油氣田生產(chǎn)現(xiàn)場物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

賀思茗

（中國石油長慶油田分公司數(shù)字化與信息中心，西安 710018）

0 引言

近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展，其在油氣田生產(chǎn)中得到了一定的應(yīng)用，特別是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和油氣生產(chǎn)管理的有效結(jié)合與深度融合，更是為原油的穩(wěn)定開采、油氣田的信息化管理等提供了良好的技術(shù)支撐和決策基礎(chǔ)。由此所產(chǎn)生的油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)更是讓油氣田管理過程中所存在的部門較為煩瑣的工程程序簡單化，進(jìn)而使各類氣田資源得到有效合理的利用，促進(jìn)了資源利用效率以及經(jīng)濟(jì)效益提高。

1 油氣田物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的架構(gòu)

所謂油氣田物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，主要是將通信技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、傳感器技術(shù)以及云計算技術(shù)等有關(guān)技術(shù)結(jié)合，全面地感知油氣水井、油氣站庫等生產(chǎn)對象，并通過在生產(chǎn)指揮與控制中心對生產(chǎn)設(shè)備的狀態(tài)信息以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)等進(jìn)行集中控制與管理，構(gòu)建統(tǒng)一和規(guī)范的數(shù)據(jù)管理平臺，從而為油氣生產(chǎn)的整個過程提供支持，使油氣生產(chǎn)可以實現(xiàn)實時的優(yōu)化分析，推動油氣田企業(yè)及時地做出生產(chǎn)決策，實現(xiàn)油氣生產(chǎn)運行和投資建設(shè)成本降低的目標(biāo)［1］。

油氣田的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的架構(gòu)主要包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層3個方面。感知層由傳感器、二維條碼以及無線射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）、可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）以及多媒體信息等部分構(gòu)成，其主要目標(biāo)是要感知、捕捉以及收集油田生產(chǎn)的對象相關(guān)信息。網(wǎng)絡(luò)層主要是由各類光纖、互聯(lián)網(wǎng)以及移動通信等網(wǎng)絡(luò)、云計算平臺、信息中心和物聯(lián)網(wǎng)管理中心等部分構(gòu)成，是提供網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支撐的層級，智能處理海量信息的層級。應(yīng)用層主要包括油田生產(chǎn)智慧、生產(chǎn)管理以及物資管理等各類信息系統(tǒng)和業(yè)務(wù)運用平臺，是行業(yè)專業(yè)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合，進(jìn)而推動了行業(yè)專業(yè)和信息技術(shù)的深度融合［2］。

2 油氣田物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的主要技術(shù)

2.1 數(shù)據(jù)采集技術(shù)

運用數(shù)據(jù)采集技術(shù)能夠獲取油氣田生產(chǎn)對象的相關(guān)信息。當(dāng)前，在油氣田的生產(chǎn)現(xiàn)場中，通常采取RFID、二維碼標(biāo)簽以及讀寫器等實時采集物質(zhì)和人員信息；運用全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）技術(shù)實時采集車輛相關(guān)信息；通過各類PLC、無線傳感器等實時且全面地收集管線、計量間、油氣水井以及油氣站庫等生產(chǎn)對象相關(guān)節(jié)點信息；運用視頻技術(shù)實時監(jiān)控場站和井場等生產(chǎn)場地［3］。

2.2 數(shù)據(jù)通信技術(shù)

數(shù)據(jù)通信技術(shù)主要是對物聯(lián)網(wǎng)信息數(shù)據(jù)加以控制，并達(dá)成雙向傳遞的目標(biāo)，其主要涵蓋自組織通信、低功耗路由、網(wǎng)絡(luò)傳送、低速近距離無線通信以及認(rèn)知無線電和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合接入等技術(shù)。當(dāng)前，油氣田的生產(chǎn)現(xiàn)場通常會采用光纖、局域網(wǎng)以及通用無線分組業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service，GPRS）和無線技術(shù)等達(dá)成對生產(chǎn)對象所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)加以控制，并實現(xiàn)雙向傳遞的目標(biāo)［4］。

2.3 數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)

油氣田物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)是對人工智能、高性能計算以及模糊計算、數(shù)據(jù)庫等進(jìn)行綜合的應(yīng)用，并運用模型預(yù)測、統(tǒng)計分析以及結(jié)果呈現(xiàn)和數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)實現(xiàn)對油氣田生產(chǎn)對象的感知數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和通用處理的目的。事實上，不論是對物聯(lián)網(wǎng)后臺所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行的數(shù)據(jù)挖掘和統(tǒng)計分析，還是對其所進(jìn)行的模型預(yù)測和結(jié)果呈現(xiàn)，都是對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。就物聯(lián)網(wǎng)的實際商用價值而言，數(shù)據(jù)分析是其存在的基礎(chǔ)，即基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)，通過各類算法的計算達(dá)到對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行預(yù)測的目標(biāo)，進(jìn)而滿足數(shù)據(jù)分析中的更多需求［5］。

3 油氣田生產(chǎn)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的具體應(yīng)用

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

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有效地融入油氣田生產(chǎn)中，主要是通過各類自動化設(shè)備和儀器儀表，全方位地對整個生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控。有關(guān)工作人員只要按照計算機上的顯示，有效地對設(shè)備加以調(diào)整，即可保證整個生產(chǎn)過程能夠安全運行，確保油氣田穩(wěn)定生產(chǎn)。此外，實時地收集油氣田生產(chǎn)中的有關(guān)數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行處理分析，利用中控計算機系統(tǒng)可以對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行有效的遠(yuǎn)程監(jiān)控并進(jìn)行操作，進(jìn)而給信息數(shù)據(jù)的傳遞創(chuàng)設(shè)較好的環(huán)境，以便及時地處理油氣田生產(chǎn)當(dāng)中所存在的各方面問題，進(jìn)而提高應(yīng)急工作處理質(zhì)量，最大限度避免安全事故的發(fā)生，更好地給油氣田的生產(chǎn)營造優(yōu)質(zhì)的環(huán)境［6］。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油氣田生產(chǎn)SCADA系統(tǒng)當(dāng)中的運用

首先，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油氣田生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）中的應(yīng)用，可以更加有效地收集油氣田生產(chǎn)當(dāng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對生產(chǎn)的自動化操作。有關(guān)工作人員運用SCADA系統(tǒng)即可促進(jìn)電子巡檢加強，最大限度降低生產(chǎn)事故所產(chǎn)生的概率，從而達(dá)成對油氣田生產(chǎn)整個過程的監(jiān)督管理和檢測的終極目的，并通過通訊和計算機聯(lián)網(wǎng)的融入，實現(xiàn)和專家系統(tǒng)間的連接，對油氣田進(jìn)行科學(xué)的把控來實現(xiàn)油氣田的智能化生產(chǎn)。

其次，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油氣田生產(chǎn)SCADA中的應(yīng)用，可以利用無人值守實現(xiàn)有效控制油氣田的現(xiàn)場作業(yè)，進(jìn)而不但可以使勞動強度降低，還可以促進(jìn)生產(chǎn)效率的提高，從而采用較少的人工即可完成井下安全生產(chǎn)的目的。同時，還能夠全方位監(jiān)管油氣田中全部的油氣井分布情況，進(jìn)而更好地防止人工巡檢的不足之處，及時排查出可能存在的安全隱患，并利用遠(yuǎn)程操作的方式，避免安全事故的發(fā)生，進(jìn)而保證油氣田能夠安全生產(chǎn)，促進(jìn)安全生產(chǎn)總體質(zhì)量的提升［7］。

再次，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油氣田生產(chǎn)SCADA中的應(yīng)用，能夠通過其所具有的控制功能，監(jiān)控抽油機井。同時，通過對采氣井生產(chǎn)運行的情況進(jìn)行監(jiān)控，能夠更好地管理油井的自動計量系統(tǒng)、注水系統(tǒng)、油氣水分離系統(tǒng)和聯(lián)合站消防系統(tǒng)，并運用收集與控制原油外輸裝置中的有關(guān)數(shù)據(jù)，達(dá)成油氣田生產(chǎn)自動化的目標(biāo)，提高其生產(chǎn)效率。

最后，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油氣田生產(chǎn)中的運用，能夠?qū)ιa(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)施設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)測，同時把收集的生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)向控制中心進(jìn)行傳遞，并運用集中管理與控制，實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，促進(jìn)油氣田生產(chǎn)自動化和智能化水平的提高。此外，如果出現(xiàn)了危機隱患，還可以馬上通過遠(yuǎn)程控制，防止安全事故的發(fā)生，進(jìn)而防止其給油氣田生產(chǎn)造成不可估量的危險和損失。

4 油氣田生產(chǎn)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的前景和趨勢

隨著工業(yè)信息化不斷發(fā)展和計算機技術(shù)廣泛運用，油氣田企業(yè)越來越意識到競爭力提升中信息化建設(shè)的重要作用，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則是油氣田數(shù)字化和智能化建設(shè)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，同時在油氣田生產(chǎn)中擁有更為廣泛的前景和良好的趨勢。

4.1 在油氣勘探開發(fā)數(shù)字化和智能化中的應(yīng)用

伴隨地震勘探越來越高的精度要求，在未來的地震勘探設(shè)備當(dāng)中，無線存儲式地震采集傳感器網(wǎng)絡(luò)會是其發(fā)展的必然趨勢。而其中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運用能夠讓油氣田的現(xiàn)場勘探實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的實時收集，進(jìn)而創(chuàng)建數(shù)字化和智能化的油氣田云計算和大數(shù)據(jù)中心。

4.2 在智能鉆井完井中的應(yīng)用

無線傳感網(wǎng)絡(luò)在鉆井完井控制中的應(yīng)用能夠更好地對有線鉆井完井監(jiān)控系統(tǒng)中所具有的各類問題加以解決。利用可靠性高且成本較低的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠?qū)Ω黝愩@井完井參數(shù)進(jìn)行自動收集，并將其輸?shù)綄?yīng)的鉆井專家系統(tǒng)中，進(jìn)而使鉆井完井過程實現(xiàn)自動調(diào)整和優(yōu)化的目的，降低各類鉆井完井安全事故的發(fā)生概率。

4.3 在智能分層注水中的應(yīng)用

當(dāng)前，油田分層注水技術(shù)主要使用的是人工測調(diào)方法，因具有較大的測試工作量、較高的配套費用，導(dǎo)致無法將分層油藏的開發(fā)情況及時呈現(xiàn)出來。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)無線傳輸和控制井下的信號，對配水器進(jìn)行智能和數(shù)字式的控制，進(jìn)而對生產(chǎn)中的每個層段進(jìn)行智能配水，使地質(zhì)配注量的要求得以滿足。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用還可以實時監(jiān)測每個層段的流量、溫度以及壓力等油藏生產(chǎn)參數(shù)，長期永久性地監(jiān)測低滲透油藏的動態(tài)參數(shù)，進(jìn)而更好地了解剩余油的儲量和分布情況，從而更為有效和有針對性地對油藏進(jìn)行管理。

4.4 在實時監(jiān)控生產(chǎn)中的應(yīng)用

結(jié)合井口生產(chǎn)所存在的遠(yuǎn)程監(jiān)控需要，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的運用，能夠通過微功耗的無線壓力計、溫度計等儀表和控制設(shè)備實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動監(jiān)控油氣井現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備和設(shè)施的目標(biāo)。在各油氣田中，傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)由于具有較高的可靠性和較低的成本，所以得到了較為廣泛的應(yīng)用和推廣，極大地促進(jìn)了生產(chǎn)自動化程度和生產(chǎn)效能提高，也使其日常的生產(chǎn)與維護(hù)成本降低，進(jìn)而呈現(xiàn)出更為廣闊的應(yīng)用前景。

5 結(jié)語

油氣田生產(chǎn)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用不但可以促進(jìn)其生產(chǎn)效率提升，還可以確保其生產(chǎn)安全性提高，降低系統(tǒng)運行和維護(hù)的成本。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展，其在油氣田生產(chǎn)現(xiàn)場中必然會得到更加廣泛的應(yīng)用。