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文獻標識碼：B文章編號：1003-0492（2023）09-085-04中圖分類號：TP273

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

關鍵詞：油氣行業安防；智能安防集成系統；實時監測；異常行為識別；數據分析

1　引言

油田作為油氣生產的最核心地帶，其生產安全決定了油氣的生產效率。傳統油田的安全生產管理方式在面對惡劣環境下，安全隱患頻現，無法實時控制風險，導致安全事故多發，生產效率難以提升。因此，石油天然氣行業對于安防的要求日益提高，保障該行業的安全性和管理效率成為了一個迫切的問題。然而，在油氣行業中，傳統的安防系統仍然存在一些局限性，多數油田站內數字化程度仍顯不足，存在應用系統多、數據共享難、安防巡檢嚴重依賴人工等問題。這些問題疊加使得傳統的管理方式更容易導致油田生產效率低、安全問題無法防控。

圖1  井口及管線原油泄漏事故

面對傳統油田的安全管理現狀，在產能增加的基礎上，我們通過智能化技術建設智慧油田，對自然環境惡劣、生產管理難度大的區域，推行數字化、自動化和信息化建設，及時掌握生產狀況，提高井下作業效率，并進行業務流程優化，利用遠程攝像與預警等手段，實現降低作業成本和提高油田油氣采收率的目標，對整個石油行業安全生產、提高生產管理效率和建設智慧油田起到了決定性作用。

為了解決這些挑戰，研究和開發一種新型油氣智能安防集成系統勢在必行。新型系統應具備多樣化的安全防護功能、智能化的實時監控和快速響應能力、數據分析與預測能力，以及穩定可靠的系統性能和應急處理能力。通過引入物聯網和人工智能等先進技術，新型集成系統將能夠提高石油天然氣行業的安全防范水平和工作效率，并能夠保障人員和設備的安全。

2　油氣智能安防集成系統的研究背景與挑戰

2.1　行業面臨的安防挑戰

石油天然氣行業的安防挑戰主要表現在以下三方面：

一是，該行業的生產及運營環境相對惡劣，存在著多樣化的安全風險。例如，在油氣開采過程中井控事故；在油氣儲運過程中管道泄漏和爆炸等意外事件。

二是，該行業的安全監管存在不足。盡管相關法律法規和標準已經制定，但實際的監管和執法工作并不完備，導致了行業內部的安全管理乏力。

三是，傳統的安防技術手段過于依賴人工，局限性大。以人工巡檢為主的傳統安防手段難以實現對復雜作業場景下的全方位監控和智能化分析，更無法應對網絡入侵和數據泄漏等高科技問題。

綜上所述，石油天然氣行業的安防挑戰主要表現在生產環境惡劣、安全監管不足和技術手段有限等方面。隨著油氣行業對安防需求的日益增長，傳統的安防系統已經無法滿足復雜多變的安全挑戰。針對這一問題，油氣智能安防集成系統的研究顯得尤為重要。

2.2　智能安防技術的現狀與發展

隨著科技的不斷進步和信息化的快速發展，智能安防技術在油氣行業中得到了廣泛應用并取得了一定成果。相比傳統安防手段，智能安防系統存在以下優勢：

一是，智能安防技術通過引入先進的感知和監測裝備，以及高效的數據處理和分析算法，實現了對油氣設施的全方位監控和智能化管理。例如，通過使用視頻監控、紅外感應以及聲音識別等技術，可以實時監測油氣設施的工作狀態，及時探測到異常情況并進行快速處理。

二是，智能安防技術通過引入人工智能算法，能夠自動分析和識別大量的數據和信息，提高了安全事件的識別和預測能力。例如，通過使用機器學習和深度學習等技術，可以實現對數據的實時監測和分析，從而實現對設備故障和漏氣等問題的預測和報警。

三是，智能安防技術通過引入物聯網技術，實現了設備之間的互聯和信息共享，實現了對設備狀態的實時監控和管理。例如，通過使用傳感器和無線通信技術，可以實現對油氣設施的遠程控制和管理，大大提高了工作效率和管理水平。

綜上所述，智能安防技術通過引入先進的感知和監測裝備、高效的數據處理和分析算法以及物聯網技術，可以實現對油氣設施的全方位監控和智能化管理，從而提高油氣行業的安全防范水平，促進行業的可持續發展。

3　新型油氣智能安防集成系統的設計

3.1　集成系統的總體框架

為了解決傳統安防局限，并滿足油田現場對安防系統升級的需求，本文提出了一種新型油氣智能安防集成系統的總體框架，如圖2所示。

圖2  智能安防系統的整體框架

該總體框架是新型油氣智能安防集成系統設計中的核心內容，主要包括以下幾個方面：

一是，集成系統需要具備一個完整而全面的安防建設方案，可以涵蓋石油天然氣行業安全生產的各個環節。

二是，集成系統應該基于物聯網技術，將各種安防設備和感知器件通過互聯網連接起來，實現設備之間的數據交換和通信。由此，系統就能夠實現對各個環節的實時監控。

三是，引入人工智能技術，并與物聯網技術進行融合，從而實現對各種安防事件的自動識別和智能處理。

在新型油氣智能安防集成系統的總體框架中，還考慮到了系統的可擴展性和靈活性，其能夠隨著石油天然氣行業的發展和變化進行相應的調整和優化。同時，系統也具備開放性，它能夠與其他系統進行集成，從而實現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的總體框架基于物聯網技術和人工智能技術設計，具備完整的安防建設方案和實時監控能力。

3.2　物聯網技術及人工智能技術的引入與融合

新型油氣智能安防集成系統的設計重點在于整合物聯網技術和人工智能，構建一個高效可靠的安防體系。

通過物聯網技術的應用，新型油氣智能安防集成系統可以實現對各個安防設備的實時監控，在遇到安全事故時，能夠快速響應并采取相應的措施。通過對采集到的數據進行分析，系統可以預測出可能發生的安全風險，并及時報警，以減少事故的發生。系統還具有良好的穩定性和應急處理能力，保證了系統的可靠性和連續性的運行。通過物聯網技術和人工智能的應用，系統可以實現對石油天然氣行業的全面監控，并且具備快速響應和預測報警的能力。

在新型油氣智能安防集成系統的設計中，人工智能的引入和融合是至關重要的環節。首先，結合各類傳感器和攝像機捕捉到的數據，通過人工智能技術實現大數據分析和處理，實現深度學習算法進行實時分析和處理，為系統賦予更加準確和實時的監測和預警能力。集成系統通過收集和分析實時數據，識別出潛在的安全隱患和風險，并預測未來可能發生的事件，對于潛在的安全問題可以在事故發生之前得到預警和預防，從而更好地保障油氣生產過程的安全性和穩定性。人工智能技術的引入提升了集成系統的穩定性和應急處理能力。傳統的安防系統一旦遭受損壞或故障，往往需要手動進行修復和維護，而這樣的過程往往非常耗時和耗力。通過引入人工智能技術，集成系統可以自動檢測和識別故障，并通過自動化的機制進行修復和應急處理，大大減少了人力和時間成本，提高了系統的穩定性和可靠性。

4　新型油氣智能安防集成系統的功能與特性

4.1　實時監控與快速響應

新型油氣智能安防集成系統的設計中，實時監控與快速響應是另一個核心功能。首先，通過在關鍵位置部署高清監控攝像頭，系統能夠實時監測油氣設施周邊的情況。這些監控攝像頭采用先進的圖像處理技術，能夠對畫面進行實時分析，并自動識別潛在的安全威脅。

一旦發生異常情況，系統會立即將報警信息傳輸到相關人員的智能終端設備上。通過實時反饋與信息傳遞，安保人員可以在最短的時間內掌握問題的性質和緊急程度，并迅速做出決策和行動。通過對大量的監控數據進行分析和挖掘，系統可以發現隱藏在數據背后的規律和異常情況，以幫助預測潛在的安全風險，并提前采取維修措施，從而避免可能的事故和損失。

4.2　數據分析與預測報警

數據分析與預測報警是新型油氣智能安防集成系統中的重要功能。

數據分析是新型油氣智能安防集成系統實現預測報警的關鍵環節。系統通過數據采集設備獲取來自各個環節的數據，包括設備運行狀態、油氣流量、溫度、壓力等關鍵參數。這些數據經過實時傳輸和存儲后，系統運用數據分析技術對其進行深入處理。通過建立有效的數據模型和算法，系統能夠及時檢測到異常狀況，并生成相應的預警信號。這種數據驅動的預測報警方式，有效提高了監測的靈敏度和準確性。通過對歷史數據進行深度分析和建模，系統能夠自動識別數據的趨勢和模式，進而預測未來可能出現的異常情況。

數據分析與預測報警不僅提高了安防系統的實效性，也有效降低了油氣行業的運營風險。通過系統化的數據分析，企業能夠對生產過程進行全面監測和分析，及時發現潛在風險并采取措施防范。同時，通過預測報警，企業能夠在事故發生前采取預防措施，可最大程度地避免生產中斷和損失。因此，數據分析與預測報警成為新型油氣智能安防集成系統中不可或缺的功能模塊。

5  油田應用效果

本系統于2022年11月在XN氣田X井場進行了應用，并在中心站完成了數據軟件的調試。整套系統運行穩定，數據準確計時，一體化油氣礦油氣生產站場安防接入與控制系統滿足項目設計要求。

實驗現場的各種數據采集安防硬件與系統實現了成功對接，幕簾探測器、拾音器、功放、監控攝像頭、操作按鈕等設備順利接入系統，采用系統內部的專用控制機制實現安防設備的聯動操作，并成功實現現場的安防設備采集數據實時上報至服務器。

圖3  西南油氣田X井場新型智能安防系統改造

通過新型智能安防系統在X井站接入與部署，油氣礦油氣生產站場安防接入與控制系統實現了油氣井站的安防數據的接入，很好地解決了傳統安防控制系統的弊端。該方案通過高度集成一體化設計，解決了傳統安防控制系統里設備多、穩定性差、數據交叉嚴重的問題。同時該系統支持的雙鏈路數據傳輸既能確保網絡的穩定，又能實現數據的分流傳輸，有效地提升了場站的整體安防能力，以及油氣安全生產管理水平和效率。

6　結論

本研究針對油氣行業提升安防的特殊需求，采用系統分析和模型構建的方法，對系統各個模塊進行了優化設計和集成，并開發了一種創新性的智能安防集成系統。該系統通過在西南油氣田的成功應用，取得了如下成效：

（1）新型油氣智能安防集成系統能夠實時監測和報警，并兼具智能識別和分析異常行為功能，從而有效防止了安全事故的發生。

（2）該系統優化的管理模塊和數據分析功能，可以幫助企業管理層更好地制定決策和管理策略，提高了生產效率，具有較好的應用前景和推廣價值。

（3）該系統在實際應用中取得了重要的成果，但由于對油氣企業的實地測試和數據分析有限，仍需要繼續完善和優化，以提高系統的穩定性和可靠性。

（4）下一步將結合新型油氣智能安防集成系統的實際應用，探索更加有效的安全管理方式，如可以進一步優化和改進系統的設計和功能，以適應不同類型的油氣企業的需求。

作者簡介：

全　江（1978-），男，四川南充人，中級工程師，學士，現就職于中國石油西南油氣田分公司川中油氣礦自控計量站，主要從事油氣自動化管理工作。

胡朝杰（1990-），男，四川遂寧人，中級工程師，學士，現就職于中國石油西南油氣田分公司川中油氣礦自控計量站，主要從事信息化管理工作。

王　佳（1984-），男，重慶人，中級工程師，碩士，現就職于中國石油西南油氣田分公司川中油氣礦自控計量站，主要從事油氣儲運和油氣田開發管理工作。

程仁杰（1990-），男，黑龍江佳木斯人，中級工程師，碩士，現就職于中國石油西南油氣田分公司川中油氣礦自控計量站，主要從事網絡安全管理工作。

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摘自《自動化博覽》2023年9月刊