油田站场无人值守模式的推广应用

李秉军 刘玉芳 刘贵强 石利新 刘万斗

（1.华北油田第五采油厂；2.华北油田工程技术研究院）

华北油田总部位于河北省任丘市，在著名的“华北明珠”白洋淀之滨，北依首都北京，南望河北省会石家庄，东接滨海都市天津，西至文化古城保定，毗邻廊坊、沧州两座新型城市。勘探区域集中在冀中、二连、山西，横跨京津冀蒙晋五省市，矿权区域面积6.9×104km2；开发管理着56个油藏、27个天然气藏、7个煤层气区块，有石油资源量37.3×108t、天然气资源量3 982×108m3、煤层气资源量1.08×1012m3。有五个采油厂、山西煤层气、二连分公司、巴彦勘探分公司8个油气生产单位。随着华北油田自然减员人数的逐年增多，尤其是2021－2024年将是退休、离职人员高峰。新入职员工的人员又较少，使得人员需求结构出现了严重不平衡。伴随油田开发技术的日趋完善，数字化水平的不断提高和低成本开发的需要，油田站场快速向无人值守方向发展[1-3]。目前，华北油田各个采油厂已基本实现了数字化改造，通过数字化管理，优化劳动模式，可大幅提升油田的管理与运行效率，华北油田目前正积极推进减员增效，严格控制人工成本，努力提高公司的经济效益。2021年通过推进物联网建设，油田战场无人值守建设工作全面展开[4-6]。

1 现状

JJ站是华北油田高家堡油田唯一一座转油站，经过多次改造，站内设备设施状态较新，配套完整，生产运行状态良好。JJ站站外共有59口油井，目前开井47口，采用单管集油进JJ站。JJ站外输油流程：JJ站输往C25-1计阀组，与C15-8计来油汇合后，再输往C南联合站。目前JJ站每日外输量290 m3。JJ站站内包括集油系统、原油处理系统、外输系统、供热系统、天然气系统以及注水系统。包含的设备有井口加热器1台，井口加热炉1座，分离缓冲罐2座，高架储油罐4座，外输泵2台，常压热水锅炉2座，热水泵2台，外输加热炉2座，水源井（电潜泵）1台，储水罐1座，注水泵1台，注水撬1座，水箱1座。JJ站工艺流程见图1，站内设备主要运行参数见表1。

图1 JJ站工艺流程Fig.1 Process flow of JJ station

表1 JJ站站内设备主要运行参数Tab.1 Main operation parameters in the station equipment of JJ station

原有的JJ站与无人值守状态相比仍存在着许多不足之处，需要进一步优化与改进。人员不足问题逐渐突出；站内设备可视化程度低，必须现场人工操作；电力消耗严重且意外断电容易造成安全生产事故；仪表设备种类较多，维护复杂困难；同时缺乏智能安防系统，依靠人员辨别时间较长，容易将较小事情酿成重大事故。为此，油田公司在2021年初将JJ站作为无人值守建设试点站场[7-8]。

2 无人值守设计

2.1 概念

无人值守是通过对站场运行、岗位设置、操作频次等的调查，对需人工频繁操作的环节实施自动控制改造，减少操作频次，达到现场少人操作甚至无人操作的状态[9-11]。无人值守站场系统包括视频监控、数据采集、报警、门禁、存储管理、网络等[12-14]。这套系统不仅需要对站场主要仪器设备的运行状况进行实时监测以及防御外来入侵者的破坏，同时需要配合相关技术人员的定期巡检，形成物防、技防、人防的完整安防监控状态，实现无人值守的效果[15-17]。

2.2 技术要求

无人值守站场应配置数据采集控制系统，负责采集站场内的远控阀门、压力、温度、液位、流量、电参、加热系统等仪器仪表的数据，各仪表设备应具有就地显示及信息远传双重功能。

无人值守站场应配置相应的视频系统和安防系统，实现运行情况监视、入侵探测、防盗报警、出入口控制、安全检查等主要功能。视频和安防系统信号应能够传至监控中心，并具备远程控制、布防、撤防等功能。防区划分应做到避免盲区和死角，有利于报警时准确定位，视频监视和安防系统宜紧密集成。条件许可时可考虑视频与报警的联动。

2.3 JJ站改造方案

为实现JJ站无人值守，实现对各个分系统的统一管理，对突发事件实现统一指挥，一键实现流程安全切换。从以下五个方面进行整改与优化。

2.3.1 DCS控制系统

无人值守对控制的安全性要求较高，拟采用DCS控制系统。DCS系统具有很好的冗余功能，可以实现多通道热备功能，可以热插拨模块实现不停机系统维护。DCS系统通常采用的国际标准协议TCP/IP。它是安全可靠双冗余的高速通讯网络，系统的拓展性与开放性更好，而PLC因为基本上都为单个小系统工作，在与别的PLC或上位机进行通讯时，所采用的网络形式基本都是单网结构，网络协议也经常与国际标准不符。DCS系统所有I/O模块都带有CPU，可以实现对采集及输出信号品质判断与标量变换，故障带电拔，随机更换。依据JJ站月平均人工操作频率，划分远程自控范围与现场操作工作界面，非自控范围内的工作内容，仍然采用现场操作。

2.3.2 可视化操作系统

通过可视化视频、AI机器视觉分析、数据视频融合，以采集数据、网络传输、智能分析、高度集成、统一展示的理念为核心，构建数据中心、设备间、设备、路由、设备接口的逐级立体可视化，将数据和概念转化为图形，将复杂信息以立体、直观的方式传递给运维人员，使其快速消化和理解。运用传统软件与硬件设备的集成，把规模庞大的信息化建设、智能化管理工具集中构建为3D可视化操作系统。在控制室实现犹如身临其境的远程操作（看着现场视频图像，用鼠标点击图像上的虚拟按钮，实现设备的启停），它的操作方式是以视频为导向，桥接贯通各个系统，在视频图像上实现现场操作，即远程“就地”操控。实现抽油机井远程启停、电泵井远程控制、气井远程关断、注水自动调节控制、自动倒井计量控制等，用户可综合考虑生产需求、管理需求和安全需求，选择实现远程控制功能。极大降低现场用工人数，使得设备操作更加便捷、高效。

2.3.3 智能电源系统

现阶段JJ站依旧采用传统用电系统，还处于无网络化、无智能化的用电设备分散独立运行状态，后台无法实现对前端用电系统进行远程实时预警监测。实行JJ站用电智能化管理，提出以下要求：

1）智能管理，监测JJ站用电负荷的变化以及预防和控制由于超负荷运行引起的火灾隐患。

2）当系统断电时，0 s切换至UPS供电，确保事故状态，流程切换电动阀门动作畅通，同时切换至发电机组供电，恢复生产。

3）确保有效的监、管、控站内用电不合理现象。

4）通过对各用电回路及设备进行系统化管理，建立高效的预防、报警、跳闸保护机制，减少人身伤亡，财产损失。

平台软件充分利用设备运行数据，采用先进的软件开发技术，为用电场所提供强弱电集中管理、分析决策、数据安全的有力支撑，真正实现了安全用电、规范用电、节能用电、智慧用电的目标。

2.3.4 仪表、设备全生命周期管理系统

MS仪表管理系统的优势：多种仪表设备统一管理，操作简单方便；远程管理快速、便捷；在线监测与诊断提高设备可靠性；预测性维护降低维护费用、提高设备利用率；文档管理全面提升管理水平；使用先进技术保护原有投资；将维修时间降低到最短：MS可以准确定位事故发生的原因，可以准确确定设备是否需要维护及进行时间。MS的诊断功能可以在故障发生之前监测到问题的所在，提示工作人员在故障造成重大事故前，及时采取措施。无缝集成DCS系统，管理平台为决策者提供依据，现场处理问题的次数降到最少：MS提供必要的信息，使工作人员无需抵达现场，从PC机上就可以检查设备状态、组态设备参数、调整量程以及执行诊断等。MS提供设备状态数据，从而使维护人员可以进行有目的的维护。

2.3.5 智能虚拟布防监控平台

智能虚拟布防监控平台根据机器视觉监控闯入、火灾、泄漏等情况，基于深度神经网络的AI人工智能分析技术，通过设计计算机的计算单元来模拟生物神经元，进一步构造人工神经网络，网络经过训练学习后，能够对于给定的图像输入，实时分析图像中的目标对象类型及其状态，确认预警结果，进行分级报警管理。在联合站、库房等场站的围墙、大门和站内区域进行布防预警；在泵房、库房、罐区、油区、加热炉等区域实现火灾、油气泄露报警；同时对生产设备、管网泄露、高温炉壁击穿前，发出预警以及对场站内吸烟、劳保穿戴不全、外来人员闯入等发出报警，真正做到24 h全天候监控。

2.3.6 站控流程改进

基于HAZOP分析方法，系统分析了站内流程的安全现状与潜在风险，对JJ站可能面临的不同场景进行流程改进，增加了越站流程、越站加热流程、高架罐事故流程，并针对不同流程进行连锁控制设计，实现JJ站在正常状况、事故过程以及紧急状态下的流程切换，提高了JJ站工艺流程的稳定性、安全性和可操作性。JJ站站内流程改进见图2。

图2 JJ站站内流程改进Fig.2 Process improvement in the station of JJ station

3 推广后效果

2021年中期，JJ站经过无人值守设计改造，实现优化岗位用工人数，由四班三倒实现无人值守。JJ站原有员工37人，优化后减到20人，减少了用工人数，大大降低用工成本，产生巨大的经济效益。同时JJ站实现真正意义上的无人值守，能够满足环境敏感区与综治复杂区安全环保要求，为同类型无人值守站建设提供借鉴，带来了可观的社会效益。

根据JJ站无人值守推广成功经验，2022年初华北油田又先后在南部油田多个战场进行了推广，南部油田战场先后有17个计量站、22个拉油点实现了无人值守，效果明显，成效显著。

4 结论

通过对JJ站DCS控制系统、可视化操作系统、智能电源系统、仪表设备全生命周期管理系统、智能虚拟布防监控平台进行设计改造，实现了战场无人值守，可以得出如下结论：

1）有效提高生产运行效率。转变了原有生产组织方式，工作直接由中心站协调，减少了中间环节，组织机构更加精简，资源配置更加合理，生产组织效率大大提升。

2）降低劳动强度。规模配套自动化设备，大大缩减员工每天现场工作量并将员工从资料填报、现场巡检等日常繁琐的工作中解放出来。

3）降低安全隐患。将频繁人工操作改为自动控制，降低员工进入危险区域的频次，物的不安全状态和人的不安全行为使潜在安全隐患得到控制，有效降低了员工的安全风险。

4）盘活了劳动用工。面对今后油田生产一线人员运行压力，通过积极推行无人值守站运行，盘活站内操作员工，大大降低了人工成本支出。

5）重要参考价值。对其他场站的无人值守改造工作以及将来实现智慧油田中无人值守具有重要的指导意义。