物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油田地面數(shù)字化建設(shè)中的應(yīng)用

孟鵬 云甘霖 曹世 劉琛(長慶油田分公司第一采油廠，陜西 延安 716009)

0 引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，近幾年產(chǎn)生了傳感器技術(shù)、人工智能技術(shù)及RFID技術(shù)結(jié)合發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)包含了多個方面，其中主要有感知網(wǎng)、接入網(wǎng)：應(yīng)用平臺及接入網(wǎng)等。將物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用于數(shù)字化油田建設(shè)已經(jīng)是目前大多數(shù)油田的發(fā)展趨勢和選擇，其中比較領(lǐng)先且已經(jīng)在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化油田建設(shè)方面開展工作的有勝利油田、大慶油田等。但總的來說，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化油田建設(shè)在我國才剛剛起步，大多數(shù)油田的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化油田建設(shè)還處于獨(dú)立數(shù)字化控制階段，目前還缺乏完善的技術(shù)體系，并沒有真正實(shí)現(xiàn)智能化及信息化。物聯(lián)網(wǎng)油田數(shù)字化建設(shè)工程龐大，其中主要難度在于數(shù)據(jù)的采集、傳輸及處理。隨著我國5G時代的到來，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣燃皽?zhǔn)確率越來越高，這也為物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化油田建設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸提供了保障，但數(shù)據(jù)采集與處理仍是艱巨任務(wù)，還有待油田企業(yè)在數(shù)字化建設(shè)過程中進(jìn)一步研究和探索。

1 數(shù)字化油田概述

數(shù)字化油田指的是一種高效與精細(xì)的油田管理模式，它是在信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上形成的。隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，石油開采及使用的頻率越來越高，而如何高效的進(jìn)行石油開采與使用正是眾多石油企業(yè)面臨的難題，為提高油田生產(chǎn)效率，必須從管理著手，進(jìn)一步提升管理效率與水平，合理利用石油資源，進(jìn)而滿足社會不斷增長的石油需求。故而，數(shù)字化油田建設(shè)悄然興起，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)形成了物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化油田建設(shè)。在油田數(shù)字化建設(shè)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在諸多方面都有應(yīng)用，比如數(shù)據(jù)傳感裝置的使用就加入了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，另外還有精準(zhǔn)定位裝置系統(tǒng)、數(shù)據(jù)信息傳輸裝置、射頻識別技術(shù)等都加入了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。伴隨物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化油田建設(shè)不斷推進(jìn)，油水井也成功實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，進(jìn)而也使得信息數(shù)據(jù)的傳輸與交換相對容易，使油田的生產(chǎn)管理、分析與巡檢活動更加便捷高效。我國油田數(shù)字化建設(shè)與西方發(fā)達(dá)國家相比還有一定的差距，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油田數(shù)字化建設(shè)中的應(yīng)用還有待進(jìn)一步加強(qiáng)與優(yōu)化。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在數(shù)字化油田建設(shè)中的重要性

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在數(shù)字化油田建設(shè)中具有非常重要的作用。首先，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以幫助構(gòu)建虛擬的數(shù)字化地質(zhì)模型，使油藏的描述更加清晰化與可視化。其次，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用于數(shù)字化油田建設(shè)能更好的幫助油田進(jìn)行數(shù)字化管理，使技術(shù)與業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)良好的結(jié)合，加快推進(jìn)油田信息化與智能化建設(shè)步伐。目前，建設(shè)數(shù)字化管理中心是我國油田建設(shè)發(fā)展的主要任務(wù)及方向，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能很好的幫助實(shí)現(xiàn)信息化建設(shè)與管理，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用能更好的對數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸與整理，能有效改善內(nèi)部溝通速度與效率，幫助建立油田專業(yè)的數(shù)據(jù)體系?？偟膩碚f，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，旨在幫助油田更好的實(shí)現(xiàn)信息化與現(xiàn)代化建設(shè)，提升油田的管理及運(yùn)行效率。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油田數(shù)字化建設(shè)中的應(yīng)用及效果分析

3.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在數(shù)字化油田建設(shè)中的具體應(yīng)用

3.1.1 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由油水井生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與站庫對應(yīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成。其中，在油水井生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，主要由自動控制裝置實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與歸類整理，整個數(shù)據(jù)的采集與歸類管理均由系統(tǒng)自動完成。在站庫對應(yīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，其包含的過程較多，主要有原油計(jì)算量取、運(yùn)輸中轉(zhuǎn)、運(yùn)輸壓力增加裝置，另外還有液體、氣體注入裝置等。油井的數(shù)字化生產(chǎn)過程，首先要求站庫對油井的生產(chǎn)與管理相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與分析，隨后由原油處理站對數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，繼而站庫根據(jù)原油處理站的數(shù)據(jù)合理規(guī)劃油田開發(fā)建設(shè)，使整個油田的生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)智能化與現(xiàn)代化，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升油田生產(chǎn)效率與安全水平。

3.1.2 自動生產(chǎn)管理系統(tǒng)

自動生產(chǎn)管理系統(tǒng)在油田數(shù)字化建設(shè)中具有重要地位，要實(shí)現(xiàn)自動生產(chǎn)管理，可以借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)第一能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動管理，第二能對不同的生產(chǎn)流程進(jìn)行協(xié)調(diào)，使整個生產(chǎn)過程更加完善。另外，在油水井生產(chǎn)過程中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還能對抽油機(jī)變化情況進(jìn)行實(shí)時觀察和分析，對相關(guān)的資料進(jìn)行收集與整理，使整個系統(tǒng)管理過程更加完善。由此可知，自動生產(chǎn)管理系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)對油田生產(chǎn)狀況的實(shí)時監(jiān)控，還能對油水井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)及開發(fā)動態(tài)進(jìn)行科學(xué)分析，使整個油田生產(chǎn)與管理更加高效與智能。

3.1.3 資料輸送網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

資料輸送網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是比較關(guān)鍵的一環(huán)，在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化油田建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。資料輸送網(wǎng)絡(luò)的組合方式比較多樣，既可以選擇無線網(wǎng)絡(luò)組合，也可以選擇有線網(wǎng)絡(luò)組合，還可以選擇無線與有線結(jié)合的方式。在網(wǎng)絡(luò)安裝過程中，要區(qū)分工程控制網(wǎng)絡(luò)與辦公室用網(wǎng)絡(luò)，工程控制網(wǎng)絡(luò)對穩(wěn)定性要求較高，利用工程控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，要保證傳輸?shù)乃俣扰c效率，還要保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩c準(zhǔn)確。針對油田建設(shè)的叢式井，在接入物聯(lián)網(wǎng)時通常采用光纖的方式，光纖接入能保證數(shù)據(jù)采集與運(yùn)輸?shù)男枰?，另外，光纖還能保證視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。如果油水井較為分散，在不方便使用有線方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安裝時，大多采用無線方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安裝和數(shù)據(jù)傳輸。

3.1.4 油水井自動控制系統(tǒng)

油水井自動控制系統(tǒng)能幫助實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與操作，特別是對抽油機(jī)、注水泵等生產(chǎn)裝置的控制。比如，可以通過油水井自動控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)注水泵的緊急關(guān)閉和啟動，對增壓裝置進(jìn)行全自動投球裝置與捕捉球裝置等。油水井自動控制系統(tǒng)，充分運(yùn)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上對各井場、油站的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效采集與處理，對數(shù)據(jù)實(shí)行動態(tài)監(jiān)督管理，通過對數(shù)據(jù)的實(shí)時分析及時發(fā)現(xiàn)可能存在的問題，進(jìn)而對油水井的注水泵、煮水量及注水時間等進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，以提升油田的精細(xì)化管理水平。

3.1.5 井站配套支持系統(tǒng)

井站配套支持系統(tǒng)主要起輔助與支持作用，主要是對單口油水井及原油處理站進(jìn)行配套的技術(shù)支持。井站配套支持系統(tǒng)中所用的裝置有清潔能源發(fā)電裝置、電力發(fā)生裝置等等。電力配置中，抽油機(jī)與注水泵的用電主要來自工業(yè)電網(wǎng)，而氣井生產(chǎn)所需電量較小，一般采用清潔能源用電，常用的有風(fēng)能、太陽能等。另外，井站配套支持系統(tǒng)還設(shè)置了輔助供電裝置，以避免突發(fā)狀況停電時油田生產(chǎn)能正常用電。由此，井站配套系統(tǒng)能保證物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化油田建設(shè)中數(shù)據(jù)采集傳輸設(shè)備、視頻監(jiān)測裝置及自動控制設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，使整個數(shù)字化建設(shè)更加穩(wěn)定和完善。

3.2 應(yīng)用效果總結(jié)分析

3.2.1 大幅降低生產(chǎn)成本

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在數(shù)字化油田建設(shè)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了油井的在線監(jiān)測、注水井及注水量的遠(yuǎn)程監(jiān)控與操作，使地面工程變得更加便捷高效。數(shù)字化建設(shè)對地面工程進(jìn)行改造后，地面系統(tǒng)的工藝呈現(xiàn)出更加簡單的趨勢，其自動化程度和系統(tǒng)效率大大提高，運(yùn)行成本也大幅降低。數(shù)據(jù)顯示，我國油田數(shù)字化建設(shè)過程中，共計(jì)撤銷計(jì)量間、配水間各305座、293座，優(yōu)化了近20余座接轉(zhuǎn)站與注水站，累計(jì)減少了將近2600米油田生產(chǎn)管道，這極好的優(yōu)化了油田生產(chǎn)成本，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。從2005年開始，油田產(chǎn)能沒有進(jìn)行計(jì)量站新建，管網(wǎng)的配套規(guī)模也不斷縮小，極大的節(jié)約了成本。在此過程中的工藝優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了各類燃油、氣、電、原油的大幅節(jié)約，提升了資源利用率。

3.2.2 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變

物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化油田建設(shè)使油田生產(chǎn)更加智能，由此也實(shí)現(xiàn)了油田生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變。過往中小型站場都需要有人值班，對油水井生產(chǎn)情況進(jìn)行人工巡檢和監(jiān)督，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行數(shù)字化建設(shè)后，逐步實(shí)現(xiàn)了油水井的智能監(jiān)控與無人值守，使作業(yè)區(qū)的監(jiān)控更加集中，使作業(yè)區(qū)的管理模式由駐站式管理變?yōu)檠矙z式，極大的節(jié)約了人力成本，提高了工作效率。另外，過往通過會議進(jìn)行決策的方式也得到有效改善，數(shù)字化建設(shè)依靠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，管理人員對數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分析后即可及時調(diào)整和改變生產(chǎn)方向，使決策更加高效。最后，自動化系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了對油田生產(chǎn)管理的全面覆蓋，有效保證了油田生產(chǎn)的安全，提升了管理水平。

3.2.3 優(yōu)化勞動組織結(jié)構(gòu)

油水井的數(shù)字化建設(shè)，使地面生產(chǎn)與管理的各階段更加自動化和智能化，勞動組織方式也由此得到有效優(yōu)化。過往實(shí)行的是四級管理的勞動組織，生產(chǎn)單位和基層站的數(shù)量分別為43個采油隊(duì)、282個基層班，勞動組織優(yōu)化以后，生產(chǎn)單位減少為26個作業(yè)區(qū)，基層站減少為90個管理組，由此減少了將近1900多人的勞動力，極大的解決了基層用工緊張問題。另外，中小型站場的無人值守更是大大優(yōu)化了值班規(guī)模，使勞動用工得到進(jìn)一步優(yōu)化，勞動組織結(jié)構(gòu)得到有效調(diào)整。勞動組織結(jié)構(gòu)的優(yōu)化很好的實(shí)現(xiàn)了從粗放式管理向扁平化管理的過渡。

4 結(jié)語

石油生產(chǎn)是一個較龐大的工程，石油生產(chǎn)過程需要諸多不同專業(yè)及技術(shù)人員的共同配合。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合數(shù)字化油田建設(shè)，使油田生產(chǎn)的各環(huán)節(jié)聯(lián)系更加緊密，實(shí)現(xiàn)了不同部門員工的有效溝通與交流，極好的提高了溝通效率，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)與技術(shù)的良好結(jié)合，使油田的生產(chǎn)與管理更加科學(xué)與智能。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步提升了油田數(shù)字化建設(shè)水平，使油田數(shù)字化建設(shè)更加高效與科學(xué)。