现代非常规页岩气开采技术的变革，突破了传统油气开采的观念，颠覆了对含油气盆地“全含油气系统”和“全过程成藏”的认识，建立了烃源岩也是有效勘探目的层的“连续型”非常规油气成藏的模式，使得非常规天然气资源勘探量和产量大幅增加。中国油气能源对外依存度较高，能源安全供给靠常规油气保障将愈发困难，而我国的非常规油气资源潜力巨大，非常规油气的勘探开发将日趋重要。

目前，以信息化为代表的新兴技术与各行业不断深化融合，有力推动着各产业自动化、数字化、智能化发展，成为经济社会发展的强大动力。信息化建设是企业数字化转型和智能化发展的根本，信息化和工业化融合的核心就是以信息化为支撑，实现可持续发展。借鉴国内外智能化气田建设工作的有益经验和先进研究成果，可知，信息化建设将是助力非常规气田增储上产，实现高质量跨越式发展的关键。　

非常规气田生产信息化建设目标　　

依据企业信息化总体规划，坚持顶层设计，统筹推进，统一标准，规范实施，试点先行，逐步推进的思路，充分发挥企业在生产信息化建设中的主导作用，落实并处理好基础设备设施建设与生产业务信息资源整合、提升的关系，做好做实顶层规划。中联煤层气有限责任公司（以下简称中联公司）按照“急则先行”的原则加快自控、通信等方面的基础设备设施建设进度；着力推进“当年见效、3年建成框架、5年基本完善”的生产信息化建设工作，建成“一个库、一个平台、一个架构体系”。“一个库”就是构建生产运行数据环境、建成“三气”（煤层气、致密气、页岩气）共采及销售的统一开发应用数据资源中心，整体支撑数据资源整合和应用系统集成，实现数据资源的集中存储、集中交换、统一管理和共享使用； “一个平台”就是要在“一个库”的基础上，建成统一的生产运行一体化协同工作环境，即云架构应用平台，支撑横向跨专业跨部门跨单位、纵向跨管理层级的业务应用协同；“一个架构体系”就是要在建设中保持技术架构稳定、融入企业业务管理和技术要求，确保平台内核稳定、灵活组装、可靠安全、操作方便、易于扩展、系统开放，全面融合云计算、物联网、大数据、移动互联等新一代信息技术，支持大容量、高吞吐、多用户的平稳运行，适应管理创新、业务变化和综合管控的需求。强化生产运行业务管控能力，持续推进业务集成和信息集成，实现业务、流程规范化管理，提升业务运作效率、业务管控能力，为“三气”共采提供支撑和保障。　　

近期目标（1—3年），以建设无人值守数字气田为方向，补齐陆地非常规气田自控、通信基础设施短板，实现无人化以及各业务协同运营的生产方式和管理模式；远期目标（4—5年），完善并提升生产信息化系统，推进智能化非常规气田建设，在全面感知、整体协同、科学决策、自主优化四大能力方面，推进智能化发展建设。　　

要实现无人值守数字气田的目标，就要做到快速获取数据，及时利用数据，实现远程操控。因此，规划以数据为核心，加强对数据的统筹管理，建设大数据分析、实时分析能力，以深度分析实现数据价值最大化，进行非常规气田生产信息化建设，可采取以下5项具体措施：①进行顶层规划，设计非常规气田生产信息化体系架构；②统一数据标准，进行生产信息化标准规范建设；③基础优先，补齐生产信息化基础设施短板；④业务协同，开展生产信息化软件一体化建设；⑤技术与体系并重，构建生产信息化安全架构。　　

建立从管理层到现场执行层无缝连接的运营体系，实现跨地域、跨专业、跨层级精准管控，整合专家资源，实现生产、销售一体化运营模式，提升管理效率，降低运营成本。

非常规气田生产信息化建设总体架构设计　　

要实现近期无人值守数字气田的目标和远期智能化气田的目标，就需要做到快速获取数据，并及时利用、分析数据，实现远程精准操控。因此，生产信息化建设应以数据为核心，以数据的“采、存、算、用”整个流程为主线，统筹数据管理，提升大数据分析、数据实时分析能力，实现数据价值最大化，充分应用于生产业务的各个环节，进行规划建设。　　

非常规气田生产信息化建设总体架构设计以数据资源为核心，以数据采集、数据传输、数据存储、数据分析与挖掘、数据展示与应用为主线，以基础设施和平台建设为重点，形成包括5个层级、  2个体系、1个平台的体系架构。非常规气田生产信息化总体架构如图1所示。

图1 非常规气田生产信息化总体架构　　

生产信息化技术架构　

生产信息化技术架构是信息基础设施、系统以及系统之间的关系，是纵向之间的关系。中联公司的生产信息化技术架构自下而上包括工业物联网＋设备感知接入层、基础设施云服务层（IaaS）、平台云服务层（PaaS）、软件云服务层（SaaS）4 个层次。　　

（1）工业物联网＋设备感知接入层以气田站场光纤、无线网络、DCS系统、SCADA系统为基础，利用各类传感设备，实时采集设备、生产、控制等各类信息，实现气田生产的全面感知。

（2）基础设施云服务层IaaS（基础设施即服务）由网络资源、存储资源、计算资源等共享服务组成。网络资源是借助于网络环境可以利用各种信息资源的总和，利用计算机系统通过通信设备传播和网络软件管理的信息资源；存储资源根据不同的应用环境通过采取合理、安全、有效的方式，将数据保存到某些介质上并能保证有效的访问；计算资源是计算机程序运行时所需的CPU资源、内存资源、硬盘资源和网络资源。网络资源、存储资源、计算资源是信息化基础设施的主要组成部分。　

（3）平台云服务层Paa S（平台即服务）提供基础技术服务、公共服务、业务服务。基础技术服务借助于DCOS技术实现线性动态扩展、异地资源调度等方面的优异性能，提供物联网、大数据分析、资源调度、通用技术等服务，统一交付服务基于SCRUM 流程和DEVOPS理念，实现自动化的应用程序构建、部署和交付流程，统一运营服务采用自动化运维、资源管理等技术实现统一的资源调度、应用管理、组件控制等；公共服务基于微服务架构提供用户服务、日志服务、权限服务等；业务服务通过面向微服务的组件编排技术，快速定制提供如勘探、开发等专业业务服务功能。　　

（4）软件云服务层 Saa S（软件即服务）通过 PaaS层的平台服务，灵活构建面向气田生产的业务应用软件，简化应用系统的部署、运维和管理。生产信息化技术架构包括生产操控、安环管理、智能排采、集输管网、GIS等业务服务功能模块，覆盖煤层气生产各类管理业务，实现生产前端全过程的数字化、可视化、远程化管控，为提高生产管理效率、经营管理水平、过程管控能力和绿企建设水平提供了有力支撑。生产信息化技术架构如图2所示。

图2 生产信息化技术架构　　

生产信息化数据库架构　

数据资源共享中心的数据来自于生产调度指挥系统本地数据库与各业务系统数据库，这些数据库都属于数据资源中心的一部分，存储的数据涵盖了实时数据、结构化数据、成果文档、视频数据、 GIS数据等。数据同时存储在数据交换中心、各分中联公司操控中心数据库以及海油云，形成两地三中心的数据存储模式和容灾系统。业务系统在需要跨数据库请求数据时，先将请求发送至数据交换中心，由数据交换中心向目标数据库查询数据，再经过转换及数据共享接口发送回请求的业务系统，以降低生产调度指挥系统与各业务系统数据库的访问量，节约数据库连接池。本地数据库存放系统所需的用户信息、权限配置、操作日志、各系统数据转换数据、数据交换中心转换提取的配置数据等相关的数据。生产信息化数据库架构如图3所示。

 图3 生产信息化数据库架构    

 非常规气田生产信息化建设内容

生产信息化标准规范建设

标准规范建设覆盖分中联公司生产及管理的整个流程，覆盖单井、阀组、集气站、增压站等一线生产要素，监控、报警、生产指挥、应急处置等功能全面配套。全面实现生产过程可视化、生产运行状态全面感知、生产实时监控和高效运行指挥，全面提高生产管理水平，促进气田管理效率和经济效益的提升。

以实用、高效为原则，按照标准化设计、模块化建设、集成化功能、数字化巡检、简约化管理、市场化服务的要求，建成视频监控、数据采集、数据传输、自动报警、监控指挥、巡护运维六大功能模块系统的建设规范，实现数字巡检、中心值守、人机联动、快速响应，形成以生产操控中心为核心，采、输一体化管理的信息化运行模式。生产信息化各系统基本配置标准见表1。

名称	建设内容
视频监控系统	监控布置点标准	硬件配置技术标准
数据采集系统	数据采集点布置标准	硬件配置技术标准
数据传输系统	基本要求	传输方式	配置标准		硬件配置技术标准
自动报警系统	数据采集超限报警	视频监控报警	工况异常报警		设备节点离线报警系统
监控指挥系统	主要功能	硬件配置技术标准		软件配置标准
巡护运维系统	巡护	运维

表1 生产信息化各系统基本配置标准　

基础设施建设　　

（1）自控系统建设　　

中联公司自控系统智能化建设方面分2步：第1步，完成各分中联公司管控中心数据采集与监视控制系统（Supervisory Control And Data Acquisition, SCADA）的建设及太原生产指挥中心、北京调控中心生产应用平台的建设，实现生产数据的集中监视及远程控制，为后期无人值守、智能管理打下良好的基础；第2步，逐步达到无人值守、定时巡检乃至智能巡检的控制水平，最终目标是实现无人值守、智能巡检、智能优化和智能管理。自控系统建设目标如图4所示。

图4 自控系统建设目标　　

（2）通信系统建设　　

中联公司各分公司内部基础网络建设可以采取 3种方式：①采用光缆传输，适合光缆完好的井场及光缆修复费用较少的井场（仅发生熔接费用）；②采用4G传输，对于光缆不可修复（断点较多，无法查找）的井场采用4G回传；③光缆不可修复且无4G，采用微波方式传至就近井场，然后利用其他井场网络回传。　　

（3）主干网络建设　　

首先完成各分公司管控中心与太原生产指挥中心、北京调控中心主干网络的互联互通，打通数据传输通道；后期通过建设广域网智能网络逐步提升企业网络的智能化水平，中联公司MPLS VPN链及组网如图5所示。

（a）MPLS VPN链                                                                     （b）组网示意　　

图5 中联公司MPLS VPN链及组网示意

信息化平台建设　　

中联公司生产信息化平台设计以气田各业务系统之间的关系为基础，解决生产横向之间的协同协作关系。中联公司生产信息化平台架构（图6）以生产操控平台、生产信息系统、生产调度指挥平台为核心，通过微服务在底层实现能耗管理、安环管理、智能排采系统、GIS、天然气销售管理系统、Maximo等各应用系统的业务信息协同流程化，实现生产操控与生产调度指挥的一体化管理。

图6 生产信息化平台架构　　

信息安全建设　　

基于中联公司现有的安全基础设施，为各业务系统提供多样性的安全服务，通过分析平台业务特点与安全需求，结合等级保护三级标准，建立生产经营一体化平台安全防护体系（图7）。

图7 生产经营一体化平台安全技术架构　　

在信息安全技术建设方面，依托中联公司现有基础资源环境和现有安全防护，保障项目基础安全。生产经营一体化平台应用集成统一身份认证，实现平台用户统一管理。通过启用SSL安全协议，实现客户端到服务端之间数据的安全传输；通过集成总部密码服务平台，提供标准的安全加密及签名接口，实现服务端到服务端之间数据的安全传输。采用签名验签方式，确保平台用户信息、关键数据及业务操作安全；建立安全开发全生命周期体系，并结合现有的安全策略，保障平台代码质量；建立常态的安全培训、督查自查及保障机制，并结合安全攻防技术开展渗透测试，确保平台安全稳定运行，满足生产经营一体化平台对核心业务、承载数据的信息安全要求，保障系统的可靠运行，通过系统信息安全等级保护三级测评。　　

在信息安全管理方面依据安全制度、安全组织、安全培训和安全风险管理办法，形成生产经营一体化平台安全体系，从信息安全管理层面确保平台的安全。参照国家针相关法律法规，完善安全管理制度、流程、规范、模板、记录文件，建设技术合规的生产经营一体化平台，具体信息安全建设分为网络和通信安全、设备和计算安全、应用和数据安全、安全审计、安全运维、安全服务和安全应急管理等方面，确保中联公司生产信息化各系统安全稳定运行。　　

预期实施效果　　

结合具体情况，按照中联公司“整体策划、共性优先、基础优先、急用先建”的原则，生产信息化建设方案实施工作将分2个阶段进行：①第1~3年，完善基础设施建设，提升系统功能，完成生产信息、管理整合，基本实现“无人数字气田”生产模式；②第4~5年，向建设智能化气田迈进，实现实时互联、智能管理、优化协同的运行机制，辅助经营管理决策。中联公司生产信息化实施阶段方案如图8所示。

图8 中联公司生产信息化实施阶段方案　　

结语　　

由于非常规气田开发的加速，未来几年，将使得投资规模、工程工作量、业务领域拓展、非常规气藏发现、高效开发生产的技术复杂性、管理流程效率提升等各方面都对信息化工作提出更高的要求。而数字化技术的发展为油气行业带来新科技、新伙伴、新业务和新赋能，为传统生产模式的数字化转型带来了新机遇，将推动企业生产组织方式、生产运行方式和生产管理方式的变革，促进数字化转型发展。进行非常规气田生产信息化建设顶层设计，将数字化技术和业务深度融合，推动生产经营和管理方式的转变，可大幅提升管理能力，实现降本增效的目标。