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

孫彥博

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

孫彥博

中國(guó)石油青海油田分公司信息服務(wù)中心，青海 海西 817500

隨著我國(guó)信息技術(shù)水平的不斷提高，物聯(lián)網(wǎng)已得到越來(lái)越多人的高度關(guān)注。物聯(lián)網(wǎng)的用途十分廣泛，不僅可以減少運(yùn)營(yíng)成本，而且可以提高企業(yè)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。針對(duì)當(dāng)前油價(jià)低的現(xiàn)狀，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)始成為油氣田發(fā)展的重要方向?；诖耍鶕?jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的概述，深入分析了該技術(shù)在油氣田生產(chǎn)中的相關(guān)應(yīng)用。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；油氣田；應(yīng)用

引言

最近幾年，我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了十分廣泛的應(yīng)用。各種新型設(shè)備開(kāi)始出現(xiàn)，已成為未來(lái)社會(huì)發(fā)展的主要方向。我國(guó)各油田企業(yè)也緊跟社會(huì)的發(fā)展步伐，盡可能地把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和油氣生產(chǎn)緊密結(jié)合在一起，給油田的生產(chǎn)提供重要的技術(shù)支持。目前我國(guó)的油氣在生產(chǎn)時(shí)過(guò)程較為復(fù)雜。如果在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中仍然使用傳統(tǒng)的工藝和方式，就沒(méi)有辦法從整體上提高油氣的生產(chǎn)效率。所以，根據(jù)現(xiàn)階段我國(guó)油氣的發(fā)展情況，一定要研發(fā)出統(tǒng)一而有效的生產(chǎn)管理平臺(tái)。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要是在各種機(jī)械、關(guān)鍵部件、重點(diǎn)區(qū)域上植入微型感應(yīng)芯片，時(shí)刻獲取人和物體的最新特征、位置、狀態(tài)等信息，利用傳感器和人收集到的信息，開(kāi)發(fā)出更高級(jí)、針對(duì)性更強(qiáng)、綜合識(shí)別能力更強(qiáng)的軟件系統(tǒng)。在全球定位系統(tǒng)等各設(shè)備的作用下，把物品和互聯(lián)網(wǎng)緊密聯(lián)結(jié)在一起，完成信息的各項(xiàng)定位和管理，并進(jìn)行信息交換。現(xiàn)階段，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)大體上分為三層，分別是感知層、網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層。感知層主要是為了識(shí)別物體和信息的來(lái)源，它由各傳感器組合而成。網(wǎng)絡(luò)層則主要是由物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算機(jī)平臺(tái)等各種網(wǎng)絡(luò)組合在一起的，其主要作用是中樞傳遞和信息處理[1]。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶之間的接口，是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能作用。

2 油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)

油氣生產(chǎn)流程大體上包含五個(gè)部分，分別是油氣舉升、注入、計(jì)量、油氣集輸及油氣處理，其生產(chǎn)環(huán)節(jié)如果使用傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)，由人工加以管理，就會(huì)給其生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性能帶來(lái)影響，從而增加安全風(fēng)險(xiǎn)。在目前的油氣田生產(chǎn)中，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)工藝的不足，提升油氣田開(kāi)發(fā)整體效益。油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基本思路：第一，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)；第二，根據(jù)不同的管理需求，通過(guò)有線或無(wú)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；第三，分析、處理所收集到的數(shù)據(jù)和信息，給決策人員提供重要的決策依據(jù)，從而做到生產(chǎn)運(yùn)行的可視化以及管理決策的系統(tǒng)化。

3 標(biāo)準(zhǔn)化組成

在油氣田生產(chǎn)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用已初見(jiàn)成效，形成不同需求的標(biāo)準(zhǔn)化物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式。

3.1 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。它采用的是三層樹(shù)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)防火墻的統(tǒng)一出口，增強(qiáng)其安全性能，匯聚層實(shí)現(xiàn)VLAN間路由和流量控制功能，同時(shí)提供較好的擴(kuò)展性能。

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，因此鏈路可根據(jù)實(shí)際情況，通過(guò)雙鏈路或者局域環(huán)網(wǎng)提高基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)傳輸效率。

3.2 自動(dòng)化控制標(biāo)準(zhǔn)化

在油氣田生產(chǎn)中，廠站內(nèi)目前主要采用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)廠站生產(chǎn)運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，其采集到數(shù)據(jù)一方面為該廠站提供監(jiān)控，另一方面將數(shù)據(jù)傳送中心廠站或區(qū)集中監(jiān)控中心。通過(guò)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中心廠站可以同時(shí)管理若干個(gè)數(shù)字化廠站，從而使數(shù)字化廠站實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

3.3 視頻安防標(biāo)準(zhǔn)化

油氣田在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，油氣井、集輸站和一些重點(diǎn)區(qū)域都相繼安裝了視頻監(jiān)控、門(mén)禁系統(tǒng)和遠(yuǎn)程對(duì)講等相關(guān)設(shè)備。相應(yīng)的區(qū)位實(shí)現(xiàn)了錄像、遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能。

3.4 電子巡井標(biāo)準(zhǔn)化

該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)井口數(shù)據(jù)的采集，通過(guò)網(wǎng)橋、光纜等方式傳輸?shù)秸緝?nèi)，使井口變頻器實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)的目標(biāo)。目前應(yīng)用最多的是3G/4G網(wǎng)絡(luò)，它的設(shè)備功耗低，部署簡(jiǎn)單，可以以較低成本進(jìn)行系統(tǒng)地部署與運(yùn)營(yíng)。

4 物聯(lián)網(wǎng)在油氣生產(chǎn)中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油氣生產(chǎn)時(shí)所起到的作用極為重要。油氣田正常的運(yùn)轉(zhuǎn)和生產(chǎn)中的每一個(gè)環(huán)節(jié)都需要使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。油氣田在生產(chǎn)過(guò)程中按照當(dāng)前階段油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)所出現(xiàn)的問(wèn)題，需要解決以下四個(gè)問(wèn)題：第一，了解并控制采油氣廠的生產(chǎn)情況及注水量；第二，在發(fā)生故障時(shí)，要及時(shí)報(bào)警，并立即通知相關(guān)人員，以提高事故的解決效率；第三，自動(dòng)生成存儲(chǔ)、查詢等相關(guān)報(bào)表，控制好整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，以提高其運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性；第四，及時(shí)更新物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)；第五，針對(duì)高危環(huán)境等一些重點(diǎn)區(qū)域要進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)[2]。根據(jù)上面我們所分析的各相關(guān)要求和實(shí)際情況，可把油氣田生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的總體框架大致分成三個(gè)方面。

4.1 數(shù)據(jù)采集與控制子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集與控制子系統(tǒng)通常會(huì)分布在井場(chǎng)、廠站到作業(yè)區(qū)域?qū)蛹?jí)，利用傳感器、RTU等設(shè)備對(duì)油氣生產(chǎn)對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)采集、存儲(chǔ)和處理，通常會(huì)通過(guò)攝像頭和壓力等相關(guān)裝置對(duì)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和監(jiān)控。該系統(tǒng)的功能主要包含兩個(gè)方面，即自動(dòng)采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)和自動(dòng)檢測(cè)生產(chǎn)環(huán)境。

4.2 數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)

一般情況下，數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)會(huì)分布在井場(chǎng)、站場(chǎng)到作業(yè)區(qū)域的有線和無(wú)線數(shù)據(jù)的通信中，它主要通過(guò)單井和邊遠(yuǎn)站庫(kù)所采集到的數(shù)據(jù)信息使用無(wú)線與有線網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起的方式傳輸?shù)接蜌馓锉O(jiān)控指揮中心。在這期間，各個(gè)油氣田的計(jì)量間、處理站等站區(qū)都會(huì)使用有線方式傳輸數(shù)據(jù)信息。一般傳輸井場(chǎng)及邊遠(yuǎn)站區(qū)的生產(chǎn)和視頻數(shù)據(jù)主要采用無(wú)線方式傳輸[3]。它主要的過(guò)程是：油、氣水井把油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)自動(dòng)采集到的生產(chǎn)和視頻數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式傳輸?shù)街行幕?，然后中心基站把?shù)據(jù)運(yùn)用有線傳輸?shù)姆绞皆賯鬏數(shù)接蜌馍a(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)中。

4.3 生產(chǎn)管理子系統(tǒng)

生產(chǎn)管理子系統(tǒng)在具體生產(chǎn)期間進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警，對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，使整體管理決策落實(shí)得更加到位。使用B/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，部署在辦公網(wǎng)，主要包含三個(gè)大的功能，即工況分析預(yù)測(cè)優(yōu)化功能、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備管理功能和生產(chǎn)運(yùn)行管理功能。具體表現(xiàn)如下：第一，工況分析預(yù)測(cè)優(yōu)化功能指的是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和管理子系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)所采集到的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和工況所進(jìn)行的分析預(yù)測(cè)優(yōu)化，具體包含的功能有對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)管理、分析、預(yù)測(cè)等等。第二，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備管理功能指的是對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹f(xié)議、安全、狀態(tài)等所進(jìn)行的有針對(duì)性的管理。該管理功能的穩(wěn)定運(yùn)行會(huì)對(duì)油氣生產(chǎn)的整體運(yùn)行起十分關(guān)鍵的作用。與此同時(shí)，該管理功能不僅能夠很好地監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的運(yùn)行情況，而且還能夠有效監(jiān)控電池供電節(jié)點(diǎn)和信道質(zhì)量。第三，生產(chǎn)運(yùn)行管理功能包含兩個(gè)部分，分別是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和管理子系統(tǒng)。該管理功能能夠?qū)τ蜌馍a(chǎn)中的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，科學(xué)有效地統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)信息。

綜上所述，最近幾年，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了很大發(fā)展，并取得了較大成果。油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的控制水平得到了很大程度的提升，再加上我國(guó)各相關(guān)部門(mén)制定了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了各廠商油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品間的相互連通，從而減少了系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)成本，為油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)奠定了基礎(chǔ)。

[1]李建華，薛廣民，陳冰. 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）：62-65.

[2]李迎九. 油氣田開(kāi)發(fā)中“物聯(lián)網(wǎng)”構(gòu)建的思考[J]. 石油科技論壇，2011（6）：31-34.

[3]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.

Application of Internet of Things Technology in Oil and Gas Field Production

Sun Yanbo

PetroChina Qinghai Oilfield Branch Information Service Center, Qinghai Haixi 817500

With the rapid improvement of China’s information technology, the concept of the Internet of Things has

increasing attention from more and more people. Its use is very wide. It can not only reduce its operating costs, but also improve the economic and social benefits of the company. In view of the current low oil prices, the Internet of Things technology has become an important direction for the development of oil and gas fields. Based on this, the paper will in-depth analysis of the relevant applications of the technology in the field of oil and gas production based on the Internet of Things technology and oil and gas production Internet of Things.

Internet of Things technology; oil and gas field; application

TP391.44；TN929.5

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