石油和天然氣行業(yè)怎樣應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)

Jon Gold Charles

能源行業(yè)在運(yùn)營中采用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)——從監(jiān)測油井產(chǎn)量到預(yù)測何時需要對其設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，等等。

與很多傳統(tǒng)行業(yè)一樣，石油和天然氣行業(yè)也有著長期使用而且非?？煽康倪\(yùn)營方法，因此，并沒有很快地采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)——盡管開采行業(yè)數(shù)十年前便在鉆機(jī)、管道和煉油設(shè)施上安裝了儀表，但直到最近才開始應(yīng)用現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

為工業(yè)企業(yè)提供互聯(lián)軟件的RTI公司的石油和天然氣開發(fā)主管Mark Carrier認(rèn)為，部分問題在于互操作性。能源公司最愿意與以前合作過的供應(yīng)商合作，但這種趨勢意味著他們在跨平臺共享數(shù)據(jù)方面沒有很強(qiáng)的動機(jī)。

他說：“在底層，設(shè)備之間的鏈路非常好，后端鏈路也很好，但要理解這些數(shù)據(jù)卻要付出巨大的代價。”

英特爾公司物聯(lián)網(wǎng)集團(tuán)副總裁Christine Boles指出，業(yè)界仍在使用的老舊系統(tǒng)很難被取代。

她說：“他們面臨的最大挑戰(zhàn)是基礎(chǔ)設(shè)施老化，以及怎樣獲得更加標(biāo)準(zhǔn)化、可互操作的版本?！?/p>

而變革正在到來，部分原因是近年來能源價格受到了沖擊。石油企業(yè)一直想要削減成本，最簡單的方法之一就是集成和自動化。Carrier說，在一口典型的油井上，一個鉆機(jī)涉及到近70種不同公司產(chǎn)品的工作，這包括從流量到溫度和壓力直至方位角和傾角的各種傳感器，以及鉆機(jī)本身的不同部件——但直到最近，這些部件都是被分別監(jiān)控的。

近來，物聯(lián)網(wǎng)解決方案可以將所有這些不同的數(shù)據(jù)線程連接在一起，如果企業(yè)想盡可能降低人為錯誤，并從普通石油鉆井平臺各種儀器儀表信息中獲得深度分析，那么這種解決方案是不錯的選擇。

這些線程很多，縱向上有很多類型唯一的傳感器和端點(diǎn)。泥漿脈沖遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)利用鉆頭中的一個模塊，在鉆井液壓上產(chǎn)生微小波動，把脈沖信息傳送到地面接收器。在活動鉆孔極端環(huán)境條件下工作的溫度和壓力傳感器會使用高強(qiáng)度串行電纜將數(shù)據(jù)送回地面。

Forrester的首席分析師Andre Kindness認(rèn)為，在任何一個具體的油氣設(shè)施中應(yīng)用的多種技術(shù)、制造商和標(biāo)準(zhǔn)，都是該行業(yè)大型傳統(tǒng)企業(yè)之間激烈競爭的產(chǎn)物。舉幾個例子，ABB、西門子和羅克韋爾等企業(yè)一直在努力避免因互操作性而喪失競爭優(yōu)勢。

這些企業(yè)也在與時俱進(jìn)。盡管像惠普和戴爾這樣的傳統(tǒng)IT企業(yè)在直接向能源企業(yè)銷售方面相對來說收效甚微，但I(xiàn)T企業(yè)在為世界各地的西門子和羅克韋爾公司生產(chǎn)白盒邊緣計算設(shè)備方面卻幸運(yùn)得多。

考慮到一些設(shè)施地處偏遠(yuǎn)，某些國家本地網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施不完善，難以提供回程鏈路，因此，對于石油和天然氣公司而言，邊緣計算是一項特別重要的技術(shù)。石油鉆探的安全和維護(hù)應(yīng)用程序?qū)ρ舆t要求非常高，因此在遠(yuǎn)程鉆機(jī)和辦公網(wǎng)之間往返傳輸信息是不切實(shí)際的。簡單地說，在端點(diǎn)附近進(jìn)行一些計算工作要容易得多。

石油和天然氣物聯(lián)網(wǎng)的主要應(yīng)用情形是預(yù)防性維護(hù)、集中控制和運(yùn)營深度分析。所有這些都依賴于從連接到某臺鉆機(jī)、煉油設(shè)施或者管道的無數(shù)傳感器中獲取信息，而這些傳感器連接到邊緣設(shè)備或者將信息回傳到云端。據(jù)Carrier稱，Wi-Fi是煉油廠連接端點(diǎn)的一種流行媒介，不過也有低功耗的廣域網(wǎng)可供選擇。

如前所述，鉆機(jī)上的傳感器使用多種有線和無線技術(shù)（一些是專有技術(shù)），將信息轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)格式，提供給邊緣或者數(shù)據(jù)中心進(jìn)行處理，而管道技術(shù)通常使用有線工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。

據(jù)Kindness稱，這很復(fù)雜，部分原因是開采行業(yè)對設(shè)備的壽命周期要求很長。

他說：“與IT界不同，我們不會每3年就更換一次設(shè)備。很多這類設(shè)備已經(jīng)在現(xiàn)場使用了10～20年，這就是為什么你會看到所使用的以太網(wǎng)有如此多版本的原因?！?/p>

IDC負(fù)責(zé)制造業(yè)深度分析的副總裁Emilie Ditton解釋說，這表明，與石油和天然氣公司合作的設(shè)備制造商越來越意識到高速鏈路的必要性。較新的設(shè)備是本機(jī)儀表化的，不太依賴于專有的鏈路標(biāo)準(zhǔn)，從而為這些公司生成更多可用的數(shù)據(jù)。

她說：“有一些領(lǐng)域存在極端的創(chuàng)新，有些領(lǐng)域的流程仍然是非常手工化的。成熟度等級差別也很大?！?/p>

將數(shù)據(jù)從遠(yuǎn)程位置傳送到云或者數(shù)據(jù)中心也給石油和天然氣行業(yè)帶來了挑戰(zhàn)。在覆蓋范圍允許的情況下，運(yùn)營商鏈路可用于無線回程，但海洋石油鉆井平臺通常不會這么選擇。一些企業(yè)使用衛(wèi)星鏈路來實(shí)現(xiàn)這一目的，而另一些企業(yè)則采用水下光纜直接連接到其近海設(shè)施。

為工業(yè)客戶生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備的TE互聯(lián)公司的產(chǎn)品經(jīng)理兼工程師Jeremy Calac介紹說，光纖到平臺還是相對較新的應(yīng)用。

他說：“過去，由于溫度和壓力問題，認(rèn)為水下光纖是不可靠的，而這種情況正在發(fā)生變化，因為鏈路電纜制造商的可靠性有所提高?！?h3>處理數(shù)據(jù)

不管數(shù)據(jù)怎樣到達(dá)邊緣或者云端，真正的價值都是通過自動分析而產(chǎn)生出來的。Corva是一家為石油和天然氣公司生產(chǎn)單一儀表板可視化產(chǎn)品的初創(chuàng)企業(yè)，其工程總監(jiān)Jim Wang介紹說，從歷史上看，自20世紀(jì)80年代以來，該行業(yè)一直能夠獲得進(jìn)行這種分析所需的各類數(shù)據(jù)。

但是，能源行業(yè)直到最近還缺乏及時處理這些數(shù)據(jù)的能力，其結(jié)果是導(dǎo)致大量人為錯誤進(jìn)入到業(yè)務(wù)流程中。例如，鉆井依賴于來自各種傳感器極其精確的測量結(jié)果，而“用手”檢查一切則是非常復(fù)雜的過程。

Wang說：“人類并不能手動校準(zhǔn)所有的數(shù)據(jù)。除非有實(shí)時分析，否則直到很久以后才會知道有錯誤?！?/p>

利用現(xiàn)代機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，石油和天然氣行業(yè)可以在很多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)收益。當(dāng)然，在鉆井平臺上，更智能的系統(tǒng)可以綜合所有相關(guān)傳感器的信息，從而更準(zhǔn)確、更及時地查明一口油井挖掘的是不是準(zhǔn)確，所涉及的機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)是否順暢，以及油井在短期和長期內(nèi)可能有多大的產(chǎn)量，等等。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)原理可以很容易地應(yīng)用于煉油設(shè)施——跟蹤維護(hù)數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)低效流程和潛在的安全問題，還同時監(jiān)控管道，這樣，在問題變得嚴(yán)重之前就能夠發(fā)現(xiàn)問題。

Jon Gold為《網(wǎng)絡(luò)世界》撰寫物聯(lián)網(wǎng)和無線網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域的文章。

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