數(shù)字油田背景下物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油田遠(yuǎn)程監(jiān)控中的應(yīng)用探討

莊保良

（中海油信息科技有限公司，廣東 深圳 518067）

0 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，油田數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（SCADA）、通用分組無線服務(wù)技術(shù)（GPRS）以及第五代移動通信技術(shù)（5G）等技術(shù)[1]在各油氣田得到了廣泛地應(yīng)用，尤其國外的各大油氣企業(yè)都在探索數(shù)字油田向更高層次發(fā)展——智能化轉(zhuǎn)型發(fā)展，即讓決策者通過“可視化”模擬技術(shù)看到油田生產(chǎn)的實(shí)時(shí)狀況，為其作出正確決策提供實(shí)時(shí)的、可靠的數(shù)據(jù)支撐與幫助。如道達(dá)爾公司搭建了油氣生產(chǎn)系統(tǒng)一體化協(xié)調(diào)辦公平臺、雪弗龍公司研發(fā)I—Connect應(yīng)用系統(tǒng)等均實(shí)現(xiàn)了油田數(shù)據(jù)等實(shí)時(shí)傳輸與共享[2]。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，數(shù)字油田不僅可以實(shí)現(xiàn)跨越行政界線進(jìn)行協(xié)同工作，更使得技術(shù)與業(yè)務(wù)更好的結(jié)合，將數(shù)據(jù)可視化、互動化，實(shí)現(xiàn)油田工況進(jìn)行自動監(jiān)測與管理，提高油田企業(yè)資源優(yōu)化、整合能力與自身核心競爭力。綜上，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推動了油田行業(yè)的勘探、生產(chǎn)、運(yùn)營以及管理模式的深刻變革，對油田企業(yè)整體管理水平以及促進(jìn)信息流、物質(zhì)流、資金流等資源的高效率配置。

1 我國數(shù)字化油田發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控

我國地大物博，油田分布地域?qū)?、范圍廣，油田生產(chǎn)過程中的井、站、管道以及各類設(shè)備繁多，加之生產(chǎn)、經(jīng)營管理層級眾多，需要及時(shí)對井、站等生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，以對油田生產(chǎn)全過程的進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視與控制。目前，我國在多家聯(lián)合站、集中處理站等大中型站場安裝了數(shù)據(jù)采集儀表，通過有線或無線通信儀表，進(jìn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集，對生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)數(shù)字化巡檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程出現(xiàn)的問題。

1.2 數(shù)據(jù)傳輸與整合

數(shù)字油田的建設(shè)需要傳輸和整合海量的數(shù)據(jù)信息。對于井、間、站及管道的數(shù)據(jù)采集，主要采用無線通信；對于聯(lián)合站、集中處理站等大中型站場數(shù)據(jù)的傳輸則采用光纖有線傳輸。對于無線通信而言，國內(nèi)各大油田會根據(jù)實(shí)際需求采用GPRS、WLAN、4G、5G和無線網(wǎng)橋等信息傳輸技術(shù)進(jìn)行傳輸。而有線傳輸對基礎(chǔ)設(shè)施、設(shè)備的要求較高，首要保證有較大寬帶設(shè)備以及信號傳輸?shù)姆€(wěn)定，才能更好的進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與傳輸。在確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)上，更重要的是對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，即通過分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)隱藏的現(xiàn)場信息作出分析，包括對油田生產(chǎn)流量的估算、設(shè)備控制和維護(hù)等，實(shí)現(xiàn)決策過程的優(yōu)化與調(diào)整。

1.3 集成系統(tǒng)平臺

集成系統(tǒng)技術(shù)平臺是連接各專業(yè)、各部門業(yè)務(wù)協(xié)作，對所出現(xiàn)的問題進(jìn)行快速響應(yīng)并采取聯(lián)動方案的集成協(xié)同系統(tǒng)。在我國數(shù)字油田建設(shè)過程中，軟件與系統(tǒng)不兼容的問題時(shí)常發(fā)生，通過集成系統(tǒng)技術(shù)平臺，將計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析以及決策等多功能效用集成一體，其不僅能貫通油田勘探、鉆井、采油運(yùn)輸以及地勘研究等各領(lǐng)域，更能將各環(huán)節(jié)、各層級的油田業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)集成協(xié)同，極大促進(jìn)油田上游板塊管理水平的提升，打破我國油田企業(yè)的“信息孤島”問題。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油田遠(yuǎn)程監(jiān)控的應(yīng)用

2.1 傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

2.1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是指在無人值守的環(huán)境下布置無線傳感器，實(shí)現(xiàn)對周邊環(huán)境或監(jiān)測對象信息的自動化采集與感應(yīng)的技術(shù)[3]。在油田遠(yuǎn)程監(jiān)控中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為：①數(shù)據(jù)采集層。在油田開發(fā)過程中，在井、站以及管道等地布置各類傳感器裝置，依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，搭載電源、定位以及可移動等輔助設(shè)備，對現(xiàn)場油田環(huán)境進(jìn)行壓力、溫度、氣體濃度等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)感應(yīng)測量，并通過各傳感器節(jié)點(diǎn)的無線數(shù)據(jù)傳輸，與其他節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作。②數(shù)據(jù)傳輸層。數(shù)據(jù)傳感器在采集數(shù)據(jù)之后將信息遠(yuǎn)程發(fā)送到無線管理裝置，并通過無線信息傳輸技術(shù)，將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控管理中心。監(jiān)控管理中心在匯集了各傳感節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)后，會對節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行一定篩查，去除掉錯誤的信息數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)傳輸過程中需要注意網(wǎng)絡(luò)的安全性與穩(wěn)定性的問題。③決策應(yīng)用層。監(jiān)控管理中心在篩查數(shù)據(jù)之后，會自動通過搭載分析軟件對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，并按照管理和應(yīng)用的需要將結(jié)果進(jìn)行顯示。在決策應(yīng)用層，監(jiān)控管理中心的任務(wù)就是結(jié)合相關(guān)軟件，實(shí)現(xiàn)對油田生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理分析以及提供決策參考等一體化管理。

2.1.2 光纖傳感器

與無線傳感器相比，光纖傳感器抗電磁干擾能力強(qiáng)、靈敏度高，光纖傳感器在數(shù)字油田建設(shè)中起著無可替代的作用，非常適宜油田開發(fā)的需求。通過光纖傳感器，可以極大地滿足石油管道的遠(yuǎn)程監(jiān)測，并對鉆井、井下溫度及壓力等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線反饋，可滿足油田井下永久性傳感和油田遠(yuǎn)程監(jiān)控管理的新需求。光纖傳感分為功能性傳感器和傳光型傳感器兩種類型，功能性傳感器是利用自身結(jié)構(gòu)簡單、體積小、耐腐蝕性等特性制作等傳感器，傳光型傳感器則是將其他敏感元件與光纖相結(jié)合構(gòu)成等傳感器。當(dāng)前，我國在光纖傳感器等研發(fā)取得了眾多成果，如北京航空航天大學(xué)研制出DTS2000傳感器，可在兩千米的光纖上實(shí)測兩千個測試點(diǎn)數(shù)據(jù)；中科院DTS5100拉曼光纖解調(diào)器則實(shí)現(xiàn)了1m的空間分辨率和0.1℃的溫度分辨率的測量精度，為我國油田遠(yuǎn)程監(jiān)控參數(shù)測量發(fā)揮著重要等作用。

2.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

2.2.1 衛(wèi)星通信技術(shù)

衛(wèi)星通信技術(shù)主要包括數(shù)據(jù)壓縮、準(zhǔn)信息同步以及智能衛(wèi)星天線等技術(shù)，通過衛(wèi)星通訊系統(tǒng)，可以對野外地形進(jìn)行勘探，并將勘探隊(duì)、井隊(duì)在野外作業(yè)的施工現(xiàn)場準(zhǔn)確傳輸至石油企業(yè)管理總部，為決策者提供油田開發(fā)現(xiàn)場的一手?jǐn)?shù)據(jù)，便于對現(xiàn)場出現(xiàn)的狀況和問題進(jìn)行及時(shí)有效處理，防止事故或問題的擴(kuò)大化[4]。此外，通過衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)語音對話和圖文信息傳輸，只需要將整個衛(wèi)星通信系統(tǒng)與油田網(wǎng)絡(luò)相連接，將中心管理站與各地區(qū)語音中繼線路相連，就可實(shí)現(xiàn)任意一端口電話與油田管理任意一部電話的連接。在對油田遠(yuǎn)程監(jiān)控的應(yīng)用管理過程中，利用衛(wèi)星通信技術(shù)，極大的提升了油田工作效率。值得一提的是，在實(shí)際工作中，利用衛(wèi)星通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)對油田遠(yuǎn)程監(jiān)控管理并非易事，其不僅要考慮專業(yè)人才隊(duì)伍的建設(shè)，更要進(jìn)一步提升我國衛(wèi)星通信技術(shù)水平。

2.2.2 TD—LTE無線通信技術(shù)

TD—LTE（新一代無線通信技術(shù)）又稱OFDM技術(shù)，其能夠?qū)⑾到y(tǒng)自身干擾最小化，可取得最佳的頻譜效率，提高業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。在物聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展和改革的今天，實(shí)現(xiàn)油田數(shù)字化監(jiān)管是必然趨勢。我國數(shù)字油田建設(shè)的薄弱環(huán)節(jié)就在于通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，因各類數(shù)據(jù)存儲方式不一，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致我國難以形成較為龐大的油田監(jiān)管系統(tǒng)體系。而TD—LTE無線通信技術(shù)的應(yīng)用則能夠適應(yīng)我國巨大的油田物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管系統(tǒng)的建設(shè)。當(dāng)前眾多油田企業(yè)利用TD—LTE技術(shù)組建立了各自的局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部數(shù)據(jù)資源的共享，油田數(shù)據(jù)信息經(jīng)信號調(diào)制、編碼或增加終端機(jī)發(fā)射功率等可大幅度降低數(shù)據(jù)傳輸過程中比特?cái)?shù)據(jù)流延緩現(xiàn)象的發(fā)生。除此之外，TD—LTE技術(shù)可對油田傳輸系統(tǒng)的傳輸信道進(jìn)行擴(kuò)展，當(dāng)一個信道同時(shí)被頻分和時(shí)分共同占用時(shí)，傳輸?shù)膸忍亓骺裳杆賹Σ煌诺肋M(jìn)行轉(zhuǎn)換，克服油田現(xiàn)場強(qiáng)干擾和不利因素的發(fā)生，提高遠(yuǎn)程監(jiān)控管理的質(zhì)量和效率。

3 物聯(lián)網(wǎng)在油田監(jiān)控中未來的工作重點(diǎn)

3.1 加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油田信息系統(tǒng)方面應(yīng)用的科學(xué)性

首先，需要借助各類信息化技術(shù)和開發(fā)軟件，對油田開發(fā)情況進(jìn)行反饋，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在油田勘察、工程施工以及開采等多個環(huán)節(jié)進(jìn)行智能化監(jiān)控，有效獲取多方位信息。同時(shí)，可利用圖像、視頻信息對現(xiàn)場情況進(jìn)行及時(shí)反饋，并借助參數(shù)分析，將問題傳輸反饋到油田信息系統(tǒng)的平臺，從而極大地提升油田的遠(yuǎn)程監(jiān)控管理的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。如在油田勘察施工過程中，通過布設(shè)的傳感器，將現(xiàn)場的溫度、壓力以及管道鋪設(shè)的精度進(jìn)行獲取和分析，傳輸?shù)接吞镄畔⒐芾砥脚_，有利于管理人員進(jìn)行有效判斷、發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)處理[5]。

3.2 完善物聯(lián)網(wǎng)在油田開發(fā)信息系統(tǒng)方面的應(yīng)用

首先要加強(qiáng)專業(yè)人才的培養(yǎng)，提高油田數(shù)據(jù)和分析能力，雖然通過傳感器和信息管理中心，系統(tǒng)會自動的獲取參數(shù)并對其進(jìn)行自動篩選和處理，但在油田開發(fā)過程中會存在一些難以預(yù)料的問題，僅依靠系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控管理是不合理，也是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹Ｒ虼?，需要專門的技術(shù)人員對現(xiàn)場反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析與處理，逐步建立油田勘探、開發(fā)、采集運(yùn)輸?shù)确矫嫔a(chǎn)信息采集分析的綜合化應(yīng)用體系。其次，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對信息進(jìn)行有效的輸送，為針對性、有效性的現(xiàn)場管理提供科學(xué)依據(jù)[6]。

4 結(jié)語

隨著我國物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為我國數(shù)字油田化建設(shè)帶來了新的希望，在云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的不斷完善下，我國數(shù)字油田發(fā)展將進(jìn)入新的發(fā)展階段。