储气库智能化建设与展望

1 国内外数智化储气库现状与需求

1.1 国内外数智化储气库发展现状

1）国外数智化储气库发展现状

总体来讲，经过上百年发展，国外储气库建库主体技术成熟、装备配套、标准完善，并逐步扩展了储气库的智能化功能。国外的储气库智能化功能多在建设前期进行干预和设计，通过对油气藏进行数值模拟精细刻画，以及利用神经网络等方法建立智能控制，实现储气库智能配产，逐步改变储气库的运行模式。

2）国内数智化储气库发展现状

中国的地下储气库建设起步较晚，2000 年建成了国内首座地下储气库，经过十几年的发展，目前全国已建成 20 余座储气库，今后十余年将是储气库建设高峰期。由于国内储气库建设较新，其信息化程度较高，按照数字油气田、物联网高标准、高要求建设。储气库自动化设备设施完善，基本实现了自动化监测、控制和管理。

从国际、国内信息化发展趋势来看，各领域信息化已经从“1”到“N”，进入了“N”到“1”平台化协同共享新时代。智能化、交互式、集成化决策支持系统，是企业信息化发展、数字化转型的有力抓手。区块链、知识图谱、人工智能、数字孪生等新兴技术正在沉淀，基于领先架构的项目进行试点应用。

在推进数字化转型、智能化建设的背景下，推动形成储气库全业务链的数字化、一体化、智慧化体系，提高天然气资源配置效率，保障天然气安全稳定供应，势在必行。

3）国内外储气库智能化建设水平分析

根据数智化综合能力模型评估，国内大部分储气库智能化水平目前处于 P2 阶段，个别标杆示范工程如中石油相国寺储气库，达到了P3 阶段。国际领先的能力可达到 P4 阶段，实现了“全面感知能力、协同调度能力、集成共享能力、运营决策”为特征的智能化储气库。

1.2 储气库智能化建设需求

1）自动化建设需求

仪表系统：增加和更换各类检测仪表、阀门检测点的配置，提高检测控制精度，使系统能够全面、准确地获取生产过程中的各种参数数据。

控制系统：对现有控制逻辑进行深入分析和优化，引入人工智能、大数据、机器学习等先进技术，实现控制系统的智能化升级，如故障预测与诊断、自适应控制、优化控制等，使系统能够自动学习、自我优化，更好地应对复杂多变的生产环境。

2）数字化需求

为满足智能化建设，需要在常规设计的基础上进行数字化升级，按照平台化、模块化的设计理念，通过整体技术平台的搭建，实现现有系统的数据集成，基于业务流程、报表管理与三维引擎等工具，实现项目监控管理和数字化交付相关应用功能开发。

3）智能化需求

专业协同需求：立专业模型实现气藏-井筒-管网一体化耦合，将气藏、井筒、地面管网结构和地面处理设备集成到统一的生产管理环境之中，优化储气库注采效率，提升储气库生产效能。

生产运营需求：通过一体化生产运行优化智能应用的建设，实现气藏密封性监测与预警、井筒数据实时监测与智能分析、设备及管网运行智能监测与跟踪，最终达到储气库全局生产运行优化提升的目的。

安全管理需求：储气库在用安全类系统分散建设、标准不统一、数据孤岛严重，缺乏有效共享，业务协同效率低下，数字化应用程度较弱，需要加快数字化转型、智能化建设。

2 数智化储气库系统架构

总体围绕科研“生产双向协同、生产优化管理、安全管理管控”三个全面，打造一体化协同、生产管理、完整性数字化协同管理、质量健康安全环保、生产经营、智能储气指挥中心、技术支持、系统配套八大业务应用，实现人员、设备、环境的全面感知、实时监控，实现生产过程自动预警、智能管控，实现储气库建设运营与数字化的深度融合。

综合利用各库数据，构建“气藏-井筒-管网”一体化模型，构建储气库一体化协同工作环境。围绕储气库“气藏完整性、井筒完整性、地面完整性”三大主要业务，构建具备全面感知、自动操控、趋势预测、智能优化、协同运营为特征的智能化储气库群。

3 数智化储气库建设

3.1 智能化模块建设

构建智能化模块，各模型数据共享，推动一体化模型建设。

1）地质模型：基于地震、测井、地质及气藏生产动态数据分别开展各气藏地质模型研究，建立构造模型、沉积相模型、属性模型和储量计算研究。

2）数值模拟模型：基于气藏精细地质模型进行数值模型工区切取和模型粗化，构建高精度数值模拟模型。

3）井筒模型：收集并完成建模数据的质量控制，利用井筒专业建模软件，根据实际的井筒结构和参数，创建井筒模型。后续可依据生产监测数据对模型开展拟合以及模型验证，为后续模型的可视化应用、井筒模拟、节点分析等应用提供基础。

4）管网模型：基于收集地面管网路由数据、管线几何参数等数据，利用专业建模软件进行管道建模、管网拓扑结构建模、管道附属阀门建模等并对管道传热系数、阀门开度及节流特性曲线等进行参数赋值。

5）一体化模型耦合：结合地面工程对自动化仪表等相关设备进行设计部署，从数据采集到处理入库形成相关技术配套，提升数据价值，全面发挥各类数据对生产运营管理的效益提升和高效管理，满足配注配采方案制定、智能跟踪与诊断等需求，建立气藏-井筒-管网一体化耦合模型。

6）智能配注：以气藏-井筒-地面一体化耦合模型为基础，充分考虑储气库生产中各环节，统筹气藏、井筒、管网约束条件，科学快速生成配注方案，确保储气库根据外源气量变化安全平稳注入。

7）智能配采：智能配采基于一体化耦合模型，能够准确感知各个气藏-井筒-地面各个生产系统的生产状态，模拟储气库采气能力及约束条件，形成最优的配采方案，实现储气库采气量最大化发挥。

8）智能跟踪与诊断：对注气生产动态、气藏、井、地面管网运行状态的实时跟踪。每日自动接入生产实时数据，自动触发一体化耦合模型模拟运算，完成最大注气、采气能力、地层平均地层压力、稳产天数的预测。

9）库群数据共享：通过数据汇聚和集成整合，实现储气库群数据资产高效的集中管理，提供数据的快速获取服务，使各个组织机构间的研究成果数据可以继承和共享。

10）智能井场：基于井筒模型与一体化耦合模型，分析井筒温度场、压力场、流速场变化，结合水合物生成关键因素，实现水合物堵塞风险预测.

11）智能站场：以数字化交付系统为核心构建的站场三维数字孪生基座，作为储气库站场智能化管理的基石，融合高精度三维建模技术与物联网（IoT）技术，为站场提供了详尽且直观的数字映射。

12）场站工况预警：基于动态模拟模型的加速运行，预测未来工况下运行指标，从而针对性地对注意潜在的生产问题提供自动预警功能，为操作人员提供在线的预测预警辅助功能。

13）智能巡检：根据巡检周期、巡检区域及巡检路线要求，定时启动机器人自动巡检作业。

14）应急管理：基于预测预警、完整性管理等，对储气库风险和事故进行定位、分析评价，并进行跟踪和信息反馈、处置方案制订。

15）井完整性管理：采用系统方法来管理全生命周期的井完整性，通过规范管理流程、职责及井屏障部件的监测、检测、诊断、维护等方式，获取与井完整性相关的信息，实现井安全生产程序化、标准化和科学化的目标。

16）场站完整性：站场完整性管理是一种基于风险的管理模式，旨在将站场风险控制在可接受的范围内，从而减少事故、经济合理地保障站场安全运行。

17）QHSE 管理：QHSE 管理功能包括事故事件管理、环保管理、安全风险分析管理、事故事件智能分析。

18）生产经营管理：包括能源数据管理、能源计划与调度、能源综合统计管理、能源监测与预警等功能。

19）技术支持：以建设“安全、智能、高效”的新型储气库为目标，利用数字化交付的三维模型，集成储气库运营实时数据，构建储气库生产运营的三维数字孪生体，实现了核心关注内容的一张图展示，反映储气库生产运行全貌，实现关键生产要素数字化管理、可视化展示、一体化管控，为生产跟踪、调度决策提供实时化、可视化、智能化的决策支持。

3.2 在役储气库数智化建设

1）自动化改造：优化基础运行环境，在库群指挥中心设置远程IO 系统用于实现远程 ESD 关断功能，是提升储气库安全性和应急响应能力的重要措施；升级在用 10 年以上自动化及监测系统，实现控制系统智能化提升，以实现PID 回路性能评估与整定、报警管理、设备管理、先进控制、实时优化系统、水合物智能监测等先进控制。

2）数字化提升：通过加强数据挖掘及共享技术研究及应用；构建以数据为核心的全生命周期体系；统一制定集储气库设计、施工建设、物资采办为一体的数字化移交标准，形成有效的数字化资产，为全面推进智能储气库建设奠定数据基础。

3）智能化建设：基于储气库实际需求及储气库智能化整体规划，在基础设施满足智能化建设前提后，结合后续拟建储气库智能化建设方案进行建设。协同研究智能场景下主要提供基础模型建设及完善，为整个数字化储气库搭建核心基础。

3.3 新建储气库数智化建设

1）控制系统智能化提升：通过引入先进的技术和方法，提高了系统的效率、稳定性和安全性。控制系统智能化主要从提升PID 回路性能评估整定、报警管理、设备管理、站场三维可视化方面实施提升。

2）机器人巡检：部署智能巡检系统，巡检机器人完成巡检工作，替代或部分替代现场员工进行相关运维作业，降低劳动强度，提升巡检工作的质量，降低巡检的安全风险。

3）先进控制 + 实时优化系统：先进控制系统（APC）能消除多个回路之间的相互影响，提高控制系统的独立性和稳定性；实时优化系统（RTO）通过优化工艺参数，降低能耗、减少碳排放、提高产品产量和收率，提升企业盈利能力和核心竞争力。

4）管道泄露监测：气体管道泄漏时会产生节流效应，导致泄露孔附近温度下降，温度会影响光缆的中心频率，设备通过监测光缆的中心频率并结合算法来判断是否发生泄漏。

5）水合物智能监测：储气库站场等场景生产运行时经常会遇到水合物“冰堵”问题，已严重影响油气资源的安全开发和输送；损坏井筒部件，造成气井停产。

6）数字化建设：完成大地面系统数字化管理平台主要功能的开发部署，实现重点工程项目由传统管理向数字化管理的跨越。按照平台化、模块化的设计理念，通过整体技术平台的搭建，实现现有系统的数据集成，基于业务流程、报表管理与三维引擎等工具，实现项目监控管理和数字化交付相关应用功能开发。

7）智能化建设：基于储气库实际需求及储气库公司智能化整体规划，结合储气库智能化建设方案进行建设。智能化应用主要基于地质模型、井筒模型、管网模型等。

4 结论

本研究系统探讨储气库数智化建设的当前状态、需求以及建设展望。通过已建储气库和在建储气库数字化、智能化提升与建设，构建形成覆盖全生命周期的数字化资产管理体系，为智能储气库建设提供完整的基础数据底座和技术支撑框架；实现储气库全生命周期管理，在流程、管理水平、科学决策等方面得到显著提升，推动了储气库业务模式优化和管理模式变革。实现运营管理更加科学高效、业务流程与劳动组织更加优化、管理决策更加智能协同。

参考文献：

[1] 张磊.基于自动化系统的智能储气库建设探索[J].电子测试,2022,(16):82-84.

[2]文韵豪，王秋晨，巴玺立，李庆等.国内外智能化储气库现状及展望[J].石油机械设备与自动化,2023,(05):60-64.