“气”势不凡：构建数字孪生，中石油某大型天然气气田基于实时数据基础架构的卓越转型

剑维软件 2025-02-12

中石油某大型天然气气田位于我国西南腹地，是国家能源战略中至关重要的一环，同时也是天然气生产安全管控最严格的气田。自投产以来，气田累计产气量相当于4900万个家庭一年的用气需求。

在可观的成绩背后，该天然气生产单位深知可靠性和安全性的意义。伴随着产量的持续增长，公司面临着日益复杂的生产环境和严苛的环保要求，开启数字化转型、深挖数据价值是唯一的解题思路。AVEVA PI System全面详实的数字化能力正是该气田生产转型升级的底气。

从生产数据入手，锚定转型思路

为保证持续高产和稳产，气田的采气、输气系统肩负着极高的运行压力，工艺十分复杂。关键动设备的可靠运转定期维护也变得至关重要。

同时，身处能源行业，在“双碳”目标下，环境部门亦对该项目尾气及放空气排放监测等指标有着严苛的要求。

诸如此类的生产难题若想迎刃而解，都离不开对生产数据的采集、计算和监控。项目投产8年来，公司已经建立了一个较为完备的生产数据采集体系，拥有7万余个采集点，但问题在于如何让海量的生产数据“物尽其用”，最大化发挥价值。

综合考量对数据规范性、数据源一致性以及建模复杂性等多重要求后，该公司明确了转型方向：基于AVEVA PI System工艺和设备的数字孪生体，使团队专注于对数据的理解和应构建一个集中的数据管理平台和可视化平台，创建用，真正实现数据赋能业务。

该天然气生产单位利用AVEVA PI System的资产框架（Asset Framework，简称AF）构建了气田数字工厂标准化的数据模型，创建了实验室数据库、工艺参数数据库以及设备资产数据库（环保数据库也正在搭建之中）。目前已有的三大数据库涵盖了1029个资产元素、1900多项数据分析，用户涵盖了设施工程中心、生产运行、检维修等7个部门。

数据架构从无序走向规范化、智能化；业务推进从依赖人工经验转向自动化、智能化，依托以数字孪生体系为轴的转型策略，该气田实现了数据及事件的计算分析和实时报警等诸多深入应用。

△中石油某大型天然气气田数字化转型思路

跨越鸿沟，同步并行的四大实现路径

中石油这一大型天然气气田的数字化转型是聚焦于普惠价值的，他们希望全业务链条中的每一个参与者都能从数字工厂中获益。因此，在项目推进过程中，公司考虑了各业务部门和信息部门的多方需求，从四个角度着手数字化体系的搭建。

首先，公司明确地了解，转型的最终目的是服务于业务，因此在内部进行了全面的调研和培训，从用户本身寻找迫切的、可落地的需求，而后从小的需求着手，持续迭代和完善系统功能，实现“润物细无声”的转型。AVEVA PI System的支持团队在这一过程中提供了丰富的优秀案例，为业务团队成员寻找提供需求的切入点给予了诸多启发和灵感。

同时，该天然气生产单位着力于打破业务界限，希望跨业务的部门人员使用统一的数据发布协同工作平台。由于气田拥有十分庞大的业务链条，其生产数据并非某一部门或特定人员“独享”，各方专业面对同一份数据有着截然不同的考量维度。因此，部署PI AF数据资产的过程中，来自不同部门和专业的人员贡献了多元的视角。

模型的可复用、系统部署的便捷也是该气田数字化转型的要点之一。不同业务需求根据整合在某些情况下可以归纳为同类型的装置，且整个工厂还有着相当数量的同类型资产，例如3列净化装置等。在部署此类资产时，公司使用了统一格式对数据点进行命名，配合PI AF内嵌的模板，实现了“一次设置，批量部署”，大大提升了工作效率。

最后，得益于得以对该气田进行统一的数据维护，实现了对关键数据的AVEVA PI System单一数据源的优势，公司集中管理（包括数据的命名规则，单位和更新频率等），确保了数据的可靠性和权威性。

多元应用场景与全流程优化

在对PI AF的应用上，团队策划了全面的、多领域的应用场景，从设备监控及维护，到生产过程的优化，再到能耗管理和环境监控，以及后续的自动报表、智能报警、事件跟踪管理，打造了气田全生命周期的数字化架构。

01设备先行：稳固数字工厂核心

团队利用PI AF按不同的生产区域对厂区内200余台设备进行了数据建模，形成了设备资产数据库，实现对全厂设备关键数据的全覆盖，为后续用户进一步开展的数据分析及应用提供了坚实的数据底座。

对于动设备的精益管理，团队利用PI AF实现了动设备每日运行时长和设备检维修注脂/轴承更换时间的自动计算，结合动读取到生产日数据系统的设备每日数据页面，并形成动AVEVA PI System的兼容性，将计算结果通过接口自设备运行时长统计报表，为后续动设备维护计划的制定提供抓手。

△中石油某大型天然气气田动设备管理

该大型天然气气田的检维修部门大概需要管理100余台动设备，其中一些重要的设备电机需要定期保养，在以往的流程中需要专人定期跟踪和维护设备台账，中间涉及庞大的工作量，时效性也因此无法保障。

为了解决这一问题，团队采用了PI AF自动计算的功能进行设备健康管理，在保养周期到期前，系统会及时提醒相关人员采取措施，此项工作也由手工统计计算变为了自动提醒。

02AVEVA定制化的模型建设，

AVEVA PI System的数据融合与拓展

在整个气田的各生产环节中，净化厂对于工艺的要求可以说是复杂性最高的。通过对工艺优化需求的审慎调研，依托PI AF全面整合数据的能力，公司初步建立了三个相关模型，为工艺的精益化拓宽了思路。

脱硫单元拦液发泡趋势指标预警模型结合净化厂实际生产状态数据，与多工艺参数进行关联，在工作人员进行数据回填时，能够根据模型提前观测到发泡趋势，极大提高了脱硫单元工艺分析的效率和响应能力。
尾气单元SO2控制与制冷机组启停判断模型则是该气田在可持续转型的探索中收获的一大成果。由于气田所处地理环境夏日温度极高，严重影响了净化厂二氧化硫的排放浓度，为气田大气污染物排放管控带来了极大的压力，能耗问题也随之日益严重。因此团队在PI AF上建立了尾气单元SO2，控制与制冷机组启停判断模型，在精准控制污染物排放的同时，又能与工厂的制冷组联动，适时启动，降低能耗。
在工业绿色发展领域里，循环水是一个至关重要的角色，凭借在 PI AF上所建立的循环水质分析模型，公司跳出了以往人工取水分析的繁复耗时，由AVEVA PI System 直接整合实验室数据，结合循环水温度进行联合动态计算为结垢和腐蚀情况提供结论和措施建议，保证水质符合生产需求。

△中石油某大型天然气气田的多种模型搭建

03更高算力，深度挖掘数据价值

团队在数据的计算和分析层面，该气田也开展了进一步的尝试。借由PI AF及PI DataLink等多重工具组合，基于建立的数据资产，通过系统提供的分析函数，团队实现了对电力ICPS工作站数据资产、高压泵每日节约电量、管存量以及气田放空气量等重要参数的实时计算和统计，显著提升了气田的生产效率。

“现场监控一张图，业务数据一平台”，PI AF为公司搭建的集成的数字孪生体系消弭了不同系统、不同部门之间的信息孤岛，一键即得，数据应用的效率大大提升。同时，团队利用PI Vision可视化工具搭建了一个完备的动设备运行监控平台，业务全局掌控，“一览”无余，进一步焕发了数据的巨大潜能。

△现场监控一张图

构筑未来数字工厂基石，迈入行业新篇章

在全球能源转型的大背景下，随着人工智能、机器学习等新兴技术的不断成熟，能源行业的未来必将朝着高效、绿色、智能的方向发展。这座中石油大型天然气气田的转型实践，是能源行业数字化变革的缩影，也为诸多油气企业提供了摆脱传统模式桎梏、最大化数据价值的宝贵经验，为全球能源转型贡献了中国智慧。

目前，进一步的数字化工厂建设打下了坚实的技术基础。通过将AVEVA PI System在该气田的成功应用为公司后续AVEVA PI System运用到数字工厂底座和数字孪生体系的打造，公司的多方团队利用创新技术突破了传统数据管理的瓶颈，显著提升了运营效率，并在生产、环保和能源管理等多个领域实现了综合优化。

该天然气生产单位计划未来在现有架构的基础上进一步深化气田的数字化转型，迈向从数字化到智能化生产运营的新阶段，最终实现从数据采集到智慧决策的全链条智能化。

“PI AF和 PI Vision的介入,降低了用户对数据分析、管理和访问的复杂性,与不同系统数据的聚合更使得工厂拥有了一个更加全面的业务视角，从而锁定更关键的问题。在传统模式下,更高层次、更广泛的分析几乎是实现不了的，但是 AVEVA PI System为我们打造的数据基石让未来有了更多可能。”

—— 张莉

中国石油天然气股份有限公司
下属某天然气生产单位应用分析师

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