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油田管道完整性管理系统设计与实践

摘要:油田各单位间管道数据标准、系统建设思路互不统一,导致管道完整性数据呈现“竖井式”隔离,难以实现管道完整性管理的标准化、规范化。为了解决上述问题,依托中国石油地理信息系统和中国石油采油与地面工程运行管理系统,构建了油田管道完整性管理系统,并在油田管道管理工作中进行了实例应用,取得了很好的效果。油田管道完整性管理系统的建立,实现了空间数据查询、统计、空间分析等功能。同时,地理信息系统GIS服务功能实现了导航、可视化、空间分析、决策支持等地理信息共享服务,为管道完整性管理提供支持,也可以满足日常管道完整性管理工作要求,其有较强的应用和推广价值。

关键词:油田管道;完整性;系统设计;数据库

管道是油气田生产系统的重要组成部分。近年来,随着油气田开发年限的延长及管道规模的扩大,管道腐蚀、老化问题日益突出[1],且部分管道位于环境敏感区域,安全运行管理面临诸多困难。因此,油气田管道隐患治理及管道安全受控运行具有重要意义[2]。管道完整性管理是对管道面临的风险因素不断进行识别和评价,持续消除已识别的不利影响因素,采取各种风险消减措施,将风险控制在合理、可接受的范围内,最终实现管道安全、可靠、经济运行的目的。油田在管道完整性管理方面尚缺少统一的管理系统,虽然有部分单位已经建设相关信息系统[3-7],但各单位间缺少统一标准,无法实现管道完整性的统一管理。而且不同单位建设的完整性管理系统所注重的内容不同,有的系统全面建设,有的系统重点关注数据管理,有的系统重点关注管道巡线等等。为了提高油田管道完整性管理的水平,打破各单位间的数据障壁,形成统一、高效的管理机制,建立油田管道完整性管理系统是十分必要的[8-10]。

1系统架构设计

根据管道完整性管理标准,依托中国石油地理信息系统(以下简称A4)、采油与地面工程运行管理系统(以下简称A5),搭建油田管道完整性管理系统,使地理信息服务与管道完整性管理核心内容有机结合,提供高后果区管理、风险管理、完整性评价等功能,为油田管道完整性管理提供技术支撑。其系统架构设计如图1所示。本系统依托A4、A5云化环境建设,无需再添加服务器、存储器、交换机等设施(图2)。设计时将数据中心机房作为系统部署地点,进行集中部署,要求稳定、可靠、安全,且实时性要求很高,因此系统的核心服务器采用两台设备集群的方式,保证单节点故障不影响系统的运行。

2系统数据库设计

构建油田管道完整性管理系统数据库采用了概念结构设计、逻辑结构设计以及物理结构设计三层设计。2.1概念结构设计。概念结构设计是数据库设计的关键,是通过对需求进行综合、归纳和抽象,形成一个独立于具体数据库管理系统的概念模型。油田管道完整性管理系统的数据包括基础地理数据、业务数据以及系统管理数据。其中,基础地理数据包括数字高程模型、数字正射影像和数字线划图三个部分;业务数据涵盖了长输管道、油田集输管道、油田单井管道、气田集输管道、气田单井管道等五大类;系统管理数据主要包括用户、岗位、组织机构、访问权限以及登录日志等数据信息。2.2逻辑结构设计。按照概念结构设计,油田管道完整性管理系统基础功能平台数据库将分为多个逻辑子库,即基础地理逻辑子库、业务逻辑子库和系统管理数据子库。其中业务数据将按照其业务应用特点进行逻辑建模;基础地理数据则遵循国家基础地理数据建库标准和规范进行设计;与系统管理相关的用户、权限及日志管理主要针对用户功能操作和数据访问权限进行设计。例如,管道中心线逻辑子库包括中线控制点和管线。中线控制点为点要素,是能够表达管道路由走向的一组特征点,原则上来说将中线控制点按序连接,构成线要素即是管线,所以管线和中线控制点间必然存在一对多的关系。同理,一条管线上必然存在多个埋深点采集数据,因此管线和埋深也存在一对多关系(图3)。其余管道上的重要节点,主要包括桩、站场和阀室。其中站场点和站场面、阀室点和阀室面存在一对一关系,而桩作为遍布管道沿线的重要设施,与站场和阀室存在多对一关系。2.3物理结构设计油田管道完整性管理系统采用Oracle作为数据库管理软件,利用MicrosoftVisio2015、基于Ar-cInfoUML建模模板进行空间数据库的物理建模,再利用ArcGIS桌面工具ArcCatalog进行底层的物理实现。实施过程中,通过CASE工具生成的数据库物理模型导入ArcCatalog,并在数据库系统中生成一个初始化后数据库版本。数据库中将存储所有设计信息,包括数据名称、数据属性项、关系、值域等。数据库维护人员可以按照迁移策略,根据设计,将外部数据导入数据库中实施建库工作。

3功能结构设计

油田管道完整性管理系统功能分为数据采集管理、完整性管理和运维管理三部分,具体功能见图4。数据采集管理是对长输、集输、单井各类管道的本体数据、周边环境数据、风险评价数据等管道完整性管理相关数据制定统一的数据标准,并建设通用的数据库结构,为油田管道完整性管理信息系统提供数据基础服务。完整性管理包括高后果区管理、风险评价、完整性检测评价和效能评价。主要功能是对管道日常运行的完整性和稳定性进行针对性评价。长输管道的评价模型将使用已有标准,而集输和单井管道,将根据现场情况,结合已有标准的要求,进行适应性调整,形成符合油田集输和单井管道实际情况的评价模型。运维管理包括维抢修管理、运行维护管理、巡线管理和失效管理功能。通过运行维护管理、巡线管理等功能对管道的运行情况进行监控,并通过维抢修管理功能,规范应急抢修工作的流程。同时,在管道运行阶段,通过运维管理能够持续采集管道周边和运行情况数据,为下一步的管道完整性管理提供新的数据来源,形成完整性管理的循环,降低管道运行风险,提高管道完整性管理水平。

4系统实现及应用效果

系统基于昌平数据中心云化环境来实现,并充分利用A4、A5的软硬件资源和数据资源,提高了系统的稳定性、可靠性,减少了油田管道完整性管理信息系统数据建设的工作量,降低了系统建设费用和后期基础地理数据更新费用。目前该系统已在长庆油田全油田范围内推广使用,管理各类油、气管道共78477km,系统运行正常。通过系统的9个功能模块,可方便快捷的对数据库中各类数据进行管理维护、查询展示、统计分析,在此基础上制定相应管理方案或者任务的下发,极大提高了工作的效率和质量,有效降低了工作强度。长庆油田下属单位自建管道信息系统平均建设费用约40万元,统一建设后,长庆油田可节约系统建设费用780万元;长庆油田已在气田880km管道开展检测及内外防护技术应用,可节约管道检测维护费用1222.3万元。综上,通过系统的建设应用,长庆油田可节约成本2002.3万元,经济效益明显。系统建成后,作为统一平台,避免了低水平重复建设,统一系统取代了原有分散系统,减少了信息孤岛,大幅提高了系统的应用范围,数据由单一单位内部使用变为统一管理、充分共享,为长庆油田的管道运行提供了准确和完善的信息,显著提高了油田的管理水平,提升了油田的社会形象和市场竞争力。同时,可充分发挥管道信息在油田应急管理、企地关系改善等方面的保障服务作用,社会效益显著。

5结束语

油田管道完整性管理系统的建立,实现了基础地理数据、业务数据以及系统管理数据模块的开发,并参照相关标准制定了油田长输、集输、单井等五类管道的数据字典和数据采集模板。系统大规模应用以后,将实现管道完整性数据采集、高后果区识别、风险评价、完整性评价、维修与维护和效能评价的闭环管理,降低油田管道隐患治理费用,全面提升油田管道管理水平,助力油田地面管理系统建设。

作者:蓝祥淼 单位:大庆油田设计院有限公司

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