油田地面系统数字化建设虚拟技术应用

张龙

长庆油田分公司第七采油厂，甘肃 庆阳 745708

摘要：地面系统实施分层、分系统的数字化建设，投资大、建设周期长，难以满足油田进行数字化管理的迫切需求，同时分散的系统改造难以建立起地上、地下及地面系统间的有效关联，以及油田数字化的全方位管理。因此在数字化建设整体规划阶段，需首先建立起与生产场景完全相符合、能够真实反映地面系统全部工艺环节、地面和地下设施之间相关联，对油田进行全面管理的数字化虚拟场景，通过各生产工艺环节和设施的矢量化、图形化、虚拟数字化建设场景对地面系统进行数字化管理，实现数字化建设的顶层设计，为开展数字化建设奠定坚实基础。

关键词：数字化建设；虚拟场景；数字化管理平台；

1数字化虚拟场景建立

1.1以油井矢量化为中心的一体化管理体系

油井是地面、采油及油藏的三大系统中心环节，其中油井分布图形、坐标及相关参数，是采油工艺、油藏工艺确定采油方式，进行井网布局及调整开发的重要依据。因此要实现地上、地下一体化管理，必须首先建立起油井的虚拟场景。为满足地面、采油及油藏三位一体的管理需求，油井的虚拟化需要油井地形、井位及生产数据的真实描述。三维地形地貌图形建设包括无人机航拍提取数字地面模型DTM和影像处理两方面内容。通过提取带有空间位置特征和地形属性特征的数字地面模型DTM，生成带有公里格网、图廓整饰和注记的数字正射影像DOM单元，最终建立了MPT格式的油田三维地形地貌矢量图背景。

1.2地面系统全区域三维可视化

原油生产过程从油井采出经集输管网进入站库进行处理，再辅以供配电、道路设施等构成了地面系统的主体网络，要模拟复杂的地面系统，建立起地面系统的关联，首先应建立起站库、管道、供配电及道路等主体网络的虚拟场景，再辅助其他设施，才能实现地面系统全区域管理。主体网络的虚拟化场景采用图型与数据的交互模式。

（1）建立全比例三维站库工艺模型。采用激光扫描三维建模和3DMAX建模相结合的方式，以现场工艺和设计图纸为依据，建设全比例三维站间工艺模型和设备内部结构，实现生产运行可视化管理。首先，采集三维点云数据。利用激光相位扫描仪，通过合理设置扫描站点、扫描路径、扫描参数，获取原始点云数据。利用激光相位扫描仪内置集成同步相机获取物体表面高清纹理信息。然后通过点云拼接、去噪、赋色、纹理处理完成原始点云优化拼接，利用KubitPointCloud和3DMax模型编辑软件完成三维仿真模型建设。

三维激光扫描点云拼接是应用FaroSCENE点云数据处理软件，根据已设置的扫描参数，将原始三维点云数据进行自动拼接，将集成相机拍摄的场景纹理信息与黑白点云匹配，生成具有真实色彩信息的点云数据。将拼接优化后的三维激光点云数据导出，应用KubitPointCloud和3DMax三维模型编辑软件进行修整，完成站间三维模型建设。通过建设站库全比例三维工艺，实现了站库可视化管理，使地面三维工艺和生产动静态信息同步展示，为油田生产在三维可视化基础上实现集中监控提供了技术平台。

（2）建立地上、地下设施信息矢量图。对地面设备、设施进行探测及测绘，建立地面集输、天然气、污水、注水、配注、供配电、给排水及道路全部8个专业系统矢量图，在平面和空间上实现精确定位管理。一是埋地管线探测。在油田地面系统技术管理平台建设中，采用了准确性较高的电磁探测法，开展2GPS-RTK测绘，通过建模软件绘制二维、三维系统矢量图。二是测绘建模。根据管道探测点及电网、排水渠、道路的特征点，应用GPS测绘技术，采集地面设备空间位置信息，应用ArcMap建模技术，建设了管道、电网、水渠及道路等专业的二维、三维系统矢量图。通过二维、三维系统矢量图建设，实现了站、间、井、管网及电网等地面设施精确定位，改变了“示意图”的管理模式。

2数字化管理平台开发

数字管理平台以建立虚拟场景为基础，通过油田三维系统图、树状网页运行视窗、统一数据处理平台，实现了地面系统生产管理信息化。平台采用数据、服务、逻辑及应用四层设计，包括数据信息提取、服务逻辑统计梳理，通过二维、三维系统实现功能展示。其中二维地图、三维地图、数据综合应用及三维模型共享服务是功能实现的核心。一是充分利用测绘成果数据的空间拓扑关系。以地图数据为载体，深挖地面系统的应用功能，建立了空间目标实体点、线、面之间的邻接，关联和包含关系，即空间拓扑关系，使之成为数据处理和空间分析的基本原则和法则。根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，可以确定一种空间实体相对于另一种空间实体的位置关系，有利于空间要素的查询。二是应用空间拓扑关系开发专项功能。以空间拓扑关系为索引，开发管网查询统计、产量查询统计、埋地管道穿孔分析及供配电网断电分析等应用功能。三是建立规范的数据流程体系。通过研究地面系统实体对象与生产运行环节之间的关系，进行数据信息关联，建立了含数据预处理、数据规约、数据清理、数据转换、数据存储等一整套地面数据管理流程体系。

3数字化管理平台应用

（1）全比例三维站库工艺为集中监控、无人值守提供了技术平台。油田数字化建设实施分层级、分系统的数字化改造。其中联合站、污水站及配制站等大型站场按照多岗合并、集中监控的建设思路，进行站场集中监控改造设计，通过设置中心控制室，整个站场的生产过程在中心控制室进行集中监控，值班人员采用定期巡检的方式对生产岗位的生产设施进行例行检查。实现大型站场内所有工艺生产过程参数的自动采集及控制功能，实现大型站场集中监控、少人值守建设模式。转油站、注入站等中型站场按照区域巡检、无人或少人值守模式进行改造，除增设必要的数据采集及参数控制外，为保证站库运行安全，需增加重要节点的远程控制，确保在中心控制室进行紧急突发处理。单井及小型站场按照区域巡检、无人值守模式进行改造。

（2）利用三维地形地貌矢量图升级改造油田道路。利用油田地面系统技术管理平台道路查询统计功能，对全厂油田专用公路、井排路、进站路等破损情况进行分类统计，经现场调查核实，2016—2018年共安排改造道路73.8km。（3）利用地面设施精确定位功能检测、更换失效管线。对管线穿孔情况进行定位查询统计，利用系统预警提示功能，对全厂埋地管道失效情况进行分类，对失效严重及单条管线穿孔达到10次以上的管道，通过检测及现场核实后，进行修复更换。对管道穿孔失效重点腐蚀区域实施区域阴极保护，应用自动调控技术，实现了自动采集数据、自动调控功能。控制了埋地管道的腐蚀速率，保证了埋地管道安全平稳运行。

4结束语

（1）为加快油田数字化管理进程，地面系统的数字化建设应结合虚拟场景技术，模拟真实的数字化管理状态，为油田数字化建设进行顶层设计，为后续逐步实施数字化建设奠定基础。

（2）为解决地面系统设施庞大、系统管理复杂的问题，数字化虚拟场景的建立应以油井矢量化为中心，建立地上、地上系统纵横向联系，以系统主体网络为骨干，建立起地面系统全区域三维可视化管理模式。

（3）结合虚拟场景的建立，开发数字化管理平台，以真实的状态来模拟现场及生产运行状况，通过平台进行真实模拟规划、改造、管理等相关过程，为油田未来实现自动控制打下基础。

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