油田管道完整性管理系統(tǒng)設(shè)計與實踐

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摘要：油田各單位間管道數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)建設(shè)思路互不統(tǒng)一，導(dǎo)致管道完整性數(shù)據(jù)呈現(xiàn)“豎井式”隔離，難以實現(xiàn)管道完整性管理的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。為了解決上述問題，依托中國石油地理信息系統(tǒng)和中國石油采油與地面工程運(yùn)行管理系統(tǒng)，構(gòu)建了油田管道完整性管理系統(tǒng)，并在油田管道管理工作中進(jìn)行了實例應(yīng)用，取得了很好的效果。油田管道完整性管理系統(tǒng)的建立，實現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計、空間分析等功能。同時，地理信息系統(tǒng)GIS服務(wù)功能實現(xiàn)了導(dǎo)航、可視化、空間分析、決策支持等地理信息共享服務(wù)，為管道完整性管理提供支持，也可以滿足日常管道完整性管理工作要求，其有較強(qiáng)的應(yīng)用和推廣價值。

關(guān)鍵詞：油田管道；完整性；系統(tǒng)設(shè)計；數(shù)據(jù)庫

管道是油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分。近年來，隨著油氣田開發(fā)年限的延長及管道規(guī)模的擴(kuò)大，管道腐蝕、老化問題日益突出[1]，且部分管道位于環(huán)境敏感區(qū)域，安全運(yùn)行管理面臨諸多困難。因此，油氣田管道隱患治理及管道安全受控運(yùn)行具有重要意義[2]。管道完整性管理是對管道面臨的風(fēng)險因素不斷進(jìn)行識別和評價，持續(xù)消除已識別的不利影響因素，采取各種風(fēng)險消減措施，將風(fēng)險控制在合理、可接受的范圍內(nèi)，最終實現(xiàn)管道安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。油田在管道完整性管理方面尚缺少統(tǒng)一的管理系統(tǒng)，雖然有部分單位已經(jīng)建設(shè)相關(guān)信息系統(tǒng)[3-7]，但各單位間缺少統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，無法實現(xiàn)管道完整性的統(tǒng)一管理。而且不同單位建設(shè)的完整性管理系統(tǒng)所注重的內(nèi)容不同，有的系統(tǒng)全面建設(shè)，有的系統(tǒng)重點關(guān)注數(shù)據(jù)管理，有的系統(tǒng)重點關(guān)注管道巡線等等。為了提高油田管道完整性管理的水平，打破各單位間的數(shù)據(jù)障壁，形成統(tǒng)一、高效的管理機(jī)制，建立油田管道完整性管理系統(tǒng)是十分必要的[8-10]。

1系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

根據(jù)管道完整性管理標(biāo)準(zhǔn)，依托中國石油地理信息系統(tǒng)（以下簡稱A4）、采油與地面工程運(yùn)行管理系統(tǒng)（以下簡稱A5），搭建油田管道完整性管理系統(tǒng)，使地理信息服務(wù)與管道完整性管理核心內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，提供高后果區(qū)管理、風(fēng)險管理、完整性評價等功能，為油田管道完整性管理提供技術(shù)支撐。其系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計如圖1所示。本系統(tǒng)依托A4、A5云化環(huán)境建設(shè)，無需再添加服務(wù)器、存儲器、交換機(jī)等設(shè)施（圖2）。設(shè)計時將數(shù)據(jù)中心機(jī)房作為系統(tǒng)部署地點，進(jìn)行集中部署，要求穩(wěn)定、可靠、安全，且實時性要求很高，因此系統(tǒng)的核心服務(wù)器采用兩臺設(shè)備集群的方式，保證單節(jié)點故障不影響系統(tǒng)的運(yùn)行。

2系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

構(gòu)建油田管道完整性管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用了概念結(jié)構(gòu)設(shè)計、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計以及物理結(jié)構(gòu)設(shè)計三層設(shè)計。2.1概念結(jié)構(gòu)設(shè)計。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵，是通過對需求進(jìn)行綜合、歸納和抽象，形成一個獨立于具體數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的概念模型。油田管道完整性管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)。其中，基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)包括數(shù)字高程模型、數(shù)字正射影像和數(shù)字線劃圖三個部分；業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)涵蓋了長輸管道、油田集輸管道、油田單井管道、氣田集輸管道、氣田單井管道等五大類；系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)主要包括用戶、崗位、組織機(jī)構(gòu)、訪問權(quán)限以及登錄日志等數(shù)據(jù)信息。2.2邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計。按照概念結(jié)構(gòu)設(shè)計，油田管道完整性管理系統(tǒng)基礎(chǔ)功能平臺數(shù)據(jù)庫將分為多個邏輯子庫，即基礎(chǔ)地理邏輯子庫、業(yè)務(wù)邏輯子庫和系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)子庫。其中業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)將按照其業(yè)務(wù)應(yīng)用特點進(jìn)行邏輯建模；基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)則遵循國家基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)建庫標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行設(shè)計；與系統(tǒng)管理相關(guān)的用戶、權(quán)限及日志管理主要針對用戶功能操作和數(shù)據(jù)訪問權(quán)限進(jìn)行設(shè)計。例如，管道中心線邏輯子庫包括中線控制點和管線。中線控制點為點要素，是能夠表達(dá)管道路由走向的一組特征點，原則上來說將中線控制點按序連接，構(gòu)成線要素即是管線，所以管線和中線控制點間必然存在一對多的關(guān)系。同理，一條管線上必然存在多個埋深點采集數(shù)據(jù)，因此管線和埋深也存在一對多關(guān)系（圖3）。其余管道上的重要節(jié)點，主要包括樁、站場和閥室。其中站場點和站場面、閥室點和閥室面存在一對一關(guān)系，而樁作為遍布管道沿線的重要設(shè)施，與站場和閥室存在多對一關(guān)系。2.3物理結(jié)構(gòu)設(shè)計油田管道完整性管理系統(tǒng)采用Oracle作為數(shù)據(jù)庫管理軟件，利用MicrosoftVisio2015、基于Ar-cInfoUML建模模板進(jìn)行空間數(shù)據(jù)庫的物理建模，再利用ArcGIS桌面工具ArcCatalog進(jìn)行底層的物理實現(xiàn)。實施過程中，通過CASE工具生成的數(shù)據(jù)庫物理模型導(dǎo)入ArcCatalog，并在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中生成一個初始化后數(shù)據(jù)庫版本。數(shù)據(jù)庫中將存儲所有設(shè)計信息，包括數(shù)據(jù)名稱、數(shù)據(jù)屬性項、關(guān)系、值域等。數(shù)據(jù)庫維護(hù)人員可以按照遷移策略，根據(jù)設(shè)計，將外部數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中實施建庫工作。

3功能結(jié)構(gòu)設(shè)計

油田管道完整性管理系統(tǒng)功能分為數(shù)據(jù)采集管理、完整性管理和運(yùn)維管理三部分，具體功能見圖4。數(shù)據(jù)采集管理是對長輸、集輸、單井各類管道的本體數(shù)據(jù)、周邊環(huán)境數(shù)據(jù)、風(fēng)險評價數(shù)據(jù)等管道完整性管理相關(guān)數(shù)據(jù)制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，并建設(shè)通用的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，為油田管道完整性管理信息系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)服務(wù)。完整性管理包括高后果區(qū)管理、風(fēng)險評價、完整性檢測評價和效能評價。主要功能是對管道日常運(yùn)行的完整性和穩(wěn)定性進(jìn)行針對性評價。長輸管道的評價模型將使用已有標(biāo)準(zhǔn)，而集輸和單井管道，將根據(jù)現(xiàn)場情況，結(jié)合已有標(biāo)準(zhǔn)的要求，進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，形成符合油田集輸和單井管道實際情況的評價模型。運(yùn)維管理包括維搶修管理、運(yùn)行維護(hù)管理、巡線管理和失效管理功能。通過運(yùn)行維護(hù)管理、巡線管理等功能對管道的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，并通過維搶修管理功能，規(guī)范應(yīng)急搶修工作的流程。同時，在管道運(yùn)行階段，通過運(yùn)維管理能夠持續(xù)采集管道周邊和運(yùn)行情況數(shù)據(jù)，為下一步的管道完整性管理提供新的數(shù)據(jù)來源，形成完整性管理的循環(huán)，降低管道運(yùn)行風(fēng)險，提高管道完整性管理水平。

4系統(tǒng)實現(xiàn)及應(yīng)用效果

系統(tǒng)基于昌平數(shù)據(jù)中心云化環(huán)境來實現(xiàn)，并充分利用A4、A5的軟硬件資源和數(shù)據(jù)資源，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，減少了油田管道完整性管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)建設(shè)的工作量，降低了系統(tǒng)建設(shè)費用和后期基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)更新費用。目前該系統(tǒng)已在長慶油田全油田范圍內(nèi)推廣使用，管理各類油、氣管道共78477km，系統(tǒng)運(yùn)行正常。通過系統(tǒng)的9個功能模塊，可方便快捷的對數(shù)據(jù)庫中各類數(shù)據(jù)進(jìn)行管理維護(hù)、查詢展示、統(tǒng)計分析，在此基礎(chǔ)上制定相應(yīng)管理方案或者任務(wù)的下發(fā)，極大提高了工作的效率和質(zhì)量，有效降低了工作強(qiáng)度。長慶油田下屬單位自建管道信息系統(tǒng)平均建設(shè)費用約40萬元，統(tǒng)一建設(shè)后，長慶油田可節(jié)約系統(tǒng)建設(shè)費用780萬元；長慶油田已在氣田880km管道開展檢測及內(nèi)外防護(hù)技術(shù)應(yīng)用，可節(jié)約管道檢測維護(hù)費用1222.3萬元。綜上，通過系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)用，長慶油田可節(jié)約成本2002.3萬元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。系統(tǒng)建成后，作為統(tǒng)一平臺，避免了低水平重復(fù)建設(shè)，統(tǒng)一系統(tǒng)取代了原有分散系統(tǒng)，減少了信息孤島，大幅提高了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，數(shù)據(jù)由單一單位內(nèi)部使用變?yōu)榻y(tǒng)一管理、充分共享，為長慶油田的管道運(yùn)行提供了準(zhǔn)確和完善的信息，顯著提高了油田的管理水平，提升了油田的社會形象和市場競爭力。同時，可充分發(fā)揮管道信息在油田應(yīng)急管理、企地關(guān)系改善等方面的保障服務(wù)作用，社會效益顯著。

5結(jié)束語

油田管道完整性管理系統(tǒng)的建立，實現(xiàn)了基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)模塊的開發(fā)，并參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定了油田長輸、集輸、單井等五類管道的數(shù)據(jù)字典和數(shù)據(jù)采集模板。系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用以后，將實現(xiàn)管道完整性數(shù)據(jù)采集、高后果區(qū)識別、風(fēng)險評價、完整性評價、維修與維護(hù)和效能評價的閉環(huán)管理，降低油田管道隱患治理費用，全面提升油田管道管理水平，助力油田地面管理系統(tǒng)建設(shè)。

作者:藍(lán)祥淼 單位:大慶油田設(shè)計院有限公司