智慧油气田可视化，打造油气田管控的“最强大脑”
前言
1959 年 9 月 26 日 16 时许，松嫩平原上一个叫做大同的小镇附近被命名为“松基三井”的油井里黑色的油流喷射而出，标志一个世界级特大型陆相砂岩油田的诞生。大庆油田开始生产后，我国甩掉了中国“贫油”的帽子。因为大庆油田，1961 年中国新增探明石油储量达到 20 亿吨。2021 年 8 月，中国石油大庆油田再次在大庆发现 12.68 亿吨页岩油田，我国石油储量增加到 314 亿吨。
早在 2020 年大庆油田就提出推进数字油田—智能油田—智慧油田的“三步走”战略，把数据作为关键生产要素，构建数据采集、传输、分析、决策的全流程体系，通过数字化与勘探开发业务的深度融合，拉动技术变革、生产变革、管理变革，驱动油田高质量发展。
效果展示
图扑软件的线上智慧油田采用 2.5D 的轻量化设计。以四川地图为基，展示整个省的油田分布。运用 Hightopo 自主研发核心产品 HT for Web，实现可交互式的 Web 二维场景。通过 2D 组态了解石油勘探—石油开采—油气集输—井下作业—石油化学工业整个流程。利用 RFID、传感器、GPS、摄像机等设备，结合 5G 和 AI 识别等技术，实现油田设施的智能化识别、感知、定位、跟踪、监控和管理。
图扑软件聚焦工业领域，提供完备流水线作业工具链，从 2D 设计、3D 设计到交互、动效皆有一站式的开发工具，设计师和程序员能实现协同作业开发，快速落地 2D、3D 可视化成果。
油气勘探
利用各种勘探技术和设施设备进行数据采集，找到储油气的圈闭，并探明油气田面积，油气层情况和产出能力。许多油田或探区是在人迹罕至的地区，决策和管理层难以感性地了解油田的自然环境、地质、工程、建设、交通的真实情况。如果将数据接入图扑的可视化大屏，管理者就能实时掌握油田的勘探进程和油藏开发的重要数据。
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石油勘探可分为调查和勘探两个阶段。调查阶段主要任务是通过地面地质调查或地球物理测量或地球化学探测调查油气藏存在的条件，了解地质概况后可用反射波地震勘探法进行详查。在详查确定的可能含油的构造上，采用钻探井的方法，通过取岩心和测试油气层以证实油气层是否存在。钻探后需详细研究油气藏的地质特征（含油层变化规律，压力系统和产量动态，油、气、水情况），算准储量，为油藏开发取得全部必要的数据。
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当我们利用地质法、地球物理法、地球化学法和钻探法获得油气田原始数据后，再经过数据融合、处理、转换，形成日产量趋势、油田资源分布、油田产量排名的可视化图表。将油田的复杂性整体客观地展示给管理者，让他们在勘探、施工、建设的各个阶段提前对工程进行合理的规划，让许多部署方案、开发方案在选址、选线、运行环节上更合理，降低风险，提高经济效益。
环境保护
随着国家“双碳”政策的推行，低碳排放、保护环境与企业利益息息相关。石油天然气开采是重污染产业，开采过程中大气污染物主要包括天然气净化厂尾气、油气处理与集输系统无组织逸散烃类废气，主要污染物为 SO2 和 VOCs。
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在石油生产、贮运、炼制加工及使用过程中，因事故、不正常操作及检修等原因，都会有石油烃类的溢出和排放，造成大气环境、土壤、地下水的污染。如产生温室效应、破坏臭氧层、土壤结构等，形成寸草不生的环境。通过图扑可视化大屏的监测，及时发现问题。采用原位生物修复技术、异位生物修复技术、植物修复技术、生物处理法或者通过过滤设备等，净化空气和水源。
油田水处理过滤器
主要适用于处理废水经反应后絮体比重接近于水的各类废水。根据含油污水的水质特征及回注水水质要求，主要去除因子为悬浮物、石油类物质、硫化物及铁，且保证处理后的回注水中颗粒物直径 < 1.0 μm。过滤水可以再利用，以保护我国的淡水资源。
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清水罐可用于储存清水，和消防系统连结，不再另设消防用水池，减少占地面积，保护环境。
借助 HT 可视化技术还可以获得油田信息以外的基础信息，如地籍、气象、水文、天然地震、植被和其他矿产等与空间系统有关的信息，有助于油田区域内的的管理、建设、环境保护和自然灾难的预防。
石油开采
当完成油藏的勘探，确定了油藏类型和储量，就会进行钻井作业、固井。当射孔钻开油气层、地面设施建设完毕，安装完井口装置，标志着石油开采的基础条件已经具备。
油井开发
运用井架、操作平台、柴油机、钻机、钻具、泥浆泵、发电机和测试装备以及燃料油罐、锅炉等从地面将地层钻成孔眼。向井内下入套管，并向井眼和套管之间的环形空间注入水泥。用射孔弹射开目的层位的套管及水泥环，构成地层至井筒的连通孔道，以便于采油、采气等作业。
钻探设备的数字孪生体与实体设备共享数据信息，监控设备功率、转速变化、运作状态等数据，实现数字化管理。结合地震资料的实时采集以及与历史地震数据 、勘探开发数据的综合分析比较，实现油气储量的精准计算 、富集高产区的精确预测和地质风险的准确识别。
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采油方式
自喷采油和人工举升采油是采油的两种方式，自喷采油是由于地下含油层压力较高,凭其自身压力就可以使原油从井口喷出的采油方式。人工举升采油则是利用各种类型的泵把原油从井中抽出，目前我国石油开采以人工举升采油为主。运用 Hightopo 自主研发核心产品 HT for Web，实现可交互式的 Web 二维场景，点击抽油机可下钻到设备详情页。
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按举升方式，分气举采油和深井泵采油两类。其中深井泵采油又有有杆泵采油、螺杆泵采油等。有杆泵采油依靠从地面注入井内的高压气体与油层产出流体在井筒中混合，利用气体的膨胀使井筒中的混合液密度降低，将流到井内的原油举升到地面。
有杆泵
抽油机是有杆深井泵采油的主要地面设备，它将电能转化为机械能，包括游梁式抽油机和无游梁式抽油机两种。抽油杆工作时，动力设备将高速旋转运动通过减速箱传递给曲柄，带动曲柄作低速旋转；曲柄通过连杆带动游梁作上下摆动；挂在驴头上的悬绳器通过抽油杆带动井下深井泵作上下往复运动，把油抽到地面。抽油泵是将机械能转化为流体压能的设备，主要组成：工作筒(外筒和衬套)、柱塞、游动凡尔(排出阀)、固定凡尔(吸入阀)。
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综合运用各类传感技术、有线/无线通信技术以及数据分析技术，以智能控制为手段，围绕杆泵抽油系统的各个环节，如抽油机、抽油杆、抽油泵，对抽油工况及各种运行参数进行收集、处理和挖掘，优化参数配置，提升采油效率，降低运行成本，保持安全稳定高效生产。
油气水三相分离器
油田油水井中安装于泵下的一种“固、液、气”三相分离装置。油气水混合物高速进入预脱气室，靠旋流分离及重力作用脱出大量的原油伴生气，预脱气后的油水混合物经导流管高速进入分配器与水洗室，在含有破乳剂的活性水层内洗涤破乳，进行稳流，降低来液的雷诺系数，再经聚结整流后，流入沉降分离室进一步沉降分离，脱气原油翻过隔板进入油室，并经流量计计量，控制后流出分离器，水相靠压力平衡经导管进入水室，从而达到油气水三相分离的目的。实现了原油脱水、原油脱天然气和天然气脱轻质油；还要做到污水回收、天然气回收和轻质油回收。
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通过 HT 可视化监控三相分离器的各项数据，将油田生产的自动化与信息化相结合，将物联网、云计算技术应用到油气生产流程中，已经成为国内数字油田建设的主流方向。
注水电动增压泵
注水是一种二次采油方法。通过注水井向地层注水，将地下原油驱替到生产井，增加一次采油后原油的采收率。
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注水井
用来向油层注水的井。在油田开发过程中，通过专门的注水井将水注入油藏，保持或恢复油层压力，使油藏有较强的驱动力，以提高油藏的开采速度和采收率。利用注水设备把质量合乎要求的水从注水井注入油层，以保持油层压力，这个过程称为油田注水。油田注水是油田开发过程中向地层补充能量、提高油田采收率的重要手段之一。注水井管理技术水平的高低决定着油田开发效果的好坏，同时也决定着油田开发寿命的长短。
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油气集输
油气正式开采后需要将分散的油井所生产的石油、伴生天然气和其他产品集中起来，经过各项设备的处理、初加工，再将合格的油和天然气分别外输到炼油厂和天然气用户。可通过 HT 可视化平台将油田的各种空间实体自然地组织在一起，将彻底打破油田各专业信息平台横向分割的局面，形成集勘探—开发—工程—集输为一体的油田信息系统。
加热炉
指用火焰加热原油、天然气、水及其混合物等介质的专用设备。它是油气集输系统中应用最多的一种油田专用设备，其作用是将原油、天然气，油水混合物、油气水混合物加热至工艺所需要温度，满足油气集输工艺及加工工艺的要求。从采油井口至原油外输整个集输系统，各个环节都要使用加热炉。加热炉也是一种高耗能设备，正确地操作使用加热炉，对提高热效率、降低燃料消耗具有重要意义。
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储油罐
是一种储存油品的容器，油库的主要设施，在管道运输中是输油管的油源接口。按材质可分为非金属油罐和金属油罐两大类。金属油罐因造价低、不易渗漏、施工方便、维护容易而得到广泛使用。球形油罐具有耐压、节约材料等特点，多用于石油液化气系统。
可视化系统上可以方便地集合设备管网密集的油田信息、几万公里的油气长输管线和配套的几万座原油储罐信息，形成数字规划、管理、安全监测、设计制图的能力。
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【智慧油气田可视化，打造油气田管控的“最强大脑”】我国除了陆地石油资源外，海洋油气资源也十分丰富。海上油气勘探主要集中于渤海、黄海、东海及南海北部大陆架等地。海上油气集输图扑软件也有完成的可视化解决方案。
天然气开采
对于和原油储藏在同一层位的天然气，会伴随原油一起开采。对于只有单相气存在的气藏，其开采方法既与原油的开采方法十分相似，又有其特殊的地方。中国是世界上最早开发和利用天然气的国家，宋代开始较大规模地开发和利用天然气，位于四川自贡市、富顺县和荣县境内的自流井气田，是当时世界上最大的天然气田。
Hightopo 天然气开采智慧可视系统，开篇动画展示气田建设三个阶段：钻前工程、钻进工程和完井作业。包括：定井位、道路勘测、基础施工、安装井架、搬家、安装设备、一次开钻、二次开钻、钻进、起钻、换钻头、下钻、完井、电测、下套管、固井作业等。
运用 Hightopo 自主研发核心产品 HT for Web，实现可交互式的 Web 三维场景，可进行缩放、平移、旋转，展示天然气田的设施设备信息。2D 面板接入实时数据，展示天然气产量、设备故障信息、采气纯度、采气效率、天然气存量等信息。界面下方的实体线框切换可查看气田的线框状态。
由于天然气密度小，为0.75～0.8千克/立方米；粘度小，在地层和管道中的流动阻力小；但膨胀系数大，弹性能量大。因此天然气开采时一般采用自喷方式，同自喷采油方式基本一样。
排水采气
伴生气通常含有杂质，采用闪蒸分离方式能分离出较重的气体。为了提高伴生气轻烃回收率，可采用中压浅冷冷油吸收工艺。它具有采收率高、经济效益好、工艺适应范围广、操作灵活性大等特点。
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其实，提高气体采收率的关键还是水患治理。由于水体的弹性能量会驱使水沿高渗透带窜入气藏，岩石本身的亲水性和毛细管压力的作用，水的侵入会封闭缝洞或空隙中未排出的气体，比重高达岩石孔隙体积的 30%～50%，大幅降低了气体采收率。
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气井产水后，气流入井底的渗流阻力会增加，向上总能量消耗增大。气藏的采气速度将下降，气井的自喷能力将减弱，单井产量迅速递减，直到停产。通过采气效率、采气纯度、含水饱和度、泥质含量、渗透率的数据变化，判断渗水程度。通过排水采气、化学封堵等方法，解决气井井筒及井底附近地层积液过多或产水，使气井恢复正常生产。
统计信息
可通过当月耗电量和产气量的比率判断气井内的渗水情况，及时采取补救措施。
报警信息
通过图扑的可视化大屏在中控室就能实现设备故障监控，及时通知工程人员进行维修。
副产品产量排行
可分析稳定气体凝析液（SGC）等副产品的产出量，科学进行资源分配。
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井下作业
油、水井在长期的生产过程中，不停顿地受到地下油、气、水的腐蚀，逐渐老化，出现各种不同类型的故障，导致油水井不能正常生产，甚至停产。因此，必须对出现问题与故障的油水井进行井下作业，使油水井恢复正常生产。井下作业是油田勘探开发过程中保证油水井正常生产的技术手段。主要有油水井维修、油水井大修、油层改造和试油。
井下作业危险重重，通过可视化巡检，利用机器人检修，将对工人健康增加一份保障。
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石油天然气化学工业
石油化工产品以炼油过程提供的原料油进一步化学加工获得。生产石油化工产品的第一步是对原料油和气（如丙烷、汽油、柴油等）进行裂解，生成以乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯为代表的基本化工原料。第二步是以基本化工原料生产多种有机化工原料（约200种）及合成材料 （塑料、合成纤维、合成橡胶）。大到太空的飞船，小到牙刷等，都跟石油化工有着密切的关系。可以说，我们日常生活中的“衣、食、住、行”样样都离不开石化产品。
高速发展的电子工业以及诸多的高新技术产业，对石化产品，尤其是以石化产品为原料生产的精细化工产品提出了新要求，这对发展石化工业是个巨大的促进。
以天然气为原料加工的产品或初级产品主要有合成氨、甲醇、甲醛、乙烯、合成气或氢气、乙炔、氯甲烷、二硫化碳、氢氰酸、炭黑等。天然气也是制造氮肥的最佳原料，具有投资少、成本低、污染少等特点。
总结
油气下游的智慧工厂已初具规模，油气上游业务作为传统工业产业，智慧化转型绝非一朝一夕之功，必须从企业发展战略的高度上重视智慧化转型，全面推进智慧油气田建设。图扑软件基于局部刷新、批量聚合、图像缓存、极少化 DOM 元素等，从底层设计就追求极致的性能，组件可承受万级甚至十万级别数据量。助力石油和天然气行业突破应用极限，实现智慧化和绿色开发。
利用信息融合、云计算、模糊识别等技术，实现区域协同、数据共享，并通过对海量信息和数据的分析、处理，实现客观、本质、全面的认知和判断，从而实现对油田和气田的可视化、可量测的智能化管理与控制。通过连点成面的方式来打破各单位、各专业部门各自建立“信息孤岛”的不利局面，建立一套科学和行之有效的智慧油气田信息共享机制。
为油气田勘探开发、油气生产、经营管理、矿区服务提供一种全新的管理手段，通过新方法的应用，提升各方面的泛在化、可视化、智能化水平，并最终推动油田的绿色环保和可持续发展。
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