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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(yè)安防；智能安防集成系統(tǒng)；實時監(jiān)測；異常行為識別；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)管理方式在面對惡劣環(huán)境下，安全隱患頻現(xiàn)，無法實時控制風險，導致安全事故多發(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迫切的問題。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，存在應用系統(tǒng)多、數(shù)據(jù)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(tǒng)的管理方式更容易導致油田生產(chǎn)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(tǒng)油田的安全管理現(xiàn)狀，在產(chǎn)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(huán)境惡劣、生產(chǎn)管理難度大的區(qū)域，推行數(shù)字化、自動化和信息化建設，及時掌握生產(chǎn)狀況，提高井下作業(yè)效率，并進行業(yè)務流程優(yōu)化，利用遠程攝像與預警等手段，實現(xiàn)降低作業(yè)成本和提高油田油氣采收率的目標，對整個石油行業(yè)安全生產(chǎn)、提高生產(chǎn)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(zhàn)，研究和開發(fā)一種新型油氣智能安防集成系統(tǒng)勢在必行。新型系統(tǒng)應具備多樣化的安全防護功能、智能化的實時監(jiān)控和快速響應能力、數(shù)據(jù)分析與預測能力，以及穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)性能和應急處理能力。通過引入物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等先進技術，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)及運營環(huán)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(yè)的安全監(jiān)管存在不足。盡管相關法律法規(guī)和標準已經(jīng)制定，但實際的監(jiān)管和執(zhí)法工作并不完備，導致了行業(yè)內(nèi)部的安全管理乏力。

三是，傳統(tǒng)的安防技術手段過于依賴人工，局限性大。以人工巡檢為主的傳統(tǒng)安防手段難以實現(xiàn)對復雜作業(yè)場景下的全方位監(jiān)控和智能化分析，更無法應對網(wǎng)絡入侵和數(shù)據(jù)泄漏等高科技問題。

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)管不足和技術手段有限等方面。隨著油氣行業(yè)對安防需求的日益增長，傳統(tǒng)的安防系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足復雜多變的安全挑戰(zhàn)。針對這一問題，油氣智能安防集成系統(tǒng)的研究顯得尤為重要。

2.2　智能安防技術的現(xiàn)狀與發(fā)展

隨著科技的不斷進步和信息化的快速發(fā)展，智能安防技術在油氣行業(yè)中得到了廣泛應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：

一是，智能安防技術通過引入先進的感知和監(jiān)測裝備，以及高效的數(shù)據(jù)處理和分析算法，實現(xiàn)了對油氣設施的全方位監(jiān)控和智能化管理。例如，通過使用視頻監(jiān)控、紅外感應以及聲音識別等技術，可以實時監(jiān)測油氣設施的工作狀態(tài)，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(shù)據(jù)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(xiàn)對數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和分析，從而實現(xiàn)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(lián)網(wǎng)技術，實現(xiàn)了設備之間的互聯(lián)和信息共享，實現(xiàn)了對設備狀態(tài)的實時監(jiān)控和管理。例如，通過使用傳感器和無線通信技術，可以實現(xiàn)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(jiān)測裝備、高效的數(shù)據(jù)處理和分析算法以及物聯(lián)網(wǎng)技術，可以實現(xiàn)對油氣設施的全方位監(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)的設計

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)場對安防系統(tǒng)升級的需求，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)設計中的核心內(nèi)容，主要包括以下幾個方面：

一是，集成系統(tǒng)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(yè)安全生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)。

二是，集成系統(tǒng)應該基于物聯(lián)網(wǎng)技術，將各種安防設備和感知器件通過互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)設備之間的數(shù)據(jù)交換和通信。由此，系統(tǒng)就能夠實現(xiàn)對各個環(huán)節(jié)的實時監(jiān)控。

三是，引入人工智能技術，并與物聯(lián)網(wǎng)技術進行融合，從而實現(xiàn)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(tǒng)的總體框架中，還考慮到了系統(tǒng)的可擴展性和靈活性，其能夠隨著石油天然氣行業(yè)的發(fā)展和變化進行相應的調整和優(yōu)化。同時，系統(tǒng)也具備開放性，它能夠與其他系統(tǒng)進行集成，從而實現(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)技術和人工智能技術設計，具備完整的安防建設方案和實時監(jiān)控能力。

3.2　物聯(lián)網(wǎng)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(tǒng)的設計重點在于整合物聯(lián)網(wǎng)技術和人工智能，構建一個高效可靠的安防體系。

通過物聯(lián)網(wǎng)技術的應用，新型油氣智能安防集成系統(tǒng)可以實現(xiàn)對各個安防設備的實時監(jiān)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(shù)據(jù)進行分析，系統(tǒng)可以預測出可能發(fā)生的安全風險，并及時報警，以減少事故的發(fā)生。系統(tǒng)還具有良好的穩(wěn)定性和應急處理能力，保證了系統(tǒng)的可靠性和連續(xù)性的運行。通過物聯(lián)網(wǎng)技術和人工智能的應用，系統(tǒng)可以實現(xiàn)對石油天然氣行業(yè)的全面監(jiān)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(tǒng)的設計中，人工智能的引入和融合是至關重要的環(huán)節(jié)。首先，結合各類傳感器和攝像機捕捉到的數(shù)據(jù)，通過人工智能技術實現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析和處理，實現(xiàn)深度學習算法進行實時分析和處理，為系統(tǒng)賦予更加準確和實時的監(jiān)測和預警能力。集成系統(tǒng)通過收集和分析實時數(shù)據(jù)，識別出潛在的安全隱患和風險，并預測未來可能發(fā)生的事件，對于潛在的安全問題可以在事故發(fā)生之前得到預警和預防，從而更好地保障油氣生產(chǎn)過程的安全性和穩(wěn)定性。人工智能技術的引入提升了集成系統(tǒng)的穩(wěn)定性和應急處理能力。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(tǒng)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(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　實時監(jiān)控與快速響應

新型油氣智能安防集成系統(tǒng)的設計中，實時監(jiān)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(jiān)控攝像頭，系統(tǒng)能夠實時監(jiān)測油氣設施周邊的情況。這些監(jiān)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(fā)生異常情況，系統(tǒng)會立即將報警信息傳輸?shù)较嚓P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(nèi)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(jiān)控數(shù)據(jù)進行分析和挖掘，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(shù)據(jù)分析與預測報警

數(shù)據(jù)分析與預測報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)實現(xiàn)預測報警的關鍵環(huán)節(jié)。系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集設備獲取來自各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，包括設備運行狀態(tài)、油氣流量、溫度、壓力等關鍵參數(shù)。這些數(shù)據(jù)經(jīng)過實時傳輸和存儲后，系統(tǒng)運用數(shù)據(jù)分析技術對其進行深入處理。通過建立有效的數(shù)據(jù)模型和算法，系統(tǒng)能夠及時檢測到異常狀況，并生成相應的預警信號。這種數(shù)據(jù)驅動的預測報警方式，有效提高了監(jiān)測的靈敏度和準確性。通過對歷史數(shù)據(jù)進行深度分析和建模，系統(tǒng)能夠自動識別數(shù)據(jù)的趨勢和模式，進而預測未來可能出現(xiàn)的異常情況。

數(shù)據(jù)分析與預測報警不僅提高了安防系統(tǒng)的實效性，也有效降低了油氣行業(yè)的運營風險。通過系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)分析，企業(yè)能夠對生產(chǎn)過程進行全面監(jiān)測和分析，及時發(fā)現(xiàn)潛在風險并采取措施防范。同時，通過預測報警，企業(yè)能夠在事故發(fā)生前采取預防措施，可最大程度地避免生產(chǎn)中斷和損失。因此，數(shù)據(jù)分析與預測報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  油田應用效果

本系統(tǒng)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(shù)據(jù)軟件的調試。整套系統(tǒng)運行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)準確計時，一體化油氣礦油氣生產(chǎn)站場安防接入與控制系統(tǒng)滿足項目設計要求。

實驗現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)采集安防硬件與系統(tǒng)實現(xiàn)了成功對接，幕簾探測器、拾音器、功放、監(jiān)控攝像頭、操作按鈕等設備順利接入系統(tǒng)，采用系統(tǒng)內(nèi)部的專用控制機制實現(xiàn)安防設備的聯(lián)動操作，并成功實現(xiàn)現(xiàn)場的安防設備采集數(shù)據(jù)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(tǒng)改造

通過新型智能安防系統(tǒng)在X井站接入與部署，油氣礦油氣生產(chǎn)站場安防接入與控制系統(tǒng)實現(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。該方案通過高度集成一體化設計，解決了傳統(tǒng)安防控制系統(tǒng)里設備多、穩(wěn)定性差、數(shù)據(jù)交叉嚴重的問題。同時該系統(tǒng)支持的雙鏈路數(shù)據(jù)傳輸既能確保網(wǎng)絡的穩(wěn)定，又能實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(chǎn)管理水平和效率。

6　結論

本研究針對油氣行業(yè)提升安防的特殊需求，采用系統(tǒng)分析和模型構建的方法，對系統(tǒng)各個模塊進行了優(yōu)化設計和集成，并開發(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(tǒng)能夠實時監(jiān)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(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，具有較好的應用前景和推廣價值。

（3）該系統(tǒng)在實際應用中取得了重要的成果，但由于對油氣企業(yè)的實地測試和數(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）下一步將結合新型油氣智能安防集成系統(tǒng)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(yōu)化和改進系統(tǒng)的設計和功能，以適應不同類型的油氣企業(yè)的需求。

作者簡介：

全　江（1978-），男，四川南充人，中級工程師，學士，現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(fā)管理工作。

程仁杰（1990-），男，黑龍江佳木斯人，中級工程師，碩士，現(xiàn)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(wǎng)絡安全管理工作。

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摘自《自動化博覽》2023年9月刊