物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油氣田生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

趙強(qiáng)，劉剛，行花妮，劉峰，葉秀芬，魯校

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠，寧夏銀川750006）

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油氣田生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

趙強(qiáng)，劉剛，行花妮，劉峰，葉秀芬，魯校

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠，寧夏銀川750006）

物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，引起各行各領(lǐng)域的高度重視，它不僅能提高經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)約成本，而且為企業(yè)注入新的技術(shù)動(dòng)力。本文就是針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)這一技術(shù)，從油氣田生產(chǎn)的角度出發(fā)，描述了運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建數(shù)字化的理論、實(shí)踐及效果，介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的氣田基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、自動(dòng)化控制、視頻安防及電子巡井等標(biāo)準(zhǔn)化模式。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；自動(dòng)化控制；視頻安防；電子巡井

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)處于快速發(fā)展階段，在很多國(guó)家和不同領(lǐng)域出臺(tái)政策進(jìn)行戰(zhàn)略布局，日韓基于物聯(lián)網(wǎng)的“U社會(huì)”戰(zhàn)略，歐洲的“物聯(lián)網(wǎng)行動(dòng)計(jì)劃”及美國(guó)“智能電網(wǎng)”、“智慧地球”等計(jì)劃。我國(guó)也在響應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，提出“感知中國(guó)”、“智慧城市”等一系列政策計(jì)劃，為實(shí)體產(chǎn)業(yè)注入技術(shù)支持，來帶動(dòng)社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)發(fā)展，促進(jìn)人文和諧。下面從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)角度介紹在油氣田生產(chǎn)中的典型實(shí)踐，并對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析研究。

1 油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)

油氣生產(chǎn)流程主要包括以下五個(gè)部分：油氣舉升、注入、計(jì)量、油氣集輸和油氣處理，這些生產(chǎn)環(huán)節(jié)如果采用傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，且由人工管理，則生產(chǎn)效率較低，穩(wěn)定性較差，安全風(fēng)險(xiǎn)高。在目前的油氣田生產(chǎn)中，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以改善傳統(tǒng)工藝的不足，提升油氣田開發(fā)整體效益[1，2]?，F(xiàn)階段將應(yīng)用于油氣田開發(fā)過程中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)統(tǒng)稱為油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)。

油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基本思路：（1）在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)（如井場(chǎng)、站點(diǎn)、處理廠或凈化廠等）安裝數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、安防設(shè)備，自動(dòng)采集生產(chǎn)、視頻、安防等數(shù)據(jù)或信號(hào)；（2）根據(jù)不同的管理需求，通過有線或無線傳輸方式將采集到的數(shù)據(jù)或信號(hào)傳送給不同級(jí)別指揮調(diào)度單元；（3）對(duì)收集到的數(shù)據(jù)或信號(hào)進(jìn)行匯總、處理與分析，為決策者進(jìn)行生產(chǎn)指揮提供決策依據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)行可視化、生產(chǎn)操作自動(dòng)化、管理決策系統(tǒng)化。

2 油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化組成單元

油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化組成單元：基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、自動(dòng)化控制、視頻安防及電子巡井等。在氣田生產(chǎn)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)初見成效，形成不同需求的標(biāo)準(zhǔn)化物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式。

2.1 基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化

基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是實(shí)現(xiàn)油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的基本條件，其主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收、緩存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)、控制。目前主要采用三層樹形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，核心層實(shí)現(xiàn)全線速三層路由，經(jīng)防火墻統(tǒng)一的出口，來提高安全性，匯聚層實(shí)現(xiàn)VLAN間路由以及流量控制等功能，并提供良好的擴(kuò)展性能，接入層實(shí)現(xiàn)高速大密度節(jié)點(diǎn)接入。根據(jù)生產(chǎn)需求分為核心區(qū)域、匯聚區(qū)域、接入?yún)^(qū)域，核心和匯聚區(qū)域?yàn)榍д讉鬏敚尤雲(yún)^(qū)域?yàn)榘僬讉鬏?，由于油氣覆蓋區(qū)域地理環(huán)境復(fù)雜，在鏈路可根據(jù)實(shí)際情況，通過雙鏈路或者局域環(huán)網(wǎng)提高基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率。典型的氣田網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖（見圖1）。

2.2 自動(dòng)化控制標(biāo)準(zhǔn)化

在氣田生產(chǎn)中，集氣站目前主要采用AB、BB公司PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)集氣站生產(chǎn)運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，其采集到數(shù)據(jù)一方面為集氣站提供監(jiān)控，一方面將數(shù)據(jù)傳送中心集氣站或區(qū)集中監(jiān)控中心。通過基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中心集氣站可以同時(shí)管理若干個(gè)數(shù)字化集氣站，從而使數(shù)字化集氣站實(shí)現(xiàn)無人值守。

圖1 典型的氣田網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2.3 視頻安防

在氣田生產(chǎn)中，氣井、集氣站及重點(diǎn)生產(chǎn)區(qū)域安裝了視頻監(jiān)控、紅外報(bào)警、門禁系統(tǒng)、遠(yuǎn)程對(duì)講等設(shè)備，對(duì)其井口、集氣站及重點(diǎn)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)就地錄像、區(qū)域匯集、遠(yuǎn)程監(jiān)控、異常報(bào)警等功能。

2.4 電子巡井

電子巡井系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)井口數(shù)據(jù)的采集，通過電臺(tái)、網(wǎng)橋、光纜傳輸至站內(nèi)，通過站控系統(tǒng)上位機(jī)或資料機(jī)對(duì)井口的數(shù)據(jù)進(jìn)行自控和視頻數(shù)據(jù)監(jiān)控，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了井口截?cái)嚅y的遠(yuǎn)程開關(guān)。目前應(yīng)用最多的是網(wǎng)橋傳輸，它的傳輸帶寬大，不僅可以傳輸生產(chǎn)數(shù)據(jù)，而且可以傳輸視頻數(shù)據(jù)。

2.5 油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用前景分析

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油氣生產(chǎn)中的應(yīng)用，明顯提高了生產(chǎn)效率?；A(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)根據(jù)油氣田的地理環(huán)境制定自身的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，保證油氣生產(chǎn)區(qū)不間斷的傳輸生產(chǎn)、視頻、安防等數(shù)據(jù)；成熟穩(wěn)定統(tǒng)一的自動(dòng)化控制系統(tǒng)為采氣工藝流程提供技術(shù)保障，從自控程序、現(xiàn)場(chǎng)儀表、天然氣計(jì)量、數(shù)據(jù)分析等關(guān)鍵性因素已經(jīng)形成一套標(biāo)準(zhǔn)化的系統(tǒng)；視頻安防系統(tǒng)不僅進(jìn)一步提升了油氣生產(chǎn)區(qū)的安全性，而且為氣田實(shí)現(xiàn)無人值守、遠(yuǎn)程控制提供了基本保障；電子巡井系統(tǒng)解決了偏遠(yuǎn)地區(qū)單井?dāng)?shù)據(jù)的傳輸，節(jié)約了生產(chǎn)成本。在其他方面，語(yǔ)音傳輸體系、事故應(yīng)急體系等都離不開物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

從以上論述得出，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油氣生產(chǎn)中具有很好的應(yīng)用前景，但是目前也需要克服很多難題。最典型難題是由于油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)涉及到多學(xué)科、多專業(yè)，解決方案也各不相同，因此標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較為分散，并且開放性較差，目前我國(guó)并沒有出臺(tái)相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)參照。而且早期在油氣田建設(shè)當(dāng)中，各研究單位和生產(chǎn)企業(yè)都是按照自定的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行的，數(shù)據(jù)和系統(tǒng)兼容性差，因此為了使不同廠商生產(chǎn)的油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，從而降低運(yùn)維成本，迫切需要大規(guī)模統(tǒng)一行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)目前油氣田的發(fā)展，分析油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)，講述了如何在油氣田應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)，并從基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、自動(dòng)化控制、視頻安防及電子巡井等標(biāo)準(zhǔn)化的角度審視氣田生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，并肯定了其取得的階段性成果。最后分析油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用前景，給出了充分的理由說明油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化將成為整個(gè)油氣田發(fā)展的目標(biāo)。

近些年，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，克服了很多技術(shù)難題，油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的控制水平、技術(shù)安全能力將不斷增強(qiáng)，并且我國(guó)相關(guān)部門已經(jīng)制定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)不同廠商油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品之間的互聯(lián)互通，進(jìn)一步降低系統(tǒng)運(yùn)維成本，為油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化做好鋪墊。

［1］李建華，薛廣民.油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油氣生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.自動(dòng)化博覽，2013，（11）：65.

［2］孫振祿.試析油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)［J］.中國(guó)科技博覽，2014，（1）：528.

TP272

A

1673-5285（2016）01-0084-02

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.01.022

2015－11-15

趙強(qiáng)，男（1987-），信息工程初級(jí)工程師，2012年畢業(yè)于西安郵電大學(xué)通信工程專業(yè)，從事通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維管理研究及氣田網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工作。