李維校

（西安石油大學(xué) 陜西 西安 710065）

1 引言

石油鉆井行業(yè)從生產(chǎn)線到業(yè)務(wù)層面部署了大量應(yīng)用系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)都有各自的數(shù)據(jù)模型和引用，存在大量異構(gòu)數(shù)據(jù)源[1]。并且各個(gè)鉆井子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)管理普遍存在不一致和不兼容問(wèn)題，為生產(chǎn)管理帶來(lái)額外成本，不利于優(yōu)化和適應(yīng)業(yè)務(wù)流程。在石油鉆井開(kāi)發(fā)整個(gè)過(guò)程中，運(yùn)用了很多不確定的數(shù)據(jù)（地下環(huán)境的不確定性、地層參數(shù)的不確定性、井筒管流參數(shù)的假設(shè)誤差等），造成決策科學(xué)性差。決策中，更多的依賴專家的經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識(shí)，但專家不代表科學(xué)，由于個(gè)人認(rèn)知和涉及的專業(yè)背景不同，進(jìn)行全面決策時(shí)，成功率低，這也是造成石油勘探開(kāi)發(fā)成本高的重要原因之一。

為了提高鉆井效益，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于石油鉆井行業(yè)，在石油鉆井?dāng)?shù)字化建設(shè)的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)鉆井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和采集，通過(guò)鉆井?dāng)?shù)據(jù)的挖掘和分析，反饋到鉆井生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)鉆井生產(chǎn)過(guò)程的閉環(huán)管理。同時(shí)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可將石油鉆井行業(yè)的勘探、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)管理、儲(chǔ)運(yùn)等各領(lǐng)域有機(jī)統(tǒng)一起來(lái)，實(shí)現(xiàn)石油鉆井生產(chǎn)的自動(dòng)化、一體化和科學(xué)化，進(jìn)而優(yōu)化鉆井系統(tǒng)，提高石油鉆井的效率[2-3]。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在石油鉆井中的應(yīng)用

在石油鉆井行業(yè)中，主要利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)鉆井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和采集，并通過(guò)有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)處理中心，對(duì)鉆井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和分析之后實(shí)時(shí)反饋和指導(dǎo)鉆井生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在石油鉆井行業(yè)的應(yīng)用價(jià)值主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[4]。

（1）鉆井物聯(lián)網(wǎng)所采集的數(shù)據(jù)反映生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)最直接的鉆井?dāng)?shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是分析鉆井工況，科學(xué)指導(dǎo)決策的基本依據(jù)。

（2）鉆井物聯(lián)網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)鉆井動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，通過(guò)及時(shí)地分析處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)石油鉆井系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。

（3）鉆井物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆井過(guò)程的預(yù)警和控制，同時(shí)，這些鉆井?dāng)?shù)據(jù)也可以為研究人員提供有效的研究?jī)r(jià)值，實(shí)現(xiàn)鉆井過(guò)程的科學(xué)化指導(dǎo)，從而提高鉆井效率。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的石油鉆井系統(tǒng)架構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的石油鉆井系統(tǒng)其構(gòu)成較為復(fù)雜，如圖1所示，主要可分為三個(gè)層面：感應(yīng)層，網(wǎng)絡(luò)覆蓋整體層，應(yīng)用層[5]。

感知層是全部鉆井物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，它起到了對(duì)鉆井?dāng)?shù)據(jù)的采集和對(duì)鉆井環(huán)境的整體感知?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的石油鉆井的系統(tǒng)是按照感知層對(duì)各個(gè)層面進(jìn)行決策指導(dǎo)，由感知層的傳感設(shè)置和傳感收集支持石油鉆井的全部布局。

網(wǎng)絡(luò)覆蓋整體層是由鉆井物聯(lián)網(wǎng)中各類收集通信和收集云端上的各類裝配組成。這一層次主要是接收、傳輸和存儲(chǔ)各類鉆井?dāng)?shù)據(jù)以及整體的網(wǎng)絡(luò)化管理、監(jiān)控中心、司鉆臺(tái)等。

應(yīng)用層是石油鉆井物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)最后環(huán)節(jié)，包括對(duì)鉆井?dāng)?shù)據(jù)的挖掘和分析、各類信息的融合，以及石油鉆井的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。通過(guò)對(duì)采集的鉆井?dāng)?shù)據(jù)的分析處理，指導(dǎo)整個(gè)鉆井系統(tǒng)合理有效的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)石油鉆井的科學(xué)化決策，優(yōu)化石油鉆井系統(tǒng)，提高鉆井效率。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的石油鉆井系統(tǒng)架構(gòu)

4 石油鉆井物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

（1）信息融合技術(shù)

石油鉆井中需要將自不同時(shí)間、空間、不同用途的各種信息進(jìn)行分析、加工、處理，形成統(tǒng)一的特征表達(dá)信息。信息融合技術(shù)核心是對(duì)感知層不同傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行多層次、多方面的處理，從而得到具有新含義的信息。

（2）ZigBee技術(shù)

石油鉆井可利用ZigBee技術(shù)完成近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低成本的雙向無(wú)線通訊。將感知層采集到的數(shù)據(jù)利用ZigBee技術(shù)完成數(shù)據(jù)的傳輸，在協(xié)助自身終端進(jìn)行通信的同時(shí)，可以對(duì)來(lái)自其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行中繼和轉(zhuǎn)發(fā)。石油鉆機(jī)現(xiàn)場(chǎng)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)有兩種通信模式：直傳模式和路由模式。

（3）KingSCADA組態(tài)軟件

石油鉆井中利用KingSCADA進(jìn)行集成化管理、模塊式開(kāi)發(fā)、可視化操作、智能化診斷及控制，具有簡(jiǎn)便、運(yùn)行安全可靠的特點(diǎn)。KingSCADA還構(gòu)建了開(kāi)放型平臺(tái)，可以將任何控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程終端系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史庫(kù)以及企業(yè)其他系統(tǒng)進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)鉆井系統(tǒng)智能化平臺(tái)的搭建。

（4）SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)

石油鉆井中可利用結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言(Structured Query Language SQL)搭建關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，其主要功能是在各數(shù)據(jù)庫(kù)之間的建立關(guān)系并進(jìn)行溝通。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)原則應(yīng)面向全局，根據(jù)需要合理安排數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)和數(shù)量、保證系統(tǒng)運(yùn)行效率，調(diào)理各種關(guān)系表，減少系統(tǒng)冗余，便于改進(jìn)和維護(hù)。

5 結(jié)語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)是一種新興的技術(shù)，已經(jīng)應(yīng)用在很多領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在石油鉆井行業(yè)中的應(yīng)用，對(duì)于挖掘石油鉆井?dāng)?shù)據(jù)潛在價(jià)值，優(yōu)化鉆井生產(chǎn)決策，完善石油鉆井系統(tǒng)，提高石油鉆井效率具有重要意義。在石油鉆井中，如何更好地利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)鉆井生產(chǎn)的科學(xué)化和高效化是鉆井工作人員需要不斷探索的話題。未來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的石油鉆井系統(tǒng)會(huì)越來(lái)越完善，為我國(guó)石油鉆井行業(yè)做出貢獻(xiàn)。

[1]宋天智.石油鉆井自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用研究[J].中國(guó)科技縱橫，2014(5)：192-192.

[2]王興，劉超，張歲盟.大數(shù)據(jù)時(shí)代下數(shù)字油田發(fā)展思索——智慧油田的現(xiàn)狀及發(fā)展研究[J].化工管理，2014，(35)：50.

[3]朱承綱.油田生產(chǎn)運(yùn)行指揮平臺(tái)管理信息化的構(gòu)建和應(yīng)用[J].管理學(xué)家，2013.

[4]萬(wàn)軍，王洪元.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在數(shù)字油田中的應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化，2015，51(01)：1-4+35.

[5]張晉軍，梅勝文，黃濤.物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及云計(jì)算技術(shù)在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用研究[J].石化技術(shù)，2015，22(03)：122.