推動產業變革 | 智慧油氣田 3D 視覺化大屏管理

1959 年 9 月 26 日 16 時許，松嫩平原上一個叫做大同的小鎮附近被命名為“松基三井”的油井裡黑色的油流噴射而出，標誌一個世界級特大型陸相砂岩油田的誕生。大慶油田開始生產後，我國甩掉了中國“貧油”的帽子。因為大慶油田，1961 年中國新增探明石油儲量達到 20 億噸。2021 年 8 月，中國石油大慶油田再次在大慶發現 12.68 億噸頁岩油田，我國石油儲量增加到 314 億噸。

早在 2020 年大慶油田就提出推進數字油田—智慧油田—智慧油田的“三步走”戰略，把資料作為關鍵生產要素，構建資料採集、傳輸、分析、決策的全流程體系，透過數字化與勘探開發業務的深度融合，拉動技術變革、生產變革、管理變革，驅動油田高質量發展。

圖撲軟體的線上智慧油田採用 2.5D 的輕量化設計。以四川地圖為基，展示整個省的油田分佈。運用 Hightopo 自主研發核心產品 HT for Web，實現可互動式的 Web 二維場景。透過 2D 組態瞭解石油勘探—石油開採—油氣集輸—井下作業—石油化學工業整個流程。利用 RFID、感測器、GPS、攝像機等裝置，結合 5G 和 AI 識別等技術，實現油田設施的智慧化識別、感知、定位、跟蹤、監控和管理。

圖撲軟體聚焦工業領域，提供完備流水線作業工具鏈，從 2D 設計、3D 設計到互動、動效皆有一站式的開發工具，設計師和程式設計師能實現協同作業開發，快速落地 2D、3D 視覺化成果。

油氣勘探

利用各種勘探技術和設施裝置進行資料採集，找到儲油氣的圈閉，並探明油氣田面積，油氣層情況和產出能力。許多油田或探區是在人跡罕至的地區，決策和管理層難以感性地瞭解油田的自然環境、地質、工程、建設、交通的真實情況。如果將資料接入圖撲的視覺化大屏，管理者就能實時掌握油田的勘探程式和油藏開發的重要資料。

石油勘探可分為調查和勘探兩個階段。調查階段主要任務是透過地面地質調查或地球物理測量或地球化學探測調查油氣藏存在的條件，瞭解地質概況後可用反射波地震勘探法進行詳查。在詳查確定的可能含油的構造上，採用鑽探井的方法，透過取岩心和測試油氣層以證實油氣層是否存在。鑽探後需詳細研究油氣藏的地質特徵（含油層變化規律，壓力系統和產量動態，油、氣、水情況），算準儲量，為油藏開發取得全部必要的資料。

當我們利用地質法、地球物理法、地球化學法和鑽探法獲得油氣田原始資料後，再經過資料融合、處理、轉換，形成日產量趨勢、油田資源分佈、油田產量排名的視覺化圖表。將油田的複雜性整體客觀地展示給管理者，讓他們在勘探、施工、建設的各個階段提前對工程進行合理的規劃，讓許多部署方案、開發方案在選址、選線、執行環節上更合理，降低風險，提高經濟效益。

環境保護

隨著國家“雙碳”政策的推行，低碳排放、保護環境與企業利益息息相關。石油天然氣開採是重汙染產業，開採過程中大氣汙染物主要包括天然氣淨化廠尾氣、油氣處理與集輸系統無組織逸散烴類廢氣，主要汙染物為 SO2 和 VOCs。

在石油生產、貯運、煉製加工及使用過程中，因事故、不正常操作及檢修等原因，都會有石油烴類的溢位和排放，造成大氣環境、土壤、地下水的汙染。如產生溫室效應、破壞臭氧層、土壤結構等，形成寸草不生的環境。透過圖撲視覺化大屏的監測，及時發現問題。採用原位生物修復技術、異位生物修復技術、植物修復技術、生物處理法或者透過過濾裝置等，淨化空氣和水源。

// 油田水處理過濾器

主要適用於處理廢水經反應後絮體比重接近於水的各類廢水。根據含油汙水的水質特徵及回注水水質要求，主要去除因子為懸浮物、石油類物質、硫化物及鐵，且保證處理後的回注水中顆粒物直徑 < 1.0 μm。過濾水可以再利用，以保護我國的淡水資源。

清水罐可用於儲存清水，和消防系統連結，不再另設消防用水池，減少佔地面積，保護環境。

藉助 HT 視覺化技術還可以獲得油田資訊以外的基礎資訊，如地籍、氣象、水文、天然地震、植被和其他礦產等與空間系統有關的資訊，有助於油田區域內的的管理、建設、環境保護和自然災難的預防。

石油開採

當完成油藏的勘探，確定了油藏型別和儲量，就會進行鑽井作業、固井。當射孔鑽開油氣層、地面設施建設完畢，安裝完井口裝置，標誌著石油開採的基礎條件已經具備。

// 油井開發

運用井架、操作平臺、柴油機、鑽機、鑽具、泥漿泵、發電機和測試裝備以及燃料油罐、鍋爐等從地面將地層鑽成孔眼。向井內下入套管，並向井眼和套管之間的環形空間注入水泥。用射孔彈射開目的層位的套管及水泥環，構成地層至井筒的連通孔道，以便於採油、採氣等作業。

鑽探裝置的數字孿生體與實體裝置共享資料資訊，監控裝置功率、轉速變化、運作狀態等資料，實現數字化管理。結合地震資料的實時採集以及與歷史地震資料 、勘探開發資料的綜合分析比較，實現油氣儲量的精準計算 、富集高產區的精確預測和地質風險的準確識別。

// 採油方式

自噴採油和人工舉升採油是採油的兩種方式，自噴採油是由於地下含油層壓力較高,憑其自身壓力就可以使原油從井口噴出的採油方式。人工舉升採油則是利用各種型別的泵把原油從井中抽出，目前我國石油開採以人工舉升採油為主。運用 Hightopo 自主研發核心產品 HT for Web，實現可互動式的 Web 二維場景，點選抽油機可下鑽到裝置詳情頁。

按舉升方式，分氣舉採油和深井泵採油兩類。其中深井泵採油又有有杆泵採油、螺桿泵採油等。有杆泵採油依靠從地面注入井內的高壓氣體與油層產出流體在井筒中混合，利用氣體的膨脹使井筒中的混合液密度降低，將流到井內的原油舉升到地面。

// 有杆泵

抽油機是有杆深井泵採油的主要地面裝置，它將電能轉化為機械能，包括遊梁式抽油機和無遊梁式抽油機兩種。抽油杆工作時，動力裝置將高速旋轉運動透過減速箱傳遞給曲柄，帶動曲柄作低速旋轉；曲柄透過連桿帶動遊梁作上下襬動；掛在驢頭上的懸繩器透過抽油杆帶動井下深井泵作上下往復運動，把油抽到地面。抽油泵是將機械能轉化為流體壓能的裝置，主要組成：工作筒(外筒和襯套)、柱塞、遊動凡爾(排出閥)、固定凡爾(吸入閥)。

綜合運用各類感測技術、有線/無線通訊技術以及資料分析技術，以智慧控制為手段，圍繞杆泵抽油系統的各個環節，如抽油機、抽油杆、抽油泵，對抽油工況及各種執行引數進行收集、處理和挖掘，最佳化引數配置，提升採油效率，降低執行成本，保持安全穩定高效生產。

// 油氣水三相分離器

油田油水井中安裝於泵下的一種“固、液、氣”三相分離裝置。油氣水混合物高速進入預脫氣室，靠旋流分離及重力作用脫出大量的原油伴生氣，預脫氣後的油水混合物經導流管高速進入分配器與水洗室，在含有破乳劑的活性水層內洗滌破乳，進行穩流，降低來液的雷諾係數，再經聚結整流後，流入沉降分離室進一步沉降分離，脫氣原油翻過隔板進入油室，並經流量計計量，控制後流出分離器，水相靠壓力平衡經導管進入水室，從而達到油氣水三相分離的目的。實現了原油脫水、原油脫天然氣和天然氣脫輕質油；還要做到汙水回收、天然氣回收和輕質油回收。

透過 HT 視覺化監控三相分離器的各項資料，將油田生產的自動化與資訊化相結合，將物聯網、雲端計算技術應用到油氣生產流程中，已經成為國內數字油田建設的主流方向。

// 注水電動增壓泵

注水是一種二次採油方法。透過注水井向地層注水，將地下原油驅替到生產井，增加一次採油後原油的採收率。

// 注水井

用來向油層注水的井。在油田開發過程中，透過專門的注水井將水注入油藏，保持或恢復油層壓力，使油藏有較強的驅動力，以提高油藏的開採速度和採收率。利用注水裝置把質量合乎要求的水從注水井注入油層，以保持油層壓力，這個過程稱為油田注水。油田注水是油田開發過程中向地層補充能量、提高油田採收率的重要手段之一。注水井管理技術水平的高低決定著油田開發效果的好壞，同時也決定著油田開發壽命的長短。

油氣集輸

油氣正式開採後需要將分散的油井所生產的石油、伴生天然氣和其他產品集中起來，經過各項裝置的處理、初加工，再將合格的油和天然氣分別外輸到煉油廠和天然氣使用者。可透過 HT 視覺化平臺將油田的各種空間實體自然地組織在一起，將徹底打破油田各專業資訊平臺橫向分割的局面，形成集勘探—開發—工程—集輸為一體的油田資訊系統。

// 加熱爐

指用火焰加熱原油、天然氣、水及其混合物等介質的專用裝置。它是油氣集輸系統中應用最多的一種油田專用裝置，其作用是將原油、天然氣，油水混合物、油氣水混合物加熱至工藝所需要溫度，滿足油氣集輸工藝及加工工藝的要求。從採油井口至原油外輸整個集輸系統，各個環節都要使用加熱爐。加熱爐也是一種高耗能裝置，正確地操作使用加熱爐，對提高熱效率、降低燃料消耗具有重要意義。

// 儲油罐

是一種儲存油品的容器，油庫的主要設施，在管道運輸中是輸油管的油源介面。按材質可分為非金屬油罐和金屬油罐兩大類。金屬油罐因造價低、不易滲漏、施工方便、維護容易而得到廣泛使用。球形油罐具有耐壓、節約材料等特點，多用於石油液化氣系統。

視覺化系統上可以方便地集合裝置管網密集的油田資訊、幾萬公里的油氣長輸管線和配套的幾萬座原油儲罐資訊，形成數字規劃、管理、安全監測、設計製圖的能力。

我國除了陸地石油資源外，海洋油氣資源也十分豐富。海上油氣勘探主要集中於渤海、黃海、東海及南海北部大陸架等地。海上油氣集輸圖撲軟體也有完成的視覺化解決方案。

天然氣開採

對於和原油儲藏在同一層位的天然氣，會伴隨原油一起開採。對於只有單相氣存在的氣藏，其開採方法既與原油的開採方法十分相似，又有其特殊的地方。中國是世界上最早開發和利用天然氣的國家，宋代開始較大規模地開發和利用天然氣，位於四川自貢市、富順縣和榮縣境內的自流井氣田，是當時世界上最大的天然氣田。

Hightopo 天然氣開採智慧可視系統，開篇動畫展示氣田建設三個階段：鑽前工程、鑽進工程和完井作業。包括：定井位、道路勘測、基礎施工、安裝井架、搬家、安裝裝置、一次開鑽、二次開鑽、鑽進、起鑽、換鑽頭、下鑽、完井、電測、下套管、固井作業等。

運用 Hightopo 自主研發核心產品 HT for Web，實現可互動式的 Web 三維場景，可進行縮放、平移、旋轉，展示天然氣田的設施裝置資訊。2D 皮膚接入實時資料，展示天然氣產量、裝置故障資訊、採氣純度、採氣效率、天然氣存量等資訊。介面下方的實體線框切換可檢視氣田的線框狀態。

由於天然氣密度小，為0.75～0.8千克/立方米；粘度小，在地層和管道中的流動阻力小；但膨脹係數大，彈效能量大。因此天然氣開採時一般採用自噴方式，同自噴採油方式基本一樣。

// 排水採氣

伴生氣通常含有雜質，採用閃蒸分離方式能分離出較重的氣體。為了提高伴生氣輕烴回收率，可採用中壓淺冷冷油吸收工藝。它具有采收率高、經濟效益好、工藝適應範圍廣、操作靈活性大等特點。

其實，提高氣體採收率的關鍵還是水患治理。由於水體的彈效能量會驅使水沿高滲透帶竄入氣藏，岩石本身的親水性和毛細管壓力的作用，水的侵入會封閉縫洞或空隙中未排出的氣體，比重高達岩石孔隙體積的 30%～50%，大幅降低了氣體採收率。

氣井產水後，氣流入井底的滲流阻力會增加，向上總能量消耗增大。氣藏的採氣速度將下降，氣井的自噴能力將減弱，單井產量迅速遞減，直到停產。透過採氣效率、採氣純度、含水飽和度、泥質含量、滲透率的資料變化，判斷滲水程度。透過排水採氣、化學封堵等方法，解決氣井井筒及井底附近地層積液過多或產水，使氣井恢復正常生產。

統計資訊

可透過當月耗電量和產氣量的比率判斷氣井內的滲水情況，及時採取補救措施。

報警資訊

透過圖撲的視覺化大屏在中控室就能實現裝置故障監控，及時通知工程人員進行維修。

副產品產量排行

可分析穩定氣體凝析液（SGC）等副產品的產出量，科學進行資源分配。

井下作業

油、水井在長期的生產過程中，不停頓地受到地下油、氣、水的腐蝕，逐漸老化，出現各種不同型別的故障，導致油水井不能正常生產，甚至停產。因此，必須對出現問題與故障的油水井進行井下作業，使油水井恢復正常生產。井下作業是油田勘探開發過程中保證油水井正常生產的技術手段。主要有油水井維修、油水井大修、油層改造和試油。

井下作業危險重重，透過視覺化巡檢，利用機器人檢修，將對工人健康增加一份保障。

石油天然氣化學工業

石油化工產品以煉油過程提供的原料油進一步化學加工獲得。生產石油化工產品的第一步是對原料油和氣（如丙烷、汽油、柴油等）進行裂解，生成以乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯為代表的基本化工原料。第二步是以基本化工原料生產多種有機化工原料（約200種）及合成材料 （塑膠、合成纖維、合成橡膠）。大到太空的飛船，小到牙刷等，都跟石油化工有著密切的關係。可以說，我們日常生活中的“衣、食、住、行”樣樣都離不開石化產品。

高速發展的電子工業以及諸多的高新技術產業，對石化產品，尤其是以石化產品為原料生產的精細化工產品提出了新要求，這對發展石化工業是個巨大的促進。

以天然氣為原料加工的產品或初級產品主要有合成氨、甲醇、甲醛、乙烯、合成氣或氫氣、乙炔、氯甲烷、二硫化碳、炭黑等。天然氣也是製造氮肥的最佳原料，具有投資少、成本低、汙染少等特點。

油氣下游的智慧工廠已初具規模，油氣上游業務作為傳統工業產業，智慧化轉型絕非一朝一夕之功，必須從企業發展戰略的高度上重視智慧化轉型，全面推進智慧油氣田建設。圖撲軟體基於區域性重新整理、批次聚合、影像快取、極少化 DOM 元素等，從底層設計就追求極致的效能，元件可承受萬級甚至十萬級別資料量。助力石油和天然氣行業突破應用極限，實現智慧化和綠色開發。

利用資訊融合、雲端計算、模糊識別等技術，實現區域協同、資料共享，並透過對海量資訊和資料的分析、處理，實現客觀、本質、全面的認知和判斷，從而實現對油田和氣田的視覺化、可量測的智慧化管理與控制。透過連點成面的方式來打破各單位、各專業部門各自建立“資訊孤島”的不利局面，建立一套科學和行之有效的智慧油氣田資訊共享機制。

為油氣田勘探開發、油氣生產、經營管理、礦區服務提供一種全新的管理手段，透過新方法的應用，提升各方面的泛在化、視覺化、智慧化水平，並最終推動油田的綠色環保和可持續發展。