裝iPES系統(tǒng)的單位完成了初步部署，經(jīng)過半年多的應(yīng)用，取得了以下成果：

（1）通過報(bào)警管理和任務(wù)管理功能的應(yīng)用，部署該系統(tǒng)單位的自動(dòng)化單井上線率由83%左右提高到了95%以上。

（2）通過設(shè)備管理功能的應(yīng)用，有效提高了設(shè)備安裝質(zhì)量和設(shè)備維護(hù)操作的標(biāo)準(zhǔn)化，使得單井維護(hù)工作量減少15%以上，iPES運(yùn)維成本下降了10%。

（3）通過系統(tǒng)的模擬運(yùn)行和運(yùn)行數(shù)據(jù)的智能管理，使得IPES系統(tǒng)維護(hù)人員在完成同樣技能培訓(xùn)的前提下，培訓(xùn)周期由6個(gè)月下降到3個(gè)月。

（4）該系統(tǒng)的部署還實(shí)現(xiàn)了運(yùn)維工作的量化考核，有效提高了運(yùn)維人員的工作積極性。

5  結(jié)束語

目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展一日千里，作為一套為物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的系統(tǒng)，必須定期根據(jù)技術(shù)發(fā)展與用戶新的需求進(jìn)行有針對(duì)性的更新。更新的主要包括移動(dòng)客戶端的開發(fā)、RFID深度應(yīng)用、人工智能技術(shù)應(yīng)用、云平臺(tái)建設(shè)等。

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