文献标识码：B文章编号：1003-0492（2023）09-085-04中图分类号：TP273

★全江，胡朝杰，王佳，程仁杰（中国石油西南油气田分公司川中油气矿自控计量站，四川遂宁629000）

关键词：油气行业安防；智能安防集成系统；实时监测；异常行为识别；数据分析

1　引言

油田作为油气生产的最核心地带，其生产安全决定了油气的生产效率。传统油田的安全生产管理方式在面对恶劣环境下，安全隐患频现，无法实时控制风险，导致安全事故多发，生产效率难以提升。因此，石油天然气行业对于安防的要求日益提高，保障该行业的安全性和管理效率成为了一个迫切的问题。然而，在油气行业中，传统的安防系统仍然存在一些局限性，多数油田站内数字化程度仍显不足，存在应用系统多、数据共享难、安防巡检严重依赖人工等问题。这些问题叠加使得传统的管理方式更容易导致油田生产效率低、安全问题无法防控。

图1  井口及管线原油泄漏事故

面对传统油田的安全管理现状，在产能增加的基础上，我们通过智能化技术建设智慧油田，对自然环境恶劣、生产管理难度大的区域，推行数字化、自动化和信息化建设，及时掌握生产状况，提高井下作业效率，并进行业务流程优化，利用远程摄像与预警等手段，实现降低作业成本和提高油田油气采收率的目标，对整个石油行业安全生产、提高生产管理效率和建设智慧油田起到了决定性作用。

为了解决这些挑战，研究和开发一种新型油气智能安防集成系统势在必行。新型系统应具备多样化的安全防护功能、智能化的实时监控和快速响应能力、数据分析与预测能力，以及稳定可靠的系统性能和应急处理能力。通过引入物联网和人工智能等先进技术，新型集成系统将能够提高石油天然气行业的安全防范水平和工作效率，并能够保障人员和设备的安全。

2　油气智能安防集成系统的研究背景与挑战

2.1　行业面临的安防挑战

石油天然气行业的安防挑战主要表现在以下三方面：

一是，该行业的生产及运营环境相对恶劣，存在着多样化的安全风险。例如，在油气开采过程中井控事故；在油气储运过程中管道泄漏和爆炸等意外事件。

二是，该行业的安全监管存在不足。尽管相关法律法规和标准已经制定，但实际的监管和执法工作并不完备，导致了行业内部的安全管理乏力。

三是，传统的安防技术手段过于依赖人工，局限性大。以人工巡检为主的传统安防手段难以实现对复杂作业场景下的全方位监控和智能化分析，更无法应对网络入侵和数据泄漏等高科技问题。

综上所述，石油天然气行业的安防挑战主要表现在生产环境恶劣、安全监管不足和技术手段有限等方面。随着油气行业对安防需求的日益增长，传统的安防系统已经无法满足复杂多变的安全挑战。针对这一问题，油气智能安防集成系统的研究显得尤为重要。

2.2　智能安防技术的现状与发展

随着科技的不断进步和信息化的快速发展，智能安防技术在油气行业中得到了广泛应用并取得了一定成果。相比传统安防手段，智能安防系统存在以下优势：

一是，智能安防技术通过引入先进的感知和监测装备，以及高效的数据处理和分析算法，实现了对油气设施的全方位监控和智能化管理。例如，通过使用视频监控、红外感应以及声音识别等技术，可以实时监测油气设施的工作状态，及时探测到异常情况并进行快速处理。

二是，智能安防技术通过引入人工智能算法，能够自动分析和识别大量的数据和信息，提高了安全事件的识别和预测能力。例如，通过使用机器学习和深度学习等技术，可以实现对数据的实时监测和分析，从而实现对设备故障和漏气等问题的预测和报警。

三是，智能安防技术通过引入物联网技术，实现了设备之间的互联和信息共享，实现了对设备状态的实时监控和管理。例如，通过使用传感器和无线通信技术，可以实现对油气设施的远程控制和管理，大大提高了工作效率和管理水平。

综上所述，智能安防技术通过引入先进的感知和监测装备、高效的数据处理和分析算法以及物联网技术，可以实现对油气设施的全方位监控和智能化管理，从而提高油气行业的安全防范水平，促进行业的可持续发展。

3　新型油气智能安防集成系统的设计

3.1　集成系统的总体框架

为了解决传统安防局限，并满足油田现场对安防系统升级的需求，本文提出了一种新型油气智能安防集成系统的总体框架，如图2所示。

图2  智能安防系统的整体框架

该总体框架是新型油气智能安防集成系统设计中的核心内容，主要包括以下几个方面：

一是，集成系统需要具备一个完整而全面的安防建设方案，可以涵盖石油天然气行业安全生产的各个环节。

二是，集成系统应该基于物联网技术，将各种安防设备和感知器件通过互联网连接起来，实现设备之间的数据交换和通信。由此，系统就能够实现对各个环节的实时监控。

三是，引入人工智能技术，并与物联网技术进行融合，从而实现对各种安防事件的自动识别和智能处理。

在新型油气智能安防集成系统的总体框架中，还考虑到了系统的可扩展性和灵活性，其能够随着石油天然气行业的发展和变化进行相应的调整和优化。同时，系统也具备开放性，它能够与其他系统进行集成，从而实现更高层次的安防管理和控制。

综上所述，新型油气智能安防集成系统的总体框架基于物联网技术和人工智能技术设计，具备完整的安防建设方案和实时监控能力。

3.2　物联网技术及人工智能技术的引入与融合

新型油气智能安防集成系统的设计重点在于整合物联网技术和人工智能，构建一个高效可靠的安防体系。

通过物联网技术的应用，新型油气智能安防集成系统可以实现对各个安防设备的实时监控，在遇到安全事故时，能够快速响应并采取相应的措施。通过对采集到的数据进行分析，系统可以预测出可能发生的安全风险，并及时报警，以减少事故的发生。系统还具有良好的稳定性和应急处理能力，保证了系统的可靠性和连续性的运行。通过物联网技术和人工智能的应用，系统可以实现对石油天然气行业的全面监控，并且具备快速响应和预测报警的能力。

在新型油气智能安防集成系统的设计中，人工智能的引入和融合是至关重要的环节。首先，结合各类传感器和摄像机捕捉到的数据，通过人工智能技术实现大数据分析和处理，实现深度学习算法进行实时分析和处理，为系统赋予更加准确和实时的监测和预警能力。集成系统通过收集和分析实时数据，识别出潜在的安全隐患和风险，并预测未来可能发生的事件，对于潜在的安全问题可以在事故发生之前得到预警和预防，从而更好地保障油气生产过程的安全性和稳定性。人工智能技术的引入提升了集成系统的稳定性和应急处理能力。传统的安防系统一旦遭受损坏或故障，往往需要手动进行修复和维护，而这样的过程往往非常耗时和耗力。通过引入人工智能技术，集成系统可以自动检测和识别故障，并通过自动化的机制进行修复和应急处理，大大减少了人力和时间成本，提高了系统的稳定性和可靠性。

4　新型油气智能安防集成系统的功能与特性

4.1　实时监控与快速响应

新型油气智能安防集成系统的设计中，实时监控与快速响应是另一个核心功能。首先，通过在关键位置部署高清监控摄像头，系统能够实时监测油气设施周边的情况。这些监控摄像头采用先进的图像处理技术，能够对画面进行实时分析，并自动识别潜在的安全威胁。

一旦发生异常情况，系统会立即将报警信息传输到相关人员的智能终端设备上。通过实时反馈与信息传递，安保人员可以在最短的时间内掌握问题的性质和紧急程度，并迅速做出决策和行动。通过对大量的监控数据进行分析和挖掘，系统可以发现隐藏在数据背后的规律和异常情况，以帮助预测潜在的安全风险，并提前采取维修措施，从而避免可能的事故和损失。

4.2　数据分析与预测报警

数据分析与预测报警是新型油气智能安防集成系统中的重要功能。

数据分析是新型油气智能安防集成系统实现预测报警的关键环节。系统通过数据采集设备获取来自各个环节的数据，包括设备运行状态、油气流量、温度、压力等关键参数。这些数据经过实时传输和存储后，系统运用数据分析技术对其进行深入处理。通过建立有效的数据模型和算法，系统能够及时检测到异常状况，并生成相应的预警信号。这种数据驱动的预测报警方式，有效提高了监测的灵敏度和准确性。通过对历史数据进行深度分析和建模，系统能够自动识别数据的趋势和模式，进而预测未来可能出现的异常情况。

数据分析与预测报警不仅提高了安防系统的实效性，也有效降低了油气行业的运营风险。通过系统化的数据分析，企业能够对生产过程进行全面监测和分析，及时发现潜在风险并采取措施防范。同时，通过预测报警，企业能够在事故发生前采取预防措施，可最大程度地避免生产中断和损失。因此，数据分析与预测报警成为新型油气智能安防集成系统中不可或缺的功能模块。

5  油田应用效果

本系统于2022年11月在XN气田X井场进行了应用，并在中心站完成了数据软件的调试。整套系统运行稳定，数据准确计时，一体化油气矿油气生产站场安防接入与控制系统满足项目设计要求。

实验现场的各种数据采集安防硬件与系统实现了成功对接，幕帘探测器、拾音器、功放、监控摄像头、操作按钮等设备顺利接入系统，采用系统内部的专用控制机制实现安防设备的联动操作，并成功实现现场的安防设备采集数据实时上报至服务器。

图3  西南油气田X井场新型智能安防系统改造

通过新型智能安防系统在X井站接入与部署，油气矿油气生产站场安防接入与控制系统实现了油气井站的安防数据的接入，很好地解决了传统安防控制系统的弊端。该方案通过高度集成一体化设计，解决了传统安防控制系统里设备多、稳定性差、数据交叉严重的问题。同时该系统支持的双链路数据传输既能确保网络的稳定，又能实现数据的分流传输，有效地提升了场站的整体安防能力，以及油气安全生产管理水平和效率。

6　结论

本研究针对油气行业提升安防的特殊需求，采用系统分析和模型构建的方法，对系统各个模块进行了优化设计和集成，并开发了一种创新性的智能安防集成系统。该系统通过在西南油气田的成功应用，取得了如下成效：

（1）新型油气智能安防集成系统能够实时监测和报警，并兼具智能识别和分析异常行为功能，从而有效防止了安全事故的发生。

（2）该系统优化的管理模块和数据分析功能，可以帮助企业管理层更好地制定决策和管理策略，提高了生产效率，具有较好的应用前景和推广价值。

（3）该系统在实际应用中取得了重要的成果，但由于对油气企业的实地测试和数据分析有限，仍需要继续完善和优化，以提高系统的稳定性和可靠性。

（4）下一步将结合新型油气智能安防集成系统的实际应用，探索更加有效的安全管理方式，如可以进一步优化和改进系统的设计和功能，以适应不同类型的油气企业的需求。

作者简介：

全　江（1978-），男，四川南充人，中级工程师，学士，现就职于中国石油西南油气田分公司川中油气矿自控计量站，主要从事油气自动化管理工作。

胡朝杰（1990-），男，四川遂宁人，中级工程师，学士，现就职于中国石油西南油气田分公司川中油气矿自控计量站，主要从事信息化管理工作。

王　佳（1984-），男，重庆人，中级工程师，硕士，现就职于中国石油西南油气田分公司川中油气矿自控计量站，主要从事油气储运和油气田开发管理工作。

程仁杰（1990-），男，黑龙江佳木斯人，中级工程师，硕士，现就职于中国石油西南油气田分公司川中油气矿自控计量站，主要从事网络安全管理工作。

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摘自《自动化博览》2023年9月刊