孫彥博

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物聯(lián)網(wǎng)技術在油氣田生產(chǎn)中的應用

孫彥博

中國石油青海油田分公司信息服務中心，青海 海西 817500

隨著我國信息技術水平的不斷提高，物聯(lián)網(wǎng)已得到越來越多人的高度關注。物聯(lián)網(wǎng)的用途十分廣泛，不僅可以減少運營成本，而且可以提高企業(yè)的社會效益和經(jīng)濟效益。針對當前油價低的現(xiàn)狀，物聯(lián)網(wǎng)技術開始成為油氣田發(fā)展的重要方向。基于此，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術和油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的概述，深入分析了該技術在油氣田生產(chǎn)中的相關應用。

物聯(lián)網(wǎng)技術；油氣田；應用

引言

最近幾年，我國物聯(lián)網(wǎng)技術得到了十分廣泛的應用。各種新型設備開始出現(xiàn)，已成為未來社會發(fā)展的主要方向。我國各油田企業(yè)也緊跟社會的發(fā)展步伐，盡可能地把物聯(lián)網(wǎng)技術和油氣生產(chǎn)緊密結合在一起，給油田的生產(chǎn)提供重要的技術支持。目前我國的油氣在生產(chǎn)時過程較為復雜。如果在整個生產(chǎn)過程中仍然使用傳統(tǒng)的工藝和方式，就沒有辦法從整體上提高油氣的生產(chǎn)效率。所以，根據(jù)現(xiàn)階段我國油氣的發(fā)展情況，一定要研發(fā)出統(tǒng)一而有效的生產(chǎn)管理平臺。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術概述

物聯(lián)網(wǎng)技術主要是在各種機械、關鍵部件、重點區(qū)域上植入微型感應芯片，時刻獲取人和物體的最新特征、位置、狀態(tài)等信息，利用傳感器和人收集到的信息，開發(fā)出更高級、針對性更強、綜合識別能力更強的軟件系統(tǒng)。在全球定位系統(tǒng)等各設備的作用下，把物品和互聯(lián)網(wǎng)緊密聯(lián)結在一起，完成信息的各項定位和管理，并進行信息交換?，F(xiàn)階段，物聯(lián)網(wǎng)技術架構大體上分為三層，分別是感知層、網(wǎng)絡層及應用層。感知層主要是為了識別物體和信息的來源，它由各傳感器組合而成。網(wǎng)絡層則主要是由物聯(lián)網(wǎng)、云計算機平臺等各種網(wǎng)絡組合在一起的，其主要作用是中樞傳遞和信息處理[1]。應用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶之間的接口，是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能作用。

2 油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)

油氣生產(chǎn)流程大體上包含五個部分，分別是油氣舉升、注入、計量、油氣集輸及油氣處理，其生產(chǎn)環(huán)節(jié)如果使用傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術，由人工加以管理，就會給其生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性能帶來影響，從而增加安全風險。在目前的油氣田生產(chǎn)中，通過物聯(lián)網(wǎng)技術可以彌補傳統(tǒng)工藝的不足，提升油氣田開發(fā)整體效益。油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)的基本思路：第一，在生產(chǎn)現(xiàn)場（如井場、站點、處理廠或凈化廠等）安裝數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、安防設備，自動采集生產(chǎn)、視頻、安防等數(shù)據(jù)或信號；第二，根據(jù)不同的管理需求，通過有線或無線傳輸方式將采集到的數(shù)據(jù)或信號傳送給不同級別指揮調(diào)度單元；第三，分析、處理所收集到的數(shù)據(jù)和信息，給決策人員提供重要的決策依據(jù)，從而做到生產(chǎn)運行的可視化以及管理決策的系統(tǒng)化。

3 標準化組成

在油氣田生產(chǎn)中，物聯(lián)網(wǎng)技術的應用已初見成效，形成不同需求的標準化物聯(lián)網(wǎng)應用模式。

3.1 基礎網(wǎng)絡結構標準化

基礎網(wǎng)絡架構是實現(xiàn)油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)建設的基本條件，其主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收、緩存儲、轉發(fā)、控制。它采用的是三層樹形網(wǎng)絡拓撲結構，核心層實現(xiàn)全線速三層路由，經(jīng)防火墻的統(tǒng)一出口，增強其安全性能，匯聚層實現(xiàn)VLAN間路由和流量控制功能，同時提供較好的擴展性能。

根據(jù)生產(chǎn)需求分為核心區(qū)域、匯聚區(qū)域、接入?yún)^(qū)域。核心和匯聚區(qū)域為千兆傳輸，接入?yún)^(qū)域為百兆傳輸。由于油氣覆蓋區(qū)域地理環(huán)境復雜，因此鏈路可根據(jù)實際情況，通過雙鏈路或者局域環(huán)網(wǎng)提高基礎網(wǎng)絡傳輸效率。

3.2 自動化控制標準化

在油氣田生產(chǎn)中，廠站內(nèi)目前主要采用PLC實現(xiàn)對廠站生產(chǎn)運行的實時監(jiān)控和管理，其采集到數(shù)據(jù)一方面為該廠站提供監(jiān)控，另一方面將數(shù)據(jù)傳送中心廠站或區(qū)集中監(jiān)控中心。通過基礎網(wǎng)絡中心廠站可以同時管理若干個數(shù)字化廠站，從而使數(shù)字化廠站實現(xiàn)無人值守。

3.3 視頻安防標準化

油氣田在實際生產(chǎn)時，油氣井、集輸站和一些重點區(qū)域都相繼安裝了視頻監(jiān)控、門禁系統(tǒng)和遠程對講等相關設備。相應的區(qū)位實現(xiàn)了錄像、遠程監(jiān)控等功能。

3.4 電子巡井標準化

該系統(tǒng)可實現(xiàn)對井口數(shù)據(jù)的采集，通過網(wǎng)橋、光纜等方式傳輸?shù)秸緝?nèi)，使井口變頻器實現(xiàn)了遠程開關的目標。目前應用最多的是3G/4G網(wǎng)絡，它的設備功耗低，部署簡單，可以以較低成本進行系統(tǒng)地部署與運營。

4 物聯(lián)網(wǎng)在油氣生產(chǎn)中的應用

物聯(lián)網(wǎng)技術在油氣生產(chǎn)時所起到的作用極為重要。油氣田正常的運轉和生產(chǎn)中的每一個環(huán)節(jié)都需要使用物聯(lián)網(wǎng)技術。油氣田在生產(chǎn)過程中按照當前階段油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)所出現(xiàn)的問題，需要解決以下四個問題：第一，了解并控制采油氣廠的生產(chǎn)情況及注水量；第二，在發(fā)生故障時，要及時報警，并立即通知相關人員，以提高事故的解決效率；第三，自動生成存儲、查詢等相關報表，控制好整個生產(chǎn)過程，以提高其運行的安全性和穩(wěn)定性；第四，及時更新物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)；第五，針對高危環(huán)境等一些重點區(qū)域要進行重點監(jiān)測[2]。根據(jù)上面我們所分析的各相關要求和實際情況，可把油氣田生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的總體框架大致分成三個方面。

4.1 數(shù)據(jù)采集與控制子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集與控制子系統(tǒng)通常會分布在井場、廠站到作業(yè)區(qū)域層級，利用傳感器、RTU等設備對油氣生產(chǎn)對象進行自動采集、存儲和處理，通常會通過攝像頭和壓力等相關裝置對實際現(xiàn)場中的數(shù)據(jù)進行采集和監(jiān)控。該系統(tǒng)的功能主要包含兩個方面，即自動采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)和自動檢測生產(chǎn)環(huán)境。

4.2 數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)

一般情況下，數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)會分布在井場、站場到作業(yè)區(qū)域的有線和無線數(shù)據(jù)的通信中，它主要通過單井和邊遠站庫所采集到的數(shù)據(jù)信息使用無線與有線網(wǎng)絡結合在一起的方式傳輸?shù)接蜌馓锉O(jiān)控指揮中心。在這期間，各個油氣田的計量間、處理站等站區(qū)都會使用有線方式傳輸數(shù)據(jù)信息。一般傳輸井場及邊遠站區(qū)的生產(chǎn)和視頻數(shù)據(jù)主要采用無線方式傳輸[3]。它主要的過程是：油、氣水井把油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)自動采集到的生產(chǎn)和視頻數(shù)據(jù)通過無線數(shù)據(jù)傳輸方式傳輸?shù)街行幕?，然后中心基站把?shù)據(jù)運用有線傳輸?shù)姆绞皆賯鬏數(shù)接蜌馍a(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)中。

4.3 生產(chǎn)管理子系統(tǒng)

生產(chǎn)管理子系統(tǒng)在具體生產(chǎn)期間進行實時預警，對控制參數(shù)進行實時調(diào)整，使整體管理決策落實得更加到位。使用B/S架構實現(xiàn)，部署在辦公網(wǎng)，主要包含三個大的功能，即工況分析預測優(yōu)化功能、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡及設備管理功能和生產(chǎn)運行管理功能。具體表現(xiàn)如下：第一，工況分析預測優(yōu)化功能指的是生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)控和管理子系統(tǒng)對生產(chǎn)現(xiàn)場所采集到的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和工況所進行的分析預測優(yōu)化，具體包含的功能有對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時管理、分析、預測等等。第二，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡及設備管理功能指的是對網(wǎng)絡拓撲、協(xié)議、安全、狀態(tài)等所進行的有針對性的管理。該管理功能的穩(wěn)定運行會對油氣生產(chǎn)的整體運行起十分關鍵的作用。與此同時，該管理功能不僅能夠很好地監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)終端設備的運行情況，而且還能夠有效監(jiān)控電池供電節(jié)點和信道質量。第三，生產(chǎn)運行管理功能包含兩個部分，分別是生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)控和管理子系統(tǒng)。該管理功能能夠對油氣生產(chǎn)中的情況進行實時監(jiān)控，科學有效地統(tǒng)計生產(chǎn)信息。

綜上所述，最近幾年，隨著我國科學技術水平的不斷提高，物聯(lián)網(wǎng)技術得到了很大發(fā)展，并取得了較大成果。油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的控制水平得到了很大程度的提升，再加上我國各相關部門制定了行業(yè)標準，實現(xiàn)了各廠商油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品間的相互連通，從而減少了系統(tǒng)的運營成本，為油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)統(tǒng)一標準奠定了基礎。

[1]李建華，薛廣民，陳冰. 油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)技術在油氣生產(chǎn)中的應用[J]. 自動化博覽，2013（11）：62-65.

[2]李迎九. 油氣田開發(fā)中“物聯(lián)網(wǎng)”構建的思考[J]. 石油科技論壇，2011（6）：31-34.

[3]孫振祿. 試析油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)[J]. 中國科技博覽，2014（1）：528.

Application of Internet of Things Technology in Oil and Gas Field Production

Sun Yanbo

PetroChina Qinghai Oilfield Branch Information Service Center, Qinghai Haixi 817500

With the rapid improvement of China’s information technology, the concept of the Internet of Things has

increasing attention from more and more people. Its use is very wide. It can not only reduce its operating costs, but also improve the economic and social benefits of the company. In view of the current low oil prices, the Internet of Things technology has become an important direction for the development of oil and gas fields. Based on this, the paper will in-depth analysis of the relevant applications of the technology in the field of oil and gas production based on the Internet of Things technology and oil and gas production Internet of Things.

Internet of Things technology; oil and gas field; application

TP391.44；TN929.5

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