雅丹 油气水井生产物联网iPES的工单系统的研制
2012/11/6 14:17:10
1 前言
iPES油气水井生产物联网系统（Intelligent Production Engineering System for Wells）是一套基于自动化技术、计算机技术、网络技术、系统工程技术以及油气田开发专业技术，以提高油田数字化水平、单井产能、系统效率和降低能耗为目的，集数据采集、数据管理、生产预测、工程分析、远程计量、优化设计、措施计划安排、控制执行等于一体的综合信息平台[1]。该平台产生的故障诊断结论分两类：油气生产设备故障报警和物联设备及其网络故障报警。油气生产设备故障是由油田管井组人员根据下达的工单内容进行管理和处理；物联设备及其网络故障处理是由自动化维护人员进行管理。在当前油田日常故障处理中更多的是依赖人工作业和个人经验，这大大降低了生产效率，而且在故障处理时也存在着延误性。针对目前油气水井故障处理情况，油田在油气生产设备故障和物联设备及其网络自身故障问题中急需一套解决方案来解决，而以往油田故障处理情况和用户反馈的意见也为建立iPES工单系统奠定了基础。
本文介绍的iPES工单系统是应用物联网技术以快速处理故障报警、提高生产效率为目的的工单系统软件。该系统对油气水井出现各种报警故障和物联设备及其网络故障进行处理，实现工单下达任务的自动流转和实时流转，各管井组人员通过智能PDA登陆，查询、下载工单任务，实时获取工单内容，进行故障处理，通过无线网络上报处理结果和反馈信息，提交到控制中心，控制中心根据信息反馈的情况及时进行故障自检，并能随时做出决策和指挥，真正实现对报警故障快速有效地处理，从而提高生产效率，降低油田人员的生产劳动强度。
2 系统架构
该系统是在windows 操作系统上自主研发，采用B/S架构，以TCP/IP作为基础数据传输协议，通过通信网络无线数据通道GPRS/3G/wifi等，将控制中心的工单数据下发到智能PDA终端上，由油田管井组人员将故障处理完成情况进行实时的反馈。该系统利用智能PDA作为访问工具，通过无线网络接入实时控制中心平台，让管井组人员在任何时间、任何地点能够登陆平台进行工作处理，并实时获取最新工单情况。在报警故障维修时应用物联网技术对维修设备无线物联，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的目的。
整个系统采用分层的设计思路，层与层之间为松耦合设计，采用明确定义的接口来交互作用，任一层的内部变化不影响其它层的运行，具备很强的扩展性能与适应性能，完全能够支持随以后使用过程中不断变化的应用。构建本系统由用户层、业务逻辑层、数据层组成。用户层实现用户通过web、智能PDA终端访问；业务逻辑层是对数据层的操作，对数据业务逻辑处理；采用oracle数据库作为工单处理系统的底层数据库构成了该系统的数据层。移动智能PDA的应用则是实现物联设备安装、工单派发、故障处理情况的反馈和物联网设备数据交互及应用等功能，使得在处理单井故障情况下更加智能化。
本系统分为六大子系统，包括系统管理子系统、工单管理子系统、日常巡检子系统、维护保养工单子系统、故障维修工单子系统和设备安装工单子系统。工单系统应用架构如图1和图2所示。
3 工单系统功能设计
3.1 系统管理子系统
实现整个系统的模块配置、界面设置等功能，是整个系统框架的管理。分别包括系统组织机构管理、系统角色用户管理、系统配置和系统日志。
3.1.1 系统组织机构管理
对系统组织机构能实现添加、删除、修改等功能管理。
3.1.2 系统角色用户管理
添加系统角色（管理角色名称、当前状态、可操作单位和所有权限等功能）、系统角色权限（设定角色权限管理）、用户设置（添加用户名称并设置启用状态和管理范围）等功能。
3.1.3 系统配置
实现系统间配置、模块间配置和报表间配置等功能。并且可以灵活的配置之间相关内容。
3.1.4 系统日志
根据时间、子系统名称、用户名称等条件查询系统日志（包括用户名称、活动时间、子系统名称、模块分类名称、明细模块名称和IP地址）。
3.2 工单管理子系统
实现整个工单的管理，包括工单类型、模块管理、综合查询和统计分析。能够自动生成各种所需工单，进行下达流转。
3.2.1 工单类型
对工单类型可以灵活实现添加、删除、修改、克隆等功能。
3.2.2 工单模板管理
实现工单模板的灵活配置，自动生成所需类型工单模板。
3.2.3 工单综合查询
根据自动下达的所有工单情况，按工单编号、日期、井号等条件进行综合查询。
3.2.4 工单统计分析
按工单编号、日期、井号等条件查询工单统计内容，并对其统计工单情况（工单编号、工单模板、工单类型、工单内容等）进行分析。
3.3 日常巡检工单子系统
实现巡检工单的查询及下载、巡检工单的内容、巡检准备内容、无线物联（PDA）、巡检工作单、巡检信息反馈和巡检完成确定等。巡井人通过智能PDA终端登陆，对巡检工单进行查询及下载，了解巡检工单内容和巡检准备内容，当巡井任务接受后，巡井人到现场进行人工巡井，通过无线物联PDA进行设备物联，状态匹配成功后进行预定义人工巡井，反馈巡井状况到控制中心进行智能巡井，待自动巡井完成后，巡井完成得到确认，巡井任务结束。
3.3.1 巡井范围设定
对巡井范围设定实现添加、删除、维护等功能。
3.3.2 巡井工单管理
对巡井机制（实现添加、删除、修改等功能）、巡井内容（实现添加、删除、修改等功能）、巡井工单自动生成和下发（对巡井工单进行今日、昨日查询和下载工单内容）、巡井信息监控（按井号、日期等条件查询巡井结果、巡井状态和巡井下一步工作等情况）等功能进行管理。
3.3.3 巡井工单统计分析
记录巡井的状况反馈、巡检报告和巡井的完成时间等。当巡井任务完成后，还可以查询该巡井工单编号下的巡井信息，包括工单数据、工作内容、准备事项、检查项、工作要求、物联设备等。
3.4 维护保养工单子系统
实现维护保养工单的查询及下载、维护保养工单内容、维护保养准备内容、无线物联（PDA）、维护保养信息反馈和维护保养工作完成确定等。
3.4.1 维修保养周期管理
对保养周期管理实现录入、删除、修改等功能。
3.4.2 维修保养工单管理
对工单生成、下发（可实现查询下载维护保养工单情况）和监控保养状态（按井号、日期等条件查询维修保养结果、完成时间、进行状态和下步工作情况等内容）等功能进行管理。
3.4.3 维修工单统计分析
统计保养情况的状况反馈和反馈时间等。当保养维护工作完成后，还可查询该维修保养工单编号下的保养信息，包括工单数据、工作内容、准备事项、保养项、工作要求、保养物联设备等。
3.5 故障维修工单子系统
实现故障维修工单的查询及下载、维修工单内容、维修工作准备内容、无线物联（PDA）、维修信息反馈和维修工作完成确认等。
3.5.1 故障报警配置模块
对故障巡视内容、维修准备材料和故障处理步骤等内容实现添加、删除、修改等操作功能。
3.5.2 故障报警工单管理
对报警工单管理实现自动生成工单、下发（可实现查询下载故障报警工单内容）、监控反馈信息（按井号、日期等条件查询反馈内容、反馈时间、确认的原因等信息）和查询故障处理过程中反馈情况（查询故障维修内容、维修要求收到时间、维修完成时间、当前处理状态、告警级别等情况）等功能。
3.5.3 故障报警工单统计分析
统计故障报警的故障原因补充说明、维修结果和维修检测结果等。当故障维修工作完成后，还可查询该故障维修工单编号下的维修情况信息，包括工单数据、巡视内容、巡井人、故障检查完成时间、故障处理步骤、维修准备材料和维修限定完成的时间等。故障维修工单流程如图3所示。
3.6 物联设备安装工单
实现物联设备安装工单的查询接收及下载、安装的指导步骤、无线物联设备绑定、设备检测、设备安装工况追踪情况和任务完成确认情况等。
3.6.1 物联设备管理
添加设备录入（对设备录入实现添加、删除、修改等功能）、井号匹配（对井号进行物联监测匹配）、安装情况（按日期、井号等条件查询安装日期、安装设备、安装物联状态等情况）等功能。
3.6.2 设备安装工单管理
对自动生成工单、下发（可实现查询下载工单安装步骤、准备材料、安装设备名称等内容）和监控安装情况（按日期、井号等条件查询安装设备类型、设备编号、位置信息、当前参数、采集时间和参数值等内容）等功能进行管理。
3.6.3 设备安装工单统计分析
统计设备安装的完成情况和完成时间等。当安装设备完成后，还可查询该设备工单编号下的安装情况，包括安装位置、安装设备列表、安装设备所需材料、安装人、安装完成限定时间、安装指导步骤、设备检测单等。
4 结论
通过上面的研究，对该系统有如下认识。
（1）该工单系统实现了油气生产设备及物联设备故障数据的外部获取、内部数据共享，方便快捷地进行数据访问。
（2）能够准确快速地了解油气水井出现的各种故障问题，同时避免单靠人工管理处理故障时出现相关延误性；在油气水井生产设备故障和物联设备及其网络故障发生时不仅能快速获知，而且能够及时诊断、实时处理。
（3）该工单系统软件功能强、性能稳定，具有良好的开放性、兼容性和扩展性，能实时通过智能PDA终端无线连接到控制中心上，实现管井组人员与控制中心随时联系，准确快速地对报警故障问题进行解决，实时反馈完成情况。
（4）采用浏览器/服务器（网络+数据库）的系统体系结构，实现网上报警故障信息的查询与诊断、工单的派发，提高了故障报警处理效率，降低了油田人员生产劳动强度。通过关键告警集中展现、工单自动派发、物联设备监控、故障实时反馈和控制中心自我检测，实现油气水井报警故障和物联设备及其网络故障处理智能化。
参考文献：
[1] 檀朝东等．油气水井生产物联网系统iPES的技术研究[J]．中国石油和化工，2012，3：61~64．
作者简介：王新义，2005年毕业于中国石油大学（华东）工商管理专业，现在吐哈油田温米采油厂，主要从事合同及造价管理工作，e-mail：wangxinyi@petrochina.com.cn，电话：13909953673，0995-8377869。
iPES油气水井生产物联网系统（Intelligent Production Engineering System for Wells）是一套基于自动化技术、计算机技术、网络技术、系统工程技术以及油气田开发专业技术，以提高油田数字化水平、单井产能、系统效率和降低能耗为目的，集数据采集、数据管理、生产预测、工程分析、远程计量、优化设计、措施计划安排、控制执行等于一体的综合信息平台[1]。该平台产生的故障诊断结论分两类：油气生产设备故障报警和物联设备及其网络故障报警。油气生产设备故障是由油田管井组人员根据下达的工单内容进行管理和处理；物联设备及其网络故障处理是由自动化维护人员进行管理。在当前油田日常故障处理中更多的是依赖人工作业和个人经验，这大大降低了生产效率，而且在故障处理时也存在着延误性。针对目前油气水井故障处理情况，油田在油气生产设备故障和物联设备及其网络自身故障问题中急需一套解决方案来解决，而以往油田故障处理情况和用户反馈的意见也为建立iPES工单系统奠定了基础。
本文介绍的iPES工单系统是应用物联网技术以快速处理故障报警、提高生产效率为目的的工单系统软件。该系统对油气水井出现各种报警故障和物联设备及其网络故障进行处理，实现工单下达任务的自动流转和实时流转，各管井组人员通过智能PDA登陆，查询、下载工单任务，实时获取工单内容，进行故障处理，通过无线网络上报处理结果和反馈信息，提交到控制中心，控制中心根据信息反馈的情况及时进行故障自检，并能随时做出决策和指挥，真正实现对报警故障快速有效地处理，从而提高生产效率，降低油田人员的生产劳动强度。
2 系统架构
该系统是在windows 操作系统上自主研发，采用B/S架构，以TCP/IP作为基础数据传输协议，通过通信网络无线数据通道GPRS/3G/wifi等，将控制中心的工单数据下发到智能PDA终端上，由油田管井组人员将故障处理完成情况进行实时的反馈。该系统利用智能PDA作为访问工具，通过无线网络接入实时控制中心平台，让管井组人员在任何时间、任何地点能够登陆平台进行工作处理，并实时获取最新工单情况。在报警故障维修时应用物联网技术对维修设备无线物联，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的目的。
整个系统采用分层的设计思路，层与层之间为松耦合设计，采用明确定义的接口来交互作用，任一层的内部变化不影响其它层的运行，具备很强的扩展性能与适应性能，完全能够支持随以后使用过程中不断变化的应用。构建本系统由用户层、业务逻辑层、数据层组成。用户层实现用户通过web、智能PDA终端访问；业务逻辑层是对数据层的操作，对数据业务逻辑处理；采用oracle数据库作为工单处理系统的底层数据库构成了该系统的数据层。移动智能PDA的应用则是实现物联设备安装、工单派发、故障处理情况的反馈和物联网设备数据交互及应用等功能，使得在处理单井故障情况下更加智能化。
本系统分为六大子系统，包括系统管理子系统、工单管理子系统、日常巡检子系统、维护保养工单子系统、故障维修工单子系统和设备安装工单子系统。工单系统应用架构如图1和图2所示。
3 工单系统功能设计
3.1 系统管理子系统
实现整个系统的模块配置、界面设置等功能，是整个系统框架的管理。分别包括系统组织机构管理、系统角色用户管理、系统配置和系统日志。
3.1.1 系统组织机构管理
对系统组织机构能实现添加、删除、修改等功能管理。
3.1.2 系统角色用户管理
添加系统角色（管理角色名称、当前状态、可操作单位和所有权限等功能）、系统角色权限（设定角色权限管理）、用户设置（添加用户名称并设置启用状态和管理范围）等功能。
3.1.3 系统配置
实现系统间配置、模块间配置和报表间配置等功能。并且可以灵活的配置之间相关内容。
3.1.4 系统日志
根据时间、子系统名称、用户名称等条件查询系统日志（包括用户名称、活动时间、子系统名称、模块分类名称、明细模块名称和IP地址）。
3.2 工单管理子系统
实现整个工单的管理，包括工单类型、模块管理、综合查询和统计分析。能够自动生成各种所需工单，进行下达流转。
3.2.1 工单类型
对工单类型可以灵活实现添加、删除、修改、克隆等功能。
3.2.2 工单模板管理
实现工单模板的灵活配置，自动生成所需类型工单模板。
3.2.3 工单综合查询
根据自动下达的所有工单情况，按工单编号、日期、井号等条件进行综合查询。
3.2.4 工单统计分析
按工单编号、日期、井号等条件查询工单统计内容，并对其统计工单情况（工单编号、工单模板、工单类型、工单内容等）进行分析。
3.3 日常巡检工单子系统
实现巡检工单的查询及下载、巡检工单的内容、巡检准备内容、无线物联（PDA）、巡检工作单、巡检信息反馈和巡检完成确定等。巡井人通过智能PDA终端登陆，对巡检工单进行查询及下载，了解巡检工单内容和巡检准备内容，当巡井任务接受后，巡井人到现场进行人工巡井，通过无线物联PDA进行设备物联，状态匹配成功后进行预定义人工巡井，反馈巡井状况到控制中心进行智能巡井，待自动巡井完成后，巡井完成得到确认，巡井任务结束。
3.3.1 巡井范围设定
对巡井范围设定实现添加、删除、维护等功能。
3.3.2 巡井工单管理
对巡井机制（实现添加、删除、修改等功能）、巡井内容（实现添加、删除、修改等功能）、巡井工单自动生成和下发（对巡井工单进行今日、昨日查询和下载工单内容）、巡井信息监控（按井号、日期等条件查询巡井结果、巡井状态和巡井下一步工作等情况）等功能进行管理。
3.3.3 巡井工单统计分析
记录巡井的状况反馈、巡检报告和巡井的完成时间等。当巡井任务完成后，还可以查询该巡井工单编号下的巡井信息，包括工单数据、工作内容、准备事项、检查项、工作要求、物联设备等。
3.4 维护保养工单子系统
实现维护保养工单的查询及下载、维护保养工单内容、维护保养准备内容、无线物联（PDA）、维护保养信息反馈和维护保养工作完成确定等。
3.4.1 维修保养周期管理
对保养周期管理实现录入、删除、修改等功能。
3.4.2 维修保养工单管理
对工单生成、下发（可实现查询下载维护保养工单情况）和监控保养状态（按井号、日期等条件查询维修保养结果、完成时间、进行状态和下步工作情况等内容）等功能进行管理。
3.4.3 维修工单统计分析
统计保养情况的状况反馈和反馈时间等。当保养维护工作完成后，还可查询该维修保养工单编号下的保养信息，包括工单数据、工作内容、准备事项、保养项、工作要求、保养物联设备等。
3.5 故障维修工单子系统
实现故障维修工单的查询及下载、维修工单内容、维修工作准备内容、无线物联（PDA）、维修信息反馈和维修工作完成确认等。
3.5.1 故障报警配置模块
对故障巡视内容、维修准备材料和故障处理步骤等内容实现添加、删除、修改等操作功能。
3.5.2 故障报警工单管理
对报警工单管理实现自动生成工单、下发（可实现查询下载故障报警工单内容）、监控反馈信息（按井号、日期等条件查询反馈内容、反馈时间、确认的原因等信息）和查询故障处理过程中反馈情况（查询故障维修内容、维修要求收到时间、维修完成时间、当前处理状态、告警级别等情况）等功能。
3.5.3 故障报警工单统计分析
统计故障报警的故障原因补充说明、维修结果和维修检测结果等。当故障维修工作完成后，还可查询该故障维修工单编号下的维修情况信息，包括工单数据、巡视内容、巡井人、故障检查完成时间、故障处理步骤、维修准备材料和维修限定完成的时间等。故障维修工单流程如图3所示。
3.6 物联设备安装工单
实现物联设备安装工单的查询接收及下载、安装的指导步骤、无线物联设备绑定、设备检测、设备安装工况追踪情况和任务完成确认情况等。
3.6.1 物联设备管理
添加设备录入（对设备录入实现添加、删除、修改等功能）、井号匹配（对井号进行物联监测匹配）、安装情况（按日期、井号等条件查询安装日期、安装设备、安装物联状态等情况）等功能。
3.6.2 设备安装工单管理
对自动生成工单、下发（可实现查询下载工单安装步骤、准备材料、安装设备名称等内容）和监控安装情况（按日期、井号等条件查询安装设备类型、设备编号、位置信息、当前参数、采集时间和参数值等内容）等功能进行管理。
3.6.3 设备安装工单统计分析
统计设备安装的完成情况和完成时间等。当安装设备完成后，还可查询该设备工单编号下的安装情况，包括安装位置、安装设备列表、安装设备所需材料、安装人、安装完成限定时间、安装指导步骤、设备检测单等。
4 结论
通过上面的研究，对该系统有如下认识。
（1）该工单系统实现了油气生产设备及物联设备故障数据的外部获取、内部数据共享，方便快捷地进行数据访问。
（2）能够准确快速地了解油气水井出现的各种故障问题，同时避免单靠人工管理处理故障时出现相关延误性；在油气水井生产设备故障和物联设备及其网络故障发生时不仅能快速获知，而且能够及时诊断、实时处理。
（3）该工单系统软件功能强、性能稳定，具有良好的开放性、兼容性和扩展性，能实时通过智能PDA终端无线连接到控制中心上，实现管井组人员与控制中心随时联系，准确快速地对报警故障问题进行解决，实时反馈完成情况。
（4）采用浏览器/服务器（网络+数据库）的系统体系结构，实现网上报警故障信息的查询与诊断、工单的派发，提高了故障报警处理效率，降低了油田人员生产劳动强度。通过关键告警集中展现、工单自动派发、物联设备监控、故障实时反馈和控制中心自我检测，实现油气水井报警故障和物联设备及其网络故障处理智能化。
参考文献：
[1] 檀朝东等．油气水井生产物联网系统iPES的技术研究[J]．中国石油和化工，2012，3：61~64．
作者简介：王新义，2005年毕业于中国石油大学（华东）工商管理专业，现在吐哈油田温米采油厂，主要从事合同及造价管理工作，e-mail：wangxinyi@petrochina.com.cn，电话：13909953673，0995-8377869。
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