1  引言

油氣水井生產物聯網系統iPES是一套基于自動化技術、計算機技術、網絡技術、系統工程技術以及油氣田開發專業技術，以提高油田數字化水平、單井產能、系統效率和降低能耗為目的，集數據采集、數據管理、生產預測、工程分析、遠程計量、優化設計、措施計劃安排、控制執行等于一體的綜合信息平臺。該系統能夠實時采集單井生產數據，系統化地對單井工況進行診斷，對生產趨勢進行預測，主動預防、預警可能出現的生產異常，并能持續不斷的對單井生產進行優化，從而顯著改善單井的生產管理水平，提高生產效率，降低員工的生產勞動強度，從而實現油田精細化管理的目標。該系統自2011年推出以來，在全國各大油田累計新部署和升級應用已超過10000口油水井，為油田用戶實現了相當可觀的經濟價值。

隨著當前中石油、中石化等各大油田企業在油田數字化建設的不斷推動和深入，越來越多的油氣水井通過現場安裝數據自動采集、監控裝置及自動化控制設備，實現了生產數據實時采集、生產過程遠程監控等目標。據統計，在單井方面，僅中石油一家已經實現數字化自動采集和監控的油氣水井就達到約2.36萬口，占總井數的比例為10.3%。隨著油田數字化、智能化的不斷推進，這一數字和比例還將進一步提升，隨之而來的油水井自動化維護工作量也將不斷加大，對于大港、青海、長慶等這些自動化完成程度較高的油田中，油水井自動化運行維護的需求亦相當迫切。當前各大石油公司在油水井自動化運行和維護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化系統，運維效率低、成本高，導致系統難以發揮出應有的效果；

（2）專業運維人員匱乏，素質相對較低，且缺乏專業技術培訓；

（3）缺乏相應管理系統對整個油田自動化系統的后期運行維護進行高效且系統化的管理，包括任務下達，人員及車輛調配管理、成本控制等；

（4）隨著物聯網技術的深入發展，自動化運維工作在管理理念、認識理念、體制、流程、組織模式及工作習慣上均會發生較大改變，需要進行深入的探索與發現。

為系統性解決上述問題，北京雅丹石油技術開發有限公司與中國石油大學、大港油田、青海油田等單位密切合作，深入研究開發了油氣水井生產物聯網iPES運行維護系統（簡稱iPES運維系統）。該系統的設計不僅針對雅丹iPES運行維護的需求，同時可以兼容其他單井自動化系統運維的需要。

2  系統的目標、組成、特色與流程

2.1  系統目標

油氣水井生產物聯網iPES運行維護系統的目標用戶為油田自動化與信息化管理單位；其管理對象為油田物聯設備以及相關的運維隊伍與裝備（車輛物資等）。該系統可以滿足油田用戶在提高油水井自動化運維效率，優化運維流程、降低運維成本，促進油田單井自動化系統健康與高效運行等方面的迫切需求。

油氣水井生產物聯網iPES運行維護系統主要建設目標為：建設一套配合iPES等油田單井自動化系統可實現自動化油水井設備狀態監測、報警管理、系統運行狀況統計分析、運維計劃制定、調度指揮、任務管理的物聯網系統。

2.2  系統組成

油氣水井生產物聯網iPES運行維護系統由指揮調度中心、物資設備庫、運維站點、現場庫、車載移動平臺、智能移動終端組成，其硬件和軟件組成如表1所示。

表1  iPES運維系統軟、硬件組成表

 iPES運維系統組成結構如圖1所示：

圖1 運維系統結構簡圖

2.3  系統特色

（1）通過工況診斷和設備故障報警可快速形成運維任務，減少生產損失；

（2）可方便、快捷的對安裝、維修、巡檢等運維任務進行管理，并可通過車載平臺或智能移動終端進行專家遠程會診與領導遠程指揮決策；

（3）實現對物聯設備智能管理、使用狀況評估及庫存管理，可更好地為用戶的設備采購提供參考和制定采購計劃；

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

（5）方便運維單位進行成本核算，并有助于降低用戶的運維成本。

2.4系統工作流程

系統的主要工作流程如圖2所示。

圖2 運維系統工作流程簡圖

3  系統功能

iPES運行維護系統包括系統管理、報警管理、任務管理、設備管理、人員管理、成本管理等六大功能子系統，iPES運維系統各部分主要功能如圖3所示：

圖3  iPES運維系統主要功能

3.1  系統管理

實現整個系統的模塊配置、界面設置等功能，是整個系統框架的管理。分別包括系統組織機構管理、崗位用戶管理、系統配置和系統日志。

3.2  報警管理

（1）工況診斷報警

 經過iPES系統診斷分析后，形成需要運維系統解決或確認的問題，轉交給運維調度安排相應的任務。

（2）物聯設備故障報警

由運維調度通過對各種類型報警進行分析與確認，形成運維任務。

3.3  任務管理

任務管理是iPES運維系統的核心功能。

（1）安裝任務管理

實現物聯設備安裝工單的查詢接收及下載、安裝的指導步驟、無線物聯設備綁定、設備檢測、設備安裝工況追蹤情況和任務完成確認情況等。

（2）維修任務管理

實現維護保養工單的查詢及下載、維護保養工單內容、維護保養準備內容、智能移動終端、維護保養信息反饋和維護保養工作完成確定等。

（3）巡檢任務管理

實現巡檢任務工單的查詢及下載、巡檢工單的內容、巡檢準備內容、無線物聯（智能移動終端）、巡檢工作單、巡檢信息反饋和巡檢完成確定等。

（4）任務工單管理

任務工單管理主要包括：工單模板管理、工單綜合查詢、工單統計分析、工單統計分析。

（5）遠程決策指揮管理

對于各類任務執行過程中的疑難問題或突發狀況，可通過車載平臺或智能移動終端上的遠程視頻會議模塊，將現場狀況實時傳回調度中心，進行專家遠程會診與領導遠程指揮決策。

3.4  設備管理

（1）物聯設備智能維護管理

由系統根據設備運行時間與條件，根據設備生產指標與專家經驗，通過系統智能生成一定時間內的巡檢與維修任務工單，作為常規任務的一部分。

（2）物聯設備使用狀況評估

對各種物聯設備的實際使用狀況（故障率、維修時間）進行統計分析，分別按照設備類型與生產廠家進行排名，為設備采購提供參考。

（3）智能移動終端管理：終端軟件配置、升級；使用狀況評估。

（4）車載移動平臺管理：車載平臺軟件配置、升級；硬件使用狀況評估。車輛位置信息、油量信息管理等。

（5）設備庫存管理

1）現場庫存管理：根據系統在用情況，定期填報常規物料需求單。

2）公司庫存管理：現場實際設備與物聯消耗狀況，定期編制采購計劃。

3.5  人員管理

主要包括：調度管理記錄、運維工程師管理記錄；

（1）調度記錄：單位時間內任務量統計，任務完成率統計、工作時間統計；

（2）運維工程師管理記錄：單位時間內任務量統計，任務完成率統計、維修任務工作時間統計（由智能終端記錄）、返修率統計、安全施工記錄、工作效率計算與排名。

3.6  成本管理

由系統對一段時間（周、月、季、年）內運維單位的成本進行詳細的核算，主要包括運維設備采購費用、人員成本、車輛運行與維護成本。各運維單位可按單井運維成本進行考核評比。

4  系統應用

該系統目前已在青海油田已安裝iPES系統的單位完成了初步部署，經過半年多的應用，取得了以下成果：

（1）通過報警管理和任務管理功能的應用，部署該系統單位的自動化單井上線率由83%左右提高到了95%以上。

（2）通過設備管理功能的應用，有效提高了設備安裝質量和設備維護操作的標準化，使得單井維護工作量減少15%以上，iPES運維成本下降了10%。

（3）通過系統的模擬運行和運行數據的智能管理，使得IPES系統維護人員在完成同樣技能培訓的前提下，培訓周期由6個月下降到3個月。

（4）該系統的部署還實現了運維工作的量化考核，有效提高了運維人員的工作積極性。

5  結束語

目前物聯網技術的發展一日千里，作為一套為物聯網服務的系統，必須定期根據技術發展與用戶新的需求進行有針對性的更新。更新的主要包括移動客戶端的開發、RFID深度應用、人工智能技術應用、云平臺建設等。

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