油田管道完整性管理系統設計與實踐

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摘要：油田各單位間管道數據標準、系統建設思路互不統一，導致管道完整性數據呈現“豎井式”隔離，難以實現管道完整性管理的標準化、規范化。為了解決上述問題，依托中國石油地理信息系統和中國石油采油與地面工程運行管理系統，構建了油田管道完整性管理系統，并在油田管道管理工作中進行了實例應用，取得了很好的效果。油田管道完整性管理系統的建立，實現了空間數據查詢、統計、空間分析等功能。同時，地理信息系統GIS服務功能實現了導航、可視化、空間分析、決策支持等地理信息共享服務，為管道完整性管理提供支持，也可以滿足日常管道完整性管理工作要求，其有較強的應用和推廣價值。

關鍵詞：油田管道；完整性；系統設計；數據庫

管道是油氣田生產系統的重要組成部分。近年來，隨著油氣田開發年限的延長及管道規模的擴大，管道腐蝕、老化問題日益突出[1]，且部分管道位于環境敏感區域，安全運行管理面臨諸多困難。因此，油氣田管道隱患治理及管道安全受控運行具有重要意義[2]。管道完整性管理是對管道面臨的風險因素不斷進行識別和評價，持續消除已識別的不利影響因素，采取各種風險消減措施，將風險控制在合理、可接受的范圍內，最終實現管道安全、可靠、經濟運行的目的。油田在管道完整性管理方面尚缺少統一的管理系統，雖然有部分單位已經建設相關信息系統[3-7]，但各單位間缺少統一標準，無法實現管道完整性的統一管理。而且不同單位建設的完整性管理系統所注重的內容不同，有的系統全面建設，有的系統重點關注數據管理，有的系統重點關注管道巡線等等。為了提高油田管道完整性管理的水平，打破各單位間的數據障壁，形成統一、高效的管理機制，建立油田管道完整性管理系統是十分必要的[8-10]。

1系統架構設計

根據管道完整性管理標準，依托中國石油地理信息系統（以下簡稱A4）、采油與地面工程運行管理系統（以下簡稱A5），搭建油田管道完整性管理系統，使地理信息服務與管道完整性管理核心內容有機結合，提供高后果區管理、風險管理、完整性評價等功能，為油田管道完整性管理提供技術支撐。其系統架構設計如圖1所示。本系統依托A4、A5云化環境建設，無需再添加服務器、存儲器、交換機等設施（圖2）。設計時將數據中心機房作為系統部署地點，進行集中部署，要求穩定、可靠、安全，且實時性要求很高，因此系統的核心服務器采用兩臺設備集群的方式，保證單節點故障不影響系統的運行。

2系統數據庫設計

構建油田管道完整性管理系統數據庫采用了概念結構設計、邏輯結構設計以及物理結構設計三層設計。2.1概念結構設計。概念結構設計是數據庫設計的關鍵，是通過對需求進行綜合、歸納和抽象，形成一個獨立于具體數據庫管理系統的概念模型。油田管道完整性管理系統的數據包括基礎地理數據、業務數據以及系統管理數據。其中，基礎地理數據包括數字高程模型、數字正射影像和數字線劃圖三個部分；業務數據涵蓋了長輸管道、油田集輸管道、油田單井管道、氣田集輸管道、氣田單井管道等五大類；系統管理數據主要包括用戶、崗位、組織機構、訪問權限以及登錄日志等數據信息。2.2邏輯結構設計。按照概念結構設計，油田管道完整性管理系統基礎功能平臺數據庫將分為多個邏輯子庫，即基礎地理邏輯子庫、業務邏輯子庫和系統管理數據子庫。其中業務數據將按照其業務應用特點進行邏輯建模；基礎地理數據則遵循國家基礎地理數據建庫標準和規范進行設計；與系統管理相關的用戶、權限及日志管理主要針對用戶功能操作和數據訪問權限進行設計。例如，管道中心線邏輯子庫包括中線控制點和管線。中線控制點為點要素，是能夠表達管道路由走向的一組特征點，原則上來說將中線控制點按序連接，構成線要素即是管線，所以管線和中線控制點間必然存在一對多的關系。同理，一條管線上必然存在多個埋深點采集數據，因此管線和埋深也存在一對多關系（圖3）。其余管道上的重要節點，主要包括樁、站場和閥室。其中站場點和站場面、閥室點和閥室面存在一對一關系，而樁作為遍布管道沿線的重要設施，與站場和閥室存在多對一關系。2.3物理結構設計油田管道完整性管理系統采用Oracle作為數據庫管理軟件，利用MicrosoftVisio2015、基于Ar-cInfoUML建模模板進行空間數據庫的物理建模，再利用ArcGIS桌面工具ArcCatalog進行底層的物理實現。實施過程中，通過CASE工具生成的數據庫物理模型導入ArcCatalog，并在數據庫系統中生成一個初始化后數據庫版本。數據庫中將存儲所有設計信息，包括數據名稱、數據屬性項、關系、值域等。數據庫維護人員可以按照遷移策略，根據設計，將外部數據導入數據庫中實施建庫工作。

3功能結構設計

油田管道完整性管理系統功能分為數據采集管理、完整性管理和運維管理三部分，具體功能見圖4。數據采集管理是對長輸、集輸、單井各類管道的本體數據、周邊環境數據、風險評價數據等管道完整性管理相關數據制定統一的數據標準，并建設通用的數據庫結構，為油田管道完整性管理信息系統提供數據基礎服務。完整性管理包括高后果區管理、風險評價、完整性檢測評價和效能評價。主要功能是對管道日常運行的完整性和穩定性進行針對性評價。長輸管道的評價模型將使用已有標準，而集輸和單井管道，將根據現場情況，結合已有標準的要求，進行適應性調整，形成符合油田集輸和單井管道實際情況的評價模型。運維管理包括維搶修管理、運行維護管理、巡線管理和失效管理功能。通過運行維護管理、巡線管理等功能對管道的運行情況進行監控，并通過維搶修管理功能，規范應急搶修工作的流程。同時，在管道運行階段，通過運維管理能夠持續采集管道周邊和運行情況數據，為下一步的管道完整性管理提供新的數據來源，形成完整性管理的循環，降低管道運行風險，提高管道完整性管理水平。

4系統實現及應用效果

系統基于昌平數據中心云化環境來實現，并充分利用A4、A5的軟硬件資源和數據資源，提高了系統的穩定性、可靠性，減少了油田管道完整性管理信息系統數據建設的工作量，降低了系統建設費用和后期基礎地理數據更新費用。目前該系統已在長慶油田全油田范圍內推廣使用，管理各類油、氣管道共78477km，系統運行正常。通過系統的9個功能模塊，可方便快捷的對數據庫中各類數據進行管理維護、查詢展示、統計分析，在此基礎上制定相應管理方案或者任務的下發，極大提高了工作的效率和質量，有效降低了工作強度。長慶油田下屬單位自建管道信息系統平均建設費用約40萬元，統一建設后，長慶油田可節約系統建設費用780萬元；長慶油田已在氣田880km管道開展檢測及內外防護技術應用，可節約管道檢測維護費用1222.3萬元。綜上，通過系統的建設應用，長慶油田可節約成本2002.3萬元，經濟效益明顯。系統建成后，作為統一平臺，避免了低水平重復建設，統一系統取代了原有分散系統，減少了信息孤島，大幅提高了系統的應用范圍，數據由單一單位內部使用變為統一管理、充分共享，為長慶油田的管道運行提供了準確和完善的信息，顯著提高了油田的管理水平，提升了油田的社會形象和市場競爭力。同時，可充分發揮管道信息在油田應急管理、企地關系改善等方面的保障服務作用，社會效益顯著。

5結束語

油田管道完整性管理系統的建立，實現了基礎地理數據、業務數據以及系統管理數據模塊的開發，并參照相關標準制定了油田長輸、集輸、單井等五類管道的數據字典和數據采集模板。系統大規模應用以后，將實現管道完整性數據采集、高后果區識別、風險評價、完整性評價、維修與維護和效能評價的閉環管理，降低油田管道隱患治理費用，全面提升油田管道管理水平，助力油田地面管理系統建設。

作者:藍祥淼 單位:大慶油田設計院有限公司