浅谈油田天然气集输数字化建设
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摘要：基于实际工程介绍了“天然气轻烃集输数字化项目”的建设内容，将一个立体的“虚拟现实的数字化工程”依托电子地图技术为基础平台，以求达到生产设施真实的“场景虚拟”。 将数字化的思路和方法应用于油气集输工程。 对实现油气集输工程数字化、信息化具有前瞻性。
关键词：数字化虚拟现实电子地图
一、前言
油气集输公司轻烃回收装置投产运行以来，随着生产发展变化，进行了多次改造或扩建，地下管线多层交叉不清；同时原来从国外引进的工程设计图纸均属传统纸质蓝图形式，绘制体例与国内不同，查阅困难；公司站内天然气集输系统缺少整体资料，给生产管理、操作运行带来许多不便。为了适应形势发展，加快科技创新，所以建立“天然气集输数字化系统”。
二、研究开发内容
1.数字化系统的技术方案
（1）总体思路
在计算机网络允许的基础上，进行数字化工程的构建，最终完成整体的轻烃工程数字体系。数字化框架平台的构建主要有以下过程：
①数字化输入。把零散的数据，收集、辨别、归纳、整理、输入计算机。
②信息化处理。在计算机网络上，使用各种技术软件进行处理。
③形象再现。在计算机网络上，重现整体轻烃工程，达到智能互动化。
④组织决策。在轻烃工程数字化体系构建过程中，油气集输公司的各个部门、先后多次浏览、讨论、修改、审议，集中更多智慧。因此，数字化系为各级领导采纳，为不同层次管理人员掌握使用，受基层班组操作工人欢迎。
（2）技术原理
①天然气集输数字化系统框架平台的构建，使数字系统的制作深度能够满足管理、运行、维护等方面的要求，达到实用可靠、操作方便、结构清晰；
②天然气集输数字化系统技术支撑体系的评选，筛选合理、可行的应用软件，采纳适用、经济、方便的软件；
③三维虚拟现实技术的运用，所建立的数字模型，达到漫游形象逼真、技术属性的数据完整准确、触摸物体的查询、测试、量取等功能齐全，操作方便；
④完善数据库选型方法，数据资源结构繁简合理，资料完整配套，数据齐全准确，数据的范围全面、类别层次分明清晰、格式统一。
（3）支撑体系
根据数据达到的可视化详细程度分为四个层次：
①视频图像。采用多媒体数据（音频、视频）方式，描述数字轻烃工程的概要。
②平面设计。利用平面设计的原理，形象地、具有立体感地表现出轻烃工程的厂区全貌，以及各个作业区的整体概况。重点表达数字工程的“面”。
③动画演示。采用动画演示方式，表现出流体的运动过程，并显示流体在各个流程阶段的主要参数。将声音、文字、图片及动画等有机地整合到一起，生动直观地表现出来。
④虚拟现实。本系统运用虚拟现象（VR）技术现实地形环境仿真，其基本功能有：矢量地图数据获取，三维地形建模，三维地景生成，立体显示与立体观察，目标叠加与查询等。可用于多维地理信息系统的建构，地形勘察，重大工程模拟等。
（4）主要内容
总体介绍：简述油气集输公司及其轻烃回收厂的概况。
①技术专题片。以生产现场实况录像为主，配套以油气集输公司的相关技术文件，以及技术管理会议等活动纪实镜头组成视频画面。
②流程系统。采用动画形式将油气集输公司站内天然气集输的各个流程系统，分别描述，并显示主要技术参数。
③平面区域系统。采用动画形式，分别介绍了油气集输公司所属主要石油和天然气长距离输送管线的概况，同时利用立体效果图形式表现出油气集输公司厂区内各个部分。
④3D虚拟演示系统。发挥虚拟现实技术的实时三维空间表现能力，采用人机交互式操作环境，达到给人身临其境的感受，把油气集输公司站内天然气集输系统形象化地展示在屏幕上。
⑤电子数据库系统。应用电子版方式存储油气集输公司及其轻烃厂的相关文件。
⑥SCADA系统。预留备用接口可以链接外部即监测监控及数据采集系统（SCADA），与站内的自动控制实时管理系统并网，使自动控制管理更全面、方便。
三、实施效果及达到的技术指标
1.技术特点
（1）提高效率，优化方案。为油气集输公司及其轻烃厂、油气管道各个部门的电子应用系统提供了基础性数据共享，加强了交换、协同作业服务。
（2）迅速及时，实时可靠。能够及时存入运行、管理、维修等工程技术动态，通过技术服务平台，由控制中心操作，提高油气集输系统管理水平。
（3）形象逼真。数字化影象不同于照相，制作模型需要简化、概括，在允许推理或想象过程中，在合理的范围内，以保证模型形象的神似或形似。
（4）人性化软件界面。实现人机之间交互性，互相充分交换信息。
（5）操作简便、灵活。系统软件运行于Windows环境下，具有直观、简便、友好的用户界面，应用人员不需要专门的培训就可以轻松掌握使用。
（6）互动操作。数字化工程，在真实、可视三维环境下展示到用户面前，通过交互方式查询和操作，犹如在真实三维世界中，充分体现空间特征。
2.先进水平
数字化系统应用阶段目标的创新性，应用水平达到国内先进。本项天然气集输数字化系统研究，从整体来说，是数字化技术应用的完全创新，主要研究目标是在工程建设完成以后，将数字化成果推广到天然气集输系统的管理、运营、维护阶段。
（1）天然气集输数字化系统的框架平台结构清晰，繁简合理；
（2）站内天然气集输数字化的三维视图形象逼真，属性完整；
（3）数字化系统的电子数据库存完整准确，层次分明；
（4）地下管道探测方法先进――探测结果，可靠实用。
3.技术指标
3D虚拟现实技术平台，于2000年开发完成，并形成商品化。经测试，3D系统的性能，各项技术和效益指标均处于国际领先水平，广泛应用于城市规划、小区建设领域，并正逐步向其它领域拓展，如园林设计、电力设计系统、油田地面与地下工程、天然气地下管网等。 目前3D系统的产品线得到了极大的扩充，由当初时的单一产品3D虚拟现实内容创作系统，发展成为多个系列的产品。
埋地管道的测试精度高：
埋地管道走向、方位的定位精度：深度地5%；
地下管道探测距离精度：管线3米±5%；探头7.5米±5%；
探测地下管道的测深范围：≤5m；
探测地下管道外防腐破损点的位置偏差：≤10cm；
检测地下管线外防腐层漏蚀点位置计量距离精度：≤测试距离的0.1%；
防腐层破损点捡漏精度：≥0.25mm2。
4.推广应用
现在轻烃数字工程系统已经在辽河油气集输公司及其轻烃回收厂应用，取得良好效果。以一种低成本的易于实现、形象、可靠、便于操作的数字工程成果，向油气集输公司所辖其他站场推广，推向辽河油田其他工程，推向全国兄弟油田，可以获得更大的效益。
轻烃数字工程系统在油气集输公司具有广泛的应用，主要有以下方面：
（1）用于站内集输工程建设的总体规划、可行性研究
数字化系统提供了已建工程的全部技术成果数据，及管理、资源、设备等信息。在总体规划时，打开画面，查询设施各类资源数据，能够方便地进行规划构思。
（2）用于集输工程的改扩建方案设计
改建、扩建设计方案修正：虚拟现实系统应用于编制设计方案，可以很轻松地随意进行修改，改变建筑高度，改变绿化密度，改变外立面的颜色，显著加快方案设计的速度和质量。
改建、扩建设计方案审查：由于虚拟现实打破了专业人士和非专业人士之间的沟通障碍，使得各个部门能够通过统一的仿真环境进行交流，能更好地理解设计意图和技术思路，能够领会各方面的意见，达成共识，妥善解决设计中存在的问题。
（3）用于维修施工管理
数字化系统平台对于施工管理，不仅能完成记录维修施工过程信息的数据库，还能够规范数据格式与准确性，使各单位、各部门能够共享信息数据的网络平台。
（4）应用于采购管理
可以通过数字化系统获取相关属性资料数据，提出设备器材的规格、性能、以及生产厂家，很方便地编制采购计划，搜寻供应商，生产资质，合格证，厂家对比，采购统计等等。
（5）应用于操作运行
在链接了站内的数据采集与控制系统（SCADA）之后，能够实现油气集输全自动控制。实现整个油气集输数字化系统的监测监控，保证了系统的安全运作和优化控制。
（6）应用于经营管理
优化运行：是在系统装置的各种内外部条件给定的前提下，通过机泵设备运行方案的调整，通过生产塔工艺参数的合理调配，使装置的技术经济指标达到最佳，实现节能降耗。
生产运营管理系统：进行企业人力资源管理、业务分析，对客户关系、市场营销、生产调度等进行管理。
（7）应用于故障维修
配套采用数字化技术对装置系统风险进行管理，指导系统编制维修计划，并采取相应的补救措施，当风险指数达到警戒线时，自动启动相应的应急预案，尽可能地降低装置事故发生率。
（8）用于宣传报道
虚拟现实系统所产生的沉浸感和互动性，不但能够获得身临其境的体验，同时还能随时获取项目的数据资料，而且更可以导出视频文件用来制作多媒体宣传资料，进一步提高项目的宣传展示效果。
（9）应用于教育培训
数字化系统具有形象现实的3D全景、图形、图像化、数据表格等生动特点。非常便利于非专业人员和岗位工人识别，能够形成一个基于数据库的3D全景多媒体场景，是一套理想的专题汇报系统和技术培训系统。
四、结论与展望
通过轻烃数字工程系统的运用，提高油气集输公司及其轻烃厂的运行管理水平、安全生产水平，更进一步地为管理运营提供决策支持和服务；减少在技术创新、技术改造过程中对环境的破坏、人员健康的危害及事故安全隐患，建设绿色工程，造福社会。实现油气集输工程数字化、信息化是我国油田工程建设可持续发展的必由之路。数字工程的实施过程，也必将推动油气工业的科研、生产、管理、效益、环境等方面的可持续发展。
数字化作为信息技术应用与信息化带来的城市发展模式的创新,是创新型国家建设的重要组成部分,数字城市建设是相关信息技术发展的重要源动力,也是信息技术创新发展的机遇,抓住这一机遇.对于国民经济的发展将产生深远的影响.