文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1003-0492（2023）09-085-04中圖分類號(hào)：TP273

★全江，胡朝杰，王佳，程仁杰（中國(guó)石油西南油氣田分公司川中油氣礦自控計(jì)量站，四川遂寧629000）

關(guān)鍵詞：油氣行業(yè)安防；智能安防集成系統(tǒng)；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；異常行為識(shí)別；數(shù)據(jù)分析

1　引言

油田作為油氣生產(chǎn)的最核心地帶，其生產(chǎn)安全決定了油氣的生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)油田的安全生產(chǎn)管理方式在面對(duì)惡劣環(huán)境下，安全隱患頻現(xiàn)，無(wú)法實(shí)時(shí)控制風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致安全事故多發(fā)，生產(chǎn)效率難以提升。因此，石油天然氣行業(yè)對(duì)于安防的要求日益提高，保障該行業(yè)的安全性和管理效率成為了一個(gè)迫切的問(wèn)題。然而，在油氣行業(yè)中，傳統(tǒng)的安防系統(tǒng)仍然存在一些局限性，多數(shù)油田站內(nèi)數(shù)字化程度仍顯不足，存在應(yīng)用系統(tǒng)多、數(shù)據(jù)共享難、安防巡檢嚴(yán)重依賴人工等問(wèn)題。這些問(wèn)題疊加使得傳統(tǒng)的管理方式更容易導(dǎo)致油田生產(chǎn)效率低、安全問(wèn)題無(wú)法防控。

圖1  井口及管線原油泄漏事故

面對(duì)傳統(tǒng)油田的安全管理現(xiàn)狀，在產(chǎn)能增加的基礎(chǔ)上，我們通過(guò)智能化技術(shù)建設(shè)智慧油田，對(duì)自然環(huán)境惡劣、生產(chǎn)管理難度大的區(qū)域，推行數(shù)字化、自動(dòng)化和信息化建設(shè)，及時(shí)掌握生產(chǎn)狀況，提高井下作業(yè)效率，并進(jìn)行業(yè)務(wù)流程優(yōu)化，利用遠(yuǎn)程攝像與預(yù)警等手段，實(shí)現(xiàn)降低作業(yè)成本和提高油田油氣采收率的目標(biāo)，對(duì)整個(gè)石油行業(yè)安全生產(chǎn)、提高生產(chǎn)管理效率和建設(shè)智慧油田起到了決定性作用。

為了解決這些挑戰(zhàn)，研究和開(kāi)發(fā)一種新型油氣智能安防集成系統(tǒng)勢(shì)在必行。新型系統(tǒng)應(yīng)具備多樣化的安全防護(hù)功能、智能化的實(shí)時(shí)監(jiān)控和快速響應(yīng)能力、數(shù)據(jù)分析與預(yù)測(cè)能力，以及穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)性能和應(yīng)急處理能力。通過(guò)引入物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等先進(jìn)技術(shù)，新型集成系統(tǒng)將能夠提高石油天然氣行業(yè)的安全防范水平和工作效率，并能夠保障人員和設(shè)備的安全。

2　油氣智能安防集成系統(tǒng)的研究背景與挑戰(zhàn)

2.1　行業(yè)面臨的安防挑戰(zhàn)

石油天然氣行業(yè)的安防挑戰(zhàn)主要表現(xiàn)在以下三方面：

一是，該行業(yè)的生產(chǎn)及運(yùn)營(yíng)環(huán)境相對(duì)惡劣，存在著多樣化的安全風(fēng)險(xiǎn)。例如，在油氣開(kāi)采過(guò)程中井控事故；在油氣儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中管道泄漏和爆炸等意外事件。

二是，該行業(yè)的安全監(jiān)管存在不足。盡管相關(guān)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)制定，但實(shí)際的監(jiān)管和執(zhí)法工作并不完備，導(dǎo)致了行業(yè)內(nèi)部的安全管理乏力。

三是，傳統(tǒng)的安防技術(shù)手段過(guò)于依賴人工，局限性大。以人工巡檢為主的傳統(tǒng)安防手段難以實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜作業(yè)場(chǎng)景下的全方位監(jiān)控和智能化分析，更無(wú)法應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)入侵和數(shù)據(jù)泄漏等高科技問(wèn)題。

綜上所述，石油天然氣行業(yè)的安防挑戰(zhàn)主要表現(xiàn)在生產(chǎn)環(huán)境惡劣、安全監(jiān)管不足和技術(shù)手段有限等方面。隨著油氣行業(yè)對(duì)安防需求的日益增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的安防系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法滿足復(fù)雜多變的安全挑戰(zhàn)。針對(duì)這一問(wèn)題，油氣智能安防集成系統(tǒng)的研究顯得尤為重要。

2.2　智能安防技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

隨著科技的不斷進(jìn)步和信息化的快速發(fā)展，智能安防技術(shù)在油氣行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用并取得了一定成果。相比傳統(tǒng)安防手段，智能安防系統(tǒng)存在以下優(yōu)勢(shì)：

一是，智能安防技術(shù)通過(guò)引入先進(jìn)的感知和監(jiān)測(cè)裝備，以及高效的數(shù)據(jù)處理和分析算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)油氣設(shè)施的全方位監(jiān)控和智能化管理。例如，通過(guò)使用視頻監(jiān)控、紅外感應(yīng)以及聲音識(shí)別等技術(shù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油氣設(shè)施的工作狀態(tài)，及時(shí)探測(cè)到異常情況并進(jìn)行快速處理。

二是，智能安防技術(shù)通過(guò)引入人工智能算法，能夠自動(dòng)分析和識(shí)別大量的數(shù)據(jù)和信息，提高了安全事件的識(shí)別和預(yù)測(cè)能力。例如，通過(guò)使用機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備故障和漏氣等問(wèn)題的預(yù)測(cè)和報(bào)警。

三是，智能安防技術(shù)通過(guò)引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備之間的互聯(lián)和信息共享，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。例如，通過(guò)使用傳感器和無(wú)線通信技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)油氣設(shè)施的遠(yuǎn)程控制和管理，大大提高了工作效率和管理水平。

綜上所述，智能安防技術(shù)通過(guò)引入先進(jìn)的感知和監(jiān)測(cè)裝備、高效的數(shù)據(jù)處理和分析算法以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)油氣設(shè)施的全方位監(jiān)控和智能化管理，從而提高油氣行業(yè)的安全防范水平，促進(jìn)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3　新型油氣智能安防集成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1　集成系統(tǒng)的總體框架

為了解決傳統(tǒng)安防局限，并滿足油田現(xiàn)場(chǎng)對(duì)安防系統(tǒng)升級(jí)的需求，本文提出了一種新型油氣智能安防集成系統(tǒng)的總體框架，如圖2所示。

圖2  智能安防系統(tǒng)的整體框架

該總體框架是新型油氣智能安防集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的核心內(nèi)容，主要包括以下幾個(gè)方面：

一是，集成系統(tǒng)需要具備一個(gè)完整而全面的安防建設(shè)方案，可以涵蓋石油天然氣行業(yè)安全生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。

二是，集成系統(tǒng)應(yīng)該基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將各種安防設(shè)備和感知器件通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換和通信。由此，系統(tǒng)就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

三是，引入人工智能技術(shù)，并與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行融合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各種安防事件的自動(dòng)識(shí)別和智能處理。

在新型油氣智能安防集成系統(tǒng)的總體框架中，還考慮到了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和靈活性，其能夠隨著石油天然氣行業(yè)的發(fā)展和變化進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化。同時(shí)，系統(tǒng)也具備開(kāi)放性，它能夠與其他系統(tǒng)進(jìn)行集成，從而實(shí)現(xiàn)更高層次的安防管理和控制。

綜上所述，新型油氣智能安防集成系統(tǒng)的總體框架基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能技術(shù)設(shè)計(jì)，具備完整的安防建設(shè)方案和實(shí)時(shí)監(jiān)控能力。

3.2　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及人工智能技術(shù)的引入與融合

新型油氣智能安防集成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于整合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能，構(gòu)建一個(gè)高效可靠的安防體系。

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，新型油氣智能安防集成系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)安防設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，在遇到安全事故時(shí)，能夠快速響應(yīng)并采取相應(yīng)的措施。通過(guò)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，系統(tǒng)可以預(yù)測(cè)出可能發(fā)生的安全風(fēng)險(xiǎn)，并及時(shí)報(bào)警，以減少事故的發(fā)生。系統(tǒng)還具有良好的穩(wěn)定性和應(yīng)急處理能力，保證了系統(tǒng)的可靠性和連續(xù)性的運(yùn)行。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能的應(yīng)用，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)石油天然氣行業(yè)的全面監(jiān)控，并且具備快速響應(yīng)和預(yù)測(cè)報(bào)警的能力。

在新型油氣智能安防集成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，人工智能的引入和融合是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。首先，結(jié)合各類傳感器和攝像機(jī)捕捉到的數(shù)據(jù)，通過(guò)人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析和處理，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)算法進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理，為系統(tǒng)賦予更加準(zhǔn)確和實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和預(yù)警能力。集成系統(tǒng)通過(guò)收集和分析實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，識(shí)別出潛在的安全隱患和風(fēng)險(xiǎn)，并預(yù)測(cè)未來(lái)可能發(fā)生的事件，對(duì)于潛在的安全問(wèn)題可以在事故發(fā)生之前得到預(yù)警和預(yù)防，從而更好地保障油氣生產(chǎn)過(guò)程的安全性和穩(wěn)定性。人工智能技術(shù)的引入提升了集成系統(tǒng)的穩(wěn)定性和應(yīng)急處理能力。傳統(tǒng)的安防系統(tǒng)一旦遭受損壞或故障，往往需要手動(dòng)進(jìn)行修復(fù)和維護(hù)，而這樣的過(guò)程往往非常耗時(shí)和耗力。通過(guò)引入人工智能技術(shù)，集成系統(tǒng)可以自動(dòng)檢測(cè)和識(shí)別故障，并通過(guò)自動(dòng)化的機(jī)制進(jìn)行修復(fù)和應(yīng)急處理，大大減少了人力和時(shí)間成本，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

4　新型油氣智能安防集成系統(tǒng)的功能與特性

4.1　實(shí)時(shí)監(jiān)控與快速響應(yīng)

新型油氣智能安防集成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，實(shí)時(shí)監(jiān)控與快速響應(yīng)是另一個(gè)核心功能。首先，通過(guò)在關(guān)鍵位置部署高清監(jiān)控?cái)z像頭，系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)油氣設(shè)施周邊的情況。這些監(jiān)控?cái)z像頭采用先進(jìn)的圖像處理技術(shù)，能夠?qū)Ξ嬅孢M(jìn)行實(shí)時(shí)分析，并自動(dòng)識(shí)別潛在的安全威脅。

一旦發(fā)生異常情況，系統(tǒng)會(huì)立即將報(bào)警信息傳輸?shù)较嚓P(guān)人員的智能終端設(shè)備上。通過(guò)實(shí)時(shí)反饋與信息傳遞，安保人員可以在最短的時(shí)間內(nèi)掌握問(wèn)題的性質(zhì)和緊急程度，并迅速做出決策和行動(dòng)。通過(guò)對(duì)大量的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)隱藏在數(shù)據(jù)背后的規(guī)律和異常情況，以幫助預(yù)測(cè)潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，并提前采取維修措施，從而避免可能的事故和損失。

4.2　數(shù)據(jù)分析與預(yù)測(cè)報(bào)警

數(shù)據(jù)分析與預(yù)測(cè)報(bào)警是新型油氣智能安防集成系統(tǒng)中的重要功能。

數(shù)據(jù)分析是新型油氣智能安防集成系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)報(bào)警的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)采集設(shè)備獲取來(lái)自各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，包括設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、油氣流量、溫度、壓力等關(guān)鍵參數(shù)。這些數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)傳輸和存儲(chǔ)后，系統(tǒng)運(yùn)用數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)其進(jìn)行深入處理。通過(guò)建立有效的數(shù)據(jù)模型和算法，系統(tǒng)能夠及時(shí)檢測(cè)到異常狀況，并生成相應(yīng)的預(yù)警信號(hào)。這種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的預(yù)測(cè)報(bào)警方式，有效提高了監(jiān)測(cè)的靈敏度和準(zhǔn)確性。通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析和建模，系統(tǒng)能夠自動(dòng)識(shí)別數(shù)據(jù)的趨勢(shì)和模式，進(jìn)而預(yù)測(cè)未來(lái)可能出現(xiàn)的異常情況。

數(shù)據(jù)分析與預(yù)測(cè)報(bào)警不僅提高了安防系統(tǒng)的實(shí)效性，也有效降低了油氣行業(yè)的運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)分析，企業(yè)能夠?qū)ιa(chǎn)過(guò)程進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)和分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在風(fēng)險(xiǎn)并采取措施防范。同時(shí)，通過(guò)預(yù)測(cè)報(bào)警，企業(yè)能夠在事故發(fā)生前采取預(yù)防措施，可最大程度地避免生產(chǎn)中斷和損失。因此，數(shù)據(jù)分析與預(yù)測(cè)報(bào)警成為新型油氣智能安防集成系統(tǒng)中不可或缺的功能模塊。

5  油田應(yīng)用效果

本系統(tǒng)于2022年11月在XN氣田X井場(chǎng)進(jìn)行了應(yīng)用，并在中心站完成了數(shù)據(jù)軟件的調(diào)試。整套系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，一體化油氣礦油氣生產(chǎn)站場(chǎng)安防接入與控制系統(tǒng)滿足項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的各種數(shù)據(jù)采集安防硬件與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了成功對(duì)接，幕簾探測(cè)器、拾音器、功放、監(jiān)控?cái)z像頭、操作按鈕等設(shè)備順利接入系統(tǒng)，采用系統(tǒng)內(nèi)部的專用控制機(jī)制實(shí)現(xiàn)安防設(shè)備的聯(lián)動(dòng)操作，并成功實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的安防設(shè)備采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上報(bào)至服務(wù)器。

圖3  西南油氣田X井場(chǎng)新型智能安防系統(tǒng)改造

通過(guò)新型智能安防系統(tǒng)在X井站接入與部署，油氣礦油氣生產(chǎn)站場(chǎng)安防接入與控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了油氣井站的安防數(shù)據(jù)的接入，很好地解決了傳統(tǒng)安防控制系統(tǒng)的弊端。該方案通過(guò)高度集成一體化設(shè)計(jì)，解決了傳統(tǒng)安防控制系統(tǒng)里設(shè)備多、穩(wěn)定性差、數(shù)據(jù)交叉嚴(yán)重的問(wèn)題。同時(shí)該系統(tǒng)支持的雙鏈路數(shù)據(jù)傳輸既能確保網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定，又能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分流傳輸，有效地提升了場(chǎng)站的整體安防能力，以及油氣安全生產(chǎn)管理水平和效率。

6　結(jié)論

本研究針對(duì)油氣行業(yè)提升安防的特殊需求，采用系統(tǒng)分析和模型構(gòu)建的方法，對(duì)系統(tǒng)各個(gè)模塊進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)和集成，并開(kāi)發(fā)了一種創(chuàng)新性的智能安防集成系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)在西南油氣田的成功應(yīng)用，取得了如下成效：

（1）新型油氣智能安防集成系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警，并兼具智能識(shí)別和分析異常行為功能，從而有效防止了安全事故的發(fā)生。

（2）該系統(tǒng)優(yōu)化的管理模塊和數(shù)據(jù)分析功能，可以幫助企業(yè)管理層更好地制定決策和管理策略，提高了生產(chǎn)效率，具有較好的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

（3）該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中取得了重要的成果，但由于對(duì)油氣企業(yè)的實(shí)地測(cè)試和數(shù)據(jù)分析有限，仍需要繼續(xù)完善和優(yōu)化，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

（4）下一步將結(jié)合新型油氣智能安防集成系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，探索更加有效的安全管理方式，如可以進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和功能，以適應(yīng)不同類型的油氣企業(yè)的需求。

作者簡(jiǎn)介：

全　江（1978-），男，四川南充人，中級(jí)工程師，學(xué)士，現(xiàn)就職于中國(guó)石油西南油氣田分公司川中油氣礦自控計(jì)量站，主要從事油氣自動(dòng)化管理工作。

胡朝杰（1990-），男，四川遂寧人，中級(jí)工程師，學(xué)士，現(xiàn)就職于中國(guó)石油西南油氣田分公司川中油氣礦自控計(jì)量站，主要從事信息化管理工作。

王　佳（1984-），男，重慶人，中級(jí)工程師，碩士，現(xiàn)就職于中國(guó)石油西南油氣田分公司川中油氣礦自控計(jì)量站，主要從事油氣儲(chǔ)運(yùn)和油氣田開(kāi)發(fā)管理工作。

程仁杰（1990-），男，黑龍江佳木斯人，中級(jí)工程師，碩士，現(xiàn)就職于中國(guó)石油西南油氣田分公司川中油氣礦自控計(jì)量站，主要從事網(wǎng)絡(luò)安全管理工作。

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摘自《自動(dòng)化博覽》2023年9月刊